塔式起重机安装：起重机的工作原理、类型和建筑用途

起重机在建筑中有何用途？

起重机是建筑工地上垂直和水平物料移动的主要工具。它们将结构钢、预制混凝土板、机械设备、模板和材料提升到其他设备无法经济地达到的高度和位置。在高层建筑工地上，塔式起重机并不是移动负载的几种选择之一——它是工地的运营中心，所有其他行业都围绕其吊装时间表进行工作。

起重机在施工中执行的具体任务包括：在结构安装过程中放置​​钢梁和钢柱；定位预制混凝土楼板、楼梯和立面元件；将机电设备（冷水机、空气处理机组、发电机组）提升到屋顶或工厂水平；随着地板施工的进展，重新安置模板和脚手架；并通过料斗将混凝土供应到没有泵通道的楼层。在大型民用基础设施项目（桥梁、水坝、工厂）中，起重机还可以搬运重达数百或数千吨的部件。

塔式起重机的生产率以每班的提升周期来衡量。紧凑的城市场地上的现代动臂塔式起重机可能会完成 每天 60–100 次高效提升 ，每个代表的材料否则需要多个工人和时间来手动移动。起重机停机成本（在对相关行业产生连锁反应之前，仅租金成本通常为每天 1,500 至 5,000 美元）解释了为什么起重机规划和调度被视为施工规划中的关键路径项目。

起重机的工作原理：电梯背后的工程

塔式起重机的工作原理是结合三个机械系统——提升机、小车（或变幅机构）和回转机构——将负载定位在现场上方的三维空间中。了解每个系统的功能如何解释机器的功能和限制。

提升系统

葫芦使用钢丝绳卷筒来提升和降低负载，该钢丝绳卷筒由电动机（通常为 30-132 kW，具体取决于起重机级别）通过变速箱驱动。提升绳索穿过起重臂头和小车处的滑轮，并终止于吊钩组。提升速度是可变的——空吊钩运行时速度快，在有限空间内着陆负载时速度慢且精确可控。现代起重机使用变频器驱动，可实现从 0 到最大提升速度的无级变速，取代了导致绳索冲击载荷和摆锤摆动的老式步进速度接触器。

手推车和吊臂

在平头式或锤头式塔式起重机上，小车在小车电机的驱动下沿水平臂的下弦运行。向内或向外移动小车会改变工作半径，而不改变吊钩的高度，从而允许操作员将负载定位在起重机扫掠区域内的任何点，从最小半径（通常为 2–3 m）到最大半径（整个臂长，在大型起重机上通常为 40–80 m）。最大半径处的最大起重能力始终显着低于最小半径处：额定最大起重能力为 10 吨的起重机在全半径下可能只能起重 2-3 吨，因为力矩（力 × 距桅杆中心线的距离）是限制因素，而不是原始电机功率。

回转机制

回转轴承和驱动电机使整个上部结构（起重臂、副臂、驾驶室和机械平台）围绕固定桅杆旋转 360°。回转速度较低（通常为 0.5–0.8 rpm），是需要大角度行程的升降机循环时间的限制因素。副臂上的压载物（预制混凝土块，通常为 10-30 吨，具体取决于起重机级别）抵消了负载臂的力矩，并使桅杆保持净压缩而不是弯曲——这是桅杆部分设计承受的结构条件。

建筑起重机类型：实用指南

施工使用几种不同的起重机类型，每种类型都适合特定的现场条件、负载要求和项目持续时间。它们之间的选择不仅是工程决策，也是现场物流决策。

锤头（上回转）塔式起重机

全球商业和高层建筑中最常见的塔式起重机类型。水平臂和副臂安装在桅杆顶部的回转环上，形成特有的 T 形轮廓。起重臂长度通常为 40 至 80 m，最大起重量为 6 至 20 吨。锤头起重机需要显着的清晰回转半径（整个臂架可旋转 360°），这使得它们不适合非常紧凑的城市场地，因为臂架会悬垂在邻近的建筑物或基础设施之上。

