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塔式起重機附著裝置受力計算及使用要求

來源：日期：2012-08-06 09:40:44

內容提要：本文分析固定式塔式起重機附著裝置的力學特性以及力學計算，介紹附著裝置在工程實際中的使用與注意事項，對安全使用塔式起重機有所幫助。
關鍵詞：塔式起重機附著裝置力學計算使用要求

     伴隨我國經濟實力的增加，現代建筑施工技術的快速進步，土地資源的減少，城市中高層建筑施工日趨增多，塔式起重機（以下簡稱塔機）附著裝置的使用也越來越頻繁。為了更好、更安全的使用塔式起重機的附著裝置，下面通過對附著裝置在使用過程中附著處支座的受力及附著桿的受力進行計算、分析，淺析它在安裝、使用中的注意事項。
     計算塔機附著裝置的受力時按如下2種工況進行附著處支座和附著桿的受力計算：
     計算工況Ⅰ 塔機滿負荷工作，起重臂順著塔身方向，風垂直吹向起重臂、風載作用產生的扭矩與旋轉機構作用產生的扭矩方向一致。
     計算工況Ⅱ 塔機處于非工作狀態，起重臂位于塔身對角線方向，起重臂能隨風回轉，風由起重臂吹向平衡臂，不考慮扭矩的影響。

1.附著處支座的受力計算
計算塔機附著處支座的受力時，可以將其塔身簡化成多點支承的懸臂連續梁，如圖A所示。由于塔機最上一道附著處附著裝置受力最大，并以此道附著裝置的荷載分析附著裝置受力，對附著裝置進行設計計算。因此實際計算其附著處支座的受力時，為了簡化計算，可以將多點支承的懸臂連續梁簡化成2點支承的懸臂連續梁。計算簡圖如圖B。

圖A 塔身受力圖圖B 塔身簡化受力圖

M1=（8×M×Lb+8×Pw×Lc×Lb-q1×La3-2×q2×Lb3+4×q3×Lc2×Lb）/（12×La+16×Lb）（1）
Fv=［2×M1+2×M+2×Pw×（Lc+Lb）+q2×Lb2+q3×Lc×（Lc+2×Lb）］/（2×Lb）（2）
式中： M-作用于塔身端部的彎矩，塔身上部各部件的自重與工作載荷對塔身回轉中心的力矩之和；
Pw-作用于塔身上部各部件的風載之和；
q1、q2、q3-作用在塔身各部段上的風載，計算工況Ⅰ時，風吹向塔身方向，不考慮高度變化的影響，q1=q2=q3；計算工況Ⅱ時，風吹向塔身對角線方向，考慮高度變化的影響, q1取平均值，q2、q3取大值；
La、Lb、Lc塔身各部段的高度，如僅有一道附著裝置、令La=0；
M1-多余約束彎矩；
Fv-塔身最上面一道附著處的作用力。計算工況Ⅰ時，分別計算塔身端部彎矩與風載作用形成的作用力Fv1與Fv2，Fv1與Fv2相互垂直、作用于塔身方向；計算工況Ⅱ時，端部彎矩與風載共同作用形成的作用力Fv，作用于塔身對角線方向。

