塔式起重机选择与使用：装配式建筑构件吊装技术

（1）塔式起重机的类型

塔式起重机是把吊臂、平衡臂等结构和起升、变幅等机构安装在金属塔身上的一种起重机，其特点是提升高度高、工作半径大、工作速度快、吊装效率高等。

① 塔式起重机基本分类。

按变幅方式可分为：俯仰变幅式、小车变幅式。

按操作方式可分为：可自升式、不可自升式。

按转体方式可分为：动臂式、下部旋转式。

按固定方式可分为：轨道式、水母架式。

按塔尖结构可分为：平头式、塔帽式。

按作业方式可分为：机械自动、人为控制。

② 平头式起重机是最近几年发展起来的一种新型塔式起重机，如图3-2 所示。其特点是在原自升式塔式起重机的结构上取消了塔尖及其前后拉杆部分，增强了大臂和平衡臂的结构强度，大臂和平衡臂直接相连，其优点是：

A. 整机体积小，装拆方便、安装便捷安全，降低运输成本；

B. 起重臂耐受力简单，臂架杆件受力单一，在高频率工作下不易损坏；

C. 安装高度比一般有塔帽的塔式起重机能降低10 m 左右，多台塔式起重机在同一工程应用时，相邻两台平头式起重机比有塔帽的塔式起重机间距大大缩小。

平头式起重机机体设计可标准化、模块化、互换性强，减少设备闲置，提高投资效益。其缺点是在同有塔帽的塔式起重机比较中，平头式起重机价格稍高。

图3-2　平头塔式起重机

（2）塔式起重机的主要技术参数

塔式起重机的主要技术参数有结构形式、变幅方式、塔身截面尺寸、最大起重量、端部吊重（起重力矩）、最大/最小幅度、最大起升高度等。

（3）塔式起重机的起重量

塔式起重机按起重量大小分为轻型、中型和重型三种。起重量在0.5 t 到3 t 的为轻型塔式起重机；起重量在3 t 到15 t 的为中型塔式起重机；起重量在20 t 及以上的为重型塔式起重机。

塔式起重机的选型中应结合塔式起重机的尺寸及起重量荷载特点，起重量应包括预制构件自重、挂钩、钢丝绳、钢工具梁或钢框架梁重量；一般情况下应满足起重力矩（起重量乘以工作幅度）在75%以内。

（4）塔式起重机的选择

塔式起重机是当前装配式结构现场使用的主要起重机械，塔式起重机选型首选取决于装配式混凝土结构的工程规模、建筑物高度、平面形状、预制构件最大重量和数量等。

塔式起重机从经济角度选择，应从机械单台价格、进出场安拆费、月租金、人工工资等考虑。

具体选择应考虑最大起重量和起重幅度，应根据其存放的位置、吊运的部位，距塔中心的距离，确定该塔式起重机是否具备相应起重能力，重点考虑工程施工过程中，最重的预制构件对塔式起重机吊运能力的要求，确定塔式起重机方案时应留有余地，塔式起重机吊点的最远距离处预制构件重量应小于塔式起重机的允许起重量，最重预制构件位置处应小于塔式起重机允许半径；若塔式起重机不满足吊重要求，必须调整塔式起重机型号或调整基座位置，使其满足使用要求。

塔式起重机选择主要根据工作幅度、最大起重量、起吊高度和每个工作台班起吊班次等因素综合考虑；目前工程中预制剪力墙重量最大达到7 t 以上，预制叠合底板重量则在1.5～2.5 t 左右，预制梁可达5 t 左右，预制柱可达15 t 左右，均远大于现浇施工方法的材料单次吊装重量。因此，住宅建筑保有量80%以上的端部起重量在1 t 左右的100 tm 及以下的塔式起重机不能满足预制装配式结构的吊装要求，需要更大吨位的起重设备。为满足100 m 左右的高度、覆盖范围50 m 左右的高层施工吊装要求，塔机端部起重量不应低于2.5 t，并且应布置至少两台以完成较重构件的吊装；也可以选用端部起重量在4 t 左右的一台塔式起重机完成吊装任务。而对于更大跨度的覆盖范围，则其端部起重量则应根据塔式起重机数量和工程进度安排等实际情况选择。

