1.问题的提出

　　随着我国经济建设的不断发展，各大中城市高层建筑不断增多，塔式起重机的应用越来越广泛;塔吊已成为高层建筑施工垂直运输的主动脉。由于对附墙装置的重要性缺乏正确和足够的认识，塔吊独立高度已超过规范要求而又没有及时设置附墙，塔吊的垂直度超过规范要求，附墙装置在安装中脱离规范标准的要求，导致事故隐患的出现，甚至发生重大机械事故。本文对塔吊附着装置的设计、计算和有关问题的讨论分析，仅供参考。

　　2.有关规定

　　《建筑施工塔式起重机安装、使用、拆卸安全技术规程》(JGJ196-2010)中第3.3条塔式起重机附着装置的设计规定：①当塔式起重机作附着使用时，附着装置的设置和自由端高度等应符合使用说明书的规定;②当附着水平距离、附着间距等不满足使用说明书要求时，应进行设计计算、绘制制作图和编写相关说明;③附着装置的构件和预埋件应由原制造厂家或由具有相应能力的企业制作;④附着装置设计时，应对支承处的建筑主体结构进行验算。

　　《建筑起重机械安全监督管理规定》(建设部令第166号)规定：禁止擅自在建筑起重机械上安装非原制造厂制造的标准节和附着装置。

　　3. 附墙装置设计的编制依据：

　　本文以长沙中联重工科技发展股份有限公司生产的型号为TC5610塔式起重机为例，选支腿固定式塔吊，起升高度100米。

　　——《TC5610塔吊使用说明书》(中联重工科技发展股份有限公司编制);

　　——《塔式起重机操作使用规程》(JG/T100-99);

　　——《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》(JGJ/T187-2009);

　　4.塔吊附着位置确定

　　4.1附着装置组成：

　　根据使用说明书，附着装置由四套框粱、四套内支撑和三根拉杆组成，四套框梁由24套M20高强度(8.8级)螺栓、螺母、垫圈紧固成附着框架(预紧力距为370N.m)。附着框架上的两个顶点处有三根附着撑杆与之交接，三根撑杆的端部有连接座与建筑物附着处的连接基座铰接。三根拉杆应保持在同一水平上，通过调节螺栓可以推动内撑杆顶紧塔身的四根主弦。

　　图一：附着架示意图(使用说明书1.1-28页)

　　4.2附着位置确定：

　　4.2.1第一道附着

　　(1)第一道附着架以下的塔身高度h1：

　　18(m)≤h1≤31(m)

　　(2)附着架以上塔身悬高h0:

　　h0≤35(m)

　　4.2.2第二道或第二道以上附着

　　(1)两道附着架之间的距离h2:

　　15(m)≤h2≤26(m)

　　(2)附着架以上塔身节的高度h0:

　　工作高度h≤100m时，h0≤35(m)

　　4.2.3本例塔吊附着：

　　图二：附着位置示意图

　　5. 附着杆计算

　　5.1附着杆内力

　　超长附着杆的内力在说明书中一般无规定，需进行计算。附着杆的安装高度在塔机说明书中有规定，最上一道附着装置的负荷最大，应以此道附着杆的负荷作为设计附着杆截面的依据。附着式塔机的塔身可视为一个带悬臂的多支承连续梁，其内力及支座反力计算可采用软件求解。

　　风荷载标准值应按照以下公式计算：

　　Wk=W0×μz×μs×βz = 0.350×1.700×1.170×0.700 =0.487 kN/m2;

　　其中W0── 基本风压(kN/m2)，按照《建筑结构荷载规范》(GBJ9)的规定采用：本例取W0 = 0.350 kN/m2;

　　μz── 风压高度变化系数，按照《建筑结构荷载规范》(GBJ9)的规定采用：μz = 1.700 ;

　　μs── 风荷载体型系数：μs = 1.170;

　　βz── 高度Z处的风振系数，βz = 0.700;

