《超长附着架计算》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超长附着架计算（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 摘要：摘要：由于现代建筑业的蓬勃发展，塔机高度超高、附着超长等各种情况时有发生。塔机附着装置安装时塔机中心到建筑物距离越远，附着杆的长度就越长，在相同轴向压力作用下，稳定性就越差，同时又长又大的杆件也会给安装带来很大不便。以有关工程实际施工中高塔附着装置设计为例，研究自升式塔式起重机的超长距离附着技术问题，简述 QTZ63 系列 5013 型塔式起重机超长附着装置设计的一般计算方法。通过计算分析和实际应用表明，所设计的附着杆既解决了受压杆过长而引起不稳定的问题，也为施工单位在安装和验算塔式起重机超长距离附着时提供了参考和依据。 关键词：关键词：塔式起重机; 附着装置; 结构设计 某工程为一综
2、合性住宅小区的建设，由多幢多层和小高层建筑组成，其中 10 号、11 号为两幢 25 层高层建筑，最大高度约为 100 m，塔机结构高度约为 125 m，每 4 层楼房（约 16 m）加一道附着装置，加至第 23 层，共设 5 道附着装置。根据施工现场的工程需要，需在两主楼之间架设 1 台 QTZ63 系列 5013 型塔式起重机，塔机中心与建筑物外墙之间的附着距离为 11.17 m，附着点开间跨距为 16.34 m，其面布置如图 1 所示。 根据塔机生产厂家提供的标准，附着距离一般为 35 m，附着点跨距为 78 m1，2，远不能满足本工程的具体施工要求。针对附着距离较大的问题，我们参考了德
3、国利勃海尔 88 HC 型塔机附着距离长达 11.6 m 的成功设计经验3，提出 QTZ63 系列5013 型塔机超长距离附着装置设计方案，具体如下。1 附着装置布置方案附着装置布置方案 塔机附着装置由附着框架和附着杆组成，附着框架多用钢板组焊成箱型结构，附着杆常采用角钢或无缝钢管组焊成格构式桁架结构，受力不大的附着杆也可用型钢或钢管制成。 根据施工现场提供的各层楼面顶板标高，按照 QTZ63 系列 5013 型塔式起重机的技术要求，需设 5 道附着装置，以满足工程建设最大高度 100 m 的要求。附着装置布置方案如图 2 所示，其中 A、B、C 为 3 杆，LA=10 800 mm、LB=1
4、1 320 mm、LC=14 200 mm。2 附着计算工况及附着杆内力计算附着计算工况及附着杆内力计算 2.1 附着装置计算工况附着装置计算工况 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，应考虑以下两种情况，如图 3 所示。 （1） 塔机满载工作，起重臂顺塔身 - 轴或 Y- Y 轴，风向垂直臂架。 （2） 塔机非工作工况，起重臂处于塔身对角线方向，风由衡臂吹向起重臂（GB/T137521992 塔式起重机设计规范）。在实际使用中，塔机最上面一道附着杆受力最大4，本次设计只对最上面一道附着杆的内力进行计算分析。 2.2 塔机满载工作时附着杆内力计算塔机满载工作时附
5、着杆内力计算5 塔机正常工作状态主要受到风载（塔臂）及回转机构产生的转矩作用。其中风载 q 定义为：作用在塔机（包括吊重）单位长度上的载荷。根据文献4中风载计算方法，并查 QTZ63 系列 5013 型塔式起重机技术参数，计算得出风载 q=0.27 kN/m，故有： Mf =1/2ql121/2ql22 = （1） 1/20.27（50.16214.9032 )=309.68 kNm Mh =fk(P/)=370.24 kNm （2） 式中： Mf由风载所产生的转矩，kNm； Mh由回转机构所产生的转矩,kNm； l1工作臂架长度，m； l2衡臂架长度，m； f塔机工况系数，f=1.71； k
6、载荷换算系数，随回转支撑结构的不同选取不同值，此处 k=3.676； P回转功率，QTZ63 系列 5013 型起重机 P=3.7 kW； 回转角速度，由 QTZ63 系列 5013 型塔式起重机主要技术参数表查得 =0.6 r/min。 塔机满载工作状态时附着杆受力分析如图 4 所示。 由图 4 附着杆受力分析和面力系衡方程 =0，Y=0，M=0，可得塔机满载工作时附 着杆倾角及内力如表 1 所示。 2.3 塔机非工作工况时附着杆内力计算塔机非工作工况时附着杆内力计算5 当塔臂处于塔身对角线方向时，塔臂所受风载和自重对附着杆所产生的力影响最大，风载对塔身的影响可以忽略。塔机非工作工况时附着装
7、置受力简化如图 5 所示，最上一道附着装置 3 根附着杆的受力分析如图 6 所示。 表 1 附着杆夹角及内力 杆件 LA=10800 mm LB=11320 mm LC=14200 mm 角度 =68.5 =62.6 =45 内力 F1=245 kN F2=238 kN F3=30 kN 由图 6 附着杆受力分析和面力系衡方程 =0，Y=0，M=0，可得塔机非工作工况时附着杆倾角及内力如表 2 所示。 由上述两种工作状态下的附着杆受力计算可知 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。 表 2 附着杆夹角及内力 杆件 LA=10 800 mm LB=11 320
