关于加长附着架的计算.docx

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关于加长附着架的计算

_;_eAiT<_ 

5v-OkkI?

N_ 

        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100m，塔机结构高度约为125m，每4层楼房（约16m）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11.17m，附着点开间跨距为16.34m，其平面布置如图1所示。

QiK_Q__r 

      根据塔机生产厂家提供的标准，附着距离一般为3～5m，附着点跨距为7～8m[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88HC型塔机附着距离长达11.6m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_|qO_u_B 

    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。

G2_w

C|_D 

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100m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=10800mm、LB=11320mm、LC=14200mm。

2附着计算工况及附着杆内力计算-5lI7C]; 

2.1附着装置计算工况g_

jS>#_`/ 

    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。

l_}X'X_b_{ 

（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。

v23dRr%#_ 

（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。

ic7.X_{yR 

2.2塔机满载工作时附着杆内力计算[5]:

_.+xT_D;E 

    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=0.27kN/m，故有：

slv$B4D&Av 

Mf=1/2•q•l12－1/2•q•l22=                                  

（1）-BGgu9:

__ 

1/2×0.27×（50.162－14.9032）=309.68kN·m_Z_

S^

AO_ 

Mh=fk（P/ω）=370.24kN·m                                  

（2）{（.oW+;M_

式中：

B

\X_#"b__ 

Mf———由风载所产生的转矩，kN·m；;{nY5\_"|n 

Mh———由回转机构所产生的转矩,kN·m；u_5m_+a__7 

l1———工作臂架长度，m；U_2_;W_

} 

l2———平衡臂架长度，m；s__d

=U@ 

f———塔机工况系数，f=1.71；

q_7D_&2_9 

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；ua!

6B_tl]% 

P———回转功率，QTZ63系列5013型起重机onj__kM 

P=3.7kW；

CG}MPaYP 

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=0.6r/min。

*_MN（c-

塔机满载工作状态时附着杆受力分析如图4所示。

C&A___oan 

由图4附着杆受力分析和平面力系平衡方程ΣX=0，ΣY=0，ΣM=0，可得塔机满载工作时附j

着杆倾角及内力如表1所示。

y_>~_,

Hg_ 

2.3塔机非工作工况时附着杆内力计算[5]_']7j\Q 

    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。

;59#iT-f__ 

>X63>O^" 

表1附着杆夹角及内力_o_]85@=2 

杆件  LA=10800mm  LB=11320mm  LC=14200mmm8B?

hZb_Nf 

角度  α=68.5°    β=62.6°      γ=45°`-Kfu"!

pS 

内力  F1=245kN    F2=238kN      F3=30kN8\q

_Ll_ 

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。

__0X_aqvqK 

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。

E__s"dER@3 

_CJ_ujco, 

表2  附着杆夹角及内力eN]_DU'F~ 

杆件  LA=10800mm  LB=11320mm  LC=14200mmBQC）-y8E_ 

角度  α=68.5°    β=62.6°      γ=45°'h:

cu3r_K 

内力  F1=-51kN    F2=238kN      F3=270kN

3附着杆截面设计[5]ltA"Cb._ 

3.1截面选择:

_C9_lY6 

    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420mm×400mm；附着肢件为等边角钢∠63×4；缀条为∠30×3；附着杆截面积A=19.92cm2；惯性矩Ix=7496.12cm4，Iy=6702.6cm4；惯性半径ix=19.4cm，iy=18.3cm。

选用钢材为Q235，取许用压应力[σ]=215__8_8se_V 

MPa，屈服强度fy=235N/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。

__?

#_%x99< 

3.2附着杆整体稳定性验算ywU_b0_s& 

    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。

vR"]B_

表3附着杆截面特性_'Yor'kkv_ 

特性  A/cm2  Ix/cm4  ix/cm  Iy/cm4  iy/cm_i*_,qXUi 

单角钢4.98  19.03  1.96  7.89    1.26）I4[M!

）?

B

整体  19.92  7496.12  19.4  6702.6  18.3_Xc}_o=（ 

表4受压附着杆特性参数]T`Z0_|uy3 

特性    βm  M/kN·m  W/cm3  NE/kN_（t_Iy_\f# 

X平面内1.0  2.198    225.79  658.79<_p___!

C_~ 

Y平面外1.0  1.807    201.89  587.85Tg_VYi__"（ 

表4中：

wEB2Yn_ 

βm———平面内外稳定弯矩等效系数；59L|+-sjh 

M———1阶弯矩；[O._$#（_?

_ 

W———受压最大杆件的毛截面抵抗矩；1s-$_r:

}Y 

NE———欧拉临界力除以抗力分项系数λ=1.1）sza;^[p`~ 

所得参数。

_）_~（（_H`. 

构件强度计算最大应力：

-:

At_J__ 

N/A=270×103/19.92×102=136（N/mm2）＜215N/mm2            （3）pwH_R\（v%\ 

式中：

FN）q/_2FxS 

N———受力最大附着杆C的内力，N=F3=270kN；'_,

A———附着杆C的截面积。

$#@D_>w_]^ 

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。

D_etEq_;:

（1）X平面内计算长度：

L=14200mmNfNa%mVw_& 

验算构件X平面内长细比：

T_%,A_

λx=L/ix=14200÷194=73.2Hf<7dcF%

N 

垂直于X轴各斜缀条毛截面积之和：

c=u!

|_}[I 

Aix=3.498cm2

9U?

