高层建筑施工技术4

高层建筑施工技术

第4章 高层建筑施工用垂直运输机械

教学提示：高层建筑施工用垂直运输机械主要包括塔吊、施工电梯、混凝土泵，他们可以提高高层建筑施工机械化水平、缩短工期。

教学要求：本章重点介绍塔吊、施工电梯基础设计方法、附壁构造及节点承载力设计方法、运能估算方法，以及混凝土泵泵管与结构的节点、泵产品构造图。要求重点掌握塔吊、施工电梯基础设计方法、附壁节点承载力设计方法。

现代高层建筑施工的主要特点是：(1) 垂直运输量大、运距高；(2) 结构、水电、装修齐头并进，交叉作业多，安全隐患大；(3) 工期紧张；(4) 施工人员上下频繁，人员交通量大；(5) 组织管理工作复杂。为了保证施工有条不紊，确保证工程质量、工期、经济效益的顺利实现，关键之一是选择合理的垂直运输机械并加以合理地运用。实践表明，在高层建筑施工中使用性能良好的、适合施工需要的垂直运输机械，进行合理的机械布置和管理，则一定能在保证质量的前提下，节约劳动力，减轻劳动强度，缩短工期，提高经济效益。

高层建筑施工常用的垂直运输机械有：塔式起重机、施工外用电梯、混凝土泵等。

4.1 塔 吊

4.1.1 概述

1. 塔吊的组成

塔吊又称塔机或塔式起重机。塔式起重机的结构特点是有一个直立的塔身，起重臂安装在垂直塔身的上部，它是高层、超高层建筑施工的主要施工机械。随着现代新工艺、新技术的不断广泛使用，塔式起重机的性能和参数的不断提高。

塔式起重机由金属结构部分、机械传动部分、电气控制与安全保护部分以及与外部支承设施组成。金属结构部分包括行走台车架、支腿、底架平台、塔身、套架、回转支承、转台、驾驶室、塔帽、起重臂架、平衡臂架以及绳轮系统、支架等。机械传动部分包括起升机构、行走机构、变幅机构、回转机构、液压顶升机构、电梯卷扬机构以及电缆卷筒等。电器控制与安全保护部分包括电动机、控制器、动力线、照明灯、各安全保护装置以及中央集电环等。外部支承设施包括轨道基础及附着支撑等。

2. 塔吊的分类

塔式起重机可按构造特点和起重能力等进行分类。

1) 按行走机构划分 分为自行式塔式起重机、固定式塔式起重机。

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自行式塔式起重机能够在固定的轨道上、地面上开行。其特点是能靠近工作点，转移方便，机动性强。常见的有轨道行走式、轮胎行走式、履带行走式等。

固定式塔式起重机没有行走机构，能够附着在固定的建筑物或建筑物的基础上，随着建筑物或构筑物的上升不断地上升。

2) 按起重臂变幅方法划分

分为起重臂变幅式塔式起重机和起重小车变幅式塔式起重机。前者起重臂与塔身铰接，变幅时可调整起重臂的仰角，常见的变幅结构有电动和手动两种；后者起重臂是不变(或可变)横梁，下弦装有起重小车，变幅简单，操作方便，并能负载变幅。如图4.1、图4.2所示。

图4.1 起重臂变幅式塔式起重机简图 图4.2 起重小车变幅式塔式起重机简图

3) 按回转方式划分

分为上塔回转塔式起重机和下塔回转塔式起重机。前者塔尖回转，塔身不动，回转机构在顶部，结构简单，但起重机重心偏高，塔身下部要加配重，操作室位置较低，不利于高层建筑施工；后者塔身与起重臂同时旋转，回转机构在塔身下部，便于维修，操作室位置较高，便于施工观测，但回转机构较复杂。

4) 按起重能力划分

分为轻型塔式起重机、中型塔式起重机和重型塔式起重机。一般情况下，以起重量0.5～3.0t为轻型塔式起重机，起重量为3.0～15t的为中型塔式起重机，起重量为15～40t的起重机为重型塔式起重机。

5) 按塔式起重机使用架设的要求划分

分为固定式、轨道式、附着式和内爬式四种。

固定式塔式起重机将塔身基础固定在地基基础或结构物上，塔身不能行走。

轨道式塔式起重机又称轨道行走式塔式起重机，简称为轨行式塔式起重机，在轨道上可以负荷行驶。

附着式塔式起重机每隔一定间距通过支撑将塔身锚固在构筑物上。如图4.3所示。 内爬式塔式起重机设置在建筑物内部(如电梯井、楼梯间等)，通过支撑在结构物上的爬升装置，使整机随着建筑物的升高而升高。如图4.4所示。

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图4.3 附着式塔式起重机简图 图4.4 内爬式塔式起重机简图

3. 塔吊的特点

塔吊一般具有下列特点：

(1) 起重量、工作幅度和起升高度较大。

(2)360°全回转，并能同时进行垂直、水平运输作业。

(3) 工作速度高。塔式起重机的操作速度快，可以大大地提高生产率。国产塔式起重机的起升速度最快为120m/min，变幅小车的运行速度最快可达45m/min；某些进口塔式起重机的起升速度已超过200m/min, 变幅小车的运行速度可达90m/min。另一方面，现代塔式起重机具有良好的调速性和安装微动性，可以满足构件安装就位的需要。

