［摘要］ 傳統的附著式塔式起重機未能滿足現有施工要求，內爬外掛塔式起重機成為一種新型的垂直運輸形式。由于超高層建筑塔式起重機具有起重量大、吊距遠、吊次多等特點，支撐塔式起重機的外掛架就顯得特別重要。 對某超高層建筑的內爬外掛塔式起重機循環組合掛架進行現場測試，分別監測塔式起重機負載運行和自身爬升過程中外掛架各組成構件應變分布和相互之間的轉角變化。 根據測試的結果分析外掛架各構件受力大小和特點，從而保證這種新型的垂直運輸形式的安全。

  引言

現代超高層建筑廣泛采用“ 鋼筋混凝土核心筒＋鋼結構外框” 的組合結構體系，此類超高層結構對施工階段的垂直運輸提出了很高的要求。 施工中常常面臨垂直運輸中吊重大、吊距遠、吊次多、限制條件復雜等難點。 在進行此類超高層垂直運輸工具塔式起重機的型號及附著形式選擇時，發現傳統的固定基礎外附式塔式起重機在此類超高框筒結構施工時會制約核心筒的施工進度，且隨著建筑高度增加對塔身標準節的強度等各方面的要求也越來越高。 此外現代超高層由于使用功能方面的要求，核心筒平面尺寸狹小，筒內結構復雜，不能滿足多臺大型塔式起重機的布置及爬升空間的需求。

鑒于上述原因，內爬外掛塔式起重機成為一種新型的垂直運輸形式。 由于超高層建筑塔式起重機具有起重量大、吊距遠、吊次多等特點，支撐塔式起重機的外掛架就顯得特別重要。 本文以某超高層建筑自行設計的內爬外掛塔式起重機循環組合掛架為例，對其進行現場測試。 塔式起重機循環組合掛架如圖１所示。 上層和下層水平框架以及斜桿構成基本的組合掛架，其附著在核心筒的剪力墻上。 當核心筒的剪力墻施工到一定高度需爬升塔式起重機時，安裝第３道水平框架。 然后，塔式起重機在爬帶的幫助下由其自身頂升機構的作用而逐漸上升。 當塔式起重機上升到上層水平框架時，固定塔式起重機。 此時上層水平框架成為下層水平框架，而第３ 道水平框架成為上層水平框架，原下層水平框架成為第３ 道水平框架為塔式起重機的再次爬升做準備。 依次循環直至完成本工程的主體施工。

本工程涉及的塔式起重機屬于大型的起重設備，對掛架的承載能力要求高，塔式起重機在使用過程中對掛架結構的影響很大，其結構變形監測尤為重要。 因此，我們針對掛架的支撐橫梁、斜拉桿、水平支撐等主要構件進行了現場應變和構件之間相對轉角監測，將數據整理后進行評定，為以后類似工程提供借鑒。

１   測試方案

１．１   測試內容及編號

根據本次測試目的和現場情況綜合考慮，確定了現場測試主要內容如下。

１）不同工況下外掛架主要構件的應變測試采用應變儀測量不同工況下主要構件的應變。

由于外掛架基本對稱，主要在外掛架南側布置應變測點。 根據分析需要和現場塔式起重機已經附著在核心筒上的實際情況，除補償點外，共布置４６ 個應變測點。 具體測點布置為：下層主梁塔式起重機支座附近截面布置測點，該截面外側板沿截面高度各均勻布置４ 個測點，頂板布置２ 個測點；下層主梁耳板處和支座銷軸處各２ 個測點；上層主梁塔式起重機支座附近截面布置測點，該截面兩側側板沿截面高度各均勻布置４ 個測點，頂板布置２ 個測點；拉桿離端部兩個直徑長度外沿圓周均勻布置２ 個測點；上層布置２ 個長水平支撐桿，在距離支撐桿端部２ 個直徑長度外布置 ２ 個測點，下層僅在南側長水平支撐桿上布置。 各構件應變測點布置及測點編號如圖２ 所示。

２）不同工況下主要構件間的變形（轉角）測量采用位移傳感器測量不同工況下主要構件的相對變形。 根據現場情況和測試需要，布置７ 個測

點。 由于外掛架基本對稱，測點均布置在南側，位移傳感器布置及測點編號如圖３ 所示。

１．２   測試工程

根據現場施工情況，選擇起吊重物為鋼柱，其質量為２２．５ｔ。 根據塔式起重機荷載雙倍率曲線（見圖 ４），確定塔式起重機工作幅度小幅為 ６２．２°，

大幅為４１．０°。測試以塔式起重機空載，大臂仰角５７°，伸向正東為初始狀態。 測試工況根據現場施工確定，共分為６ 個工況，如表１ 所示。

２   測試現場情況

測試分２ 次進行：第１ 次塔式起重機運行過程；第２ 次塔式起重機爬升過程。 第１ 次現場測試試驗從１

３８６２ 靜態應變采集儀進行數據采集。 位移傳感器安裝以前進行了標定。 現場起吊的鋼柱如圖５ 所示，質量為２２．５ｔ。

第２ 次測試是在塔式起重機爬升過程中，測試各構件應變的大小。 由于第１ 次測試時，下層掛架是在已經承受塔式起重機荷載作用下粘貼應變片的。 因此，在內力計算時必須考慮第２ 次測試結果即下層掛架卸載后應變片的應變。

３   測試結果

位移值如表２ 所示。 由表２ 可知位移傳感器的最大軸向相對位移值發生在第 ７ 測點， 其值為２．００９ｍｍ，工況為 ３ ～６。 其余測點最大軸向相對位

移值均未超過１ｍｍ。 將上述位移值按照三角關系換算可知主要構件之間最大相對轉角，如表３ 所示。

   由表 ３ 可知構件間相對轉角均較小。 構件之間最大相對轉角發生在上層長水平撐桿與埋板處，工況為３，５，最大相對轉角為０．２６５°。 由外掛架位移及相對轉角結果可知：相對測試荷載而言，整個測試過程中外掛架相對變形非常小，反映外掛架還具備充分的承載富余量。３．２  應變結果分析

以最大受力的斜拉桿為例進行分析。 斜拉桿在塔式起重機爬升過程中的微應變與時間的關系如圖６ａ 所示，其在塔式起重機正常運行過程中的微應變與時間的關系如圖６ｂ 所示。 需注意的是圖６ｂ所示的微應變為爬升即卸載后各測點的平均應變疊加塔式起重機正常運行時的微應變。從圖６ 計算可知，在正常運行過程中，斜拉桿的最大拉應力為４９．３７Ｎ／ｍｍ２ ，作用時間較長。 由于

塔式起重機的突然加載／ 卸載或者銷軸的移動，可能導致某些測點的應變突然增大，但是作用時間較短（ 持續時間僅為１ ～３ｓ），對于斜拉桿可能產生的最大拉應力２７５Ｎ／ｍｍ２ ，已經超過鋼材的屈服強度設計值，但小于鋼材屈服強度的標準值。 依據現行《鋼結構設計規范》ＧＢ５００１７—２００３ 中規定：容許應

相關，建立的回歸模型是有現實意義的。

4\ 結語

從掛架兩次的測試過程中可知，其受力的大小是隨時間變化，應按疲勞構件進行校核或者設計。從測試應變和位移傳感器的結果得出，掛架的各個構件在正常使用過程中處于彈性狀態，掛架的剛度滿足塔式起重機運行的要求。 此外，測試過程中發現：塔式起重機的突然加載／ 卸載或者銷軸的移動，會引起某些構件應變的突然增加。