8、mm LC=14 200 mm 角度 =68.5 =62.6 =45 内力 F1=- 51 kN F2=238 kN F3=270 kN3 附着杆截面设计附着杆截面设计5 3.1 截面选择截面选择 附着杆结构通常由型钢(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, 截面形式如图 7 所示。附着杆结构参数：截面尺寸为 420 mm400 mm；附着肢件为等边角钢634；缀条为303；附着杆截面积 A=19.92 cm2；惯性矩I=7 496.12 cm4，Iy=6 702.6 cm4；惯性半径 i=19.4 cm，iy=18.3 cm。选用钢材为 Q235，取许用压应力=2
9、15 MPa，屈服强度 fy=235 N/mm2，对 C 杆须进行整体稳定性验算、局部稳定性验算和单肢稳定性验算。 3.2 附着杆整体稳定性验算附着杆整体稳定性验算 对附着杆整体稳定性及受压附着杆特性参数进行计算，详细数据见表 3 及表 4。 表 3 附着杆截面特性 特性 A/cm2 I/cm4 i/cm Iy/cm4 iy/cm 单角钢 4.98 19.03 1.96 7.89 1.26 整体 19.92 7496.12 19.4 6702.6 18.3 表 4 受压附着杆特性参数 特性 m M/kNm W/cm3 NE/kN 面内 1.0 2.198 225.79 658.79 Y 面外
10、1.0 1.807 201.89 587.85 表 4 中： m面内外稳定弯矩等效系数； M1 阶弯矩； W受压最大杆件的毛截面抵抗矩； NE欧拉临界力除以抗力分项系数 =1.1 所得参数。 构件强度计算最大应力： N/A = 270103/19.92102=136 (N/mm2)215 N/mm2 (3) 式中： N受力最大附着杆 C 的内力，N=F3=270kN； A附着杆 C 的截面积。 查钢结构设计规范得附着杆在图 7 截面形式下 Q235 钢材的容许长细比=150。 (1) 面内计算长度：L=14 200 mm 验算构件 面内长细比： =L/i=14 200194=73.2 垂直于
11、轴各斜缀条毛截面积之和： Ai=3.498 cm2 验算构件 面内换算长细比： 式中： 构件在 面内的长细比； Ai对 轴各斜缀条毛截面积之和。 查轴心受压构件的稳定性系数表得轴心受压稳定系数：=0.721，由表 4 得出构件 面内稳定计算最大应力： 206 (N/mm2)215 N/mm2 式中： m 面内构件稳定弯矩等效系数； M 面内构件 1 阶弯矩； 面内构件受压稳定性系数； Wi 面内构件毛截面抵抗矩； NE参数，NE=2EA/（1.12），Q235 钢的弹性模量 E=206103 N/mm2。 （2） Y 面内计算长度：L=14 200 mm 验算构件 Y 面内长细比： y=L/i
12、y=14 200183=77.6 垂直于 Y 轴各斜缀条毛截面面积之和： Aiy=3.498 cm2 验算构件 Y 面内换算长细比： 式中：yY 面内构件的长细比； Aiy对 Y 轴各斜缀条毛截面积之和。 查轴心受压构件的稳定性系数表得轴心受压稳定系数：y=0.693，由表 4 得构件 Y 面内稳定计算最大应力： 213 (N/mm2 )215 N/mm2 （7） 式中： myY 面内构件稳定弯矩等效系数； MyY 面内构件 1 阶弯矩； yY 面内构件受压稳定性系数； WyiY 面内构件的毛截面抵抗矩； NEy参数。 由式（3）（7）可知：该结构满足整体稳定性要求。 3.3 附着杆局部稳定性
13、验算附着杆局部稳定性验算 3.3.1 肢件稳定性验算 取肢件计算长度 lo1=354 mm，倾角 =55，查角钢634 截面特性表得：i1=imin=1.26 cm，由 3.2 计算可知长细比 ma=77.6，故有：=lo1/il= 354/12.6 =28 0.7ma=0.777.6=54.32 （8） 式中： 肢件长细比； ma构件最大长细比。 3.3.2 缀条稳定性验算 横向剪力 V： 式中： Q235 钢材允许压应力，=215 MPa； fy屈服强度。 每肢斜缀条轴向力 N1： 式中：V缀条横向剪力； cos缀条垂直方向的夹角。 刚度验算： = li1= 488.8/5.9 =82.8
14、=150 （11） 式中： i1角钢惯性半径，查角钢303 截面特性表得 i1=5.9 mm； l缀条设计长度。 强度验算： N/A= 270103/19.92102 =135 (N/mm2 )215 N/mm2 （12） 稳定性验算： 由 =28，查表知 =0.943，塑性发展系数 =0.6+0.0015=0.642 N1/A1= 3.075103/0.943175 =18.63 0.642f=138 N/mm2 （13） 式中： N1每肢斜缀条轴向力； 缀条稳定性系数； A1角钢303 截面面积； f缀条钢材允许压力，f=215 N/mm2。 由式（8）、（11）、（12）、（13）可知：该结构满足局部稳定性要求。 3.4 单肢稳定性验算单肢稳定性验算 查特性表可知角钢634 的线质量： m=3.907 kg/m L=Lc/2=14200/2=7.1m m=mLc=3.90714.2=55.5 kg M1=mL=3 941 Nm 惯性矩 I=19.03 cm4（此种构架挠度在 Lc/400 之内）。所以单肢附着在重力作用下的跨中挠度 f1 为： f1= 1/12M1L2/EI 7/400 Lc/400 = 14.2/400 经上述计算可知，该单肢634 角钢满足稳定性要
