六、垂直運輸機械
當前，在施工現(xiàn)場用于垂直運輸?shù)臋C械主要有3種：塔式起重機、龍門架（井字架）物料提升機和外用電梯。
（一）塔式起重機
塔式起重機（簡稱塔吊），在建筑施工中已經(jīng)得到廣泛的應用，成為建筑安裝施工中不可缺少的建筑機械。
由于塔吊的起重臂與塔身可成相互垂直的外形，故可把起重機靠近施工的建筑物安裝，塔吊的有效工作幅度優(yōu)越于履帶、輪胎式起重機，其工作高度可達100-160m.塔吊優(yōu)于其他起重機械，再加上其操作方便、變幅簡單等特點，是今后建筑業(yè)的起重、運輸、吊裝作業(yè)的主導機械。
1．塔吊分類
（1）按工作方法分類。
①固定式塔吊：塔身不移動，工作范圍靠塔臂的轉動和小車變幅完成，多用于高層建筑、構筑物、高爐安裝工程。
②運行式塔吊：可由一個工作地點移到另一工作地點，如軌道式塔吊，可以帶負荷運行，在建筑群中使用可以不用拆卸、通過軌道直接開進新的工程幢號施工。
（2）按旋轉方式分類。
①上旋式：塔身上旋轉，在塔頂上安裝可旋轉的起重臂。
②下旋式：塔身與起重臂共同旋轉。這種塔吊的起重臂與塔頂固定，平衡重和旋轉支承裝置布置在塔身下部。
（3）按變幅方法分類。
①動臂變幅：這種起重機變換工作半徑是依靠變化起重臂的角度來實現(xiàn)的。
②小車運行變幅：這種起重機的起重臂仰角固定，不能上升、下降，工作半徑是依靠起重臂上的載重小車運行來完成的。
（4）按起重性能分類。
①輕型塔吊：起重量在0．5～3t，適用于五層以下磚混結構施工。
②中型塔吊：起重量在3～15t，適用于工業(yè)建筑綜合吊裝和高層建筑施工。
③重型塔吊：適用于多層工業(yè)廠房以及高爐設備安裝。
2．基本參數(shù)
起重機的基本參數(shù)有6項：即起重力矩、起重量、大起重量、工作幅度、起升高度和軌距，其中起重力矩確定為主要參數(shù)。
（1）起重力矩（tom）。起重力矩是衡量塔吊起重能力的主要參數(shù)。選用塔吊，不僅考慮起重量，而且還應考慮工作幅度。
即：起重力矩＝起重量X工作幅度
（2）起重量（t）。起重量是以起重吊鉤上所懸掛的索具與重物的重量之和計算的。
關于起重量應考慮有兩層含義：其一是大工作幅度時的起重量、大額定起重量。在選擇機型時，應按其說明書使用。因動臂式塔吊的工作幅度有限制范圍，所以若以力矩值除以工作幅度，反算所得值并不準確。
（3）工作幅度。工作幅度也稱回轉半徑，是起重吊鉤中心到塔吊回轉中心線之間的水平距離（m），它是以建筑物尺寸和施工工藝的要求而確定的。
（4）起升高度。起升高度是在大工作幅度時，吊鉤中心線至軌頂面（輪胎式、履帶式至地面）的垂直距離（m），該值的確定是以建筑物尺寸和施工工藝的要求而確定的。
（5）軌距。軌距值（m）是根據(jù)塔吊的整體穩(wěn)定性和經(jīng)濟效果而定的。
3．技術性能
按照關系式：起重力矩＝起重量X工作幅度。那么，當起重力矩確定后：①已知起重量即可求出工作幅度；②已知工作幅度即可求出起重量。
小車運行式變幅塔吊，以QTZ一200型自升塔吊為例說明。此種塔吊是一種采用小車變幅、爬升套架、塔身接高的三用自升式塔吊。這種塔吊通過更換或增加一些輔助裝置，可分別用作軌道式塔吊、附著式塔吊、固定式塔吊。此種塔吊采用液壓頂升系統(tǒng)，塔身可隨建筑物升高而升高，司機室設在塔上部，視野開闊。
（1）主要結構。金屬結構包括底架、塔身、頂升套架、頂?shù)准斑^渡節(jié)、轉臺、起重臂、平衡臂、塔帽、附著裝置等部件。
①塔身。它是由第一節(jié)、第二節(jié)、4個增強節(jié)和22個標準節(jié)構成。每節(jié)高2．5m.軌道式其臂根鉸點大高度55．396m，增加附著后可達80．396m.
