建筑用起重机：类型、工作原理、安装和历史指南

建筑起重机：完整指南

建筑起重机是现代垂直建筑的支柱。从中层办公大楼到超高层摩天大楼，没有任何其他设备可以与塔式起重机的工作范围、起重能力和操作高度相匹配。本指南涵盖了从起重机的历史和发明到操作员如何到达顶部、起重机如何供电以及如何为给定项目选择正确类型的所有内容。

历史 塔式起重机 ：从古代绞车到现代巨人

塔式起重机的历史比大多数人意识到的还要久远。古希腊人发明了第一台真正的机械起重机—— 特里帕斯托斯 — 周围 公元前515年 ，使用由人类或动物的力量提供动力的简单绳索和滑轮系统。这些早期的设备可以举起大约 150 公斤的负载，足以放置寺庙建筑中使用的修整石块。

罗马工程师扩展了这个概念 多斯帕斯顿 ，一种复合滑轮起重机，能够提升至 3,000公斤 — 在工业革命之前，任何便携式起重机都不会超过这个数字。踏轮起重机从 12 世纪开始在中世纪欧洲很常见，它通过一个大木轮引入了人力旋转，使得能够建造墙壁高达 30 米以上的哥特式大教堂。

的问题 谁发明了起重机 现代形式通常用两个名字来回答。苏格兰工程师 William Fairbairn 在 1840 年代设计了第一台蒸汽驱动的移动式起重机，改变了造船厂和仓库的运营。然而，今天所认识的塔式起重机——安装在垂直桅杆顶部的回转臂——是由德国工程师汉斯·利勃海尔首创的，他在 2007 年建造了第一台商用塔式起重机。 1949 在德国战后重建工作中。他的公司利勃海尔至今仍然是世界上最大的塔式起重机制造商之一。

建筑起重机的类型

并非所有建筑起重机都是塔式起重机。正确的起重机类型取决于项目范围、场地限制、所需的提升高度和负载能力。建筑工地使用的起重机的主要类型包括：

锤头塔式起重机

的 锤头塔式起重机 - 也称为顶部回转或鞍臂起重机 - 是最广泛认可的形式。它具有一个水平臂和一个长度大致相等的反臂，从桅杆顶部的中央回转环延伸出来，使其呈现出世界各地城市天际线上可见的特有 T 形。手推车沿着起重臂行进，以可变半径定位负载，直至起重臂的最大范围，该范围可能超过 80米 在大型模型上。锤头起重机因其可预测的负载图和在杂乱空域中的简单操作而受到高层建筑的青睐。

平头塔式起重机

的 平顶塔式起重机 （也可变幅平顶或自立平顶，具体取决于型号）消除了回转环上方的传统 A 形框架或顶点。其结果是整体轮廓较低，从而显着减少了狭窄场地上相邻起重机之间所需的最小间距——这是平顶设计在城市中心项目中占主导地位的主要原因，在这些项目中，多台塔式起重机必须靠近运行。由于没有顶部框架结构，组装和拆卸也更快。

轨道塔式起重机

A 轨道式塔式起重机 沿着铺设在地面的固定轨道行驶，将塔式起重机的垂直范围与整个结构长度的水平移动性结合起来。这种配置对于造船厂、预制混凝土设施以及高架桥或长型工业建筑等线性建筑项目特别有效。轨距、轨道承载能力和行驶速度必须作为场地规划的一部分进行设计。

动臂塔式起重机

当场地边界或空域限制阻止水平臂自由摆动时，变幅臂起重机通过弧线升起和降低其臂，而不是使用移动小车。这大大减少了所需的回转半径，并允许在边界墙、其他起重机或受保护的空域走廊旁边安全操作——这是受限的市中心场地的常见要求。

移动式起重机和履带式起重机

除了塔式起重机之外，移动式伸缩式起重机（车载）和履带式起重机（履带式底盘）还可以处理需要在镐之间重新定位或落在塔式起重机外壳之外的升降机。移动式起重机在塔式起重机安装过程中是不可或缺的，在自爬升机构接管之前将桅杆部分和结构部件提升到位。