B"lCS 

验算构件X平面内换算长细比：

sb_5:

7C[Hx 

式中：

__jz5G^;NZ 

λx———构件在X平面内的长细比；j_m_o_H/=_ 

Aix———对X轴各斜缀条毛截面积之和。

__g_v<_nh5 

查轴心受压构件的稳定性系数表得轴心受压稳定系数：

φx=0.721，由表4得出构件X平面内稳定计算最大应力：

hzq'i_Q'9） 

206（N/mm2）＜215N/mm2^yY_X!

MK] 

式中：

2|J）[@sd?

βmx———X平面内构件稳定弯矩等效系数；op_2_L_e_ 

Mx———X平面内构件1阶弯矩；5%U;pSZQ_p 

φx———X平面内构件受压稳定性系数；9wAP}5^4 

Wxi———X平面内构件毛截面抵抗矩；_bQ__S$dg 

NEx———参数，NEx=π2EA/（1.1λx2），Q235钢的弹性模量E=206×103N/mm2。

_Ba__^f6_ 

（2）Y平面内计算长度：

L=14200mm'ev+6A$ 

验算构件Y平面内长细比：

Po1F\_fKPP 

λy=L/iy=14200÷183=77.6B1$y!

F__sW 

垂直于Y轴各斜缀条毛截面面积之和：

~_hCwhjHx/ 

Aiy=3.498cm2wI_oL___?

验算构件Y平面内换算长细比：

>_ero<_fqg 

式中：

λy———Y平面内构件的长细比；/v!

）_:

K-C?

Aiy——对Y轴各斜缀条毛截面积之和。

r-G_"Y24e_ 

查轴心受压构件的稳定性系数表得轴心受压稳定系数：

φy=0.693，由表4得构件Y平面内稳定计算最大应力：

YV6ax2c0 

213（N/mm2）＜215N/mm2（7）+Esdx>`_+_ 

式中：

`oi_:

K!

:

F 

βmy———Y平面内构件稳定弯矩等效系数；unsPe_G__k 

My———Y平面内构件1阶弯矩；*@[J8_"__n 

φy———Y平面内构件受压稳定性系数；~1GZtB=L_m 

Wyi———Y平面内构件的毛截面抵抗矩；{*P^5w8x|I 

NEy———参数。

>_[s_TQ_nP 

由式（3）～（7）可知：

该结构满足整体稳定性要求。

\aJ]8u,V 

3.3附着杆局部稳定性验算Kw_Xb_SXX 

3.3.1肢件稳定性验算w_q,F

取肢件计算长度lo1=354mm，倾角α=55°，查角钢∠63×4截面特性表得：

i1=imin=1.26cm，由3.2计算可知长细比λmax=77.6，故有：

λ=lo1/il=354/12.6=28,ig_{H7yC 

λ＜0.7λmax=0.7×77.6=54.32                          （8）__>_$5:

6u* 

式中：

_Bt___!

@X 

λ———肢件长细比；_.FH_g+v1 

λmax———构件最大长细比。

I2w___Up_U 

3.3.2缀条稳定性验算rypTY_~G__ 

横向剪力V：

TH$DiH8_ 

式中：

BjZh_n>2） 

［σ］—Q235钢材允许压应力，[σ]=215MPa；Gh&?

#r-X_` 

fy———屈服强度。

t!

+1tp~[_ 

每肢斜缀条轴向力N1：

T__V!

'dK）_ 

式中：

V———缀条横向剪力；T7T@[714-_ 

cosθ———缀条垂直方向的夹角。

"

t^" 

刚度验算：

L-{9lg:

_y 

λ=li1=488.8/5.9=82.8＜［λ］=150                （11）_S3D>_Bl8} 

式中：

zQ_（kT_w} 

i1———角钢惯性半径，查角钢∠30×3截面特性表得i1=5.9mm；-R

Xa（Y;n- 

l———缀条设计长度。

{,_,_DZ;B 

强度验算：

f?

_*O^Ge_y 

N/A=270×103/19.92×102=135（N/mm2）＜215N/mm2      （12）_2D_C+di&> 

稳定性验算：

_1）D0_Ne__ 

由λ=28，查表知φ=0.943，塑性发展系数htyO_68\_& 

γ=0.6+0.0015λ=0.642#_#jz$__Z 

N1/φA1=3.075×103/0.943×175=18.63＜0.642f=138N/mm2  （13）Q?

3_Bg_l 

式中：

__8s.y__S 

N1———每肢斜缀条轴向力；[`gqc__3D_ 

φ———缀条稳定性系数；Aai"DUR^j 

A1———角钢∠30×3截面面积；___?

*SZV__ 

f———缀条钢材允许压力，f=215N/mm2。

1_q_.C_:

_h 

由式（8）、（11）、（12）、（13）可知：

该结构满足局部稳定性要求。

*"zBSe_;; 

3.4单肢稳定性验算_KZ_Y__^I 

查特性表可知角钢∠63×4的线质量：

_^QHRv|n 

m'=3.907kg/m_X__M_'z2_ 

L'=Lc/2=14200/2=7.1m;T_Trq（N@+ 

m=m'Lc=3.907×14.2=55.5kgp-g^#_W:

M1=mL'=3941N·m3_P__$L{ 

惯性矩I=19.03cm4（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：

.OXOX~n_ 

f1=1/12•M1L2/EI≈7/400＜Lc/400=14.2/400_>%E``LZ） 

经上述计算可知，该单肢∠63×4角钢满足稳定性要求。

"n|_

jwg7 

4结论]8gd$4（aS 

（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。

AFQPf:

qLj 

（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参考和依据。

;_BGi_|-l_ 

（3）此超长距离附着装置的设计需改进的地方有：

可以将附着杆设置成由标准节和可调节段组成，具有能适应各种长距离要求的组合件，使之通用化；设计中需对杆件连接及两头铰接处进行强度及稳定性验算。