如装配式结构预制构件较小，最大构件重量在6 t 内，最大幅度不小于60 m，能满足装配式建筑的整个覆盖范围，同时根据建筑施工要求也可减小幅度使用。选用塔式起重机臂长在56 m 市场上常用的塔式起重机TC5610 比较经济适用。

如装配式结构预制构件为中等重量，最大预制构件重量在3 t 到15 t 之间，需塔式起重机臂长在70 m 内时，可选用TC7030 的塔式起重机，此类起重机足以能承担房屋建筑最大预制构件的垂直运输。

如装配式结构部分预制构件为重量较大，最大构件重量在15 t 以上，需塔式起重机臂长在60 m 内时，可选用国内更大型的塔式起重机。

（5）起升机构工作性能要求

一般情况下，总起重力矩不变，幅度与起重量成反比，即幅度越大则起重量越小，反之亦然。而在功率一定情况下，力与速度是反比关系。

① 塔式起重机设计时，为充分发挥起升机构使用性能，在电机总功率一定的情况下，速度与力（也就是载荷）按“重载低速、轻载高速”之原则匹配；因此塔式起重机通常设置了2 倍率、4 倍率甚至更大倍率，以充分挖掘了电机的工作性能，提高设备工作效率。

② 在钢丝绳长度一定的情况下，对于同一起升机构，使用小倍率可以获得较大的起升高度和较低的起重量，而大倍率时其起升高度较小但起重量较大；即钢丝绳长度一定时，对于同一起升机构，起升高度与倍率是反比关系，起重量与倍率是正比关系。

③ 受制于塔式起重机功率的原因，塔式起重机为满足最大起重量要求使用了较大的倍率，但同时使塔式起重机的起升速度下降，如TC5610-6 塔式起重机二倍率时最大起升速度为 40/80 m/min，相应的最大起重量为 3.0/1.5 t；其 4 倍率时最大起升速度下降一半为20/40 m/min，但相应的最大起重量为6.0/3.0 t。

④ 在传统施工中，因可自由组合重物重量，在起升高度较大时可使用二倍率以获得较快的起升速度，采用多次少量方式即可满足吊装要求。而对于吊装预制构件，如构件较重且有较大起升高度则必须使用较大倍率，显然以上低速不利于提高施工效率，解决方法是只能选择提高起升速度和增加设备其中之一，显然使用前一种方法增加的设备成本较少而成为较好的选择，即必须同步提高起升机构的功率，以满足高层施工中采用较大倍率时对起升速度的要求。

⑤ 在塔式起重机选型和定位设计时，应保证各幅度时的额度起重量大于该幅度下起吊的单个构件的重量。为充分发挥塔式起重机金属结构性能，塔式起重机最大起重量一般远大于最大幅度时的起重量；而使用中可能会出现起重量较大且超过该幅度较小倍率时额定起重量的情况。如在最大起重量和起重力矩范围内，使用2 倍率不能满足起重量的要求，则必须使用4 倍率甚至更大的钢丝绳倍率，这样就必然使塔式起重机在整个起升高度内都要使用较大的倍率以完成吊装任务，因此必须将起升钢丝绳长度增加一倍甚至更长以满足这个新的变化，也就是必须增加起升机构的容绳量。

（6）起升高度要求

塔式起重机最大独立起升高度不小于产品手册规定，附着一层到二层最大起升高度可达到100 m，即塔式起重机独立高度可满足大多数装配式建筑的施工要求，国内一般规定装配式建筑高度由于超限的原因一般高度不超过100 m，也就是附着一层就能满足所有住宅类装配式建筑的施工要求。具体工程应用中以建筑物最大点再往上增加2 到3 标准节（一般是10 m左右）确定，如果是群塔作业，相邻塔式起垂机垂直距离应错开2 个标准节高度。