(4) 一机多用。为了充分发挥起重机的性能，在装置方面，配备有抓斗、拉铲等装置，做到一机多用。

(5) 起重高度能随安装高度的升高而增高。

(6) 机动性好，不需其他辅助稳定设施(如缆风绳)，能自行或自升。

(7) 驾驶室(操纵室)位置较高，操纵人员能直接(或间接)看到作业全过程，有利于安全生产。

3. 塔吊的主要性能参数

塔式起重机的主要性能参数包括起重力矩、起重量、起升高工作幅度等参数。选用塔式起重机进行高层建筑施工时，首先应根据施工对象确定所要求的参数。

1) 幅度

幅度，又称回转半径或工作半径，即塔吊回转中心线至吊钩中心线的水平距离。幅度又包括最大幅度与最小幅度两个参数。高层建筑施工选择塔式起重机时，首先应考察该塔吊的最大幅度是否能满足施工需要。

2) 起重量

起重量是指塔式起重机在各种工况下安全作业所容许的起吊重物的最大重量。起重量包括所吊重物和吊具的重量。它是随着工作半径的加大而减少的。

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3) 起重力矩

初步确定起重量和幅度参数后，还必须根据塔吊技术说明书中给出的资料，核查是否超过额定起重力矩。所谓起重力矩(单位kN·m)指的是塔式起重机的幅度与相应于此幅度下的起重量的乘积，能比较全面和确切地反映塔式起重机的工作能力。

4) 起升高度

起升高度是指自轨面或混凝土基础顶面至吊钩中心的垂直距离，其大小与塔身高度及臂架构造型式有关。一般应根据构筑物的总高度、预制构件或部件的最大高度、脚手架构造尺寸及施工方法等综合确定起升高度。

4. 塔吊的布置

在编制施工组织设计、绘制施工总平面图时，合适的塔式起重机安设位置应满足下列要求：

(1) 塔式起重机的幅度与起重量均能很好地适应主体结构(包括基础阶段)施工需要，并留有充足的安全余量。

(2) 要有环形交通道，便于安装辅机和运输塔式起重机部件的卡车和平板拖车进出施工现场。

(3) 应靠近工地电源变电站。

(4) 工程竣工后，仍留有充足的空间，便于拆卸塔式起重机并将部件运出现场。

(5) 在一个栋号同时装设两台塔式起重机的情况下，要注意其工作面的划分和相互之间的配合，同时还要采取妥善措施防止相互干扰。

4.1.2 固定式塔吊基础的计算

塔式起重机上部载荷传递到底座的力，大致由中心受压、在x或y轴向的弯矩和起重臂旋转所引起的扭转惯性力等组成。随着塔式起重机的类型不同，底座力传递对象也有所不同：行走式为轨道基础，自升式、内爬式为支承架，附着固定式为钢筋混凝土基础。在设计计算中应根据具体作业特点分别计算。

高层建筑施工用的附着式塔式起重机，大都采用小车变幅的水平臂架；幅度亦多在50m以上，无须移动作业即可覆盖整个施工范围，因此多采用钢筋混凝土基础。

钢筋混凝土基础有多种形式可供选用。对于有底架的固定自升式塔式起重机，可视工程地质条件、周围环境以及施工现场情况选用X形整体基础、条块分隔式基础或者是独立块体式基础。对无底架的自升式塔式起重机则采用整体式方块基础。

X形整体基础如图4.5所示的形状及平面尺寸大致与塔式起重机X形底架相似，塔式起重机的X形底架通过预埋地脚螺栓固定在混凝土基础上。此种形式多用于轻型自升式塔式起重机。

长条形基础如图4.6所示，由两条或四条并列平行的钢筋混凝土底梁组成，分别支承底架的四个支座和由底架支座传来的上部载荷。当塔式起重机安装在混凝土砌块人行道上或者是原有混凝土地面上，均可采用此种形式的钢筋混凝土基础。

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图4.5 X形整体式钢筋混凝土基础 图4.6 条块分隔式钢筋混凝土基础

分块式基础如图4.7所示，由四个独立的钢筋混凝土块体组成，分别承受由底架结构传来的上部载荷，块体的构造尺寸视塔式起重机支反力大小及地耐力而定。由于基础仅承受底架传递的垂直力，故可作为中心负荷独立柱基础处理。其优点是：构造比较简单，混凝土及钢筋用量都较少，造价便宜。

独立式整体钢筋混凝土基础如图4.8所示，适用于无底架固定式自升式塔式起重机。其构造特点是：塔式起重机的塔身结构通过塔身基础节、预埋塔身框架或预埋塔身主角钢等固定在钢筋混凝土基础上，从而使塔身结构与混凝土基础连成一体，并将起重机上部载荷全部传递地基。由于整体钢筋混凝土基础的体形尺寸是考虑塔式起重机的最大支反力、地基承载力以及压重的需求而选定的，因而能确保塔式起重机在最不利工况下均可安全工作，不会产生倾翻事故。

图4.7 分块式钢筋混凝土基础 图4.8 独立式整体钢筋混凝土基础

1—预埋塔身标准节 2—钢筋 3—架设钢筋

1. 分块式基础的计算

塔式起重机基础如图4.9所示。

1) 确定基础预埋深度

根据施工现场地基情况而定，一般塔式起重机基础埋设深度为1～1.5m。

2) 基础面积F的估算

塔式起重机所需基础的底面积F按许用土地承载力估算如下：

N+GF= σd γdd

·128 ·

(4-1)

