动臂式塔吊

动臂式塔吊我国90年代以来，特别是近年超级摩天建筑的崛起势不可挡。

深圳地王大厦位于城市金三角地段，主楼采用钢、混凝土组合结构，用钢2.5万吨。

大厦于1993年4月开工，历时三年，耗资40亿港元，完成总计69层、建筑面积26.6万平方米、高384米的建筑，成为当时亚洲第一高楼。

工程施工总承包商日本熊谷组引进2台起重量达50t的法福克大型自升式动臂塔机m440d，创造了9天4层楼的钢结构安装新速度，开创了大型动臂塔机在我国超高层钢结构施工的新纪元。

从此，伴随着城市建设的迅猛发展，大型自升式动臂塔机已经和中国城市标志性建筑越来越紧密的联系在了一起。

特别是预计2009年封顶的东莞台商会馆，使用了湖南江麓机电科技有限公司生产的qtd480动臂塔机，该机于2007年按照国家和行业标准，参照国际标准设计并于2008年初制造投产，第一台已经于08年4月份安装在东莞第一高楼工程。

该机各项技术性能先进：起升高度（独立高度）45米，固定附着安装高度达399米、最大起重量32吨。

是目前国内性能突出的大型动臂塔机。

此外，湖南中联08年5月推出了tcr6055动臂塔机，起重力矩达到640t.m，抚顺永茂也将推出stl720同类塔机。

这里说的大型动臂式塔机，已经不是传统意义上的下回转、非自升式动臂式塔机，而是代表着大起重量、大起升高度、大起升速度的当代重型建筑起重机。

就上述典型工程施工来说，大型动臂式塔机是其首选，甚至是唯一选择。

能够创造如此多“第一”的大型动臂塔机必然有其在性能、结构、应用技术等方面的特殊性，必然有其在安全使用方面的特殊要求。

1性能参数大型动臂塔机除具备外爬、内爬、行走功能外，特殊功能（1）大起重量现代大型建筑工程采用了钢或钢、混凝土组合结构，吊装单元的重量大大提高，异型、组合结构通常达到32吨，最大达到80余吨。

因此，大型动臂塔机配置重型主起升系统，最大起重量通常在32至100吨。

（2）大起升高度由于采用了特殊的爬升体系，起重机可随建筑结构整体爬高，起升高度大幅度提高。

（3）大起升速度起升结构大功率，特别是采用了自备的内燃机拖动方案，带负荷起升速度超过100m/min。

2结构特性（1）吊臂起伏角度大，尾部回转半径小大型动臂式塔机吊臂起伏角度在17至83度之间，大大拓宽了设备的能力和工作范围。

相对于水平臂塔机，吊臂的大仰角相当于增加了塔身的高度，有效扩展的工作范围几乎是以吊臂长度为半径的半球体空间。

这对于结构主体施工以及主体结构上高耸构件吊装具有重要意义。

尾部回转半径在8至11米之间，这在群塔作业、城市狭小作业空间施工提供了更多的选择，在城市中心区、超高层建筑工程施工甚至是唯一选择。

但另一方面，由于吊臂起伏引起两个方面的问题。

其一，吊臂自重弯距变化大。

如m440d安装55米吊臂，当由最小幅度变化到最大幅度时，其自重弯距变化超过300t.m（安装82米臂的m1280d塔机自重弯距变化甚至超过1000t.m），吊臂自重弯距变化对整机平衡影响很大。

因此大型动臂式塔机吊臂设计采用高强度结构钢，最大限度地减轻臂架重量而增加吊重，提高吊重与机重的比例系数。

其二，吊臂迎风面积增加大。

由最大幅度变化到最小幅度时，相对于臂根铰点，其吊臂迎风面积增加3.4倍。

因此无论大型动臂式塔机处于工作状态或非工作状态，风载荷对塔机安全影响更大，并且这种影响是变化的、动态的，容易为操作及管理者忽视而造成重大事故。

这一点在“安全预警”中进一步讨论。

（2）吊臂稳定性好，安装幅度范围大大型动臂式塔机吊臂设计采用“杆”结构，相对于水平臂塔机“梁”结构稳定性能更好，吊臂结构占整机结构重的比例更小，而最大起重量则更大。

