关于加长附着架的计算

1、;eAi T<  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11.17 m，附着点开间跨距为16.34 m，其平面布置如图1 所示。 QiKQ

2、 r         根据塔机生产厂家提供的标准，附着距离一般为35 m，附着点跨距为78 m1，2，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 | qOu 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

3、不大的附着杆也可用型钢或钢管制成。 G2wC |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。2 附着计算工况及附着杆内力计算 -5lI 7C;  2.1 附着装置计算工况 gjS>#/      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

4、种情况，如图3 所示。 lX'Xb  （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。 v23d Rr%#_  （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/T137521992 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 .XyR  2.2 塔机满载工作时附着杆内力计算5 :.+xTD;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

5、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： slv$B4D&Av  Mf =1/2ql121/2ql22 =                            &#

6、160;     （1） -BGgu9:  1/2×0.27×（50.16214.9032 )=309.68 kN·m ZSAO  Mh =fk(P/)=370.24 kN·m                          &

7、#160;        （2） (.oW+;M  式中： BX#"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； u5m+a7  l1工作臂架长度，m； U2;W  l2平衡臂架长度，m； sd=U  f塔机工况系数，f=1.71； q7D&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!6Btl%  P回转

8、功率，QTZ63 系列5013 型起重机 onj_kM  P=3.7 kW； <!CGMPaYP  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=0.6 r/min。 *MN(c-<Q  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X=0，Y=0，M=0，可得塔机满载工作时附 j<w/5Q &  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  

9、;    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  >X6 3>O"  表1 附着杆夹角及内力 o85 =2  杆件  LA=10800 mm   LB=11320 mm   LC=14200 mm m8B?hZbNf  角度  =68.5

10、°    =62.6°      =45° -Kfu" !pS  内力  F1=245 kN    F2=238 kN      F3=30 kN 8 qLl  由图6 附着杆受力分析和平面力系平衡方程X=0，Y=0，M=0，可得塔机非工作工况时附着杆倾角及内力如表2 所示。 0XaqvqK  由上述两种工作

11、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。 Es"dER3  CJu jco,  表2  附着杆夹角及内力 eNDU'F  杆件  LA=10 800 mm   LB=11 320 mm   LC=14 200 mm BQC )-y8E  角度  =68.5°     =62.6°    

12、;  =45° 'h:cu3rK  内力  F1=- 51 kN    F2=238 kN      F3=270 kN3 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420 mm

13、5;400 mm；附着肢件为等边角钢63×4；缀条为30×3；附着杆截面积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=215 88seV  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。 ?#%x99<  3.2 附着杆整体稳定性验算 y wUb0s&      对附着杆整体稳定性及受压附着杆特性参数进

14、行计算，详细数据见表3 及表4。 vR"B<iy  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 )I4M!)?B  整体   19

15、.92  7496.12  19.4  6702.6  18.3 Xc o=(  表4 受压附着杆特性参数 TZ0|uy3  特性     m   M/kN·m   W/cm3   NE/kN (tIyf#  X 平面内 1.0   2.198     225.79  658.79 <p!C_

16、  Y 平面外 1.0   1.807     201.89  587.85 TgVYi"(  表4 中： wEB2Yn  m平面内外稳定弯矩等效系数； 59L|+-sjh  M1 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=1.1 )sza;p  所得参数。 )(H.  构件强度计算最大应力： -:AtJ_  N/A = 270×103/1

17、9.92×102=136 (N/mm2)215 N/mm2             (3) pwHR(v%  式中： FN)q/2FxS  N受力最大附着杆C 的内力，N=F3=270kN； ',<F=pW1  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=150。 DetEq;:  (1) X 平面内计算长度：L=14 200 mm

