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1、塔吊扶墙点的受力计算在建筑施工现场,固定式塔吊在其高度超过其独立自由高度后,往往需要通过对塔吊的塔身进行相应的扶墙,才能将塔吊升高到相应的施工高度以满足现场施工的需求。但在日常的工作中,由于塔吊的扶墙位置及塔吊扶墙后的高度的经常变化,使得塔吊的扶墙点的受力的大小也会发生相应的变化,但现场施工人员对塔吊在扶墙过程中扶墙点受力产生的变化认识不足,并因此造成了在实际工作中选用塔吊扶墙拉杆的随意性,对施工现场的安全生产生了安全隐患.因此通过搞清塔吊扶墙点的受力大小的计算,将提高施工人员对施工现场扶墙拉杆受力变化趋势的认识，会对施工现场的安全生产有一定的促进意义.要搞清塔吊扶墙点的受力大小，首先应搞清塔
2、吊的受力模型。塔吊在平常工作时有两种状态，即独立自由状态和扶墙状态。在塔吊的独立自由状态，塔吊的受力模型与一个大的天平类似，天平为了保持天平两边的受力平衡（见图1），当天平的一边受力时，需在天平的另外一边加力的大小相等、方向相同的相应的砝码才能平衡。而天平的支点（刀口）仅仅承受一个压力，而不承受弯矩及扭矩。而独立自由高度的塔吊的受力模型（见图2）则更类似一个支点与支架固定在一起的天平,与一般天平不同的是这个天平的两边的受力，是大小不一样的；塔吊的一端（平衡臂）的受力是固定的,而另一端（起重臂）受的力是在一定的范围内变化的。因此，在实际工作中的塔吊，在独立自由高度时的受力则类似一个由天平模型演变
3、为一个由立杆固定的悬臂梁，悬臂梁的一边（平衡臂侧）受力是固定的，另一边（起重臂侧）是变化的。其变化有两个特点，一个是力方向不变的情况下会沿着悬臂梁的一边（起重臂侧）左右移动，另一个是力的大小是会在一定的范围内变化，只有当在其受的力大小发生变化的同时沿着悬臂梁侧移动到某一个点时，这个悬臂梁才会产生一个天平一样的平衡状态；而其它时间，为了保持平衡，悬臂梁下方的固定立杆除产生一个支撑力外，还需要受到一个弯矩，并产生一个维持平衡的反向弯矩（见图3）。而扶墙以后的塔吊，其在扶墙以上的受力模型（见图5）与塔吊在独立自由状态的状况一致；但将其与整个扶墙点及塔吊的下面的固定点联系起来分析，则其受力模型则演变而
4、类似是一个杠杆（见图4），唯一不同的是这个杠杆的下边是固定的，中间的铰接点则是扶墙位置。铰接点产生的反向力会形成一个反向力矩大小随起重力矩即起重臂吊重及位置不同而不断产生变化的弯矩。除此之外，塔吊还受到了风的动载的及塔吊顶部平衡臂及起重臂所受风载的合力。因此，塔吊扶墙点的受力大小计算主要是要建立塔吊的受力模型，并搞清楚扶墙位置即扶墙受力模型铰接点的受力状况。塔吊的扶墙点受力模型可以简化为三个力，即扶墙点在平衡塔吊最大起重量时所产生的反向平衡力矩时的最大平衡反力；扶墙点平衡塔吊顶部平衡臂及起重臂所受风载的合力所受的反力；平衡塔身所受的风载的合力的反力。扶墙点所受的最大力，就是以述三个力的最大的合
5、力。下面笔者以四川建机厂生产的F0/23B塔吊为例,来研究其扶墙位置所受的力的状况。四川建机厂生产的F0/23B其起重臂长50m,重73.1KN ，吊点（重心）在18.8m; 平衡臂长10.90m, 重 71KN， 吊点（重心）在6.5m ；配重重161KN，总重心在8m。独立自由高度59.8m,第一道扶墙位置在45m处,扶墙以上允许15个标准节,每个标准节的高度为3m.。塔吊起重量在50m长时吊重23KN,在0-14.5m之间可以吊重100KN。一、起重臂与平衡臂产生的最大力矩作用在扶墙点上所产生的力。由于塔吊的受力可以简化为一个中间与地面铰接的杠杆状的悬臂梁，因此它的受力也简化为力矩及力的
