塔式起重机
出处：按学科分类—工业技术 中国建材工业出版社《建筑工程施工实用技术手册》第673页（8319字）
(一)塔式起重机的组成、类型与特点
1．塔式起重机的组成
塔式起重机简称塔机、塔吊，这是一种具有竖立塔身、吊臂装在塔身顶端旋转的起重机。塔式起重机由金属结构、工作机构和电气系统三部分组成。金属结构主要包括塔身、吊臂和底座等；工作机构主要包括起升、变幅、回转和行走四大部分；电气系统主要包括电动机、控制器、配电柜、连接电路、信号及照明装置等。
2．塔式起重机的类型
塔式起重机按照旋转形式不同，可分为上旋式塔式起重机和下旋式塔式起重机两种。前者的显着特点是塔身固定不动，回转支撑以上的吊臂和平衡臂，能绕塔身中心线做360°回转。后者的显着特点是回转支撑装在转台与底座之间，除行走装置外，其他部分(包括塔身)均安装在转台上，其整机重心比较低，稳定性较好，并能整机拖运。
塔式起重机按照行走机构不同，可分为固定式塔式起重机、轨道式塔式起重机和附着式塔式起重机等。
3．塔式起重机的特点
塔式起重机由于吊臂装于塔身的顶部，从而形成一个“Γ”形工作空间，因此它具有以下几个特点：
(1)工作幅度大。塔式起重机的吊臂长度一般为30～40m，长者可达50～70m，其工作幅度比较大，适用于建筑宽度较大的高层建筑工程。
(2)起吊高度大。我国生产的塔式起重机，最大吊钩的高度可达160m，一般也可以达70～80m，所以，特别适用于第二类(17～25层)和第三类高层(26～40层)建筑的施工。
(3)起重能力强。我国生产的塔式起重机，一般起重量为6～8t，最大起重量可达20t，当工作幅度为20m时可吊起12t，完全可以满足高层建筑垂直运输的需要。
(4)起升速度快。塔式起重机的起升速度比较快，我国生产的塔式起重机的起升速度已达到100m／min，进口的塔机有的已达到200m／min。
(5)转移不方便。由于塔式起重机体积和重量大，又是分件进行组装，所以其转移拆除后由运输车辆分件转移，在这方面是比较困难的。
由于塔式起重机具有以上明显的优点，它是当今高层建筑吊装施工和垂直运输中不可缺少的机械设备。
(二)塔式起重机的基本概况
1．国产塔式起重机的基本概况
从20世纪70年代开始，随着高层建筑在国内的蓬勃发展，适合于高层建筑施工的塔式起重机也应运而生，许多新型、高效的塔机已用于大规模的高层建筑施工。在高层建筑施工中常用的塔式起重机有：TQ60／80H型塔机、QT4－10型塔机、ZT120型自升式塔机、ZT100型自升式塔机、QTZ120型自升式塔机、QT80型塔机、ZT80型自升式塔机等，另外，还专门设计制造了QT5－4／20和QTP60型内爬式塔机等。
2．进口塔式起重机的基本概况
由于高层建筑和超高层建筑施工的需要，近年来我国先后从德国、法国、意大利、丹麦等国家，引进了一大批上回转自升式塔式起重机。在高层建筑施工中常见的型号有：SK106、SK135、SK280、70HC、80HC、88HC、132HC、256HC、F0／23B、H3／36B、E1801、E60．26、SG1250、SG1740、GT187、GT4618等。
钢结构超高层建筑采用的进口塔式起重机有：德国的SK560，法国的K5／50B、H3／36BSP和H30C等。
(三)塔式起重机的选择
塔式起重机是高层建筑施工的主要吊装机械，选择是否科学合理，对能否顺利完成吊装任务、施工安全和经济效益均有重大影响。
1．塔式起重机选择的影响因素
影响塔式起重机选择的因素主要有：建筑物的平面尺寸和平面配置；建筑层数、层高和建设总高度；建筑构件、制品、材料及设备的搬运量；建设工期、施工节奏、施工流水段的划分以及施工进度的安排；建筑工地现场及周围施工环境条件，是否有妨碍塔机安装和使用的障碍物等；施工单位有无财力、人力管理和使用大型设备；当地塔机供应条件以及对经济效益的要求。