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图4.9 ZTl20自升式塔式起重机基础简图

式中：N——每个基础承担的垂直载荷；

G——基础自重，可按0.06N估算；

[σd]——许用地基承载力(具体取值需根据地质报告确定)，常用灰土处理后的地基

承载力为200kN/m2；

γd——20kN/m3；

d——基础埋深(从基础顶到地面高度)(m)。

3) 基础平面尺寸的确定

基础浇筑成正方形，其边长为

4) 初步确定基础高度

按KTNC公式估算： (4-2)

H=x(a a0) (4-3)

式中：x——系数，x=0.38；

a——基础边长；

a0——柱顶垫板的边长。

基础的有效高度：

h0=H－δ

式中：δ——基础配筋的保护层厚度，一般不少于70mm。

5) 验算混凝土基础的冲切强度

混凝土基础的冲切强度应满足下式：

0.75RLA2σt< kA1

式中：σt——垂直载荷在基础底板上产生的应力，σt=N/a2； (4-4)

RL——混凝土抗拉强度，参见表4-1；

k——安全系数，一般取1.3；

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·130· 高层建筑施工

aa aa A1：当a≥a0+2h0时，A1= ( 0 h0)a ( 0 h0)2 , 22 22

aa当a<a0+2h0时，A1=( 0 h0)a； 22

A2：当a≥a0+2h0时，A2=(a0+h0)a，当a<a0+2h0时，A2=(a0+h0)h0 (h0+

表4-1 混凝土抗拉强度(kN/m2)

混凝土强度等级

混凝土抗拉强度

C30 1.43 a0a2 。 22

6) 配筋计算

土壤反力对基础底板产生的弯矩M：

M=

所需钢筋截面积Fg为： σt24(a a0)2(2a+a0) (4-5)

Fg=kM (4-6) σs×0.875h0

式中：k——安全系数，k=2；

σs——钢筋强度设计值，查表4-2。

所配钢筋截面积Fg应满足下式：

Fg (4-7) >0.15% aH

根据所需钢筋面积，查钢筋表得到所需的规格。一般钢筋中心间距不大于200mm。

表4-2 普通钢筋强度设计值(N/mm2)

钢筋种类 σs

2. 整体式基础的计算

根据起重机在倾覆力矩作用下的稳定性条件和土壤承载条件确定基础的尺寸和重量，计算式不考虑和基础接触的侧壁的影响。

1) 确定基础预埋深度

根据施工现场地基情况而定，一般塔式起重机基础埋设深度为1～1.5m，但应注意须将基础整体埋住。

2) 基础面积的估算

所需基础的底面积F的估算见式(4-1)，但此处N为基础承担的垂直载荷。

3) 基础平面尺寸的确定

基础浇筑成正方形，并应满足以下两个条件。

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N+G+γdda2

(1) +σM<[σd] (4-8) 2a

式中：a——基础边长，可按下式初步估算：a

；

σM——有弯曲作用产生的压应力，其大小为σM=M/Wd

M——起重机的倾覆力矩(N·m)；

Wd——基础底面对垂直于弯曲作用平面的截面模量，Wd =a3/6(m3)。

N+G+γdda2

εσM>0 (2) 2a

式中：ε——安全系数，ε=1.5。

4) 初步确定基础高度

基础高度的初步确定，见式(4-3)。

根据稳定性条件验算基础重量：

2Mk<Vγ a

式中：M——起重机倾覆力矩(N·m)；

k——最小稳定系数(附载时)，不考虑惯性力、风力和离心力，k=1.4；

V——基础体积(m3)；

γ——混凝土容重(t/m3)，γ=25t/m3。 (4-9) (4-10)

5) 验算基础冲切强度及基础配筋计算

基础冲切强度及基础配筋计算同分块基础，但在进行冲切强度验算时，式(4-4)中的安全系数应取值为2.2。

4.1.3 塔式起重机附墙装置的计算

为了保证安全，一般塔式起重机的高度超过30～40m就需要附墙装置，在设置第一道附墙装置后，塔身每隔14～20m须加设一道附墙装置。

附墙装置由锚固环、附着杆组成。锚固环由型钢、钢板拼焊成方形截面，用连接板与塔身腹杆相连，并与塔身主弦杆卡固。附墙拉杆有多种布置形式，可以使用三根或四根拉杆，根据施工现场情况而定。三根拉杆附着杆节点如图4.10所示。

附墙拉杆的受力大小取决于锚固点以上塔身的载荷以及附墙装置的尺寸及形式。对三拉杆支撑式，受力如图4.11所示。塔身受力为水平力Fx、Fy及扭矩M，三根拉杆为轴心受力构件，根据静力平衡条件方程，可求得各杆件内力。

对四拉杆支撑式，受力如图4.12所示。杆系是超静定结构，可以用力法方程求解。将杆件1视为多余约束，此时杆系成为静定结构，则在外载荷作用下各杆件内力，Nip由以下力平衡方程解出：∑X=0，∑Y=0，∑MA=0。再求得在沿杆件1方向的单位多余约束力作用下的各杆件内力Ni。单位力引起杆件1的位移δ11为：

Nlδ11 =∑ii (4-11) EA

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·132· 高层建筑施工

图4.10 Q4-10型塔式起重机附着装置

式中：li——各杆件的长度；

A——各杆件截面积；

E——杆件材料的弹性模量。

图4.11 三拉杆支撑式附墙装置 图4.12 四拉杆支撑式附墙装置

外载荷引起的杆件1的位移Δ1P为

ΔiNipli

1P=∑NEA

根据力法方程δ11x1+Δ1P=0可解出多余约束力x1(即N1) 为：

x1=Δ1P/δ11

各杆件内力为 Ni=Nip+N

ix1

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(4-12) (4-13)