（7）起重量要求

最大额定起重量不小于24 t，能满足超高层装配式建筑的最大构件的要求。

（8）起升速度要求

针对建筑装配化施工速度快、作业频率高的特点，影响施工效率的主要速度参数——最大起升速度不小于40 m/min。

（9）工作幅度要求

① 当地下室施工时，塔式起重机主要负责吊装模板、钢筋、混凝土、脚手架管等。

② 当装配式主体结构施工时，塔式起重机应从预制构件重量和所处安装位置考虑选择。

③ 塔式起重机型号决定了塔式起重机的臂长幅度，布置塔式起重机时，起重臂应覆盖堆场构件，避免出现覆盖盲区，减少预制构件的二次搬运。对含有主楼、裙房高层建筑，起重臂应全面覆盖主体结构部分和堆场构件存放位置，裙楼力求起重臂全部覆盖，当出现起重臂无法达到的楼边局部偏远部位时，可考虑采用汽车起重机解决裙房边角垂直运输问题，不宜盲目加大塔式起重机型号，应认真进行技术经济比较分析后确定方案。

（10）塔式起重机应满足吊次的需求(www.xing528.com)

塔式起重机吊次计算：由于当前装配式构件吊装及就位要求精度高，操作人员熟练程度差，还需就位临时固定及钢筋连接处坐浆及孔道灌浆，一般塔式起重机的竖向构件吊次为每构件一个吊次按30 min 考虑，水平构件就位时还需精细调整临时固定，吊次为每构件一个吊次按15 min 考虑，每个综合台班约为24 吊次。计算时可按所选塔式起重机所负责的区域，每月计划完成的楼层数，统计需要塔式起重机完成的垂直运输的实物量，合理计算出每月实际需用吊次，再计算每月塔式起重机的理论吊次（根据每天安排的台班数），当理论吊次大于实际需用吊次即满足要求，当不满足时，应采取相应措施，如增加每日的施工班次，增加吊装配合人员，塔式起重机尽可能地均衡连续作业，提高塔式起重机利用率。

（11）塔式起重机位置选择

选择塔式起重机位置应满足工作幅度能覆盖所有预制构件和相应的模板、脚手架管、钢筋的要求。

如果是相邻群塔作业应满足以相邻塔式起重机水平距离和垂直高度要求。相邻群塔作业高、低塔式起重机应根据施工进度合理升节。

（12）塔式起重机附着要求

塔式起重机高度与底部支承尺寸比值较大，且塔身的重心高、扭矩大、启制动频繁、冲击力大，当塔式起重机超过它的独立高度时要架设附墙装置，以解决建筑物高度增加带来的吊装安全问题，增加塔式起重机的稳定性。

塔式起重机应从自身安全和建筑物结构两方面考虑，附墙装置要按照塔式起重机说明书并根据拟安装附墙装置所在楼层结构情况，确定使用定型产品或单独加工专用工具式附着钢梁。如所在楼层竖向结构为现浇混凝土，可在结构的梁、柱或剪力墙上需锚固位置预留钢预埋件，用来同附着装置固定连接；根据锚固位置的受力情况计算，局部增加配筋进行加强处理，埋设附着装置的预埋件处的混凝土强度适当增大。如所在楼层竖向结构为预制构件柱、梁或剪力墙，预制剪力墙体，外墙挂板、非承重内墙板、预制柱、预制梁均不能作为附着架固定点；应将附墙装置提前设计并应通过外窗洞口伸入建筑物，固定在现浇结构剪力墙或楼面现浇梁内，附着位置竖向距离一般在15～20 m 一道，附着位置两根杆件之间水平距离为3～4 m。附着受力要求要保持水平。附着后要求附着点以下塔身的垂直度不大于2/1 000，附着点以上垂直度不大于3/1 000。

（13）塔式起重机吊装可视化视频系统应用

① 预制构件安装精度问题。

装配式混凝土结构的施工方式与现有的施工方式存在本质区别，通过工厂生产柱、墙、梁、板等预制构件，现场通过塔式起重机吊装就位，塔式起重机作为预制构件吊装主要的起重设备，具有塔身高度高、自身重量大、工作环境恶劣、操作人员素质要求高、使用频繁、周边环境复杂等不利因素。

