塔机附墙设计计算说明书.docx
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塔机附墙设计计算说明书
塔机附墙设计计算说明书
一、工程概述
本工程位于惠南镇中心位置,东南面临南汇中学体育场,在体育场的西北角有一信号塔,距小区5号楼南外墙皮约20米左右,东北面临近复旦大学太平洋金融学院,南侧临拱北路,西侧临观海路。
本项目总用地面积55103.4平方米,总建筑面积133288.98平方米(含保温建筑面积)。
地上总建筑面积101191.19平方米(含保温建筑面积),包含4栋15层高层住宅,5栋16层高层住宅,2栋11层高层住宅,1栋5层多层住宅,3栋6层的多层住宅,1栋2层的商业配套用房及高层住宅群房的配套公建,地下总建筑面积32097.79平米。
本工程8#楼和9#楼合用安装一台南通惠尔建设机械有限公司出厂的
QTZ63型(5510型)塔式起重机,臂长为58米,塔吊设置在9号楼东侧,
(图1)安装高度超过使用说明书规定的最大独立高度,需进行附墙锚固,楼层高度为45.6m,塔机最大安装高度约为53m,设置有2道附墙,如图2所示。
生产厂家在使用说明书中标明了建筑物外墙与塔吊中心的距离在4.0m左右,但由于该工程建筑物表面结构及工程施工工艺等因素的影响,塔吊安装后,塔吊中心距离建筑物外墙8.997m。
所采用的附墙杆件的长度以及与建筑物间的夹角,与原说明书的规定有所不同。
为了保证塔吊安全使用,我们对附墙杆件及其连接件作了稳定性及强度验算。
K-
何nyk
目
图122号楼1#塔吊布置图
12COO
―二二二=二三二二三
53000
图2塔吊附墙示意图
二、编制依据
本方案编制主要依据为:
GB/T13752-1992《塔式起重机设计规范》、
GB50017《钢结构设计规范》、GB/T3811-2008《起重机设计规范》和永
发QTZ63型塔式起重机使用说明书。
三、设计方案
1.原说明书要求
按照产品安装使用说明书:
附着架由四根撑杆和一套环梁等组成,
它主要是把塔机固定在建筑物的柱子上,起着依附作用。
(见图3)
图3原附着架示意图
2.改进设计方案
根据现场实际情况,塔机中心到连接点距离为8.997米。
设计方案如图4所示
四、计算说明
1.计算附墙架对塔身的支反力
表1塔机最大荷载表(产品说明书提供)
载荷工况
倾覆力矩M
水平载何P2
扭矩Mk
工作工况
1350kN•m
25kN
320kN•m
非工作工况
1800kN•m
85kN
假设塔身为一连续梁结构(见图5),以此进行结构的受力分析,可用力法求出附墙受力。
实际使用中,塔机最上面的一道附墙受力最大,因为该道附墙节点力除由M引起的附墙受力外,还有承受由塔机悬臂端风载及旋转件的离心水平惯性力在悬臂根部引起的水平切力Fw及下部塔身
的水平风载。
其中
图5塔机附着受力分析简图
1)风荷载计算
根据GB/T13572-92《塔式起重机设计规范》和GB/T3811-2008《起重
机设计规范》
FwCwPwA
FwqL
式中:
Fw――作用在塔式起重机上和物品上的风荷载;
Cw风力系数;
Pw计算风压;
A——垂直风向的迎风面积;AAA220.1m2
L――塔身风载计算高度;L36m
q单位长度风荷载。
(1)工作状态
根据充实率0.184查表得出0.7772
PW1250Nm2
解出q1421Nm
(2)非工作状态
pW21100Nm2
FW2CW1PW2A3.021110020.166794N
q21855N/m
2)支反力求解
(1)工作状态
根据图5受力分析简图和表1,并结合力学计算可以得出
工作状态下:
R2工102.077kN
(2)非工作状态
根据图5受力分析简图和表1,并结合力学计算可以得出
非工作状态下:
R2非工192.286kN
2.附墙杆内力计算
附着以上的塔吊结构是基本暴露在建筑物之上的,而风载荷的方向
是随着风向在变化的,且塔机可以在工况和非工况下作360°回转,因此
塔机上的不平衡力矩、横向力、风载荷等对塔身而言是变化的,水平方向的合作用力是可变的,为安全计算取其最大值计算。
假设合作用力为R2,方向如下图所示。
选取第二道附墙结构为受力分析对象,由力法可求出杆件的最大轴向内力。
图7受力分析图
1)工作状态
工作状态时,塔身承受扭矩和支反力的作用
Mk320kN
m
RR2工102.077kN,0360°
MD0
RcosbRsinbMk2bF3sin0
Mb0
F1sin2bL3cosF1cosHbM
RcosHRsinbL3cos0
Y0
RsinF(sinF3sinF2sin0
以上的计算过程将从0°到360。
循环,解得每个杆件的最大轴压力,
最大轴拉力。
表2工作状态下杆件受力情况
杆件
杆1
杆2