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然后按受压构件计算各杆件稳定性，以及附墙预埋件强度。

计算塔吊基础、附壁计算的外力时，对独立塔身，可取上端自由、下端固定的计算简图；对附着式塔身，可取带悬臂多跨连续梁的计算简图。

塔吊上的荷载可以按照《塔式起重机设计规范》(GB/T 13752—1992)计算和组合，见表4-3；同时塔吊的生产厂家在“使用说明书”中说明塔吊基础、附壁计算的外力，如QTZ400-1型塔吊(起重高度110m、臂长47m、额定起重力矩400 kN·m、最大起重量4t)的说明如下：基础所受的垂直荷载430kN、水平荷载18.4 kN、倾覆力矩702 kN·m(附着式塔身的倾覆力矩大大减小)、扭矩119 kN·m，最不利工况下撑杆的最大受力12.3t。另外，QTZ400-1型塔吊使用说明书还给出了基础尺寸、配筋、地基承载力要求、地脚螺栓承拉能力要求、连墙耳板详图等；但对桩基础、附着点的结构强度要求并不能给出数值要求。所以以上方法，可以作为解决这些问题的基础知识。

表4-3 塔式起重机荷载组合表 荷载

荷载

类别 名称

自重荷载

起升荷载

基本

荷载 符号 FG FQ 组合A A3B1荷载组合 组合B B2组合C C4 FG － FG － FG FQ φ1FG φ1FGφ2FQ φ3FQφ1FGφ4FQφ1FGφ2FQφ1FGφ1FGφ4FQφ1FG－ φ3FQ回转惯性荷载Fmk 运行惯性荷载Fmt φ5Fmk,φ5Fmt,φ5FmR和Ff中每二个力进行组合取－

－ － － 变幅惯性荷载FmR 其最不利者 离心力

坡度荷载 Ff F

Fw2 － － － F Fw2 Fw2 Fw2 － －

Fts

－ Fws － 附加 工作状态 荷载 风荷载 动态试验荷载Ftd 特殊 荷载 静态试验荷载Fts 非工作状态 风荷载 碰撞荷载

注：① Fws Fc φ6Ftd φ7Fc φi——考虑动载等的系数。

② 运行机构包括车轮或台车、制动器等，运行惯性荷载为水平向；回转惯性荷载为切向；离心

力为径向；变幅惯性荷载指动臂变幅，为切向力；坡度荷载指轨道或支撑面倾斜而对于验算项目增加的荷载；温度荷载一般不考虑；试验荷载为塔吊的试验超载；碰撞荷载指塔吊或起重小车与缓冲器的碰撞。

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4.1.4 塔式起重机输送能力的估算

塔式起重机的输送能力与塔式起重机吊运一次重物的用时有关，塔式起重机吊运一次重物的用时可按式(4-14)计算：

HHTi=(i+i+t3+t4+t5)×K (4-14) V1V2

式中：Ti——塔式起重机吊运一次重物的用时(min)；

Hi——平均施工高度(m)；

V1——塔式起重机吊钩起升速度(m/min)；

V2——塔式起重机吊钩下降速度(m/min)；

t3——塔式起重机吊运一次重物的平均回转时间(min)；

t4——塔式起重机吊运一次重物变幅或大车行走的时间(min)；

t5——塔式起重机吊运一次重物的装卸时间(min)；

K——调整系数，根据塔式起重机机械状况与管理水平而定，一般取1.1～1.5。

4.2 施 工 电 梯

施工电梯又称外用施工电梯或施工升降机，是一种很重要的高层建筑施工用垂直运输机械设备，它多数是人货两用，少数仅供货用或人用。

4.2.1 概述

1. 施工电梯的分类

施工电梯按施工电梯的动力装置可分为电动与电动―液压两种，电动―液压驱动电梯工作速度比电机驱动电梯工作速度快，可达96m/min。

施工电梯按用途可划分为载货电梯、载人电梯和人货两用电梯。载货电梯一般起重能力较大，起升速度快，而载人电梯或人货两用电梯对安全装置要求高一些。目前，在实际工程中用得比较多的是人货两用电梯。

施工电梯按施工电梯的驱动形式可分为钢索曳引、齿轮齿条曳引和星轮滚道曳引三种形式。其中，钢索曳引是早期产品，星轮滚道曳引的传动形式较新颖，但载重能力较小，目前用得比较多的是齿轮齿条曳引这种结构形式。

施工电梯按吊厢数量可分为单吊厢式和双吊厢式。

施工电梯按承载能力，施工电梯可分为两级(一级能载重物1t或人员11～12人，另一级载重量为2t或载乘员24名)。我国施工电梯用得比较多的是前者。

施工电梯按塔架多少分为单塔架式和双塔架式。目前，双塔架桥式施工电梯很少用。 2. 齿轮齿条驱动施工电梯的构成

施工电梯的主要部件为吊笼、带有底笼的平面主框架结构、立柱导轨架，驱动装置、电控系统提升系统、安全装置等。

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1) 立柱导轨架

一般立柱由无缝钢管焊接成桁架结构并带有齿条的标准节组成，标准节长为1.5m，标准节之间采用套柱螺栓连接，并在立柱杆内装有导向楔。

2) 带底笼的安全栅

电梯的底部有一个便于安装立柱段的平面主框架，在主框架上立有带镀锌铁网状护围的底笼。底笼的高度约为2m，其作用是在地面把电梯整个围起来，以防止电梯升降时闲人进出而发生事故。底笼入门口的一端有一个带机械和电气的连锁装置，当吊厢在上方运行时即锁住，安全栅上的门无法打开，直至吊厢降至地面后，连锁装置才能解脱，以保证安全。