塔式起重机事故的发生有设备自身质量因素造成的，包括制造质量、安装质量等，也有使用过程中超载、歪拉斜拽、指挥有误等因素造成的。由于传统吊装靠司机和信号工配合而引发的指挥失误造成人员伤害事件等事故，司机从主观上不存在故意违章操作的意识，因为司机在塔式起重机上是事故伤害的最直接受害者和责任人，为了加强使用过程的安全应用，各地方、企业都要求塔式起重机吊装严禁违章操作，做到“十不吊”，保证塔式起重机安全运行。

② 塔式起重机吊装盲区。

如图3-3 所示，塔式起重机一般都布置在建筑物一侧，由于建筑物的遮挡，相对于塔式起重机的建筑物的另一侧成为司机的视觉盲区。在视觉盲区，塔式起重机司机的吊装都是通过信号工的指挥操作，由于没有直观的视觉判断，对“十不吊”中的很多规定无法自己判断，预制构件就位处精度无法掌握，完全依赖于信号工指挥，存在一定安全隐患。而且对于目标点的把握通过语言描述和视觉判断进行吊装也存在很大差异，塔式起重机吊装同样的预制构件同样的工况，在盲区工作的时间大约是在可视区工作时间的2 倍，盲区的存在大大影响了工作效率。

图3-3　视屏盲区示意

③ 对可视性的要求。

工作时由于距离预制构件堆场和最终就位位置均较远，因塔式起重机司机与施工人员的分离且空间距离较大，常规做法是司机通过操作人员哨声指挥起升、行走、就位，吊运过程中始终存在视觉盲区或观察无法精准的状态，为保证构件就位准确、快速，两者之间的直接沟通必不可少。如能让司机直接观察到构件的就位情况，显然更有利于司机的就位操作和减少误操作，提高吊装效率，有效减少现场安全事故的发生。通过使用可视技术显然是满足这个要求的有效途径。

④ 摄像头设置。

具体做法是通过安装在塔式起重机起重臂小车上的摄像头，利用无线传输技术将视频传输到驾驶室，从而实现司机视觉无死角，有利于增加吊装过程安全性，提高工作效率。满足了预制构件吊装就位精度高、吊装效率高的要求。

⑤ 可视化塔式起重机视频吊装系统简介。

塔式起重机视频吊装问题在国家标准《起重机械安全监控管理系统》（GB 28264—2012）有明确规定，塔式起重机主要监控内容应该包括视频系统，该视频系统至少需观察到吊点。但目前的塔式起重机安全监控系统主要是通过五限位管理、空间限制等功能，塔式起重机视频系统还没有形成标准产品。视频系统目前应用比较成熟广泛，但是吊钩运行有其自身的特点，吊钩位置随时变化，因此塔式起重机至少观测到吊钩的视频系统，存在以下三个问题需要解决：

A. 电源供电、数据传输布线不方便；

B. 起吊过程中吊钩位置处于移动状态，怎样能保证吊钩始终在摄像头监视范围内；

C. 预制构件就位处于不同的楼层，高差较大，吊装需要进行变倍。

⑥ 视频监控系统应用。

传统的预制构件就位常常是操作工人人工观察加哨子和报话机呼叫，塔式起重机司机根据信号工指令进行操作机械，吊装预制构件距离操作司机较远，配合协调难，工程本身又遮挡操作司机视线，往往多次反复调整方能就位。装配连接如钢套筒连接或金属波纹管连接均精度要求高，公差较小，司机看不清楚需装配的细节，影响吊装精确就位效率，成为制约装配式混凝土结构的一个瓶颈。