每臺塔機配三套附著裝置，其安裝間隔，不同塔吊間隔也不同。QTZ一200塔吊規(guī)定間隔一般在16～20m，下一道附著裝置，距塔身底架不大于60m（軌道式大臂根鉸點高度55m）。各道附著裝置的撐桿應交錯布置，附著框架要固定牢靠，用高標號砂漿灌實，不許有任何滑動。
附著是為減小塔身的自由高度，改善塔身的受力情況，提高塔吊的使用高度而增加的受力裝置。主要是把塔身的水平分力，通過此裝置傳遞給建筑結構部分，附著點的位置和作法，要在施工組織設計中予以考慮。
②起重臂。此種塔吊不同于動臂式塔吊，起重臂為受彎構件，其斷面呈空間三角形或四邊形，載重小車沿起重臂移動實現(xiàn)變幅（回轉半徑的變化），起重臂的下弦桿安裝有小車軌道。
③平衡臂。全長20m，平衡重由4個平衡重塊、8個懸接體組成，且有8個滾輪和牽引機構。移動平衡重的位置，以改善塔身所受的彎矩，增加塔吊的穩(wěn)定性。
④頂升套架。頂升套架是用無縫鋼管焊成的格構形桁架，其一側開有門洞，并有引進軌道和擺渡小車，供引進塔身標準節(jié)用。
⑤過渡節(jié)。頂升套架以上是過渡節(jié)及回轉機構，塔身增高時，由過渡節(jié)承座架承受以上全部結構重量，通過定位銷固定在塔身上，然后引進接高塔身的標準節(jié)。
（2）工作機構和安全裝置：
①行走機構。大車行走機構由底架、4個支腿和4個臺車組成。軌道端頭附近設行程限位開關。
②起升機構。起升卷揚機由兩臺45kW電機驅動，起升卷揚機上裝有吊鉤上升限位器。
③變幅機構。起重臂根部和頭部裝有緩沖塊和限位開關，以限定載重小車行程。
④回轉機構。它由兩臺5kW電機驅動。塔帽回轉設有手動液壓制動機構，防止起重臂定位后因大風吹動臂桿，影響就位。
⑤平衡重牽引。平衡重牽引是由3kW電機驅動，平衡臂的兩端設有緩沖塊和限位開關。
⑥頂升液壓系統(tǒng)。
（3）基礎。QTZ一200塔吊有軌道式和固定式兩種，地耐力要求20t／㎡.
①軌道式基礎。軌距6.m，兩端設止檔和行程極限撥桿。
②固定式基礎。按說明書配筋，澆混凝土。
4．安全操作注意事項
（1）塔吊司機和信號人員，必須經(jīng)專門培訓持證上崗。
（2）實行專人專機管理，機長負責制，嚴格交接班制度。
（3）新安裝的或經(jīng)大修后的塔吊，必須按說明書要求進行整機試運轉。
（4）塔吊距架空輸電線路應保持安全距離。
（5）司機室內(nèi)應配備適用的滅火器材。
（6）提升重物前，要確認重物的真實重量，要做到不超過規(guī)定的荷載，不得超載作業(yè)。
（7）兩臺塔吊在同一條軌道作業(yè)時，應保持安全距離。
兩臺同樣高度的塔吊，其起重臂端部之間，應大于4m.兩臺塔吊同時作業(yè)，其吊物間距不得小于2m.