因此，常规大型动臂式塔机起重能力都能够达到30至100吨，有效的解决了超高钢结构工程对起重机大起重能力的要求。

另外，由于塔机吊臂设计采用“杆”结构，吊臂安装幅度范围更大。

为使用提供更多灵活选择，可以供不同工程选择，也可以在同一工程的不同阶段根据需要调整。

表3中可见，虽然吊臂安装幅度大，但是不同安装臂长对于起重特性的影响很大，例如65米安装臂长在臂端起重力矩175t.m，而30米安装臂长在臂端起重力矩则能够达到585t.m，该变化量远大于水平臂塔机。

此特点是由吊臂自重弯距变化和吊臂风载荷引起，尽管制造商试图采用可移动平衡重来抵消吊臂自重弯距变化，终因制造成本等因素未成为主流。

因此从有效利用大型动臂式塔机“起重特性”的角度讲，在超高工程主体结构施工阶段，更适宜选择较短吊臂安装。

（3）主起升钢丝绳对起重特性影响大国外大型动臂式塔机采用了独立装机的内燃机动力，装机容量可达到600hp以上，为起重机高速重载起升创造了良好条件，起升主钢丝绳选用直径达到32毫米以上，钢丝绳自重对于超高工程主体结构施工必然会影响到设备起重特性。

例如m900d主钢丝绳重量就达到8.2公斤/米，如果超过其基本高度300米，附加值2500公斤则要转移为起重载荷，设备起重特性则要做相应修正。

该附加载荷对于大型动臂式塔机超高使用的影响是显著的。

3特殊爬升及支撑体系大型动臂式塔机采用了独特的整体内爬自升体系，其起升高度完全不受塔身结构限制。

系统主要包括：内爬支承系统、爬升系统。

3.1内爬支承系统大型动臂式塔机的结构垂直载荷通常在150至400吨，方向确定；由倾覆弯矩等效的水平载荷50至180吨，方向不确定，这些载荷通过内爬支承系统传递到建筑主体结构。