3) 吊笼

吊笼又称为吊厢，不仅是乘人载物的容器，而且又是安装驱动装置和架设或拆卸支柱的场所。吊笼内的尺寸一般为长×宽×高=3×1.3×2.7(m3)左右。吊笼底部由浸过桐油的硬木或钢板铺成，结构主要由型钢焊接骨架、顶部和周壁由方眼编织网围护结构组成。

一般国产电梯，在吊笼的外沿一般都装有司机专用的驾驶室，内有电气操纵开关和控制仪表盘，或在吊笼一侧设有电梯司机专座，负责操纵电梯。

4) 驱动装置

是使吊笼上下运行的一组动力装置，其齿轮齿条驱动机构可为单驱动、双驱动，甚至三驱动。

5) 安全装置

(1) 限速制动器。国产的施工外用载人电梯大多配用两套制动装置，其中一套就是限速制动器。它能在紧急的情况下如电磁制动器失灵，机械损坏或严重过载和吊笼在超过规定的速度约15%时，使电梯马上停止工作。常见的限速器是锥鼓式限速器，根据功能不同，分为单作用和双作用两种形式。所谓单作用限速器只能沿工作吊厢下降方向起制动作用。

锥鼓式限速器的结构如图4.13所示，主要由锥形制动器部分和离心限速部分组成。制动器部分由制动毂1、锥面制动轮2、碟形弹簧组3、轴承4、螺母5、端益6和导板7组成。离心限速器部分由心块支架8、传动轴9、从动齿轮10、离心块11和拉伸弹簧12组成。

图4.13 限速器

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锥鼓式限速器有以下三种工作状态。

① 电梯运行时，小齿轮与齿条啮合驱动，离心块在弹簧的作用下，随齿轮轴一起转动； ② 当电梯运行超过一定速度时，离心块克服弹簧力向外飞出与制动鼓内壁的齿啮合，使制动鼓旋转而被拧入壳体；

③ 随着内外锥体的压紧，制动力矩逐步增大，使吊厢能平缓制动。

锥鼓式限速器的优点在于减少了中间传力路线，在齿条上实现柔性直接制动，安全可靠性大，冲击力小。制动行程可以预调。在限速制动的同时，电器主传动部分自动切断，在预调行程内实现制动。可有效地防止上升时“冒顶”和下降时出现“自由落体”坠落现象。由于限速器是独立工作，因此不会对驱动机构和电梯结构产生破坏。

(2) 制动装置。

① 限位装置。设在立柱顶部的为最高限位装置，可防止冒顶，主要是有由限位碰铁和限位开关构成。设在楼层的为分层停车限位装置，可实现准确停层。设在立柱下部的限位器可不使吊笼超越下部极限位置。

② 电机制动器，有内抱制动器和外抱电磁制动器等。

③ 紧急制动器，有手动楔块制动器和脚踏液压紧急刹车等，在紧急的情况下如限速和传动机构都发生故障时，可实现安全制动。

(3) 缓冲弹簧。

底笼的底盘上装有缓冲弹簧，在下限位装置失灵时，可以减小吊笼落地震动。

6) 平衡重

平衡重的重量约等于吊笼自重加1/2的额定载重量，用来平衡吊笼的一部分重量，平衡重通过绕过主柱顶部天轮的钢丝绳，与吊笼连接，并装有松绳限位开关。每个吊笼可配用平衡重，也可不配平衡重。和不配平衡重的吊笼相比，其优点是保持荷载的平衡和立柱的稳定，并且在电动机功率不变的情况下，提高了承载能力，从而达到了节能的目的。

7) 电气控制与操纵系统

电梯的电器装置(接触器、过载保护、电磁制动器或晶闸管等电器组件)装在吊笼内壁的箱内，为了保证电梯运行安全，所有电气装置都重复接地。一般在地面、楼层和吊厢内的三处设置了上升、下降和停止的按钮开关箱，以防万一。在楼层上开关箱放在靠近平台栏栅或入门口处。在吊笼内的传动机械座板上，除了有上升与下降的限位开关以外，在中间装有一个主限位开关，当吊笼超速运行，该开关可切断所有的三相电源，下次在电梯重新运行之前，应将限位开关手动复位。利用电缆可使控制信号和电动机的电力传送到电梯吊笼内，电缆卷绕在底部的电缆筒上，高度很大时，为了避免电缆易受风的作用而绕在主柱导轨上，为此应设立专用的电缆导向装置。吊笼上升时，电缆随之被提起，吊笼下降时，电缆经由导向装置落入电缆筒。

3. 绳轮驱动施工电梯

绳轮驱动施工电梯常称为施工升降机或升降机，起构造特点是：采用三角断面钢管焊接格桁结构立柱，单吊笼，无平衡重，设有限速和机电联锁安全装置，附着装置简单。能自升接高，可在狭窄场地作业，转场方便，吊笼平面尺寸为1.2×(2―2.6)m2，结构较简单，·136 ·

高层建筑施工技术

第4章 高层建筑施工用垂直运输机械 ·137·

用钢量少。有人货两用，可载货1t或乘8～l0人，有的只用于运货，载重亦达1t。造价仅为齿轮齿条施工电梯的2/5～1/2，因而在高层建筑中的应用面逐渐扩大。

3. 施工电梯的选择和使用

1) 选择

现场施工经验表明，为减少施工成本，20层以下的高层建筑，采用绳轮驱动施工电梯，25～30层以上的高层建筑选用齿轮齿条驱动施工电梯。高层建筑施工施工电梯的机型选择，应根据建筑体型、建筑面积、运输总量、工期要求以及施工电梯的造价与供货条件等确定。