（8）軌道行走的塔吊，處于90°彎道上，禁止起吊重物。
（9）操作中遇大風（六級以上）等惡劣氣候，應停止作業(yè)，將吊鉤升起，夾好軌鉗。當風力達十級以上時，吊鉤落下鉤住軌道，并在塔身結構架上拉四根鋼絲繩，固定在附近的建筑物上。
（二）龍門架、井字架物料提升機
龍門架、井字架都是用做施工中的物料垂直運輸。龍門架、井字架是因架體的外形結構而得名。
龍門架由天梁及兩立柱組成，形如門框；井架由四邊的桿件組成，形如“井”字的截面架體，提升貨物的吊籃在架體中間上下運行。
龍門架、井字架物料升降機在現(xiàn)場使用，也應編制專項施工方案。
1．構造
升降機架體的主要構件有立柱、天梁、上料吊籃、導軌及底盤。架體的固定方法可采用在架體上拴纜風繩，其另一端固定在地錨處；或沿架體每隔一定高度，設一道附墻桿件；與建筑物的結構部位連接牢固，從而保持架體的穩(wěn)定。
2．安全防護裝置
（1）?？垦b置：吊籃到位?？亢?，當工人進入吊籃內(nèi)作業(yè)時，由于卷揚機抱閘失靈或鋼絲繩突然斷裂，吊籃不會墜落以保人員安全。
（2）斷繩保護裝置：當鋼絲繩突然斷開時，此裝置即彈出，兩端將吊籃卡在架體上，使吊籃不墜落。
（3）吊籃安全門：即當?shù)趸@落地時，安全門自動開啟，吊籃上升時，安全門自行關閉。
（4）樓層口?？繖跅U：升降機與各層進料口的結合處搭設了運料通道，通道處應設防護欄桿。
（5）上料口防護棚：升降機地面進料口搭設的防護棚。
（6）超高限位裝置：防止吊籃失控上升與天梁碰撞的裝置。
（7）下極限限位裝置：主要用于高架升降機，為防止吊籠下行時不停機，壓迫緩沖裝置造成事故。
（8）超載限位器：為防止裝料過多而設置。
（9）通訊裝置：升降時聯(lián)絡信號。
3．基礎、附墻架、纜風繩及地錨
（1）基礎：依據(jù)升降機的類型及土質(zhì)情況確定基礎的做法。
（2）附墻架：每間隔一定高度必須設一道附墻桿件與建筑結構部分進行連接，從而確保架體的自身穩(wěn)定。
（3）纜風繩：當升降機無條件設置附墻架時，應采用纜風繩固定架體。
第一道纜風繩的位置可以設置在距地面20m高處，架體高度超過20m以上，每增高10m就要增加一組纜風繩；
每組（或每道）纜風繩不應少于4根，沿架體平面360°范圍內(nèi)布局；按照纜風繩的受力情況應采用直徑不小于9．3mm的鋼絲繩。
（4）地錨：要視其土質(zhì)情況，決定地錨的形式和作法。
4．安裝與拆除
龍門架、井字架物料提升機的安裝與拆除必須編制專項施工方案。并應由有資質(zhì)的隊伍施工。
（1）升降機應有專職機構和專職人員管理。司機應經(jīng)專業(yè)培訓，持證上崗。
（2）組裝后應進行驗收，并進行空載、動載和超載試驗。
（3）嚴禁載人升降和禁止攀登架體及從架體下面穿越。
（三）外用電梯
建筑施工外用電梯又稱附壁式升降機，是一種垂直井架（立柱）導軌式外用籠式電梯。主要用于工業(yè)、民用高層建筑的施工，橋梁、礦井、水塔的高層物料和人員的垂直運輸。
升降機的構造原理是將運載梯籠和平衡重之間，用鋼絲繩懸掛在立柱頂端的定滑輪上，立柱與建筑結構進行剛性連接。梯籠內(nèi)以電力驅動齒輪，憑借立柱上固定齒條的反作用力，梯籠沿立柱導軌作垂直運動。
外用電梯由于結構堅固，拆裝方便，不用另設機房，應用較廣泛。其立柱制成一定長度的標準節(jié)，上下各節(jié)可以互換，根據(jù)需要的高度到施工現(xiàn)場進行組裝，一般架設高度可達100m，用于超高層建筑施工時可達200m.電梯可借助本身安裝在頂部的電動吊桿組裝，也可利用施工現(xiàn)場的塔吊等起重設備組裝。另外梯籠和平衡重的對稱布置，故傾覆力矩很小，立柱又通過附壁架與建筑結構牢固連接（不需纜風繩），所以受力合理可靠。為保證使用安全，外用電梯本身設置了必要的安全裝置，這些裝置應該經(jīng)常保持良好狀態(tài)，防止意外事故。
