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1、塔式起重机超长距离附着摘要：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：塔式起重机；附着装置；结构设计某工程为一
2、综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,其平面布置如图1所示。图1川号二1号楼塔扰平面图根据塔机生产厂家提供的标准，附着距离一般为35m,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，我们参考了德国利勃海尔88 H
3、C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=11 320 mm、LC=14 200 mm。2附着计算工况及附着杆
4、内力计算2.1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X- X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， 风由平衡臂吹向起重臂 (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
5、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=l/2q 11? l/2q122 =(1)1/2x0.27x (50.16214.9032 )=309.68 kNmMh =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；11 工作臂架长度，m；12 平衡臂架长度，m；f塔机工况系数，f=1.71；k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501
6、3型塔式起重机主要技术参数表查得 =0.6r/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附着杆受力分析和平面力系平衡方程XX=0, XY=0, SM=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。nW 工作您耶加命桁圈表1附着杆夹角及内力杆件 LA=10800 mm LB=11320 mm LC=14200 mm角度 a=68.5
7、 卩=62.6y=45内力 F1=245 kN F2=238 kN F3=30 kN由图6附着杆受力分析和平面力系平衡方程XX=O, XY=O, XM=O,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 mm LC=14 200 mm角度 a=68.5卩=62.6y=45内力 F1=- 51 kN F2=238 kN F3=270 kN3附着杆截面设计3.1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
8、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 mmx400 mm；附着肢件 为等边角钢Z63x4；缀条为Z30x3；附着杆截面积A=19.92 cm2；惯性矩Ix=7 496.12 cm4, Iy=6 702.6 cm4；惯性半径ix=19.4 cm, iy=18.3 cm。选用钢材为Q235,取许用压应力g=215 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。A/flC I pSA罪工作弑蕊盼肴杆曼力分祈图3.2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
9、见表3及表4。表3附着杆截面特性特性 A/cm2 Ix/cm4 ix/cm Iy/cm4 iy/cm单角钢 4.9819.031.96 7.891.26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 Pm M/kNm W/cm3 NE/kNX 平面内 1.0 2.198225.79 658.79Y 平面外 1.0 1.807201.89 587.85表4中：Pm平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21.1所得参数。构件强度计算最大应力：N/A = 270x103/19.92x102=13
10、6 (N/mm2)V215 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钢材的容许长细比口 =150。(1) X平面内计算长度：L=14 200 mm验算构件X平面内长细比：&=L/ix=14 200十194=73.2垂直于X轴各斜缀条毛截面积之和：Aix=3.498 cm2验算构件X平面内换算长细比：九二V入奔顾J页d =74.7A = I 50式中：入x构件在X平面内的长细比；Aix对X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：(px=0.721,由表4得出构件X平
11、面内稳定计算最大应力：一 + _ . 0.72 H 19.92乂 10口冷LO弼if卡22.79(1-0.8 衫弱 )206 (N/mm2)V215 N/mm2式中：卩mxX平面内构件稳定弯矩等效系数；MxX平面内构件1阶弯矩；申xX平面内构件受压稳定性系数；WxiX平面内构件毛截面抵抗矩；NEx参数，NEx=n2EA/ (l.IXx2), Q235 钢的弹性模量 E=206x103 N/mm2。(2) Y平面内计算长度：L=14 200 mm验算构件Y平面内长细比：Xy=L/iy=14 200十183=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平面内换算长
12、细比：入呼二丫 40(.4 1.(6)式中：九yY平面内构件的长细比；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：(py=0.693，由表4得构件Y平面 内稳定计算最大应力：213 (N/mm2 )V215 N/mm2 (7)式中：卩myY平面内构件稳定弯矩等效系数；MyY平面内构件1阶弯矩；申yY平面内构件受压稳定性系数；WyY平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附着杆局部稳定性验算3.3.1肢件稳定性验算取肢件计算长度lo1=354 mm,倾角a=55,查角钢Z63x4截面特性表得:订=imin=
13、1.26 cm,由3.2计算可知长细比九max=77.6，故有：X=lol/il= 354/12.6 =28九 V0.7九max=0.7x77.6=54.32(8)式中：入肢件长细比；九max构件最大长细比。3.3.2缀条稳定性验算横向剪力V：恥V圧 快1() b式中:g Q235钢材允许压应力，g=215 MPa；fy屈服强度。每肢斜缀条轴向力N1：=3.075 k式中：V缀条横向剪力；cosO缀条垂直方向的夹角。刚度验算：冶 lil= 488.8/5.9 =82.8V 九=150(11)式中：订角钢惯性半径，查角钢Z30x3截面特性表得订=5.9 mm；l缀条设计长度。强度验算：N/A=
14、270x103/19.92x102 =135 (N/mm2 )V215 N/mm2(12)稳定性验算：由九=28,查表知申=0.943，塑性发展系数Y=0.6+0.0015九=0.642N1/pA1= 3.075x103/0.943x175 =18.63 V 0.642f=138 N/mm2 (13)式中：N1每肢斜缀条轴向力；申缀条稳定性系数；A1角钢Z30x3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单肢稳定性验算查特性表可知角钢Z63x4的线质量：m=3.907 kg/mL=Lc/2=14200/2
15、=7.1mm=mLc=3.907x14.2=55.5 kgM1=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 V Lc/400 = 14.2/400经上述计算可知，该单肢Z63x4角钢满足稳定性要求。4结论(1) 理论计算结果和实际应用表明,该超长附着装置用于10号、11号高层建筑的QTZ63 系列5013型塔式起重机是安全可靠的，保证了该工程项目的顺利进行。(2) 该超长距离附着装置的设计既解决了受压杆过长而引起不稳定的问题，也为建筑施 工单位在安装和验算塔式起重机超长距离附着时提供了
