塔式起重机QTZ80基础荷载及附着杆荷载内力计算

1、塔式起重机QTZ80根底荷载及附着杆荷载内力计算一、编制依据1、?建筑结构荷载标准?GB50009-2001 (2006年版).2、?钢结构设计标准?GB50017-2003.3、?高耸结构设计标准?GB50135-2006.4、?塔式起重机设计标准?GB/T13752-92.5、?建筑机械使用平安技术规程?JGJ33-2001.6、?塔式起重机混凝土根底工程技术规程?JGJ/T187-20217、?QTZ80 (ZJ5710)塔式起重机使用说明书?浙江建机集团二、QTZ8湍机根底荷载计算G3=38.9kNG4=130.6kNRG441.8mG)=220kNR(Qma:=13.5m,G2=3.

2、8kNjG=56kN,Qmax=60kNRgi= 23mRQmin= 57 m&Qmin=10kN图1、QTZ80塔机竖向荷载简图塔机处于独立状态(无附墙)时,其受力为最不利状态,因此取塔机独立计算高 度43m时进行分析,分工作状态和非工作状态两种工况分别进行荷载组合.按浙江 省建设机械集团生产的 QTZ80 (ZJ5710)进行荷载分析,塔身为方钢管杆 件的桁架结构,现场地面粗糙度类别为 B类.塔机型号为QTZ80,最大起重量6T, 最大起重力矩8仃 m,最大吊物幅度57m根据?塔式起重机混凝土根底工程技术 规程?JGJ/T187-2021规定,计算塔机在工作状态和非工作状态下传递到

3、根底顶面的 荷载.非工作状态下的根本风压取 1.0kN/m2.1、塔机自重和起重荷载1.1 塔机自重标准值FK1 449.00 kN1.2 起重荷载标准值FqK 60.00 kN2、风荷载计算2.1 工作状态下塔机对角线方向所受风荷载标准值计算2.1.1 塔机所受风均布线荷载标准伯：(o 0.20 kN/m2)qSK 0.8 z S Z O 0bH / H0.8 1.2 1.59 1.95 1.32 0.20 0.35 1.6 0.44 kN/m2.1.2 塔机所受风荷载水平合力标准值FvkqSK H 0.44 43 18.92 kN2.1.3 根底顶面风荷载产生的力矩标准值Msk 0.5FV

4、K H 0.5 18.92 43 406.78 kN m2.2 非工作状态下塔机对角线方向所受风荷载标准值计算2.2.1 塔机所受风线荷载标准值(O 1.0 kN/m 2)qSK 0.8 z S Z O bH /H0.8 1.2 1.716 1.95 1.32 1.0 0.35 1.6 2.38 kN/m2.2.2 塔机所受风荷载水平合力标准值Fvk qSK H 2.38 43 102.34 kN2.2.3 根底顶面风荷载产生的力矩标准值Msk0.5Fvk H 0.5 102.34 43 2200.31 kN m3、塔机的倾覆力矩塔机自重和起重荷载产生的倾覆力矩,向前(起重臂方向)为正,向后为

5、负3.1 大臂自重产生的向前力矩标准值M1 56 23 1288.00 kN m3.2 最大起重荷载产生最大向前力矩标准值(Qmax较Qmin产生的力矩大)M 2 60 13.5 810.00 kN m3.3 小车位于上述位置时的向前力矩标准值M3 3.8 13.5 51.3 kN m3.4 平衡臂产生的向后力矩标准值M 438.9 6.5252.85 kN m3.5 平衡重产生的向后力矩标准值M5130.6 11.81541.08 kN m4、综合分析、计算4.1 工作状态下塔机对根底顶面的作用4.1.1 荷载标准组合后的力矩标准值Mk M1 M3 M4 M5 0.9( M2 Msk)128