A. 针对塔机的应用问题及工作特点，可视化塔式起重机视频监控系统将会解决上述问题。该系统包括：摄像机、显示器、无线传输系统、电源系统、控制器、存储设备。

B. 塔机吊装视觉盲区消除办法：摄像机安装在塔式起重机变幅小车上，如图3-4 所示，选择可变焦的摄像机。为了保证数据传输质量，采用网络数字摄像机、画质清晰、受干扰小，采用网络摄像机也为远程观看预留钢筋和钢套筒或金属波纹管是否顺利套入提供了方便。为了解决不好布线的问题，采用无线传输方式，无线传输系统包括图像传输和控制信号，通过可视化的视频吊装系统，在传统单一的信号指挥模式基础上，增加了视频辅助判断，可有效增加塔机吊装安全性，提高吊装效率三分之一以上，尤其塔式起重机在楼体背面（不可视作业面），塔式起重机司机在驾驶室内无法看见地面吊装作业情况。司机可以通过显示器观看所吊货物，通过变焦拉近监控视频镜头确认货物大小、估算货物重量、散物捆扎是否规范、吊索和附件捆绑是否牢靠或平衡，辨认完毕后起勾进行吊装。吊装行走过程中利用视频监控显示器观看周围环境，及时调整吊装行走路径，保障了吊装作业的安全完成，为项目安全管理提供了有力保障，进一步规范了塔式起重机操作。同时摄像机具有夜视功能，能够保证夜间及视线不太好的条件下正常工作。

图3-4　视频监控系统

C. 无线传输包括发射和接收两部分，发射部分安装在变幅小车内，驾驶室附近。

D. 电源系统采用蓄电池供电，蓄电池可以应用太阳能发电技术供电，并且留有备用电池，保证在天气异常情况下正常供电。

E. 控制器主要是对摄像机和电源系统进行控制。摄像机控制包括摄像机云台控制和变焦控制。

云台控制通过遥感控制方式操作，在摄像机安装完成后，调节摄像机镜头对准吊钩，正常工作时一般不需调整。

由于楼顶与楼底存在高度差，需要进行变焦，变焦控制是司机经常应用的功能，为此采用脚踏开关进行操作，在不影响司机正常操作的同时，通过脚踏实现变倍功能，即使在司机可视区也可通过变倍观测到捆绑是否牢固等。

大型预制件吊装与安装针对这一问题可以增加手持摄像机，将装配细节通过无线传输发送给司机，与上述的可视化吊装形成立体的视觉效果，特别是比较危险不适宜吊装过程有人的情况。司机根据局部多角度视频图像显示，精确操作塔式起重机吊装，大大提高吊装物的就位精度和工作效率。

存储器可以存储摄像机监控的视频录像，发生问题时起到“黑匣子”作用。结合手持摄像机可形成立体化的视频辅助系统，解决了装配式混凝土结构吊装要求就位精度高、效率高的难题，效果良好，可实现塔式起重机司机视线的无死角。

（14）塔式起重机的转移

塔式起重机转移前，要按照安装的相反顺序，采用相似的方法，将塔式起重机降下或解体，然后进行整体拖运或解体运输。在拖运途中，必须随时注意检查，发现异常现象应及时排除。

① 采用整机拖运塔式起重机，轻型的大多采用全挂式拖运方式，中型及重型的则多采用半挂式拖运方式。拖运的牵引车可利用载重汽车或平板拖车的牵引车。

② 中型或重型塔式起重机必须解体运输。为了便于装卸运输，缩短组装及安装时间，在拆卸塔式起重机时，不需全部解体，将其分解为若干组件，如将整个底架保留成一体。可根据结构部件尺寸的特点，把臂架节塞装到塔身标准节里，从而压缩运输空间和降低运输费用。由于塔式起重机高大，组件的重量和轮廓尺寸都比较大，必须用平板拖车运输，以汽车起重机配合装卸。由于整机拖运长度超限，在拖运中必须注意下列各点：

A. 拖运前，必须对拖运路线进行勘察，对路面宽度、弯道半径、架空电线、路面起伏等情况作充分了解，根据实际情况采取相应的安全措施。

B. 当路面宽度小于7 m，弯道半径小于10 m，架空电线低于4.5 m，桥涵孔洞净空高度小于4.5 m，桥梁承载力低于5 t 时，均不能通行。

C. 拖运前，应为拖运列车配齐尾灯和制动器，并在牵引车上装适当配重。

D. 拖运速度不得超过25 km/h，通过弯道时更应低速缓行，并有专人负责地面指挥使拖运列车顺利通过。