2．选择塔式起重机应遵循原则
(1)合理的技术参数
塔式起重机的主要技术参数有：工作幅度、起升高度、起重量、起重力矩和工作速度。
1)工作幅度。工作幅度即通常所指的工作半径或回转半径，是从塔机回转中心线至吊钩中心线的水平距离，又分为最大工作幅度和最小工作幅度。根据拟建高层建筑的形体尺寸，可通过作图研究合适的参数要求，塔机的工作面一般可取300～400m2，工作面计算长度可取60～80m，其选用值与塔机的起重臂长度、工程计划工期、施工速度及塔机配置台数有关。一般说来，体型简单的高层建筑配置一台自升式塔机，其工作幅度即满足要求；体型庞大复杂、工期紧迫的高层建筑则需配置两台或多台，其工作幅度才能满足。
2)起升高度。起升高度是自钢轨地面(或基础顶面)至吊钩的垂直距离。它不仅取决于塔身结构的强度和刚度，而且取决于起升机构卷筒钢丝绳容量和吊钩滑轮组的倍率，这是起重机的关键技术参数。不论塔机的其他参数如何理想，技术性能如何优越，只要起升高度不符合需要，起重机性能则不合格，无法进行超出部分高度的施工。塔机进行吊装施工所需要的起升高度，同工作幅度一样，可通过作图和计算加以确定。
3)起重量。起重量是指所起吊的重物重量、铁扁担、吊索和容器的总和，它分为最大工作幅度时的额定起重量(Q0)和最小工作幅度时的最大起重量(Qmax)，前者是指吊钩滑轮位于起重臂端头时的起重量，后者是吊钩滑轮以多倍率工作时最大额定起重量。
工程实践证明：如果为全装配式大板建筑，其最大工作幅度的起重量，应以最大外墙板重量为依据；如果为现浇钢筋混凝土建筑，则应按最大料斗容量确定所要求的最大工作幅度起重量，一般取1．5～2．5t；对于钢结构高层建筑，应以其最重构件的重量为准。
4)起重力矩。起重力矩是起重量与相应工作幅度的乘积。它通常以起重力矩曲线表示，横坐标为工作幅度(L，以m为单位)，纵坐标为起重量(Q，以t为单位)。一台自升式塔机常有多条起重力矩曲线，分别表示吊臂不同组合长度条件下起重力矩变化情况。对于钢筋混凝土结构，重要的是最大工作幅度时的起重力矩必须满足施工的需要；对于钢结构，最重要的是最大起重量时的起重力矩必须符合需要。
5)工作速度。塔式起重机的工作速度参数，主要包括起升速度、回转速度、小车速度、大车速度和动臂俯仰变幅速度，速度参数不仅关系到塔机的台班生产率，而且对安全生产极为重要。因此，在选择塔式起重机时，对其工作速度参数应进行全面了解和比较。
(2)充分满足台班生产率
塔式起重机台班作业生产率P(t／台班)通常可按下式进行估算，即
P=8QnKqK1
式中 Q——塔机的额定起重量(t)；
n——1h内的吊升次数，n=60／T，T为1吊次的延续时间(min)；
Kq——塔机额定起重量利用系数；
K1——工作时间利用系数(考虑施工组织安排、施工工艺和自然需要的停歇)
根据施工流水段以及吊装进度的要求，对塔机台班作业生产率要进行校核，保证施工进度计划不会因塔机生产效率而受到拖延。
(3)具有良好的经济效益
在高层建筑施工组织设计中，应当优先选用安装拆除方便、台班费用较低、生产效率高、技术性能满足的塔式起重机，特别要注意具有良好的经济效益。
众多高层建筑工程实践证明：对于9～13层的高层建筑，宜选用轨道式上回转塔机(如TQ60／80)和轨道式下回转快速安装机(如QTG60)；对于13～15层的高层建筑，可选用轨道式上回转塔机(如QT60／80或QT80、QT80A)；对于15～18层的高层建筑，可优先选用TQ90、TQ60／80ZG或QTZ200、QTZ120等塔机；对于18～25层的高层建筑，应根据建筑构造设计特点和使用条件，选用QTZ200、QT120、ZT120、QT80、QT80A、Z80等型号附着式塔机或内爬式塔机；对于25～30层的高层建筑，可选用附着式塔机或内爬式塔机；对于30层以上的高层建筑，应优先选用QTP60或QT5－20／4型内爬式塔机。
