超长附墙用于塔式起重机的可行性分析.doc

趙长附墙用于塔式趕童机的可行性分析摘要：通过对高层建筑施工中自升式塔式起重机载荷、施工工况的分析，以实际施 工中塔机附墙结构设计为例，详述了各撑杆内力的计算方法，并对计算结果进行Msc.N astran分析分析结果与实际应用表明，所设计的附墙结构解决了附墙杆过长而带来的 不安全隐患关键词：塔式起电机；超长附墙；结构没计；分析随着我国建筑事业的快速发展，城市标志性的高层建筑不断涌现，作为高层建筑施 工垂直运输机械一自升式塔式起重机（以下简称塔机）的应用亦日益广泛在塔机检 测中发现，如果塔机采用超长附着，很多公司均未进行理沦计算，也未制定具体方案， 只凭经验操作，有的甚至将原附墙杆用槽钢直接加长附着，这给塔机运行埋下安全事故 隐患为确保施工安全，塔机的附着撑杆在施工中所受反力的确定显得非常重要，它对 附着撑杆的设计以及主体结构的施工均有直接影响为此，应结合实际工程实践，通过 对塔机及附着撑杆施工工况的力学分折，提出高层建筑施工中QTZ63系列5013型塔机 附着撑杆的反力计算方法、各种校核及Msc. Nastran分析1. 计算工况概述文中所述工程为一 25层的商层建筑，建筑高度约为100m,塔机结构高度约为125 m,每4层楼房（约16m）加1道附墙，共设5道附墙。

据塔机生产厂家所提供的标准附 墙距离一般为5m,远不能满足工程具体施工方案针对附墙距离很大的问题，参考国内 外附墙超长的成功设计经验和精确的理论计算，提出了 QTZ63系列5013型塔机超长附 墙设计方案2. 附墙架方案该没计采用3杆式附墙结构形式，其附墙结构布置方案见图1,其中人=10. 80m、1 b=ll. 32, 7c=14. 20mo3. 附墙杆计算3. 1附墙计算工况根据附着式塔机所受载荷、塔身内力及支反力的计算分析，对于附着装置来说，应 考虑以下情况：①塔机满载工作状态，受自身的扭矩和风载所给的扭矩，且扭矩方向相 同②塔机非工作状态，起重臂处于塔身对角线方向，风水平吹向塔臂且与塔臂竖直面 垂直在实际使用中，塔机最上面一道附墙受力最大，在此只对最上面一道附墙杆的内 力进行计算分析3.2塔机工作状态时附墙杆内力计算塔机正常工作状态主要受到风载荷(塔臂)及回转机构产生的扭矩经查表选风载 荷［V0. 34kN/m,故有M 风扭=\]2qF_ql4式中h—工作臂架长度h—-平衡臂架长度P—-回转功率co—-回转角速度塔机满载工作状态时附墙杆受力分析见图2oL IS4M '冷■ / /fl/八、JL16 ] Xfw 图2丄作状态受力分析图由图2的附墙杆受力分析和平面力系平衡方程2尸0, 2尸0, 2庐0及cf45.05° , 俨62. 6° , 了=6& 5°可得表1所示的塔机满载工作时各撑杆内力。

表1满载工况附墙杆内力撑杆尺寸/in11. 3210.8014. 20内力/kNFi=232F2=241F3=263.3塔机非工作状态时附墙杆内力计算当塔臂处于塔身对角线方向时，塔臂所受风载荷和自重对附墙杆所产生的力影响最 大，风载荷对塔身的影响可忽略假设塔身为一连续梁结构，当塔机有$3道附墙时， 最上面1道附墙的支反力为「叩=QL23M/L+E+ (qL/2)),其中=16m附墙受力简化见 图3,其受力分析见图430 I 1& I 16【16【I" !H3附堆受力简化图9 X jk Ik& V、y_ _L626* 7J94 #Tf乍状玄受力分布图由图3附墙杆受力分析和平面力系平衡方程S沪0, E产0, E於0可得塔机非工作 工况时各撑杆内力见表2»表2非工作状态附墙杆内力撑杆尺寸/m11. 3210. 8014. 20内力/kNFi 二 265F2=47F3 二 274由上述2种工况的附墙杆受力分析可知c杆受到的内力最大，因此只需验证c杆是否满足强度及稳定性要求即可4. 附墙杆截面设计附墙杆结构通常由型钢（一般用角钢）通过缀条或缀板连接而成在本工程中采用 缀条连接方式，截面形式见图5,附墙结构参数见表3。

塔机附墙界面示意图表3卩付墙结构参数A截面/cm2iycm4I7/cm4L/cmIy/cm19. 927496. 126702. 619.419.4钢材等级：Q235,查钢结构设计规范得/^215N/mm2, y；=235N/mm2o截面类型：四角 钢组合格构式截面（b类）缀条类型：上下为对角三角形；前后为有横缀条对角三角 形（减少南自重引起的下垂弯度和挠度）1）假设构件的长细比儿由整体稳定公式计算需要的截面面积仏 通常假设九=5 0〜100,当"大而计算长度小时，尢取较小值，反之则取较大值根据尢值，截面分类和 钢种类可查得稳定系数©则需要的截面面积为GN / （（pf\初选九=80,根据心/235低表得旷0.688,初选等边三角钢L63X4、缀条L30X3 的截面积 A=4. 98cm2,则 4X4. 98=19. 92cm2»（2）由于附墙杆两端都是钱连接，根据钢结构设计规范，查表可得：小=处=1 厶’=厶*= r）J= 14200mmi*= iy=厶’/九=177. 5mm按等稳定性：7>0. 45, “0.456查表可得此种构架的挠度WZ/400,为了减少附墙架的挠度，选/F420mm, K400mm, 缀条一般斜放角度为40° -70°之间，本设计选用55° o5. 附墙有限元分析5. 1附墙杆的建模塔机附墙杆的约束受力图见图6。

图6塔机附塢杆约柬受力图5. 2材料属性的建立由于此附墙采用的是Q235钢，其弹性模量E=206X 103N/mm,泊松比//=0. 3,密度° =7. 8X10_6kg/mm3=5. 3工况刚度、强度有限元分析考虑到安全性，可用最大拉力/MOOkN由上述分析可知：最危险工况为非工作状 态6. 结论(1) 通过有限元分析可以看出，最大应变为199MPa,其发生在附墙杆最左端的面 板上此值小于最大抗拉强度^215N/mm2,满足要求由于受重力的作用，附墙杆产生 变形，通过分析可知其最大变形为21. 9mmo根据理论设计查得最大挠度〃400=35. 5mm, 所以附墙杆的最大变形量符合最大挠度要求2) 通过理论计算得出其最大应力为198.5MPa,同时通过有限元分析法得出最大 应力为199MPa,其相差0. 5MPa, 2种结果的误差为0. 25%,由此可看出这2种方法都是 相当可靠的，并均符合最大抗拉强度矜215N/mm2通过分析数据，可看出在对附墙杆强 度安全性分析中，由这2种不同方法得出基本相同的结果对于工程问题来说，更能满 足工程安全性，进行安全生产7. 结束语通过分析表明，塔机上部各载荷的大小及方向均在360。

回转中变化，各附着撑杆 的受力也随之变化，这种方法求出的各撑杆内力最大值应符合实际，Msc. Nastran分析 也说明此设计符合实际工况要求此设计已经被施工单位应用到实际中，实际应用表明 此设计安全、可靠。