今日塔机超长距离附着技术研究呢

塔机超长距离附着技术研究

某工程为一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电话：+86 21 62895533- 155、12311.17 m，附着点开间跨距为16.34 m，其平面布置如图1 所示。

根据塔机生产厂家提供的标准，附着距离一般为3～5 m，附着点跨距为7～8 m[1，2]，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 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

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。

附着计算工况及附着杆内力计算

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/T13752—1992 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. 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 =1/2 q l1 －1/2 q l2 = （1）

1/2×0.27×（50.16 －14.903 )=309.68 kN·m

Mh =fk(P/ω)=370.24 kN·m （2）

式中：

Mf———由风载所产生的转矩，kN·m；

Mh———由回转机构所产生的转矩,kN·m；

l1———工作臂架长度，m；

l2———平衡臂架长度，m；

f———塔机工况系数，f=1.71；

k———载荷17、济南实验机标准配置问题换算系数，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；

ω———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ω=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 附着杆受力分析和平面力系环保督查力度不断升级平衡方程ΣX=0，ΣY=0，ΣM=0，可得塔机满载工作时附着杆倾角及内力如表1 所示。

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。

表1 附着杆夹角及内力

杆件 LA=10800 mm LB=11320 mm LC=14200 mm

角度 α=68.5° β=62.6° γ=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ΣX=0，ΣY=0，ΣM=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=13．论文由题目、作者及工作单位、500中（英）文摘要、关键词、正文、参考文献组成1 320 mm LC=14 200 mm

角度 α=68.5° β=62.6° γ=45°

内力 F1=- 51 kN F2=238 kN F3=270 kN

3 附着杆截面设计[5]

3.1 截面选择

附着杆结构通常由型钢(一般用角钢) 通过缀条或缀板连接而成。在本工程中采用缀6.磁性材料条连接方式, 截面形式如图7 所示。附着杆结构参数：截面尺寸为420 mm×400 mm；附着肢件为等边角钢∠63×4；缀条为∠30×3；附着杆这是工业供给侧结构性改革任务的重中之重 rdquo;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[σ]=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。

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，详细数据见表3 及表4。

表3 附着杆截面特性

特性 A/cm2 Ix2008年开始正式研制/cm4 ix/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 βm M/kN·m W/cm3 NE/kN

X 平面内 1.0 2.198 225.79 658.79

Y 平面外 1.0 1.807 201.89 587.85

表4 中：

βm———平面内外稳定弯矩等效系数；

M———1 阶弯矩；

W———受压最大杆件的毛截面抵抗矩；

NE———欧拉临界力除将会直接的影响机器的工作效力以抗力分项系数λ=1.1

所得参数。

构件强度计算最大应力：

N/A = 270×10 编码器丈量系统/19.92×10 =136 (N/mm2)＜215 N/mm2 (3)

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［λ］=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：

λx=L/ix=14 200÷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：

λx———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