18、NfNa%mVw&  验算构件X 平面内长细比： T%,A < k  x=L/ix=14 200÷194=73.2 Hf<7dcF%N  垂直于X 轴各斜缀条毛截面积之和： c=u!|I  Aix=3.498 cm2 9U?B"lCS  验算构件X 平面内换算长细比： sb_5:7CHx  式中： jz5G;NZ  x构件在X 平面内的长细比； jmoH/=  Aix对X 轴各斜缀条毛截面积之和。 gv<nh5  查轴心受压构件的稳定性系数表得轴心受压稳定系数

19、：x=0.721，由表4 得出构件X 平面内稳定计算最大应力： hzq'iQ'9)  206 (N/mm2)215 N/mm2 y YX!MK  式中： 2|J)sd ?  mxX 平面内构件稳定弯矩等效系数； op 2Le  MxX 平面内构件1 阶弯矩； 5%U;pSZQp  xX 平面内构件受压稳定性系数； 9wAP5 4  WxiX 平面内构件毛截面抵抗矩； bQS$dg  NEx参数，NEx=2EA/（1.1x2），Q235 钢的弹性模量 E=206×103 N/mm2。 B af6 &#

20、160;（2） Y 平面内计算长度：L=14 200 mm 'ev+6A$  验算构件Y 平面内长细比： Po1FfKPP  y=L/iy=14 200÷183=77.6 B1$y!FsW  垂直于Y 轴各斜缀条毛截面面积之和： hCwhjHx/  Aiy=3.498 cm2 w IoL?  验算构件Y 平面内换算长细比： >ero<fqg  式中：yY 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

21、定性系数表得轴心受压稳定系数：y=0.693，由表4 得构件Y 平面内稳定计算最大应力： YV6a x2c 0  213 (N/mm2 )215 N/mm2 （7） +Esdx>+  式中： oi: K!:F  myY 平面内构件稳定弯矩等效系数； unsPeGk  MyY 平面内构件1 阶弯矩； *J8"n  yY 平面内构件受压稳定性系数； 1GZtB=Lm  WyiY 平面内构件的毛截面抵抗矩； *P5w8x|I  NEy参数。 >sTQnP  由式（3）（7）可知：该结构满足整体稳定性

22、要求。 aJ8u,V  3.3 附着杆局部稳定性验算 KwXbSXX  3.3.1 肢件稳定性验算 wq,F<vng  取肢件计算长度lo1=354 mm，倾角=55°，查角钢63×4 截面特性表得：i1=imin=1.26 cm，由3.2计算可知长细比max=77.6，故有：=lo1/il= 354/12.6 =28 ,ig H7yC  0.7max=0.7×77.6=54.32           

23、0;               （8） >$5:6u*  式中： Bt!X  肢件长细比； .FHg+v1  max构件最大长细比。 I2wUpU  3.3.2 缀条稳定性验算 rypTYG  横向剪力V： TH$Di H8  式中： BjZ hn>2)  Q235 钢材允许压应力，=215 MPa； Gh&?#r-X  fy屈服强度。 t! +1tp &

24、#160;每肢斜缀条轴向力N1： TV!'dK)_  式中：V缀条横向剪力； T7T714-  cos缀条垂直方向的夹角。 "<g4X?t"  刚度验算： L-9lg:y  = li1= 488.8/5.9 =82.8=150                （11） S3D>Bl8  式中： zQ(kTw  i1角钢惯性半径，查角钢30&

25、#215;3 截面特性表得i1=5.9 mm； -RXa(Y;n-  l缀条设计长度。 ,DZ;B  强度验算： f?*OGey  N/A= 270×103/19.92×102 =135 (N/mm2 )215 N/mm2       （12） 2DC+di&>  稳定性验算： 1)D0Ne  由=28，查表知=0.943，塑性发展系数 htyO68&  =0.6+0.0015=0.642 # #jz$Z  N1/A1= 3.075×103/0.943×175 =18.63 0.642f=138 N/mm2   （13） Q?3B gl  式中： 8s.yS  N1每肢斜缀条轴向力； gqc3D  缀条稳定性系数； A