2) 使用

(1) 确定施工电梯位置。施工电梯安装的位置应尽可能满足：

① 有利于人员和物料的集散；

② 各种运输距离最短；

③ 方便附墙装置安装和设置；

④ 接近电源，有良好的夜间照明，便于司机观察。

(2) 加强施工电梯的管理。施工电梯全部运转时间中，输送物料的时间只占运送时间的30%～40%，在高峰期，特别在上下班时刻，人流集中，施工电梯运量达到高峰。如何解决好施工电梯人货矛盾，是一个关键问题。

4.2.2 施工电梯基础及附墙装置的构造做法

1. 施工电梯基础的构造做法

电梯的基础为带有预埋地脚螺栓的现浇钢筋混凝土。一般采用配筋为8号钢筋(双向，间距为250mm)的C30混凝土，地基土的地耐力应不小于0.15N/mm2。某电梯基础的外形尺寸实例为：长2 600 mm(单笼，双笼4 000mm)、宽3 500mm、厚200mm。

施工电梯基础顶面标高有三种：高于地面、与地面齐平、低于地面，以与地面齐平做法最为可取，方便施工人员出入，减少发生工伤事故可能性。

2. 施工电梯的附墙装置

1) 齿轮齿条驱动施工电梯的附墙装置

为了保证导轨架的稳定性，当电梯架设到一定的高度时，每隔一定的间距必须把立柱导轨架与建筑物用附墙支撑和预埋件连接起来。附墙支撑装置由槽钢连接架、1号支架、2号支架、3号支架和立管架构成，如图4.14所示。立管与底笼立管连接。当立管架与墙面距离大于1.0m时，可再增加一排立管(用扣件钢管搭设)。附墙支撑的间距在产品使用说明书上都有规定。在最后一个锚固处之上立柱的允许高度，即再需增加新的锚固处之前，至少使电梯再爬升2～3层。自由高度，单笼电梯为15m，双笼电梯为12m。

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·138· 高层建筑施工

图4.14 施工电梯的附墙装置

2) 卷扬机绳轮驱动施工电梯附墙装置

卷扬机绳轮驱动施工电梯的附墙装置由三根杆件组成，其附墙距离可视需要在一定范围内进行调整。

4.3 混凝土搅拌运输车与混凝土泵

采用混凝土泵浇注商品混凝土，是钢筋混凝土现浇结构高层建筑施工中最为常见的混凝土浇注方式。

4.3.1 混凝土搅拌运输车

混凝土搅拌运输车由混凝土集中搅拌站将商品混凝土装运到施工现场，并卸入预先准备好的料斗里，再由混凝土泵或塔式起重机输送到浇筑部位。混凝土搅拌运输车运输过程中，同时对混凝土进行不停地搅动，使混凝土免于在运输途中产生离析和初凝，并进一步改善混凝土拌合物的和易性和均匀性，从而提高混凝土的浇筑质量。混凝土搅拌运输车公称容量在2.5m3以下者为轻型；4～6m3者属于中型；8m3以上者为大型。实践表明，容量6m3的搅拌运输车经济效果最好。

混凝土搅拌运输车主要由底架、搅拌筒、发动机、静液驱动系统、加水系统、装料及进料系统、卸料溜槽、卸料振动器、操作平台、操纵系统及防护设备组成。

选择混凝土搅拌运输车时，应特别注意以下几点技术性能：

(1) 装、卸料快，有利于提高生产率。6m3搅拌运输车的装料时间一般约需40～60s，卸料时间为90～180s。

(2) 注意搅拌筒的质量。搅拌筒的造价约占混凝土搅拌运输车整车造价的1/2，搅拌筒的筒壁及搅拌叶片必须用耐磨、耐锈蚀的优质钢材制作，并应有适当厚度。

(3) 安全防护装置齐全。

(4) 操作简单，性能可靠。

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第4章 高层建筑施工用垂直运输机械 ·139·

(5) 便于清理，保养量小。

使用时应注意下列事项：

(1) 混凝土搅拌运输车在装料前，应先排净筒内的积水及杂物。

(2) 应事先对混凝土搅拌运输车行经路线，如桥涵、洞口、架空管线及库门口的净高和净宽等设施进行详细了解，以利通行。

(3) 混凝土搅拌运输车在运输途中，搅拌筒应以低速转动，到达工地后，应使搅拌筒全速(14～18r/min)转动l～2min，并待搅拌筒完全停稳不转后，再进行反转出料。

(4) 一般情况下，混凝土搅拌运输车运送混凝土的时间不得超过一小时，具体情况随天气的变化采取不同的措施进行处理：如添加缓凝剂可适当增加混凝土的运输时间。

(5) 工作结束后，应按要求用高压水冲洗搅拌筒内外及车身表面，并高速转动搅拌筒5～l0min，然后排放干净搅拌筒里的水分。

(6) 注意安全，不得将手伸入在转动中的搅拌筒内，也不得将手伸入主卸料溜槽与接长卸料溜槽的连接部位，以免发生安全事故。

4.3.2 混凝土泵

混凝土泵是在压力推动下沿管道输送混凝土的一种设备。它能连续完成高层建筑的混凝土的水平运输和垂直运输，配以布料杆还可以进行较低位置的混凝土的浇筑。近几年来，在高层建筑施工中泵送商品混凝土应用日益广泛，主要原因是泵送商品混凝土的效率高，质量好，劳动强度低。