建筑起重机的零件

了解塔式起重机的关键部件可以清楚地了解其功能以及每个元件如何有助于安全、高效的起重。

• 桅杆（塔）： 的 vertical steel lattice structure that gives the crane its height. Standard mast sections are typically 高3-6米 并在安装过程中用螺栓或销钉固定在一起。桅杆将所有载荷（包括风）转移到基础上。
• 回转装置： 该电动环形轴承安装在桅杆顶部，允许整个上部结构 360° 旋转。回转电机和齿轮通常提供 0.6–0.8 rpm 的转速。
• Jib（起重机的吊臂）： 的 horizontal working arm that extends outward from the slewing unit. The 起重机的吊臂 承载小车和提升绳。起重臂长度通常为 40 至 80 米，具体取决于型号。
• 反臂： 的 shorter rear arm that carries the counterweights — typically heavy concrete or steel blocks — to balance the load on the working jib. Counterweight masses range from a few tonnes on small cranes to over 20 tonnes on large hammerhead models.
• 手推车： 沿着起重臂水平移动以改变负载半径（从桅杆中心到吊钩的距离）。现代起重机的小车速度通常为 20 至 80 m/min。
• 吊钩组和提升绳： 的 hook hangs from a steel wire rope wound onto the hoist drum. The hoist motor raises and lowers the load; hoist speeds commonly reach 60–120 m/min at single-line pull.
• 塔式起重机驾驶室： 的 enclosed operator cabin, positioned at the top of the mast just below or alongside the slewing unit. The 塔式起重机驾驶室 包含所有操作控制装置、负载监控显示器、风速计读数和通信设备。大多数现代驾驶室都提供气候控制和符合人体工程学的座椅，以减少操作员在通常超过 8 小时的轮班期间的疲劳。
• 爬升架（液压爬升笼）： 的 mechanism that allows the crane to grow with the building. A hydraulic ram pushes the upper crane structure upward by one mast section height, after which a new mast section is inserted below. This process — called "jumping" — can be completed in 2–4 hours by an experienced crew.
• 基础锚杆： 的 crane's base — either a concrete ballast cruciform or a cast-in foundation bolt cage anchored into the site's structural slab or a dedicated pad. Foundation design must account for the maximum overturning moment at full jib load and in maximum design wind conditions.

起重机如何工作

塔式起重机通过结合三个同时运动来工作 - 吊装 （垂直提升负载）， 回转 （水平旋转副臂），以及 手推车 （沿着起重臂径向移动负载）——以毫米精度将负载定位在其工作范围内的任何位置。

的 physics underlying crane operation is moment balancing. The rated load capacity at any given radius is determined by the maximum allowable bending moment at the slewing ring — meaning a crane with a 6-tonne tip capacity at 60 metres radius may lift significantly more weight closer to the mast. This is expressed in the crane's load chart, which operators must consult before every pick.

现代塔式起重机配备 负载力矩限制器 (LML) 防二卡装置，防止操作员意外超过起重机的额定起重能力或将吊钩组驱动到臂架结构中。起重葫芦和回转电机上的变频驱动器 (VFD) 可提供平稳的加速和减速，减少负载摆动并缩短循环时间。

起重机如何提供动力？ 事实上，当今使用的所有塔式起重机都是通过拖曳电缆或与现场配电板的永久连接来供电的。中型锤头起重机通常需要一台 50–100kVA 三相电源。对于塔式起重机应用来说，电力驱动系统比液压或柴油替代系统更受青睐，因为其能效高、速度控制精确，并且适​​合再生制动（负载降低产生的能量会反馈到电网）。

塔式起重机安装：起重机如何安装

塔式起重机安装是一项精确有序的操作，通常需要 1–3 天 对于标准独立式起重机，取决于型号和现场条件。了解该过程可以阐明为什么安装规划与项目计划的任何其他阶段一样重要。