     2.附著桿的受力計算
    如圖c所示，∑X=0、∑Y=0、∑Mc=0，解出附著桿對附著框的作用力Nbd、Nac，Nbc。附著桿對附著框的作用力與附著框對附著桿的作用力大小相等、方向相反，可知附著桿的受力情況。
Nbd=[Fv1(sink1-cosk1)+ Fv2(sink2-cosk2)±2Mn/L]/2sinb    （3）
Nac=[Nbd(cosb/cosc-sinb/sinc)+Fv1(cosk1/cosc+sink1/sinc)+Fv2(cosk2/cosc+sink2/sinc)]/(cosa/cosc+sina/sinc)    （4）
Nbc=( Fv1sink1+Fv2sink2-Nacsina-Nbdsinb)/sinc    （5）
式中：Fv1、Fv2-附著處的作用力，計算工況Ⅰ時，Fv1與Fv2相互垂直，計算工況Ⅱ時，Fv1與Fv2方向相同，Fv=Fv1+Fv2；
K1、K2-附著處支座的作用力與塔身平行線的夾角，計算工況Ⅰ時，取K1=0o、90o、180o、270o,K2=90o、180o、270o、360o循環計算；計算工況Ⅱ時，K=K1=K2、取K=45o、135o、225o、315o進行計算；
Mn-風載與回轉機構產生的扭矩，計算工況Ⅰ時，按最不利原則進行疊加，；計算工況Ⅱ時，Mn=0；
a、b、c-附著桿與建筑物（建筑物的外邊線平行于塔身）的夾角。

圖C 附著桿受力圖

通過上述的計算、分析可知：
     2.1塔機最上一道附著處附著裝置受力最大、塔身受力最大。
     2.2塔機最上一道附著處附著裝置受力、塔身受力，受到它上面塔身懸高及附著裝置的間距影響，隨著它上面塔身懸高的增加、其受力大幅度增加，隨著附著間距的變化、其受力隨著變化。
     2.3附著桿的受力，受到附著桿與建筑物夾角的影響。附著桿對稱布置、附著桿與建筑物（建筑物的外邊線平行于塔身）的夾角位于45o與60o之間，附著桿受力較好。
     2.4隨著塔機中心與建筑物距離的變化，附著桿的受力狀況隨著改變，該距離越小，附著桿受力狀況越好。

     3.塔機附著裝置安裝與使用
     3.1塔機制造商供貨時，應按GB/T5031-2008?塔式起重機?的要求在使用說明書中提供：按制造商推薦的附著間距和獨立高度時塔身附著點的作用力。并應說明主要作用力來自工作狀態還是非工作狀態，以及相應的風速和作用方向。
     3.2使用附著裝置的塔機、在安裝前要制定附著裝置的施工方案，方案應有如下內容：
     3.2.1附著裝置在塔身上的高度位置、附著裝置上面塔身的獨立（自由）高度的選擇，必須符合塔機使用說明書的相關要求。
     3.2.2塔機塔身中心與建筑物的距離、附著桿與建筑物的夾角等參數的選擇，應符合塔機使用說明書相關要求，不符合時由專業工程師進行的相應計算，確定采取處理的安全措施。

3.2.3附著裝置的安拆方案。
     3.3附著裝置的所有零部件應采用塔機原制造廠的產品。如因現場需要不能采用原制造廠的產品時，應由專業工程師進行設計、具有相應資質的制造商進行制作與改造，并進行相應測試后才能投入使用。
     3.4塔機安裝附著裝置后，塔身軸心線的側向垂直度必須符合標準規定的相應要求。
     3.5同一套附著裝置中的附著框、附著桿、附著預埋支座應在同一水平面內，水平角的誤差不得大于±10°，且宜采用附著框端偏高的方法設置。
     3.6附著桿與附著框、附著預埋支座的聯接必須采用鉸接方式，使附著桿成為二力桿僅承受軸向力的作用，不承受彎曲或扭轉載荷。
     3.7附著框與塔身的聯接必須可靠，能有效地傳遞附著處的作用力，且不會產生額外的附加力和塔身結構的變形。
     3.8與附著裝置預埋支座相聯的構筑物必須能承受附著裝置所傳遞的作用力。

4.小結
以上給出了固定式塔機附著裝置的力學特性以及力學計算，附著裝置在工程實際中的使用與注意事項，只要我們本專業從業人員掌握了基礎安全知識，對塔機安全使用有足夠認識，一定能夠減少或規避塔機的事故風險。

參考文獻
1. GBT 13752-1992 塔式起重機設計規范
2. GBT3811-2008 起重機設計規范
3.GB/T5031-2008 塔式起重機

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