装配式建筑构件吊装技术：塔式起重机主体结构

（1）底架

① 固定式底架。

固定式底架的形式较多，有水母式、十字梁式、锚柱式等，如图1-28 所示。

图1-28　塔式起重机固定式底架

水母式底架是由工字钢焊接成一方形框架，在四角处辐射状安装四条可拆支腿，通过联结螺栓可拆去支腿，以减少运输状态尺寸。十字梁式底架是由工字钢制成一根长梁、两根半梁，通过联结螺栓连接成一个十字架。锚柱式底架是由无缝钢管焊接而成的四根内锚和四根外锚组成，结构更加简单，但制作混凝土基础时，四根内锚的安装找平难度较大。

固定式塔式起重机是安装在专用的混凝土基础上的，预埋的地脚螺栓一端与水母式、十字梁式底架联结，另一端与专用的混凝土基础固接。固定式塔式起重机的地基基础是保证塔机安全使用的必备条件，在安装塔机前应预先按照生产厂家提供的地基图进行混凝土基础的施工。当地基承载力达不到塔机生产厂家提出的要求时，应采取措施重新设计混凝土基础，并按有关标准进行验算。另外，基础的地脚螺栓尺寸误差必须严格按照基础图的要求施工，地脚螺栓要保持足够的露出地面的长度，每个地脚螺栓要双螺帽预紧。在安装前要对基础表面进行处理，保证基础的水平度误差不能超过1/500。同时塔机基础不得有积水，积水会造成塔机基础的不均匀沉降。在塔机基础附近内不得随意挖坑或开沟。

② 行走式底架。

行走式底架用于轨道式塔式起重机，塔机可沿轨道带载行走。

如图1-29 所示，行走式底架一般由基础节、长梁、短梁以及斜撑等组成。长梁、短梁由销轴连接成十字架，四周由拉杆相连形成一个方形平面桁架。基础节用销轴固定在十字架上，基础节四周可安放压重块。斜撑杆通过螺栓及销轴分别与基础节、十字架相连。

图1-29　行走底架与斜撑

1—被动台车；2—斜撑；3—基础节；4—拉杆；5—主动台车

当塔式起重机用于行走时，在场地上需铺设轨道，以保证正常运行。钢轨一般用42 kg/m的重轨，钢轨下面采用基箱或枕木，均匀排列在夯实的约40 cm 厚的道砟上。在铺设道砟前，场地的土壤必须夯实，路基土壤的承载能力必须大于10 t/m² 。

如图1-30 所示，在轨道中间或两旁必须挖排水沟放水，免得道路积水影响路基。为了保证两根轨道间的整体性及保证正确的轨距，在两根轨道之间每隔6 m 设一根拉条。用12 号槽钢做拉条，以防轨距位移，钢轨尽头必须设限位装置，以防塔机出轨。

图1-30　行走底架的轨道

（2）塔身及斜撑

塔身是塔式起重机最主要的受力构件之一，由标准节通过高强度螺栓联结而成。标准节的主弦杆和腹杆常用无缝钢管、角钢或方钢管制作，截面为正方形，沿塔身高度方向做成等截面或变截面结构。通常，自升式塔式起重机做成正方形等截面塔身，快装式塔式起重机做成正方形变截面塔身。整个标准节是一空间桁架结构，其中一侧两根主弦杆上各焊有两个支承块，该支承块在塔身加节或降节时起踏步的作用，各标准节内均设有工人上下的爬梯，以及供人休息的平台。为了运输方便，有的生产厂家也将标准节制作成片式结构，待运输到工地后，在地面上再通过标准节螺栓螺母将四片连接成一个整体。

标准节腹杆体系将主弦杆连接成空间桁架结构，常用的如图1-31 所示：

图1-31　标准节腹杆常用布置形式

斜撑是由角钢拼焊成方管或无缝钢管制成。一端通过销轴与固定式底架相连，另一端通过销轴和抱箍与标准节相连，塔机安装一开始不装斜撑，至一定高度后再装上。斜撑的作用是使塔身底部和底架的连接更为牢靠，同时提高塔身危险断面的位置，以减小塔身的计算长度。

（3）套架

随着高层和超高层建筑的大量增加，普通的上回转和下回转型式的塔式起重机已不能完全满足大高度吊装工作的需要了。因为这两种塔机塔身高度太大时，会使其钢结构过于笨重，起重机的安装架设也会很困难。所以，当建筑物的高度超过50 m 时，必须采用自升附着式塔机。

自升式塔机的构造与普通上回转塔机相比较，只是增加了一个套架和一套顶升机构。自升式塔机有内爬式和附着式两种。内爬自升式塔机安装在建筑物内部，利用建筑结构来固定和支承塔身；附着自升式塔机安装在建筑物一侧专用的混凝土基础上，通过附着装置与建筑物连成一体，以增加塔身的强度和稳定性。