1. 基础准备： 混凝土锚块——通常用锚定螺栓或起重机制造商指定的预制螺栓笼加固——提前几周浇注到地面或建筑物的结构板中，以进行充分固化。
2. 桅杆底座组装： 的 first mast sections are lowered onto the foundation bolts and plumbed precisely vertical using a spirit level or digital inclinometer. Deviation tolerance is typically less than 1 mm per metre of mast height.
3. 攀爬架安装： 的 hydraulic climbing cage is fitted around the mast at the base of the upper structure, ready to lift each new section into position.
4. 回转装置、驾驶室和悬臂组件： 移动式起重机将回转环、驾驶室、副臂（已安装配重）和副臂部分提升到位。起重臂在地面上组装，并根据其长度作为一个整体或分段提升。
5. 收缆和调试： 的 hoist rope is threaded through the trolley and hook block, all electrical connections are made, and the crane undergoes function testing, load testing, and safety system verification before the handover certificate is issued.

随着建筑物的升高，起重机也随之增长 自爬（跳）过程 ：液压油缸伸出，上部结构固定在攀爬销上，同时新的桅杆部分滑入下方位置，起重机下降到新的部分上。此循环每隔几层重复一次，通常是在建筑结构超过起重机的独立吊钩高度时。

起重机的高度和起重机的重量是多少

的 起重机的高度 建筑工地上的数据并不是固定的——它会随着项目的进展而增长。典型的独立式塔式起重机可以站立在 50米和80米 无需与结构连接。当以固定间隔（通常每隔 20-30 米桅杆）锚定在建筑物上时，起重机可以延伸至数百米。建筑史上使用的最高塔式起重机达到了以上的独立高度 100米 ，在超高层摩天大楼项目中，系留式起重机的吊钩高度超过 300 米。

的 weight of a tower crane varies significantly with size and type. A compact self-erecting crane may weigh as little as 3-5吨 ，而大型锤头起重机的重量可能超过 200吨 当包括所有桅杆部分、配重和起重臂组件时。利勃海尔 EC-B 系列和 Potain MDT 系列是常见塔式起重机制造商在中端市场提供的产品，现场配置的重量通常在 40 至 120 吨之间。

起重机操作员如何到达顶部

进入塔式起重机驾驶室是起重机操作中讨论较少但非常现实的方面之一。 起重机操作员如何到达顶部？ 在几乎所有塔式起重机中，都通过在桅杆内部或旁边运行的固定垂直梯子进入，并定期设置休息平台 - 通常每隔 6 米，与桅杆节接头相对应。在高大的起重机上，操作员可以攀爬 150–250 梯级或更多 在每个班次开始时。

一些现代塔式起重机，特别是在非常高的结构上或在具有严格劳工福利标准的市场中，配备了 桅杆爬升人员升降机 — 一种小型封闭式汽车，可在桅杆外部行驶，消除了爬梯子的体力要求。然而，这会增加成本并需要额外的维护，因此许多站点（尤其是在发展中市场）继续依赖梯子访问。

操作员通常会花整个班次——通常 8–10 小时 — 在驾驶室内，无需下降。膳食、水和某些情况下的卫生设施要么在轮班开始时送上来，要么通过桶中的提升绳提供。因此，疲劳管理是负责任的起重机操作规划的核心部分。

塔式起重机制造商：谁制造了世界上的建筑起重机

的 global market for tower cranes is served by a relatively small number of dominant manufacturers, though the competitive landscape has expanded significantly with the growth of Chinese production.