6、8.00 51.3 252.85 1541.08 0.9 (810.00 406.78) 640.47KN m4.1.2 水平荷载标准值Fvk 18.92 kN4.1.3 竖向荷载标准值塔机自重：FK1 449.00 kN起重荷载：FqK 60.00 kNFk Fki FqK 449.00 60.00 509 kN4.2非工作状态下塔机对根底顶面的作用4.2.1 标准组合后的力矩标准值Mk Mi M4 M5 Msk1288.00 252.85 1541.08 2200.31 1694.38KN m4.2.2 水平荷载标准值Fvk 102.34 kN4.2.3 竖向荷载标准值塔机自重：Fk1 4

7、49.00 kN5、根底荷载的比拟分析表1混凝土根底顶面荷载标准值比照表工况竖向柿载Fk (kN)水平何载Fvk(kN)倾覆弯矩M(kN.m)按规程JGJ/T187 计算非工作状态4491021694工作状态50919640按“塔机使用说 明书非工作状态449711668工作状态509311039上述比拟分析说明当塔机现场的根本风压大于等于1.00kN/m2时,按 JGJ/T187-2021的规定进行计算的结果,非工作状态时(限制作用)倾覆力矩标准值 和水平荷载标准值均大于塔机制造商的?塔机使用说明书?中所提供值.根本风压 等于1.00kN/m2时,倾覆力矩标准值大2%,水平荷载标准值大44%

8、.三、QTZ80付墙杆计算根据国家标准?塔式起重机设计标准? GB/T1375292、行业标准?塔式起重机混凝土根底工程技术规程?JGJ/T187-2021及浙江省建设机械集团 提供的?QTZ80塔机使用说明书?进行计算,塔机和工程现场概况同前.国家标准?塔式起重机设计标准?GB/T1375292第4.5.2条规定：“塔身上 部第一附着点塔身悬臂支承端的支承反力最大,应取该反力值作为附着装置 及建筑物支承装置的计算载荷.故应以此道附墙杆图2的B支座的负荷作为设计附墙杆截面的依据.按 QTZ80塔机使用说明书,塔机附墙示意图如图 2 所示.附墙杆按两端较支的轴心受压杆件计算,附墙杆和塔身上的锚周

9、环连接, 锚周环的方形边长为1.8m,见图6图11a附墙正立面 b附墙侧立面图2塔机附墙示意图1、工作状态下附着杆计算在工作状态下,塔机满载工作,起重臂顺塔身截面 x-x或y-y,风向垂直于起 重臂轴线,随后风向和起重臂轴线同向,按最不利状态倾覆力矩最大进行荷 载组合,风荷载产生的扭矩简化按风向垂直起重臂进行计算.如图3所示.假设w 风荷载塔身c建筑物起重臂塔机的塔身和建筑物为刚体,附着杆的两端为固定较.图3工作状态下风荷载作用平面示意图1.1工作状态下荷载标准值组合1.1.1塔身悬臂端起重臂、平衡臂处风荷载标准值 qAkqAK Z S Z O 0bH / H1.92 1.95 2.21 0.

10、20 0.351.60.93 kN/m1.1.2塔身B支座处风荷载标准值qBkqBK Z S Z O 0bH / H1.75 1.95 2.09 0.20 0.351.60.80 kN/m1.1.3塔身C支座处风荷载标准值qckqCK Z S Z O 0bH / H1.60 1.95 1.95 0.200.351.60.68 kN/m1.14塔身D支座处风荷载标准值qDkqDK Z S Z O 0bH / H1.38 1.95 1.72 0.200.351.60.52 kN/m1.15塔身E支座处风荷载标准值qEkqEK Z S Z O 0bH / H1.18 1.95 1.42 0.20 0

11、.35 1.6 0.37 kN/m1.1.11.1.5式中风压修正系数取1.0,系考虑附墙杆的风振动力作用没有削弱, 风荷载按现行国家标准?建筑结构荷载标准?GB50009、?高耸结构设计标准?GB50135 计算,E点以下简化按均布线荷载计算,对 B支座反力的影响甚微.1.1.6 塔机自重和起重荷载在起重臂、平衡臂与塔身相交处产生倾覆力矩标准值M kMk M1 M2 M3 M4 M5 1288.00 810.00 51.3 252.85 1541.08 355.37kN m式中倾覆力矩M1M5见P.2、P.3o1.1.7 塔身和平衡臂、起重臂相交处的扭矩标准值TkIAL2=12.9mLi =