套架主要由套架结构、上下工作平台及装在套架上的液压顶升机构等组成。套架套在塔身标准节外部，在套架的四根主弦杆上各装有两套导向滚轮，以便套架在标准节上爬升降节时起导向并减少阻力作用；在套架下部的两侧横梁上安装有摆动爬爪，起支承作用；套架后侧装有液压顶升装置的顶升油缸及顶升横梁，液压泵站放置在套架工作平台上，顶升时顶升横梁顶在塔身的支承块上，在油缸的作用下套架连同下支座以上部分沿塔身轴心线上升，油缸顶升两次，可引人一个标准节；套架前侧有一长方形的窗口，标准节就是通过下支座上装有的引进横梁和引进小车，从长方形的窗口引进的，如图1-32 所示。

图1-32　套架

1—爬抓；2—导向滚轮

风速问题和调平衡问题。塔身的加节与降节是通过套架来完成的，塔身的加节与降节的过程是重大安全事故多发阶段，在这一过程中风速问题和调平衡问题尤为重要。在套架的计算中，风载荷引起的套架内力占相当比重，风载荷与风速的平方成正比，风速增大会使风载荷引起的套架内力增加很多。因此，塔式起重机技术条件规定安装、爬升或顶升时风速不得大于13 m/s；另一方面塔式起重机在加节与降节之前，应将自重产生的力矩调整为零，这一过程也叫调平衡。在套架的设计计算中，一般是按自重力矩调整为零来考虑的。不调平衡就进行顶升作业，自重产生的不平衡力矩可能会造成套架等结构件内力大幅度超出设计范围，造成破坏甚至导致重大安全事故。

塔式起重机在顶升加节、安装完毕后，套架通常是通过销轴挂在下支座下面；也有部分套架在顶升加节安装完毕后，将其放至地面。

（4）上支座

如图1-33 所示，上支座是整体箱形结构，由钢板拼焊而成。上部有4 块耳板，通过销轴与塔顶相连，下部用高强度螺栓与回转支承相联结，在上支座一侧垂直地安装有一套回转机构，在它下面的小齿轮准确地与回转支承外齿啮合。对于QTZF30 以上的起重机通常采用双回转机构，这样回转时塔身受力均衡，同转平稳。支座上设有平台、方便工作。另一面设有回转限位器，司机室放在上支座另一侧，出入容易，工作安全。

图1-33　上支座

吊臂在一个反向回转时，突然人为地改变方向，使其向另一个方向回转，这叫打反车。由于塔式起重机塔身高、吊臂长，起重机在回转时突然反向回转，这时产生的瞬时扭矩特别大，对于塔身这样的细长杆特别危险，所以严禁塔式起重机在回转时打反车，也就是不允许利用打反车来制动。

（5）下支座

如图1-34 所示，下支座上部用高强度螺栓与回转支承联结，支承上部结构；底部用高强度螺栓与标准节相联结，四角用销轴与套架相联结，下部装有一根引进标准节用的横梁。

图1-34　下支座

（6）吊臂及拉杆

小车变幅式吊臂一般采用格构式正三角形截面型式。吊臂的上弦杆为无缝钢管，下弦杆常用两个角钢拼焊成方管，兼做小车的运行轨道，整个臂架为三角形空间桁架结构。腹杆的布置，两个侧面桁架采用三角式体系，水平桁架采用带竖杆的三角式体系，如图1-35 所示。(www.xing528.com)

图1-35　吊臂三角形截面

为了制造及运输的方便，将整个吊臂划分为数个臂架节，节与节之间用销轴联结；为了提高起重机性能，减轻吊臂重量，吊臂采用双吊点、变截面空间桁架结构；通常臂架根部用销轴与上支座相连，并且在起重臂第一节放置小车牵引机构和悬挂吊篮。吊篮是为了便于安装和维修。为了保证起重臂水平，在其余节臂上设有吊点，通过销轴和拉杆与塔顶相连。

吊臂节与节之间的连接通常有两种结构型式，一种是销轴加轴端安装开口销的结构；另一种是销轴加焊接轴端挡板加安装开口销的结构。第一种结构形式使用较普遍、可靠、装拆容易。第二种结构形式的轴端挡板焊缝容易开裂、脱落，生产厂家大都不愿采用。这是因为在焊接轴端挡板时，有的地方焊缝焊得较薄或虚焊，焊缝没有达到足够的强度，这样在安装的过程中锤击销轴时，很容易把轴端挡板的焊缝打裂。工人在锤击销轴的过程中，往往不是看着销轴逐步到位，而是听着锤击声音来判断销轴到位，听到锤击到位后的音时销轴凸缘正好撞击在轴端挡板上，这种冲击力很容易把轴端挡板的焊缝震裂，特别容易造成安全事故。