动臂塔式起重机

动臂起重机用起重臂取代了水平小车行程，该起重臂可以以一定角度（从接近水平到接近垂直）升高和降低（变幅），以改变工作半径。由于吊臂向上移动而不是水平移动，因此回转时所需的水平间隙要小得多，这使其成为密集城市场地、地下室建筑以及多台起重机必须在附近运行而没有碰撞风险的项目的标准选择。其代价是半径变化较慢（起重臂变幅比小车移动需要更长的时间）和更高的起重机成本。

自装式塔式起重机

较小的塔式起重机（通常起重能力达 6 吨，臂长 30–40 m），可以用标准卡车运输，并由少量人员使用内置液压折叠机构安装，无需移动起重机。它们用于中低层住宅建设、改造项目以及完整塔式起重机安装的成本和物流与项目规模不成比例的工地。

移动式起重机（全地形和履带式）

移动式起重机不固定在地基上，可以在项目期间重新定位。全地面起重机依靠自身动力在道路上行驶；履带式起重机在轨道上移动，适合松软的地面条件和非常重的起重设备。移动式起重机用于低层结构上的钢结构安装、工厂升降机、预制混凝土安装以及任何无法使用固定塔式起重机的应用。对于单次超重吊装——放置桥梁、架设冷却塔、安装重型机械设备——大型履带式起重机（起重量 500-3,000 吨）通常是唯一实用的选择。

人字吊和建筑维护装置

人字吊起重机是紧凑型大容量起重机，设计用于爬升已竣工建筑物的表面，通常用于传统塔式起重机无法经济地到达较高楼层的超高层结构。建筑维护设备 (BMU) 在已竣工的建筑物上提供相关功能，用于门面检修和窗户清洁，但不是主要意义上的建筑起重机。

塔式起重机 安装：如何在现场组装起重机

塔式起重机安装 是建筑物流中技术要求最高的作业之一。一台大型塔式起重机需要 20-40 卡车的部件抵达现场，其中包括桅杆部分、臂板、副臂、机械平台、回转总成、驾驶室、道碴块和地脚螺栓，并且必须按照精确的顺序进行组装，对于中型起重机来说，通常需要 1-3 天的时间。

安装顺序遵循固定协议：

1. 基础准备： 钢筋混凝土基础垫板（通常平面尺寸为 5×5 m 至 8×8 m，深 1.5–2.5 m）根据起重机制造商的规格使用嵌入式锚栓进行浇筑。基础必须在开始安装之前达到全部设计强度，通常需要 28 天的固化时间。
2. 底座桅杆和回转组件： 移动式起重机提升基础桅杆部分并将其用螺栓固定到基础锚组件上。然后将回转环、转盘和机械平台提升并组装在基础桅杆的顶部。
3. 副臂和副臂组装： 水平臂在起重机旁边的地面上分段组装，然后由移动辅助起重机作为一个完整的单元吊起，并用螺栓固定到回转总成上。副臂单独组装和提升。在吊臂张紧之前，将压载块装载到平衡臂上。
4. 收缆和调试： 起重钢丝绳穿过起重臂头滑轮和吊钩组，完成所有电气连接，设置限位开关，并在起重机制造商代表或合格检查员的监督下对起重机进行校样，然后投入使用。

起重机如何爬上摩天大楼顶部？攀登过程

关于塔式起重机最常见的问题—— 起重机如何爬上摩天大楼的顶部 — 有一个优雅的工程答案：起重机使用液压爬升架自行爬升。

所有一定高度以上的塔式起重机均设计有 登山项圈 — 钢框架，围绕回转组件下方的桅杆，并配备液压油缸。当建筑结构达到需要起重机升起的高度时，爬升过程如下：

1. 爬升环接合，液压油缸伸出，将整个上部结构（回转组件、起重臂、平衡臂、驾驶室、压载物）提升一个桅杆部分高度 - 通常为 3-6 m。
2. 新的桅杆部分使用起重机自己的起重机吊起，摆动到攀爬环形成的间隙中，并由在桅杆接入平台上工作的安装人员用螺栓固定到位。
3. 液压油缸缩回，将上部结构降低到新的桅杆部分上。攀爬项圈松开并重新定位以进行下一次攀登。