　　风荷载的水平作用力：

　　q = Wk×B×Ks = 0.487×1.600×0.200 = 0.156 kN/m;

　　其中 Wk── 风荷载水平压力，Wk= 0.487 kN/m2;

　　B── 塔吊作用宽度，B= 1.600 m;

　　Ks── 迎风面积折减系数，Ks= 0.200;

　　实际取风荷载的水平作用力 q = 0.156 kN/m;

　　塔吊的最大倾覆力矩：M = 800.000 kN.m;

　　弯矩图

　　变形图

　　剪力图

　　计算结果: Nw = 57.4265kN ;

　　计算简图:

　　计算单元的平衡方程:

其中:

　　本例以厂家提供的塔吊和建筑物的相对位置、附着撑杆的布置形式与尺寸(如下图)进行计算。如果塔吊位置、附着撑杆布置形式及尺寸不同，建议在超长附着设计时，要求厂家提供相关数据，以求计算结果的准确性。

　　5.1.1 第一种工况的计算:

　　塔机满载工作，风向垂直于起重臂，考虑塔身在最上层截面的回转惯性力产生的扭矩和风荷载扭矩。将上面的方程组求解，其中 θ从0-360循环,  分别取正负两种情况，求得各附着最大的轴压力和轴拉力。

　　杆1的最大轴向压力为: 256.64 kN;

　　杆2的最大轴向压力为: 0.00 kN;

　　杆3的最大轴向压力为: 0.00 kN;

　　杆1的最大轴向拉力为: 0.00 kN;

　　杆2的最大轴向拉力为: 201.27 kN;

　　杆3的最大轴向拉力为: 142.54 kN;

　　5.1.2 第二种工况的计算:

　　塔机非工作状态，风向顺着着起重臂, 不考虑扭矩的影响。

　　将上面的方程组求解，其中 θ= 45， 135， 225， 315，Mw = 0，分别求得各附着最大的轴压和轴拉力。

　　杆1的最大轴向压力为: 45.07 kN;

　　杆2的最大轴向压力为: 19.86 kN;

　　杆3的最大轴向压力为: 60.09 kN;

　　杆1的最大轴向拉力为: 45.07 kN;

　　杆2的最大轴向拉力为: 19.86 kN;

　　杆3的最大轴向拉力为: 60.09 kN;

　　5.2 附着杆的截面选用

　　建议选用组合型钢截面，超长附着杆的长度>18米之后，其自重可能在数吨之上，给附着框的设计加工带来很大困难，选用组合截面，一方面组合截面可形成对称的截面形式，满足使用要求，另一方面也是控制附着杆自重的需要。如下图的示意形式。

　　组合型钢截面应做成对称形式，使两个方向上的长细比一致。型钢型号的选择采用试算法，一般采用槽钢时可从 [  18起算，角钢可从∠10起算。附着杆长细比λ不应大于100，截面选择后可先验算其长细比，符合后进行强度验算。

　　5.3 焊缝强度计算

　　附着杆如果采用焊接方式加长，对接焊缝强度计算公式如下:

　　其中 N为附着杆的最大拉力或压力，N=256.638kN;

　　lw为附着杆的周长，取563.00mm;

　　t为焊缝厚度，t=8.50mm;

　　ft或fc为对接焊缝的抗拉或抗压强度，取 185 N/mm2;

经过焊缝强度

= 256638.00/(563.00×8.50) = 53.63N/mm2。

　　对接焊缝的抗拉或抗压强度计算满足要求!