由于超高建筑结构形式的不同、内爬塔机布置位置不同，内爬支承系统也采用不同的结构形式，通常有三角支承架形式和支承钢梁形式。

三角支承架悬挑在核心筒墙体上，主要包括主梁、次梁、斜撑杆（拉或压杆）、水平撑杆。

主梁与核心筒墙体通过钢牛腿连接，斜撑杆通常采用无缝钢管，主梁两侧设置水平撑杆，各撑杆与主梁连接均采用销轴形式以方便安装。

支承钢梁主要包括主梁、次梁、水平撑杆。

主梁跨度依据建筑主体结构确定，通常4米至18米；主梁与建筑主体结构通过不同方式连接。

主梁之间及主梁与建筑主体结构之间采用水平撑杆连接以抵抗水平载荷。

整个内爬支承系统由三套结构尺寸相同的三角支承架或支承钢梁配套而成。

其中两套组成结构支撑体系。

下支撑抵抗垂直载荷，上、下支撑抵抗等效水平载荷。

其平面投影重合，立面间距通常12米至18米，构成稳定的结构支撑体系。

另外一套相同的三角支承架或支承钢梁供爬升时交替使用。

3.2爬升体系大型动臂式塔机爬升体系主要由爬升液压系统、爬升节、爬升梯组成。

爬升节安装在塔身最底部与塔身标准节连接，爬升梯挂于内爬支承架（梁），通过爬升节内的爬升梁交替运动实现塔机整体升降，塔机整体爬升高度取决内爬支承系统安装高度。

爬升梯可组合成不同长度，以满足不同爬升距离的需要。

除此之外，根据使用要求大型动臂式塔机也可以由内爬状态转换为外爬状态。

4高空拆除特殊性大型动臂式塔机多使用于超高层建筑施工内爬安装，建筑主体结构施工完成后，设备整机高度通常在200米以上，悬挂在建筑主体结构上。

尽管设计上对单体结构重量进行了均衡考虑，整机分解后，其单体重量仍相当大，高空拆除必须使用专用设备按严格工艺程序进行。

专项施工方案必须按建设部《危险性较大工程安全专项施工方案编制及专家论证审查办法》执行。

专用设备主要指起重量、起升高度较大，拆装简单、单体结构轻，安全可靠性高的屋面起重机，专用于高空特殊拆除作业。

央视新台工程中建正和大型动臂式塔机高空拆除的5个基本步骤是：使用m600d拆除m1280d；使用16吨屋面吊拆除m600d；使用6吨屋面吊拆除16吨屋面吊；使用简易拔杆拆除6吨屋面吊；最后人工拆除拔杆并利用现场施工升降机落地。

5安全预警大型动臂塔机是当代超级工程必备的起重设备。

反过来，正是由于其高大特重的特殊性，一旦发生起重机械结构事故，势必造成灾难性的后果。

我们在深圳地王大厦、赛格广场、上海环球金融中心、江苏空中华西村等超高工程施工中，深切感受是“高处不胜寒”，地面风平浪静，高空风起云涌、变幻莫测，风对于大型动臂塔机的影响不能轻视。

结合它的结构特点和国内外安全事故，通过相关计算分析，旨在找到能够引起起重机结构破坏的危险因素，发出预警信号。

5.1大型动臂塔机工作状态临界仰角我们根据吊臂稳定性计算原则，大型动臂塔机工作状态下（空载），当由吊臂和吊钩自重产生稳定力矩大于由风力产生的后倾覆力矩时，吊臂是稳定的，反之失稳。

以m440d工作状态（空载）55m安装臂长为例，风力取工作状态额定风压250n/m2，临界仰角设为a。

通过分析计算，吊臂处于临界状态的仰角a=78°。

这是该动臂塔机在额定风压工作的一种危险状态，假如发生超仰角或超风速，极易造成重大事故：起重臂在风力作用下后倾，起重臂机械限位结构破坏，塔顶结构受冲击变形、起重臂折断坠落。

5.2大型动臂塔机非工作状态临界仰角根据整机稳定性计算原则，大型动臂塔机非工作状态下在基础面标高（初始安装），若风力产生的倾覆力矩与整机自重产生稳定力矩的代数和小于基础面许用弯矩时，整机是稳定的，反之失稳。

以m440d非工作状态55m安装臂长、塔身高度40m为例,风力取额定风压1100n/m2，m440d塔机固定式安装基础面许用弯矩1120t.m。

临界仰角设为a。

通过分析计算，吊臂处于临界状态的仰角a=39°。

这是该动臂塔机非工作的一种危险状态，假如发生超仰角或超风速，也易造成重大事故，整机向前倾覆。

根据上述计算结果和国家相关标准，可推算出同一标高m440d塔机安全距离须大于26.4米，并依据当地台风历史风速进行调整。

5.3高强度紧固件大型动臂塔机主要结构件之间采取销连接及高强度螺栓连接，塔身标准节间采取高强度螺栓连接，该高强度螺栓承受交变载荷，是塔身非常重要的传力连接件。

favco系列塔机进入中国内地已超过10年，有的机型已使用过2—4个工程，根据国内标准《建筑机械与设备高强度紧固件》（jg/t5057）关于高强度螺栓重复使用的要求，高强度螺栓、螺母，使用后拆卸下再次使用，一般不得超过二次。

且拆下的螺栓、螺母必须无任何损伤、变形、滑牙、缺牙、锈蚀、螺纹粗糙度变化较大等现象。

否则应禁止再用于受力结构的连接。

因此对此类高强度螺栓的重复使用一定要特别慎重。

6结束语今天，正在阿联酋迪拜塔施工的大型动臂塔机已经到达700米的起升高度，我们有理由相信，只要建筑结构设计能够达到的高度，大型动臂塔机也一定能够达到。

今天，国产的大型动臂塔机起重主参数已经到达720t.m，我们有理由相信，只要国外产品能够达到的性能指标，中国产品也一定能够达到。

在建筑起重机大家族，大型动臂塔机定会继续独领风骚。