从以上可以看出：对于18层以上的高层建筑，一般应优先选用附着式塔机或内爬式塔机。
选用附着式塔机的有利方面是：能较好地适应建筑体型和层高变化的需要；不影响建筑内部的施工安排；安装拆卸比较方便；不妨碍操作人员的视线，便于操作，有利于塔机生产率的提高。选用附着式塔机的不利方面是：影响建筑外檐装饰工程施工；需要较多的塔身标准节和一定数量的附着装置，从而增加造价和台班费用。
选用内爬式塔机的有利方面是：不占用施工场地，对现场狭窄的工程极为有利；可采用较小的工作幅度进行作业；与同等起重能力轨道风塔机相比，可节省费用25%～40%，造价和台班费用均比较低；特别是30层以上的超高层建筑，从经济方面是最佳的选择方案。选用内爬式塔机的不利方面是：楼层结构需要设置爬升孔洞并进行适当补强，影响楼内的施工安排；拆卸麻烦且费用较大；操纵人员的视线受阻，不利于塔机生产率的提高。
(四)塔式起重机的安装和拆卸
1．塔机安设位置的选择
在编制施工组织设计和绘制施工总平面图时，应慎重选定合适的塔机安设位置，并要满足下列各项要求：塔机的工作幅度与起重量均能很好地适应施工需要，并留有充足的安全余量；要设置环形交通道路，便于吊装辅机和运输塔机部件的车辆进出施工现场；为节省电源线的长度和用电方便，应靠近工地电源变电站；工程竣工后，仍留有充足的空间，便于拆卸并将部件运出现场；在一个建筑使用两台塔机时，要注意工作面的划分和相互配合，同时还要采取妥善措施防止相互干扰。
2．塔机轨道基础的构筑
塔机轨道基础的构筑，除严格按使用说明书的规定外，还应满足下列各项要求：轨道基础下方的人防设施必须进行加固，并经常检查加固设施的完好情况；在施工的中期和后期，轨道式塔机必须固定于一处进行吊运作业并与建筑附着，在固定处的地基应经过特别加固，以避免基础产生不均匀沉降；在工程基础施工阶段立塔时，在轨道基础与基坑边缘之间要保持足够的安全距离，并要为工程结构出地坪后搭设外脚手架和安全操作留出必要的空间；要做好排水设施，保证雨水迅速排出场外；要构筑完好的接地设施，要设置避雷针。
3．塔机混凝土基础构筑
固定式塔机装有行走底架的可采用分块式钢筋混凝土基础，不装行走底架的必须采用整体式混凝土基础。对于体型复杂的高层建筑综合体，塔机当直接立在基坑中的情况下，塔机的基础可单独构筑或采用墩柱式，也可与建筑结构连成一体；如塔机必须固定于裙房顶板结构上时，则该处顶板应妥善加固，并设置必要的临时支撑。在深基础基坑边缘安装塔机时，必须慎重确定塔机基础的位置，一定要留出足够的边坡。
应当根据土质情况和地基承载力、塔机结构自重及负荷大小，确定基础构造的尺寸。一般说来在深基坑旁架立塔机，以采用灌注桩承台式基础较好；在回填砂、卵石基坑中设置塔机基础时，必须对基底进行分层压实，避免出现不均匀的沉降。
对于特殊形式混凝土塔机基础，应当经过专门设计和计算。混凝土基础采用钢筋骨架配筑，混凝土的强度等级不宜低于C30。施工时，先将基底夯实，再做混凝土垫层，然后安设钢筋骨架、预埋件(如基础埋深角钢、地脚螺栓或塔身埋深基础节)和模板，再浇筑混凝土，在浇筑中要确保预埋件的垂直度、方位和标高符合设计要求。
4．附着式塔机锚固装置
塔机一般在塔身高度超过30～40m时，必须附着于建筑物并加以锚固。在装设第一道锚固后，以后塔身每增高14～20m加设一道锚固装置。根据建筑物的高度和塔架结构特点，一台附着式塔机可能需要设置多道锚固装置。
塔机的锚固装置由锚固环、附着杆、固定耳板及连接销轴等附件组成。锚固环通常由型钢和钢板焊成箱形断面梁拼装而成。用拉链或拉板挂在塔机的腹杆上，并通过楔紧件与塔架主弦卡固，附着距离一般不超过6m(回转中心至建筑物外墙皮的距离)。
在塔机进行锚固时，应采用经纬仪观察塔身的垂直度。必要时，可通过调整附杆的长度，消除不垂直误差。锚固装置应尽可能保持水平，附着直件的最大倾角不得超过10°。