1. 混凝土泵的分类

混凝土泵按驱动方式分为活塞式泵和挤压式泵，目前用得较多的是活塞式泵；按混凝土泵所使用的动力可分为机械式活塞泵和液压式活塞泵，目前用得较多的是液压式活塞泵；液压式活塞泵按推动活塞的介质又分为油压式和水压式两种，现在用得较多的是油压式；按混凝土泵的机动性分为固定式泵和移动式，所谓移动式是指混凝土泵装在行走式轮胎可牵引移动的汽车上，而后者是指装在载重汽车底盘上的混凝土泵。

2. 活塞式混凝土泵的工作原理

活塞式混凝土泵主要由料斗、液压缸、活塞、混凝土缸、分配阀、Y形管、冲洗设备、液压系统和动力系统等部分组成，如图4.15所示。

活塞式混凝土泵工作时，混凝土进入料斗内，在阀门操纵系统的作用下，阀门开启，阀门关闭，液压活塞在液压力作用下通过活塞杆带动活塞后移，料斗内的混凝土在自重和吸力作用下进入混凝土缸。然后液压系统中压力油的进出反向，使活塞向前推压，同时阀门关闭，阀门打开，混凝土缸中的混凝土在压力作用下就通过Y形管进入输送管道，排至所要浇筑混凝土的施工现场中去。

在混凝土泵的料斗内，一般都装有带叶片的、由电动机驱动的搅拌器，以便对进入料斗的混凝土进行二次搅拌以增加其和易性。

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图4.15 液压活塞式混凝土泵的工作原理图

3. 液压活塞式混凝土泵的主要特点

1) 运距远

液压活塞式混凝土泵的工作压力，一般可达5MPa，最大可达19MPa，水平运距达600m，垂直运距最大可达为250m，排量为10～80m3/h。活塞式混凝土泵可排送坍熔度为5～20cm的混凝土，骨料最大粒径为50mm，混凝土缸筒的使用寿命达50 000m3 。

2) 结构简单

泵的输送冲击小而稳定，排量可以自由调节，但是此类泵使用的关键是混凝土缸的活塞与缸体的磨损以及阀体的的工作可靠性。

4. 混凝土布料杆

混凝土布料杆是完成输送、布料、摊铺混凝土浇筑入模的一种设备。混凝土布料杆大致可分为汽车式布料杆(亦称混凝土泵车布料杆)和独立式布料杆两大类。

汽车式布料杆由折叠式臂架与泵送管道组成。施工时是通过布料杆各节臂架的俯、仰、屈、伸，能将混凝土泵送到臂架有效幅度范围内的任意一点。泵车的臂架形式主要有连接式、伸缩式和折叠式3种。连接式臂架由2～3节组合而安置在汽车上，当到达施工现场时再进行组装。伸缩式臂架不需要另行安装，可由液压力一节节顶出，这种布料杆的优点是特别适应在狭窄施工场地上施工，缺点是只能作回转和上下调幅运动。折臂式最大特点是运动幅度和作业范围大，使用方便因用得最广泛，但成本较高，如图4.16所示。

独立式布料杆根据它的支承结构形式大致上有4种形式：移置式布料杆、管柱式机动布科杆、装在塔式起重机上的布料杆。

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图4.16 折臂式泵车臂架

移置式布料杆由底架支腿、转台、平衡臂、平衡重、臂架、水平管、弯管等组成。泵送混凝土主要是通过两根水平管送到浇注地点，整个布料杆可用人力推动围绕回转中心转动360°，而且第二节泵管还可用人推动，以第一节管端弯管为轴心回转300°。这种移置式布料杆优点是：构造简单、加工容易、安装方便、操作灵活、造价低、维修简便；转移迅速，甚至可用塔吊随着楼层施工升运和转移，可自由地在施工楼面上流水作业段转移；独立性强，无须依赖其他的构件；缺点是：工作幅度、有效作业面积较小；上楼要借助于塔式起重机，给施工带来不便。

管柱式机动布科杆由多节钢管组成的立柱、三节式臂架、泵管、转台、回转机构、操作平台、爬梯、底座等构成。在钢管立柱的下部设有液压爬升机构，借助爬升套架梁，可在楼层电梯井、楼梯间或预留孔筒中逐层向上爬升。管柱式机动布科杆可作360°回转，最大工作幅度为l7m，最大垂直输送高度为16m，有效作业面积为900m2；一般情况下，这种布料杆适合于塔形高层建筑和筒仓式建筑施工，受高度限制较少，但由于立管固定依附在构筑物上，水平距离受到一定的限制。

装在塔式起重机上的布料杆，最大特点是借助于塔式起重机。按照塔式起重机的形式不同可分为装在行走式塔式起重机上的布料杆和装在爬升式塔式起重机上的布料杆。前者机动性好，布料作业范围较大，但输送高度受限制；后者可随塔式起重机的自升而不断升高，因而输送高度较大，但由于塔身是固定的，故使用的幅度受到限制。