杆3
最大轴向拉力(kN)
90.3
205.4
239.1
最大轴向压力(kN)
168.3
-
-
2)非工作状态
非工作状态时,塔身只承受支反力的作用
RR2非工192.286kN,0360°
同理可以求出每个杆件在非工作状态下的最大轴向拉力和压力
表3非工作状态下杆件受力情况
杆件
杆1
杆2
杆3
最大轴向拉力(kN)
243.6
120.7
141
最大轴向压力(kN)
243.6
120.7
141
3.附墙杆结构验算
1)附墙杆参数
附墙杆材料选用Q235角钢组成的格构柱。
由于长度太大,将杆件分
为2段,段与段之间采用高强螺栓连接,见附墙示意图。
其中主弦杆(」
63X63x6mm腹杆(140X40x4mm主弦杆间距300x300mm与建筑
物之间用销轴联接。
截面图如图7所示。
材料安全系数:
n工作=1.48
n非工作=1.22
工作
158.8MPa
非工作
n工作
192.6MPa
n非工作
截面尺寸:
300mM300mm
主弦杆型钢:
」63X63X单位重量:
5.72kg/m
单个角钢截面面积:
7.29cm2
腹杆型钢:
」40X40X单位重量:
2.420kg/m总截面面积:
A=4X7.29=29.16Cm
惯性矩:
I4(.Aa2)4(27.127.2913.222)5204.73cm4
430
其中:
Iz027.12cm4ayZ0151.7813.22cm
II3
抗弯模量:
W393.7cm3
ymaxa
回转半径:
i眉13.36cm
杆长:
L110399mmL29024mmL38279mm
2)杆件分析
杆1为最长杆且杆1为受力最大的杆,因此需对杆1进行校核
(1)整体稳定性
2
a.风荷载Ab2.0m由0.4、0.4可得
AAB12.00.410.41.12m2
取Cw=2.431
PW=1100Pa
所以FWCwFWA2.43111001.122995N
b.附墙杆总重量:
c.
杆1:
约400kg;
d.
稳定系数
i133.6mm
MWy
AWW
FMwx
243.6kN
0.7002916mm2
mm
393700mm3
3893125N
5095510Nm
393700mm3
142.2MPa
非工作
杆1所受应力为:
(2)单肢稳定性
杆3:
单肢所受的力:
N°1也业叫77898N
42a2z2a2z
式中:
N——轴心所受的力;N°1F1243.6kN,
a——格构柱的宽度;a300mm
z——单个角钢的回转半径;z17.8mm
单肢长度:
l01500mm
回转半径:
i0117.8mm
单肢截面积:
A01729mm2
由01
妝28mm查表得稳定系数010.966
因此:
1NA110.6MPa非工作
01A01
结构稳定性符合安全要求。
(3)调节丝杆处的调节孔验算
a.调节丝杆孔校核
丝杆孔如图8所示
71.4MPa
非工作
N243.6kN
A3409.478mm2
ry
其中:
A——截面面积;A3409.478mm
b.螺栓强度校核
丝杆采用M100螺栓连接
其中:
Fw最大轴向拉力;Fw243.6kN
As螺栓公称应力截面积;A4220.16mm2
螺栓的拉伸强度l殳
螺栓材料的许用拉应力
l
243.6kN
4220.16mm2
i17202-9MPa
57.7MPa
丝杆结构设计性符合安全要求。
(4)连接端销轴的验算
销轴的直径d60mm
销轴剪切应力162(港口起重机设计规范公式1-6-45)3d
其中:
Q——销轴受到的最大剪力;Q&拉/2121.8kN
d销轴的直径;d60mm
连接处结构设计性符合安全要求。
(5)
16_Q_
3d2
16121800
3602
57.5MPa
0.6
非工作
169.68MPa
焊缝的验算
杆件与耳片均为Q235钢,杆件和耳片连接采用角焊缝,焊条E43,
焊缝质量为三级,焊缝焊脚尺寸hf8mm,杆件的最大轴力取最大值
N219.9kN,焊缝长度为lw400mm;ftw160Nmm2
Nfw
ffff
lwh*e
(钢结构设计规范GB50017-2003公式7.1.3-1)
其中:
N——轴心拉力、压力或剪力;N219.9kN
lw――角焊缝的计算长度,对每条焊缝取其实际长度减去2hf;
lw400mm
he――角焊缝的计算厚度,对直角焊缝等于0.7hf,hf为焊脚尺
寸。
he0.7hf5.6mm
正面角焊缝的强度设计值增大系数;对承受静力荷载和间
接承受动力荷载的结构,f1.22;对直接承受动力荷载的结构,
f1.0。
焊缝设计符合安全要求。
结论:
塔吊附墙杆设计符合安全要求!
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- 塔机附墙 设计 计算 说明书