當前，在施工現(xiàn)場用于垂直運輸?shù)臋C械主要有3種：塔式起重機、龍門架（井字架）物料提升機和外用電梯。
（一）塔式起重機
塔式起重機（簡稱塔吊），在建筑施工中已經(jīng)得到廣泛的應用，成為建筑安裝施工中不可缺少的建筑機械。
由于塔吊的起重臂與塔身可成相互垂直的外形，故可把起重機靠近施工的建筑物安裝，塔吊的有效工作幅度優(yōu)越于履帶、輪胎式起重機，其工作高度可達100-160m.塔吊優(yōu)于其他起重機械，再加上其操作方便、變幅簡單等特點，是今后建筑業(yè)的起重、運輸、吊裝作業(yè)的主導機械。
1．塔吊分類
（1）按工作方法分類。
①固定式塔吊：塔身不移動，工作范圍靠塔臂的轉動和小車變幅完成，多用于高層建筑、構筑物、高爐安裝工程。
②運行式塔吊：可由一個工作地點移到另一工作地點，如軌道式塔吊，可以帶負荷運行，在建筑群中使用可以不用拆卸、通過軌道直接開進新的工程幢號施工。
（2）按旋轉方式分類。
①上旋式：塔身上旋轉，在塔頂上安裝可旋轉的起重臂。
②下旋式：塔身與起重臂共同旋轉。這種塔吊的起重臂與塔頂固定，平衡重和旋轉支承裝置布置在塔身下部。
（3）按變幅方法分類。
①動臂變幅：這種起重機變換工作半徑是依靠變化起重臂的角度來實現(xiàn)的。
②小車運行變幅：這種起重機的起重臂仰角固定，不能上升、下降，工作半徑是依靠起重臂上的載重小車運行來完成的。
（4）按起重性能分類。
①輕型塔吊：起重量在0．5～3t，適用于五層以下磚混結構施工。
②中型塔吊：起重量在3～15t，適用于工業(yè)建筑綜合吊裝和高層建筑施工。
③重型塔吊：適用于多層工業(yè)廠房以及高爐設備安裝。
2．基本參數(shù)
起重機的基本參數(shù)有6項：即起重力矩、起重量、大起重量、工作幅度、起升高度和軌距，其中起重力矩確定為主要參數(shù)。
（1）起重力矩（tom）。起重力矩是衡量塔吊起重能力的主要參數(shù)。選用塔吊，不僅考慮起重量，而且還應考慮工作幅度。
即：起重力矩＝起重量X工作幅度
（2）起重量（t）。起重量是以起重吊鉤上所懸掛的索具與重物的重量之和計算的。
關于起重量應考慮有兩層含義：其一是大工作幅度時的起重量、大額定起重量。在選擇機型時，應按其說明書使用。因動臂式塔吊的工作幅度有限制范圍，所以若以力矩值除以工作幅度，反算所得值并不準確。
（3）工作幅度。工作幅度也稱回轉半徑，是起重吊鉤中心到塔吊回轉中心線之間的水平距離（m），它是以建筑物尺寸和施工工藝的要求而確定的。
（4）起升高度。起升高度是在大工作幅度時，吊鉤中心線至軌頂面（輪胎式、履帶式至地面）的垂直距離（m），該值的確定是以建筑物尺寸和施工工藝的要求而確定的。
（5）軌距。軌距值（m）是根據(jù)塔吊的整體穩(wěn)定性和經(jīng)濟效果而定的。
3．技術性能
按照關系式：起重力矩＝起重量X工作幅度。那么，當起重力矩確定后：①已知起重量即可求出工作幅度；②已知工作幅度即可求出起重量。
小車運行式變幅塔吊，以QTZ一200型自升塔吊為例說明。此種塔吊是一種采用小車變幅、爬升套架、塔身接高的三用自升式塔吊。這種塔吊通過更換或增加一些輔助裝置，可分別用作軌道式塔吊、附著式塔吊、固定式塔吊。此種塔吊采用液壓頂升系統(tǒng)，塔身可隨建筑物升高而升高，司機室設在塔上部，視野開闊。
（1）主要結構。金屬結構包括底架、塔身、頂升套架、頂?shù)准斑^渡節(jié)、轉臺、起重臂、平衡臂、塔帽、附著裝置等部件。
①塔身。它是由第一節(jié)、第二節(jié)、4個增強節(jié)和22個標準節(jié)構成。每節(jié)高2．5m.軌道式其臂根鉸點大高度55．396m，增加附著后可達80．396m.