5. 混凝土泵的选用及其注意事项

混凝土泵的实际排量，为混凝土泵或泵车标定的最大排量乘以泵送距离影响系数、作业效率系数。泵送距离影响系数如表4-4。作业效率系数由实测确定，一般为0.4～0.8。

表4-4 泵送距离影响系数 换算水平泵送距离(m) 0～～～～～～249 泵送距离影响系数

1.0 0.9～～～～～0.4 混凝土的可泵性一般与单位水泥含量、坍落度、骨料品种与粒径、含砂率和粒度有关。一般来讲，水泥含量越多管道泵送阻力越小，混凝土的可泵性越好，我国规定泵送混凝土最低水泥含量为300kg/m3；坍落度越大，混凝土通过泵体时管道阻力就越小，相反则会影响到泵送能力，在一般建筑工程中泵送混凝土的坍落度控制在80～180mm；泵送混凝土最好以卵石和河砂为骨料，一般要求要控制骨料最大粒径：碎石的直径不得超过输送管道直

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径的1/4，卵石不超过管径的1/3；含砂率对泵送能力的影响也很大，一般情况下，含砂率以40%～50%泵送效果较好，骨料的粒度对泵送能力也有很大的影响，如骨料偏离标准粒度太大，会使泵送能力降低。

当排量增大时，输出的压力下降，也即输出的距离减少。反之，如排量减小，则输送压力增加，输送距离也增大。混凝土泵产品附输送压力与排量的关系图。

泵送混凝土时应注意下列事项。

(1) 确定混凝土泵的合理的位置。尽可能使管道总的线路最短，尽可能减少迁移次数，便于用清水冲洗泵机。

(2) 混凝土泵机的基础应坚实可靠，无坍塌，不得有不均匀沉降。泵机就位后应固定牢靠。

(3) 发现有骨料卡住料斗中的搅拌器或有堵塞现象时(泵机停止工作，液压系统压力达到安全极限)，应立即进行短时间的反泵。若反泵不能消除堵塞时，应立即停泵，查找堵塞部位并加以排除。在泵送作业期间，应不时用软管喷水冲刷泵机表面，以防溅落在泵机表面上的混凝土结硬面不易铲除。

(4) 泵送后的清洗。泵送作业行将结束时，应提前一段时间停止向混凝土泵料斗内喂料，以便使管道中的混凝土能完全得到利用。泵送作业完毕后，缸筒、水箱、料斗、搅拌器、闸板阀外壳、格管阀摆动机构等均应用清水冲洗干净。

4.3.3 混凝土输送管路布置

1. 混凝土泵或泵车位置的选择

在泵送混凝土施工过程中，混凝土泵或泵车的停放位置仅影响输送管的配置，也影响到能否顺利进行泵送施工。混凝土泵车的布置应考虑下列条件：

(1) 力求距离浇筑地点近，使所烧筑的基础结构在布料杆的工作范围内，尽量少移动泵车即能完成浇筑任务。

(2) 多台混凝土泵或泵车同时浇筑时，选定的位置要使其各自承担的浇筑量接近，最好能同时浇筑完毕。

(3) 混凝土泵或泵车的停放地点要有足够的场地，以保证运输商品混凝土的搅拌运输供料方便，最好能有供3台搅拌运输车同时停放和卸料的场地条件。

(4) 停放位置最好接近供水和排水设施，以便于清洗混凝土泵或泵车。

2. 配管设计

输送管分多种。直管的常用管径有100m、125m、150m、180m四种，管段长度有0.5m、1.0m、2.0m、3.0m、4.0m五种。混凝土在弯管中流动产生的磨损比直管大得多，故弯管壁厚较大，约为直管的两倍，常见的弯管的弯曲角度有15°、30°、45°、60°和90°。连接混凝土泵或泵车的混凝土缸和输送管的过渡管道称为锥形管，锥形管处压力损失大，易产生堵塞，一般锥形管的断面较平缓。软管装在输送管末端，作为施工用具直接用来浇筑混凝土，软管的特点是比较柔软、轻量，以便人工移动位置。管段之间用快速装拆的连接·142 ·

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件称为管接头，常用的管接头内侧装有橡胶圈，用偏心杠杆夹紧。为了防止垂直输送管中的混凝土会因自重而返流，对混凝土泵或泵车产生背压，使混凝土泵重新启动困难，或使混凝土拌合物产生泌水、离析而造成堵塞，在泵出口处之外的水平输送管段处设截止阀。如图4.17所示。

图4.17 垂直配管示意

某一特定的泵车，它的输送压力是确定的，不同的管的压力损失是不一样的 ，为便于使用，须将锥形管、弯管、软管、向上的垂直管等按流动阻力相等的原则换算成一定长度的水平管。混凝土泵或泵车输送管的水平换算长度必须小于泵的最大泵送距离，才能保证正常的输送混凝土。1mφ100、φ125、φ150垂直管的水平换算长度分别为4m、5m、6m；R=1m的弯角为90°、45°、30°、15°弯管的水平换算长度分别为9m、4.5m、3.0m、1.5m；R=0.5m的弯角为90°、45°、30°、15°弯管的水平换算长度分别为12m、6m、4m、2m；3m、5m长的软管的水平换算长度分别30m、18m；φ175～φ150、φ150～φ125、φ125～φ100锥形管水平换算长度分别为4m、10m、20m。

如受场地条件限制，在向下倾斜管段的前端无足够场地布置水平管时，可用软管、弯管或环形配管代替以增大摩阻力，防止向下倾斜管段内的混凝土自流。由于向下泵送混凝土时，混凝土的自流与其坍落度关系密切，为防止产生向下自流，根据我国的施工经验，混凝土的坍落度宜适当减小。

3. 混凝土输送管的固定法举例

混凝土输送管的固定法如图4.18、图4.19、图4.20所示。

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高层建筑施工 图4.18 弯管固定示意图

图4.19 垂直管与墙壁固定示意图

图4.20 垂直管与固定式塔式起重机的塔身固定示意图

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2vsm.html