随着建筑物的上升，这种自爬过程可以根据需要重复多次。超高层建筑——哈利法塔、上海中心大厦、世贸中心一号——在施工过程中需要塔式起重机爬升数十次。哈利法塔（828 m）上的起重机爬升高度超过 600米 在上层施工阶段高于地面。

对于非常高的建筑物，起重机也定期固定在建筑结构上 - 通常每 30-50 m 独立桅杆高度 - 使用 桅杆系带 或 建筑锚 ：焊接或螺栓连接到结构框架或核心墙的钢框架，横向支撑起重机桅杆以抵抗风荷载。这些拉杆使起重机的高度远远高于其独立能力所允许的高度，并且被设计和认证为临时工程包的结构元件。

塔式起重机的历史：从罗马踏轮到数字控制

的 塔式起重机的历史 从人力木材机器到能够举升 100 吨至 800 米的数字控制钢结构，这是一条 2000 年的弧线。

的 Romans used wooden cranes with treadwheels — large wooden drums walked by slaves or laborers — to lift stone blocks during temple and aqueduct construction. Medieval cathedral builders extended this principle with gin poles and shear-leg derricks to erect stone towers and place carved elements. These machines operated on the same fundamental principles as modern cranes: mechanical advantage through pulley multiplication, and rotational motion converted to vertical lift.

的 first recognizably modern tower crane — a fixed-mast machine with a rotating horizontal jib and electric hoist — appeared in Germany in the early 20th century, developed to serve the rapid expansion of industrial and residential construction in the Weimar and post-war periods. Liebherr, founded in 1949 by Hans Liebherr in Kirchdorf an der Iller, Bavaria, played a defining role in the commercialization of the tower crane in Europe with the introduction of the TK 10 in 1949 — a transportable tower crane that could be erected without a separate assist crane, opening the technology to smaller contractors and sites.

的 1960s and 1970s saw rapid development of self-climbing systems, larger capacity classes, and the spread of tower crane use from Europe to construction industries worldwide. The introduction of frequency inverter drive systems in the 1980s and 1990s transformed crane controllability, replacing jerky stepped-speed operation with smooth, variable-speed motion that dramatically reduced load swing and operator fatigue. Anti-collision systems — using radio transponders and programmable limit zones — became standard in the 1990s and 2000s as urban construction projects routinely required multiple cranes operating in overlapping radius zones.

当前一代塔式起重机将负载力矩指示器与实时数字显示、远程监控遥测技术相结合，将操作数据传输给租赁公司和现场管理人员，可选的远程操作功能，并且越来越多地， 半自动升降辅助 使用 GPS、激光和惯性测量来抑制吊钩摆动并协助精确放置的系统。基础工程——提升机、小车、回转——没有改变，但现代机器的精度、安全性和数据透明度远远超出了 30 年前的数量级。

塔式起重机拆卸：起重机如何下降

拆卸塔式起重机（与安装相反）带来了物流挑战，而在项目规划中，这一挑战常常被低估。一旦建筑物基本上被封闭起来，为其建筑服务的起重机就不能简单地从上面吊出。起重机必须按照与其爬升顺序相反的顺序下降，从顶部拆除桅杆部分，直到桅杆足够短，以便移动式起重机能够在地面拆除起重臂和上部组件。

在起重机爬入结构核心内部的建筑物上（这是混凝土核心高层建筑的常见配置，起重机位于服务核心空隙中），最后的拆除阶段需要将起重机缩小到足够小的组件，以便通过较小的内部起重机或提升机通过已完成的地板结构中的专用开口来降低。这个开口，称为 起重机跳孔 ，从一开始就被设计到结构图中，并在起重机拆除后随后用混凝土填充板填充。

的 planning for crane removal begins at the project design stage — not at practical completion. The sequence of tied anchorage removal, temporary works for the jump hole, and mobile crane access at ground level are all scheduled as critical path activities in the project close-out program. On complex urban projects with multiple climbing cranes and tight street access, crane removal planning can be as technically demanding as the initial erection.