塔式起重机附墙结构设计_孙贵菊 (1)

1、塔式起重机附墙结构设计铁道部专业设计院机动处孙贵菊提要推导塔式起重机设2道及2道以上附墙结构的计算公式及附墙杆结构的设计方法。关键词塔式起重机附墙结构设计塔式起重机附墙结构设计是高层建筑机械化施工过程中必要的设施,合理地设计附墙结构是高塔安全作业的重要保证。现以北京某大厦施工中高塔附墙结构设计为例,简述塔机附墙结构设计的分析计算方法。该大厦高68m ,有一侧外墙面为弧面,施工中使用了较先进的德国利勃海尔88HC 型塔式起重机。由于受地下构筑物限制,塔式起重机必须布置在弧面墙一侧,位置如图1 所示。图1塔式起重机与构筑物相对位置图(单位:m 塔式起重机中心距弧形墙面最近距离为11.2m ,距弧形

2、墙面附墙结构附着点计算距离为L =11.6m,而与塔机配套的附墙结构设计计算规定该距离L 10m,因而无法用于本工程,需进行特殊设计。1附墙结构布置方案根据施工现场提供的各层楼面顶板标高,按照利勃海尔(88HC S 塔式起重机的技术要求,本工程需设两道附墙,相应地可以满足钩下最大高度75m 的要求。在水平向,由于墙面为弧面,墙面上支座位置的选择,既要保证附墙杆 有适当的倾角,又要避免附墙杆太长,经综合比较采用了如图2所示的布置方式。图2附墙结构布置图(单位:mm 2设计模式根据实际工程中附墙杆两端的连接情况,计算时附墙杆两端在水平面内和铅垂面内均按铰支考虑。塔机上部旋转部分对附墙框的作用按一组

3、基本外载荷M 、H 、M d 考虑,M 、H 、M d 分别为作用于附墙框以上塔身截面的弯矩、水平力和扭矩。计算图式及相应荷载如图3、4所示,图中M 、H 、M d 、q 可在利勃海尔塔机使用手册中查到。图3计算图式及所受荷载图(立面3附墙结构外力计算作用于附墙框的外力有附墙杆自重,风载34铁道标准设计1999年11期 图4计算图式及所受荷载图(平面荷和由塔身通过铰支连接传递的力。其中直接作用于附墙框的风荷载较小,计算中一般不计。自重作用可在计算各附墙杆时按其断面构成确定,下面仅讨论塔身传递给附墙框的外力的计算方法。(1计算工况工作状态:考虑工作状态下的基本外载荷M、H、M d和风载荷q=0.

4、32kN/m; 非工作状态:考虑非工作状态下的基本外载荷M、H、(M d=0和风载荷q= 1.4kN/m。(2设1道附墙时的外力计算当设1道附墙时,应采用图3(a所示的计算模式,按结构力学方法可推得由基本外载荷M、H、M d和q作用对附墙框产生的力H1和M d1的计算公式:H1=H+3h8q+32hM(1M d1=M d(2对于本工程,由塔机使用手册可查得工作状态下H=18kN,M=1113kN m,M d= 208kN m,q=0.32kN/m;非工作状态下,H =48kN,M=1390kN m,M d=0,q= 1.4 kN/m。由(1式可得工作状态时,H1=74.8 kN,非工作状态时H

5、1=130.8kN。(3设2道附墙时的外力计算设2道附墙时,应采用图3(b所示图示计算,用结构力学方法可推得塔身基本外载荷M、H、M d和风载q作用于附墙框的外力H1、M d1(第1道附墙和H2、M d2(第2道附墙的计算公式:H1=3(h1+h22h1h2(3h1+4h2M+h41+6h31h2+10h1h32+12h21h22+3h424h1h2(3h1+4h2q(3M d1=0(4H2=H+3h1+6h2h2(3h1+4h2M+6h1h22+6h22-h314h2(3h1+4h2q(5M d2=M d(6通常在塔机使用手册中只给出设1道附墙时的外力计算公式,即公式(1、(2,而在使用中当

6、设2道附墙时,常套用公式(1、(2来计算附墙框的外力,只是计算时取h=h2。现以本工程为例,对公式(1、(3、(5的计算结果进行比较:工况1(工作状态由88HCS使用手册查得H=18kN,M=1113kN m,q=0.32kN/m,M d=208kN m。按公式(1计算(h=16m得:H2=124.3kN;按公式(3计算得:H1=102.9kN;按公式(5计算(h1=31.47m,h2=16m得:H2=102.2kN。工况2(非工作状态由88HC-S使用手册查得H=48kN,M=1390kN,q= 1.4kN/m,M d=0。按公式(1计算得:H2=186.7kN;按公式(3计算得:H1=15

7、5.7kN;按公式(5计算得:H2=158.2kN。以上计算结果表明:对于第1道附墙,按(1式计算结果小于(3式计算结果;对于第2道附墙,(1式计算结果大于(5式计算结果。4附墙杆内力计算在已知塔身对附墙框作用的外力后,可按下列公式计算附墙杆的轴力:N A i=M d+aH ib sinN Bi=H i sin -M d+aH ib sinsin( + b sin( + N ci=-H i sin -M d+aH ib sinsin( - sin( + (i=1、235塔式起重机附墙结构设计孙贵菊式中a=a1-c11ctan +ctanb=b1-c1ctan +ctanctan +ctan其中

8、,a1、b1、c1、 、 、 的涵义见图2。对于本工程可分几种受力情况计算,计算结果列入表1中。表1附墙框及附墙杆受力结果工况a/m b/m /(° /(° /( °H i/k NM di/(k N m-1N ai/kNN b i/kNN ci/kN 1 道附墙2道附墙第1道第1道第2道1212121.118 1.9016557.56074.8208169.3139.7-96130. 80.084.949.3-136.8102.90.066.838.8-107.7155.70.0101.058.7-162.9102.2208187.1150.0-124.7158.

9、20.0102.759.7-165.55附墙杆截面设计(1截面选择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,本工程采用缀条连接方式,截面形式如图5所示。图5附墙杆截面(单位:mm附墙杆两端与墙体及塔身连接处呈锥形变化,按等刚度原则换算成图6所示的理想格构杆件。换算后的端部截面与中间截面间有:I min/I max=0.0196,m=a/L=0.463。图6换算后的附墙杆图(单位:m m(2整体稳定性验算计算杆长L0= 1L由于两端铰支,故 = 1.0,由I min/I max=0.0196,m=0.463,查得 1= 1.1;所以,L0=11.89m。长细比 =L0/r=65.3

10、四肢格构换算长细比:0= 2+40A2A=67.8杆件自重(0.8kN/m产生的弯矩:M g=11.66kN m偏心率: =M AN W=0.428由 、 0查表得 p g=0.582所以, =Np g A=74.7M Pa< =180M Pa(3局部稳定性检算单肢稳定性检算结果如下1=81.3;N1=57.4kN; 1=0.725。所以, =83.21M Pa<0.7 。缀条稳定性检算结果如下N= 6.09kN; z=110; =0.536。所以, =49.9M Pa<0.7 。(4说明上述检算结果表明杆件截面尺寸有一定富余,主要原因是为了在以后工程中附墙杆能重复使用,满足使用手册中给定的最大附墙高度时的受力要求。6结语通过分析表明:当设2道附墙时,第