6、计算了。由于塔吊在垂直方向上的受力总体上 (塔吊重量及吊重与地基支座反支力)和为零,且只在垂直方向上的受力产生了一个力矩（见图2）.因此在垂直方向的计算如下:首先，以塔身支点为中心计算平衡臂与起重臂所产生的最大力矩。塔吊在平时不扶墙时有三种状态：塔吊不吊重时：平衡臂端：8m161KN+6.5m71KN=1749.5KNm 起重臂端：18.8m73.1KN=1374.3KNm 产生的力矩为：375.2KNm塔吊在14.5m吊最大重量100KN时：平衡臂端：8m161KN+6.5m71KN=1749.5KNm 起重臂端：18.8m73.1KN14.5m100KN=2824.3KNm 产生的力矩为：
7、1074.8 KNm塔吊在起重臂最长50m处吊23KN重量时：平衡臂端：8m161KN+6.5m71KN=1749.5KNm 起重臂端：18.8m73.1KN50m23KN=2524.3KNm产生的力矩为：774.8KNm因此, 塔吊在14.5m吊最大吊重100KN这种状态时，起重臂与平衡臂产生的力矩最大，最大力矩为:1074.8 KNm.由于塔吊在工作时会产生一个如上面所述的力矩,但在不扶墙时这个力矩被塔吊基础所产生的反向力矩所抵消.而一旦扶墙之后,这个力矩的抵消任务就要由扶墙点与塔吊的基础产生的反向力矩来抵消了（见图5）.因为整个塔吊的模型已经简化为一个杠杆所产生模型了.而反向力矩也转移到
8、了由扶墙点与支座反力形成的力偶来产生了,因此,当塔吊所受的力矩一定时，扶墙点的受力与塔吊扶墙点与塔吊基础支座之间的距离有关. 当塔吊所受的力矩一定时，当塔吊扶墙点与塔吊基础支座之间的距离变大时，扶墙点的受力变小。假定塔吊所受的力矩为最大力矩：1074.8 KNm.。当塔吊扶墙点与塔吊基础支座之间的距离为45m时,扶墙点的受力值为: 最大力矩力臂距离为: 1074.8 KNm45m=23.9kN因此，当假定塔吊所受的力矩为最大力矩时，在不考虑任何其它因素的情况下，当塔吊扶墙点与塔吊基础支座之间的距离为45m时，塔吊的扶墙点上将受到一个23.9kN方向不确定的力的影响。二、 由于塔吊受风的影响,会
9、在水平方向产生一个风载（见图6）。假定以塔吊允许工作时的最大风力六级风来计算： 查表知六级风速为11m/每秒或40公里/每小时，风载力为每平方米为0.11KN。假定以塔吊在45m处扶墙，起重臂、平衡臂及塔帽的风力作用在扶墙点所受的力的计算：起重臂、平衡臂及塔帽的迎风面积为：50m 0.98m+11.35m1.87m+9.21m2.7m=95.1 m2则总的迎风面积为：257.1 m2.总总风载为257.1 m20.11KN / m2=28.35KN由于塔吊的扶墙点与塔吊基础支座之间的距离为45m，塔吊的扶墙点以上为45m高。假定塔吊塔身是一个以塔吊基础支座为铰支点的刚体，则利用杠杆原理，起重臂
10、、平衡臂及塔帽的风力作用在扶墙点所受的力为：28.35KN2=56.7KN(二)风载作用在塔身上后所产生的合力作用于扶墙点的力的计算：由于塔吊在扶墙后，塔吊塔身所受的风载所产生的力与扶墙点上产生的对抗风载的反力相互对抗，因此扶墙之后，塔吊的在扶墙点所产生的位移为零。为了计算方便，假定塔吊的塔身是刚性的等直的，且塔吊的两端是铰支的，在塔身中间受到一个扶墙力，在塔吊的塔身上受到均匀的风载。假定扶墙力为X1，其所产生的形变为11；均匀风载产生的形变为1P则按照虚位移原理：11 X1+1P=0 =5ql/4=50.11454=6.19KN 因为上述几个力的方向不定,计算扶墙点的受力时,是考虑上述几个力瞬时方向一致时形成的最大合力.因此, F0/23B塔吊在45m处扶墙点的最大扶墙力为: 23.9kN56.7KN6.19KN=86.79KN由于以上计算时没有考虑实际上施工过程中塔吊可能垂直度偏差较大，因而塔吊塔身需要通过扶墙点来校正塔吊的垂直度等极端因素。因此，实际扶墙点的受力乘上一个K=1.5的安全系数后，F0/23B塔吊在45m处扶墙点上水平方向的最大的力为： 86.79KN 1.5=130.19KN.图7风载作用在塔身上后所产生的合力计算1、 文献资料引用：四川建机厂的出厂说明书。2、 风的荷载引用：建筑结构荷载规范 GB50009-2001