12、57mIAA-A图4塔机集中荷载及扭矩计算简图H 122m、起1在平衡臂、起重臂高度处的风荷载标准值计算按计算高度重臂及平衡臂的截面高度1.06m计算qk 0.8 z S Z O 0h0.8 1.92 1.95 2.21 0.20 0.35 1.06 0.49kN/m式中风压高度变化系数z查GB50009-2001表7.2.1确定.0.8修正系数系考虑起重臂、平衡臂三角形截面桁架中有圆钢管且结构充实率比塔身小以及大臂旋转 惯性力随风向偏角减弱的折减系数.h为起重臂、平衡臂截面高度,其他系数见JGJ/T187.2扭矩组合标准值Tk由“塔机使用说明书查得工作状态时回转惯性力产生的扭矩标准值Tk1T

13、k1 270kN gm由风荷载产生的扭矩标准值Tk2.12 12 12 12Tk2 -qkCl12 3qkg22 - 0.49 572 - 0.49 12.92 755kNgm集中扭矩标准值考虑两项可变荷载限制的组合系数取0.9Tk 0.9(Tk1 Tk2) 0.9 (270 755) 922kN m1.2 工作状态下塔机附着支座反力计算附着式塔式起重机的附着支座反力计算简图如图5所示qBK=0.80KN/mqAK=0.93KN/m解连续梁La-f可得支座反力如下1.2.1 风荷载qAk : qEk在支座B处产生的水平反力RB 33kN1.2.2 塔机自重和起重荷载引起倾覆力矩 Mk在支座B处

14、产生的水平反力Rm 21kN B1.2.3 支座B处锚周环的截面内力Vx、Vx、Vy、VyVx Vx Vy Vy RB rM 33 21 54kN在工作状态下,塔机起重臂位置的不确定性以及风向的随机性, 在计算支座 B处锚周环截面内力时需考虑塔身承受双向的风荷载和倾覆力矩及扭矩,见图61.2.4 支座B处锚周环的截面扭矩考虑塔机产生的扭矩由支座 B处的附墙杆 承当TBk 922kNgm1.3 工作状态下对称式附墙杆计算工作状态下对称式附墙杆的计算简图如图6所示.锚周环和塔身连接为整体按刚体考虑,以下计算中荷载产生该处的反力简称 为锚周环内力.2600180026007000 ,1图6工作状态下

15、对称式附墙杆计算示意图假设附墙杆与建筑物的连接为较接,附墙杆与塔身的连接为较接.由结构力 学求解器求得：杆件轴向力负号为压杆,X、y方向分力负号表示与图示反向. 1.3.1在锚周环截面内力Vx、Vy、Tk作用下附墙杆的轴力及支座反力计算附墙杆轴力：Nac 390kN , Nae 218kN , Nbd323kN , Nbf 213kNacae支座a在X, Y方向的分力：F1 42kN , F2 183kN支座b在X, Y方向的分力：F312kN , F4129kN1.3.2在锚周环截面内力Vx、Vy、Tk作用下附墙杆的轴力及支座反力计算附墙杆轴力：Nac 323kN , Nae 213kN ,

16、 Nbd390kN , Nbf 218kN支座a在X, Y方向的分力：Fi 12kN , F2129kN支座b在X, Y方向的分力：F3 42kN , F4 183kN2、非工作状态下附墙杆计算按现行行业标准?建筑机械使用平安技术规程? JGJ33的规定,此工况下塔 机回转机构的制动器完全松开,起重臂能随风转动,故不计风荷载产生的扭转力 矩.图7非工作状态下风荷载作用示意图2.1非工作状态下荷载标准值组合2.1.1塔身悬臂端起重臂、平衡臂和塔身相交处处风荷载标准值qAkA AqAK 0.8 Z S Z O 0bH /H0.8 1.2 2.16 1.95 2.21 1.00.351.65.00