• 利勃海尔（德国）： 被视为现代塔式起重机的创始品牌，生产全系列产品，从自装式起重机到尖端起重量高达 64 吨的重型锤头起重机。
• 马尼托瓦克/波坦（法国/美国）： Potain 是全球安装量最大的塔式起重机品牌，在全球所有主要市场提供广泛使用的 MDT 平顶和 MCT 变幅系列。
• 特雷克斯·科梅迪尔（意大利）： 专门生产平头和动臂起重机，在欧洲和澳大利亚市场特别受欢迎。
• 沃尔夫克兰（德国）： 以用于工业和基础设施应用的重型锤头起重机和专用大容量型号而闻名。
• 徐工、中联重科、三一重工（中国）： 中国制造商迅速扩大了其全球起重机业务，为所有起重机类别提供有竞争力的价格，目前在亚洲、中东和非洲的新起重机交付量中占据了很大份额。

在选择塔机制造商时，采购团队不仅要评估单价，还要考虑 当地零件供应情况、服务网络覆盖范围、桅杆部分的交货时间以及转售价值 - 所有这些都会极大地影响多年项目的总拥有成本。

高层起重机规划：施工现场起重机注意事项

定位一个 建筑工地上的起重机 ——特别是对于一个 高层起重机 应用——需要在动工之前进行工程分析。主要规划变量包括：

• 覆盖率分析： 的 crane's jib must reach every point of the building footprint plus key laydown areas. For large or irregularly shaped buildings, multiple cranes may be required, demanding careful airspace coordination to prevent jib collision.
• 结构整合： 对于高层结构上的系接起重机，系接框架必须设计到建筑物结构图纸中适当楼层的位置。每个拉杆将数百千牛顿的水平荷载传递到建筑框架中。
• 内部攀爬与外部攀爬： 在超高层建筑中，起重机通常在建筑物的核心筒内“跳跃”——起重机位于电梯核心筒内，并使用核心筒墙作为锚点进行攀爬。这可以保护起重机免受高空极端风荷载的影响，并避免在建筑立面上使用外部拉杆支架。
• 拆装规划： 在高层建筑上，起重机不能简单地反向拆卸。通常需要一台较小的“救援起重机”或爬出屋顶结构的起重机——这个过程必须从一开始就计划好。
• 风速限制： 塔式起重机通常规定了最大运行风速 72 公里/小时（20 米/秒） - 以及停止运行的风力等级，定义了起重机何时必须处于自由回转模式，以便吊臂能经受住风的考验。在相当高的高度，风速始终高于地面，这使得风速计数据成为关键的操作输入。

有关建筑起重机的常见问题

• 锤头塔式起重机和平头塔式起重机有什么区别？

  锤头起重机在回转环上方有一个结构 A 形框架或顶点，悬垂绳从该顶点支撑起重臂。平顶起重机没有这样的顶点——吊臂由内部弦结构支撑——使其整体轮廓较低。当多台起重机必须靠近工作时，首选平顶起重机，因为它们的吊臂可以在较低的高度差下相互越过。

• 塔式起重机能升多高？

  独立式塔式起重机通常限制在 50-80 米，具体取决于型号和基础设计。当定期固定在建筑结构上时，起重机本身没有实际上限 - 超高层项目的起重机在距地面超过 600 米的吊钩高度上运行。

• 建筑工地上的起重机如何供电？

  塔式起重机几乎普遍采用电力驱动，通过随起重机爬升而增长的拖曳电缆连接到现场配电板。电力供应要求范围从小​​型自安装型号的约 30 kVA 到配备高速葫芦的大型锤头起重机的 200 kVA 以上。

• 架设塔式起重机需要多长时间？

  假设基础锚已就位，经验丰富的工作人员可以使用移动式起重机在 1-3 天内安装标准的独立式塔式起重机。带折叠臂的自装式模型在现场仅需 20-30 分钟即可完成安装。拆卸与安装所需的时间相似。

• 现代塔式起重机是谁发明的？

  汉斯·利勃海尔 (Hans Liebherr) 于 1949 年建造了第一台商业上成功的现代塔式起重机，旨在帮助二战后德国城市的快速重建。他的设计将回转臂与自爬升桅杆相结合，建立了所有后续塔式起重机都遵循的模板。