由于吊臂制造成数个臂架节，使用单位必须按出厂所做的标记或标牌顺序组装，切不可互相更换。又由于连接各节吊臂的销轴直径尺寸不同，应注意按相应的配合尺寸对应安装，切不可将小销装入大孔。

吊臂拉杆的结构型式主要有软性拉杆和刚性拉杆两种，目前使用的多数为多节拼装的刚性拉杆。拉杆是由圆钢和耳板焊接制成，各节拉杆间通过销轴相连，销轴的防松脱措施采用轴端安装开口销。开口销在装人销轴后一定要张开，张开角度应大于90°。这是因为起重机承受的交变载荷，如果不张开，销轴脱落，将引起吊臂折断，造成重大安全事故。刚性拉杆是重要的受力杆件，安装、运输及堆放过程中切勿损伤，每次使用前必须严格检查。

（7）平衡臂及拉杆

如图1-36 所示，平衡臂是由槽钢拼焊而成的一个平面桁架，四周有护栏，四面有钢板网作为走道；起升机构和平衡重都放在平衡臂的尾部。根据不同的臂长配备不同的平衡重，平衡重力的作用在于改善塔身受力，减少弯矩作用。为了保持平衡臂的水平，在它尾部有两拉板通过销轴和平衡臂拉杆把平衡臂与塔顶相连，平衡臂前端通过销轴与上支座相连。

图1-36　平衡臂

平衡臂拉杆是由圆钢和耳板焊接制成，各节拉杆间通过销轴相连。

为了制造及运输的方便，平衡臂的长度通常在超出一定值之后制作成两节，节与节之间用销轴连接。

（8）塔顶

如图1-37 所示，塔顶是由圆管或角钢组焊成的四棱锥体，是一空间桁架结构。上端通过拉杆使起重臂与平衡臂保持水平，下端用四个销轴与上支座相连。塔顶上一般装有两个滑轮，塔顶最上端的那一个滑轮是为了安装吊臂拉杆用的，另一滑轮对缠绕起升绳起导向作用。塔顶护栏的作用是为了方便平衡臂拉杆和起重臂拉杆的安装和拆卸。塔顶下端一根主弦杆上安装了一套机械式力矩限制器。机械式力矩限制器是小车变幅塔机常用的力矩限制器，其作用原理是通过放大起重力矩作用在塔顶主弦杆的应变来控制起重力矩，当应变超过设计值，行程开关动作切断起升及向外变幅电路。该种机械式力矩限制器的特点是构造简单、工作可靠、成本低。

按主弦杆的倾斜型式，塔顶可分为前倾式、对称式和后倾式。为了减轻整机重量，降低安装高度，目前有部分塔顶采用斜撑杆代替。

图1-37　塔顶

（9）驾驶室

如图1-38 所示，驾驶室是一封闭式构件，独立侧置，宽敞、舒适、安全、操作方便，视野开阔。内部安装的联动控制台充分运用了人机工程学的原理，司机可通过联动控制台对各机构进行操纵控制，控制台手柄操作灵活、可靠、定位明显准确，并设有零位自锁装置，以防止误动作；控制台上座椅的高低、前后倾斜都可以调整，并可折叠，便于司机行走畅通。司机室的地板铺设了橡胶板，起绝缘、防滑作用。为了极大地提高舒适度，根据需要可安装铁壳防护式冷暖空调，还可配备监控系统，使司机及时了解起升吊钩的工作状况。

目前很多塔机使用了太空舱，太空舱的使用可提高司机的视野达40%以上，增加了安全性，更大地体现人性化设计理论。

图1-38　驾驶室

（10）附着装置

当塔机超过它的独立高度的时候要架设附着装置，如图1-39 所示，以增加塔机的稳定性。附着装置是由二根或四根撑杆和一套环梁等组成，它主要是把塔式起重机固定在建筑物的结构上，起到依附作用。

环梁由角钢和钢板焊接而成，使用时环梁套在标准节上，四角用八个调节螺栓通过顶块把标准节顶牢，通过环梁下的四个抱箍使附着架在标准节上定位。环梁通过三根或四根撑杆与建筑物连成一体，撑杆与建筑物的连接点应选在混凝土柱上或混凝土圈梁上。用预埋件或过墙螺栓与建筑物结构有效连接。有些施工单位用膨胀螺栓代替预埋件，或用缆风绳代替附着支撑，这些都是十分危险。

图1-39　附着装置

每根撑杆的长度可调节，各撑杆应保持在同一平面内，调整顶块及撑杆的长度使塔身轴线垂直。一般附着后，附着点以下塔身的垂直度不大于2/1000，附着点以上垂直度不大于3/1000。

附着装置要按照塔机说明书的要求架设，附着间距和附墙点以上的自由高度不能任意超长（具体的附墙点允许根据建筑物的实际情况，在1 m 范围内进行适当的调整）。超长的附着撑杆应另外设计并进行强度和稳定性的验算。