17、kN/m2.1.2塔身B支座处风荷载标准值qBk计算B Bq BK 0.8 Z S Z O0bH/H2.1.30.8 1.2 1.95 1.95 2.09 1.00.351.64.27 kN/m塔身C支座处风荷载标准值qck计算qcK 0.8 ZC s C o 0bH / H2.1.40.8 1.2 1.75 1.95 1.95 1.0塔身D支座处风荷载标准值qDk计算0.351.63.58 kN/mqDK 0.8 ZD S D O 0bH /H2.1.50.8 1.2 1.47 1.95 1.72 1.00.351.62.65 kN/m塔身E支座处风荷载标准值qEk计算qEK 0.8 Z S

18、 ZO 0bH/H0.8 1.2 1.231.95 1.42 1.0 0.35 1.61.83 kN/m2.1.12.1.5式中修正系数0.8系考虑塔机工作周期远比50年短,故对50年一 遇的根本风压折减.2.1.6塔机自重在起重臂、平衡臂与塔身相交处产生的倾覆力矩标准值Mk计算Mk M1 M3 M4 M5 1288.00 51.3 252.85 1541.08 454.63kN m2.2 非工作状态下塔机附着支座反力计算非工作状态下,附着式塔式起重机的附着支座反力计算简图如图8所示图8非工作状态下塔机附着支座反力计算简图解连续梁La-f可得支座反力如下2.2.1 风荷载qAk : qEk在支

19、座B处产生的水平反力Rq 179kN2.2.2 塔机自重引起倾覆力矩Mk在支座B处产生的水平反力RM 27kN计算结果负值表示拔力,系因Mk为负值即与图示反向产生.2.2.3 支座B处锚周环的截面内力VxVxiVx1 Vx1 Rq Rf179 27 152kN2.3 非工作状态下对称式附墙杆的轴力及支座反力计算假设附墙杆与建筑物的连接为较接,附墙杆与塔身的连接为较接.由结构力 学求解器求得：杆件轴向力负号为压杆,x、y方向分力负号表示与图示反向. 非工作状态下对称式附墙杆的计算简图如图9所示.26001800.2600,：_7000图9非工作状态下对称式附墙杆计算的示意图2.3.1 在锚周环截

20、面内力Vxi作用下附墙杆的轴力及支座反力计算附墙杆轴力：Nac 34kN , Nae 42kN , Nbd36kN , Nbf 108kN支座a在X, Y方向的分力：F1 12kN , F2 1kN支座b在X, Y方向的分力：F3 95kN , F4 107kN2.3.2 在锚周环截面内力Vxi作用下附墙杆的轴力及支座反力计算附墙杆轴力：Nac36kN , Nae108kN , Nbd 34kN , Nbf 42kN支座a在X, Y方向的分力：Fi 95kN , F2 107kN支座b在X, Y方向的分力：F312kN , F4 1kN3、QTZ8CM称式附墙杆内力比拟分析表2 QTZ80对称

21、式附墙杆内力比拟表标准值KN工况FmaxF2maxF3maxF4max按国家标准GB50009GB50135计算非工作状态±95士 107±95±107工作状态±42士 183±42±183按“塔机使用说 明书±125士 193士 187±176上述比拟说明：按国家标准计算,比拟 Fi和F2的合力、F3和H的合力,可知工 作状态的大,但均小于按“塔机使用说明书的合力值.原因是前者系极限状态设计方法,后者系允许应力设计方法.工作状态时扭矩 Tk起限制作用.建筑物的两附着点均可能受到Fi和F2或F3和F4作用.4、非对

22、称式附墙杆在工作状态下的计算4.1 符号说明非对称式附墙杆在工作状态下的计算简图如图10所示.图中T、T 塔身在截面1-1处最上一道附墙装置处,见图2所承受的回转产生的扭矩,|Tk Tk , 但方向相反,系考虑回转方向不同之故. Vx、Vx塔身在截面1-1处最上一道 附墙装置处,见图2在X轴方向的剪力,Vx Vx ,方向相反,原因同上.Vy、 Vy塔身在截面1-1处最上一道附墙装置处,见图 2在Y轴方向的剪力, Vy Vy ,方向相反,原因同上.扭矩T、T和锚周环截面内力Vx、Vx、Vy、Vy 同第1.2节.7000:图10非对称式附墙杆在工作状态下的计算示意图假设附墙杆与建筑物的连接为较接,