每臺塔機配三套附著裝置，其安裝間隔，不同塔吊間隔也不同。QTZ一200塔吊規(guī)定間隔一般在16～20m，下一道附著裝置，距塔身底架不大于60m（軌道式大臂根鉸點高度55m）。各道附著裝置的撐桿應交錯布置，附著框架要固定牢靠，用高標號砂漿灌實，不許有任何滑動。
附著是為減小塔身的自由高度，改善塔身的受力情況，提高塔吊的使用高度而增加的受力裝置。主要是把塔身的水平分力，通過此裝置傳遞給建筑結構部分，附著點的位置和作法，要在施工組織設計中予以考慮。
②起重臂。此種塔吊不同于動臂式塔吊，起重臂為受彎構件，其斷面呈空間三角形或四邊形，載重小車沿起重臂移動實現(xiàn)變幅（回轉半徑的變化），起重臂的下弦桿安裝有小車軌道。
③平衡臂。全長20m，平衡重由4個平衡重塊、8個懸接體組成，且有8個滾輪和牽引機構。移動平衡重的位置，以改善塔身所受的彎矩，增加塔吊的穩(wěn)定性。
④頂升套架。頂升套架是用無縫鋼管焊成的格構形桁架，其一側開有門洞，并有引進軌道和擺渡小車，供引進塔身標準節(jié)用。
⑤過渡節(jié)。頂升套架以上是過渡節(jié)及回轉機構，塔身增高時，由過渡節(jié)承座架承受以上全部結構重量，通過定位銷固定在塔身上，然后引進接高塔身的標準節(jié)。
（2）工作機構和安全裝置：
①行走機構。大車行走機構由底架、4個支腿和4個臺車組成。軌道端頭附近設行程限位開關。
②起升機構。起升卷揚機由兩臺45kW電機驅動，起升卷揚機上裝有吊鉤上升限位器。
③變幅機構。起重臂根部和頭部裝有緩沖塊和限位開關，以限定載重小車行程。
④回轉機構。它由兩臺5kW電機驅動。塔帽回轉設有手動液壓制動機構，防止起重臂定位后因大風吹動臂桿，影響就位。
⑤平衡重牽引。平衡重牽引是由3kW電機驅動，平衡臂的兩端設有緩沖塊和限位開關。
⑥頂升液壓系統(tǒng)。
（3）基礎。QTZ一200塔吊有軌道式和固定式兩種，地耐力要求20t／㎡.
①軌道式基礎。軌距6.m，兩端設止檔和行程極限撥桿。
②固定式基礎。按說明書配筋，澆混凝土。
4．安全操作注意事項
（1）塔吊司機和信號人員，必須經(jīng)專門培訓持證上崗。
（2）實行專人專機管理，機長負責制，嚴格交接班制度。
（3）新安裝的或經(jīng)大修后的塔吊，必須按說明書要求進行整機試運轉。
（4）塔吊距架空輸電線路應保持安全距離。
（5）司機室內(nèi)應配備適用的滅火器材。
（6）提升重物前，要確認重物的真實重量，要做到不超過規(guī)定的荷載，不得超載作業(yè)。
（7）兩臺塔吊在同一條軌道作業(yè)時，應保持安全距離。
兩臺同樣高度的塔吊，其起重臂端部之間，應大于4m.兩臺塔吊同時作業(yè)，其吊物間距不得小于2m.