为了保证安全生产，锚固时应遵循以下几点：锚固装置的安装应利用施工间隙穿插进行；施工时的风力不得超过五级；锚固完毕后，经过仔细检查无异常后才能投入生产；在施工过程中，应定期检查锚固环紧固情况；需要多道锚固装置时，可参考使用说明书中的规定并根据计算分析，将下部的锚固装置移至上部使用；在拆卸塔机时，必须由上而下逐层松解锚固装置，应随着拆落的过程，一道一道地拆卸附着杆。
5．附着式塔机顶升接高
附着式塔机顶升接高必须安排在流水施工的间歇和混凝土养护期中进行。有些塔机出现安全事故是在顶升接高的过程中发生的，因此，在塔机顶升接高时注意如下事项：
(1)为确保附着式塔机在施工中的安全，不得在风力大于五级的情况下进行顶升接高或拆落塔机。
(2)在顶升接高或拆卸落塔时，塔机上部必须保持平衡，并禁止回转吊臂。
(3)严格贯彻顶升接高的操作规程，在顶升完毕后，必须从上到下将所有连接螺栓重新紧固一遍。
(4)必须由专职检查人员进行全面安全技术检查，经认可合格后才能交付使用。
6．内爬式塔机的爬升
内爬式塔机通常一次爬升两层楼。三个爬升框架分别安置在三个不同楼层上，最下面的框架用作支撑底架，支承塔机全部荷载传递给建筑结构。上部两套框架作为爬升导向和交替用作定位及支撑底架。在爬升之前，应将爬升框架、支撑梁及爬梯等安置好；在进行爬升时，必须使塔机上部保持前后平衡。
爬升作业要由专人负责指挥和检查，如发现有异常现象，必须立即检修并加以排除，不得在不正常情况下爬升。有关的楼层结构，必须在爬升之前进行支撑加固，在爬升完成后，塔机下面的楼板开孔应及时封闭。每次爬升完毕后，应对各连接部件及关键部位进行检查，并按规定进行。
7．内爬式塔机的拆除
内爬式塔机的拆除是一种高空作业，工序比较复杂，有一定的危险性，总结我国施工经验，其拆除方式有用屋面吊拆除、用台灵架拆除、用人字拔杆拆除和用附着式拆除四种。
拆除内爬式塔机的施工顺序是：开动液压顶升机组，降落塔吊机使起重臂落至屋顶层；拆卸平衡重；拆卸起重臂；拆卸平衡臂；拆卸塔帽；拆卸转台和司机室；拆卸支撑回转装置及承台座；逐节顶升塔身标准节及拆卸。
在进行内爬式塔机拆除时必须注意：建筑物外檐要有可靠的防护措施，以免在拆卸塔机时碰坏建筑物的外檐饰面；拆卸作业四周要设置防护栏杆，以免发生意外；拆下的每一个部件，都要立即降到地面，并尽可能做到随拆随运，以节省二次搬运费用；要统一指挥、统一检查，以利拆卸作业的安全顺利进行。
8．塔机方面的其他问题
施工中所选用的塔机技术性能与施工需要存在某些矛盾，还需要采取一定措施加以解决。在一般情况下，常常遇到以下两类矛盾：
(1)从总体上说，所选用的塔机技术性能基本适合施工需要，但限于某种原因(如固定不能移动或不可排除的障碍等)，在最边远的角部，每个楼层均有一吊或几吊超过塔机的额定起重能力。当遇到这类矛盾时，通常是改变原设计，减小预制构件的尺寸，减轻构件的重量，以保证不致超过塔机的额定起重量；或者改预制为现浇方案，或设法提高塔机的起重量。
塔机的承载能力和整机稳定性，在设计中均要留有一定的余量，因为塔机的起重量限制器和起重力矩限制器的最大误差一般规定为10%。在实际吊装中，要求塔机额定起重力矩提高10%便可满足施工需要的条件下，可精心调整力矩限制器。如工作幅度恒定，可将断电荷载调定为Q=x+10%(式中x为原工作幅度的额定起重量)；如起重量恒定，则可将断电试验工作幅度定为Lt=L+10%(式中L为对应该起重量的额定工作幅度)。
(2)由于建筑构造设计的特殊性，当楼层的高度较高，在施工中会出现所选用的轨道式塔机起重量、起重力矩、工作幅度等参数虽能满足要求，但起升高度不能满足要求。解决这类矛盾的途径有：改轨道式塔机为附着式塔机，设置一道锚固装置，以增大总的吊钩高度；如果起升高度相差不多时，增大原选用塔机的塔身，若轨道式塔机起升高度比原设计额定高度增大5%是可行的，不需要采取重大措施。