23、附墙杆与塔身的连接为较接.4.2 在锚周环截面内力Vx、Vy、T作用下附墙杆的轴力及支座反力计算由结构力学求解器求得：附墙杆轴力：Nae 261kN , Nbe730kN , Nbf 702kNaee支座a在X, Y方向的分力：F1 186kN , F2 183kN支座b在X, Y万向的分力：F3 132kN , F4129kN4.3 在锚周环截面内力Vx、Vy、T作用下附墙杆的轴力及支座反力计算由结构力学求解器求得：附墙杆轴力：Nae 184kN , Nbe 730kN , Nbf780kN支座a在X, Y方向的分力：F1 131kN , F2 129kN支座b在X, Y方向的分力：F377

24、kN , F4 183kN4.4 静定结构手算法附墙杆内力按力矩平衡原理求解各杆件最不利荷载组合下的内力,由 Mb 0,得 Nae 1i Tk Vxl2 Vyl3, Nae " 2 川 922 54 '5 54 '5 262KN 轴向压力 1i4.95由 Me 0,得 Nbf l4 TkVxl2Vyl3,Nbf803KN 轴向压力.Tk Vxl2 Vyl3922 54 0.9 54 0.9l41.27由 Mo 0,得 Nbe l4 Tk, Nbe TKl4式中力臂l1l4见图10.取上述计算中各杆件轴向压力的最大值:9221.27726KN 轴向压力.Nae 262K

25、N , Nbe 730KN , 均803KN .5、非对称式附墙杆在非工作状态下的计算非工作状态下非对称式附墙杆的计算简图如图11所示图11非对称式附墙杆在非工作状态下的计算示意图假设附墙杆与建筑物的连接为较接,附墙杆与塔身的连接为较接.锚周环截 面内力VX1、Vx1同第2.2节.由结构力学求解器求得：5.1 在锚周环截面内力Vxi作用下附墙杆的轴力及支座反力计算附墙杆轴力：Nae 1kN , Nbe 1kN , Nbf 153kN支座a在X, Y方向的分力：F1 1kN , F2 1kN支座b在X, Y方向的分力：F3 108kN , F4 107kN5.2 在锚周环截面内力Vx1作用下附墙

26、杆的轴力及支座反力计算附墙杆轴力：Nae 152kN , Nbe 2kN , Nbf 0支座a在X, Y方向的分力：F1 108kN , F2 107kN支座b在X, Y方向的分力：F3 2kN , F4 1kN6、QTZ83上对称式与对称式附墙杆内力比拟表3 QTZ80非对称式与对称式附墙杆内力比拟表标准值KN工 况F 1maxF2maxF3maxF4max按国家标准GB50009GB50135计算对称式 附着非工作状态±95±107±95±107工作状态±42±183±42±183非对称式 附着非工作状态士 1

27、08±107士 108±107工作状态士 186±183士 132±183由上述比拟说明：在同样型号塔机在同样状态及风荷载作用下,非对称式附墙 杆的内力比对称式附墙杆大,设置对称式附墙杆有利于保护塔机的塔身承受荷载. 设计附墙杆与主体结构预埋件时,应采用荷载的根本组合值.7、附墙杆稳定承载力计算取各式附墙杆中最大轴向受压杆及相应的计算长度或最大计算长度及相应的最 大轴向受压杆设计.7.1对称式搭设时附墙杆承载力验算塔机的附墙杆采用对称式设置时,附墙杆在工作状态下和非工作状态下的最大轴力标准值为-390kN 受压,钢管采用小168X10, A 49.64cm2, i 5.6cm.计算长度 l0 J2.62 4.42 5.2m o长细比：l£ 520 93 100i 5.6查现行国家标准?钢结构设计标准? GB50017附录C,得稳定系数： 0.69轴心受压稳定承载力： N fA 0.69 215 49.64 102/1000 736kNN 736kN 1.35Nkmax 1.35 390 52