（8）軌道行走的塔吊，處于90°彎道上，禁止起吊重物。
（9）操作中遇大風（六級以上）等惡劣氣候，應停止作業(yè)，將吊鉤升起，夾好軌鉗。當風力達十級以上時，吊鉤落下鉤住軌道，并在塔身結構架上拉四根鋼絲繩，固定在附近的建筑物上。
（二）龍門架、井字架物料提升機
龍門架、井字架都是用做施工中的物料垂直運輸。龍門架、井字架是因架體的外形結構而得名。
龍門架由天梁及兩立柱組成，形如門框；井架由四邊的桿件組成，形如“井”字的截面架體，提升貨物的吊籃在架體中間上下運行。
龍門架、井字架物料升降機在現(xiàn)場使用，也應編制專項施工方案。
1．構造
升降機架體的主要構件有立柱、天梁、上料吊籃、導軌及底盤。架體的固定方法可采用在架體上拴纜風繩，其另一端固定在地錨處；或沿架體每隔一定高度，設一道附墻桿件；與建筑物的結構部位連接牢固，從而保持架體的穩(wěn)定。
2．安全防護裝置
（1）?？垦b置：吊籃到位?？亢?，當工人進入吊籃內(nèi)作業(yè)時，由于卷揚機抱閘失靈或鋼絲繩突然斷裂，吊籃不會墜落以保人員安全。
（2）斷繩保護裝置：當鋼絲繩突然斷開時，此裝置即彈出，兩端將吊籃卡在架體上，使吊籃不墜落。
（3）吊籃安全門：即當?shù)趸@落地時，安全門自動開啟，吊籃上升時，安全門自行關閉。
（4）樓層口?？繖跅U：升降機與各層進料口的結合處搭設了運料通道，通道處應設防護欄桿。
（5）上料口防護棚：升降機地面進料口搭設的防護棚。
（6）超高限位裝置：防止吊籃失控上升與天梁碰撞的裝置。
（7）下極限限位裝置：主要用于高架升降機，為防止吊籠下行時不停機，壓迫緩沖裝置造成事故。
（8）超載限位器：為防止裝料過多而設置。
（9）通訊裝置：升降時聯(lián)絡信號。
3．基礎、附墻架、纜風繩及地錨
（1）基礎：依據(jù)升降機的類型及土質(zhì)情況確定基礎的做法。
（2）附墻架：每間隔一定高度必須設一道附墻桿件與建筑結構部分進行連接，從而確保架體的自身穩(wěn)定。
（3）纜風繩：當升降機無條件設置附墻架時，應采用纜風繩固定架體。
第一道纜風繩的位置可以設置在距地面20m高處，架體高度超過20m以上，每增高10m就要增加一組纜風繩；
每組（或每道）纜風繩不應少于4根，沿架體平面360°范圍內(nèi)布局；按照纜風繩的受力情況應采用直徑不小于9．3mm的鋼絲繩。
（4）地錨：要視其土質(zhì)情況，決定地錨的形式和作法。
4．安裝與拆除
龍門架、井字架物料提升機的安裝與拆除必須編制專項施工方案。并應由有資質(zhì)的隊伍施工。
（1）升降機應有專職機構和專職人員管理。司機應經(jīng)專業(yè)培訓，持證上崗。
（2）組裝后應進行驗收，并進行空載、動載和超載試驗。
（3）嚴禁載人升降和禁止攀登架體及從架體下面穿越。
（三）外用電梯
建筑施工外用電梯又稱附壁式升降機，是一種垂直井架（立柱）導軌式外用籠式電梯。主要用于工業(yè)、民用高層建筑的施工，橋梁、礦井、水塔的高層物料和人員的垂直運輸。
升降機的構造原理是將運載梯籠和平衡重之間，用鋼絲繩懸掛在立柱頂端的定滑輪上，立柱與建筑結構進行剛性連接。梯籠內(nèi)以電力驅動齒輪，憑借立柱上固定齒條的反作用力，梯籠沿立柱導軌作垂直運動。
外用電梯由于結構堅固，拆裝方便，不用另設機房，應用較廣泛。其立柱制成一定長度的標準節(jié)，上下各節(jié)可以互換，根據(jù)需要的高度到施工現(xiàn)場進行組裝，一般架設高度可達100m，用于超高層建筑施工時可達200m.電梯可借助本身安裝在頂部的電動吊桿組裝，也可利用施工現(xiàn)場的塔吊等起重設備組裝。另外梯籠和平衡重的對稱布置，故傾覆力矩很小，立柱又通過附壁架與建筑結構牢固連接（不需纜風繩），所以受力合理可靠。為保證使用安全，外用電梯本身設置了必要的安全裝置，這些裝置應該經(jīng)常保持良好狀態(tài)，防止意外事故。