　　5.4 杆件轴心受拉强度验算

　　验算公式: σ= N / An ≤f

　　其中 σ—— 为杆件的受拉应力;

　　N——为杆件的最大轴向拉力,取 N =201.269 kN;

　　An——为杆件的截面面积， 本工程选取的是 16号槽钢;查表可知 An =2515.00 mm2。

　　经计算， 杆件的最大受拉应力 σ=201270/2515.00 =80.027N/mm2，

　　最大拉应力不大于拉杆的允许拉应力 215N/mm2, 满足要求。

　　5.5 杆件轴心受压强度验算

　　验算公式: σ= N / φAn ≤f

　　其中 σ ——为杆件的受压应力;

　　N——为杆件的轴向压力， 杆1: 取N =256.638kN;

　　杆2: 取N =19.864kN; 杆3: 取N =60.091kN;

　　An --- 为杆件的截面面积, 本工程选取的是 16号槽钢;

　　查表可知 An = 2515.00 mm2。

　　λ --- 杆件长细比，杆1:取λ=49， 杆2:取λ=65， 杆3:取λ=49

　　φ --- 为杆件的受压稳定系数， 是根据 λ查表计算得：

　　杆1: 取φ=0.861， 杆2: 取φ=0.780， 杆3: 取φ=0.861;

　　经计算， 杆件的最大受压应力 σ=118.517 N/mm2，

　　最大拉应力不大于拉杆的允许拉应力 215N/mm2， 满足要求。

　　6 安装拉杆及技术要求：

　　(1)先将附着框架套在塔身上，并通过四根内撑杆将塔身的四根主弦杆顶紧;通过销轴将附着撑杆的一端与附着框架连接，另一端与固定在建筑物上的连接基座连接。

　　(2)每道附着架的三根附着撑杆应尽量处于同一水平上。但在安装附着框架和内撑杆时，如若与标准节的某些部位干涉，可适当升高或降低内撑杆的安装高度;

　　(3)安装时应当用经纬仪检查塔身轴线的垂直度，悬出段以上其偏差不得大于塔身全高的4/1000，悬出段以下其偏差不得大于塔身全高的2/1000，允许用调节附着撑杆的长度来达到;

　　(4)附着撑杆与附着框架，连接基座，以及附墙框架与塔身、内撑杆的连接必须可靠。内撑杆应可靠的将塔身主弦杆顶紧，各连接螺栓应紧固调整好后，开口销必须按规定充分张开，运行后应经常检查有否松动并及时进行调整。

　　7 附着支座连接的计算

　　附着支座与建筑物的连接多采用与预埋件在建筑物构件上的螺栓连接。预埋螺栓的规格和施工要求如果说明书没有规定，应该按照下面要求确定：

　　(1) 预埋螺栓必须用Q235钢制作;

　　(2) 附着的建筑物构件混凝土强度等级不应低于C20;

　　(3) 预埋螺栓的直径大于24mm;

　　(4) 预埋螺栓的埋入长度和数量满足下式要求：

　　其中n为预埋螺栓数量;d为预埋螺栓直径;l为预埋螺栓埋入长度;f为预埋螺栓与混凝土粘接强度(C20为1.5N/mm^2，C30为3.0N/mm^2);N为附着杆的轴向力。

　　(5) 预埋螺栓数量，单耳支座不少于4只，双耳支座不少于8只;预埋螺栓埋入长度不少于15d;螺栓埋入端应作弯钩并加横向锚固钢筋。

　　8 附着设计与施工的注意事项

　　锚固装置附着杆在建筑结构上的固定点要满足以下原则：

　　(1)附着固定点应设置在丁字墙(承重隔墙和外墙交汇点)和外墙转角处，切不可设置在轻质隔墙与外墙汇交的节点处;

　　(2)对于框架结构，附着点宜布置在靠近柱根部;

　　(3)在无外墙转角或承重隔墙可利用的情况下，可以通过窗洞使附着杆固定在承重内墙上;

　　(4)附着固定点应布设在靠近楼板处，以利于传力和便于安装。

　　9 结束语

　　本例是依据该塔机生产厂家TC5610塔式起重机“使用说明书”等技术文件及国家有关安全技术标准规程编制的，本例未列内容或与国家相关规定相矛盾时，应遵循参照国家有关技术标准、安全技术标准执行。

　　硚口区建管站 傅志学