塔式起重机附墙结构设计_孙贵菊
塔式起重机附墙结构设计
铁道部专业设计院机动处 孙贵菊
摘要:以实际施工中高塔附墙结构设计为例, 简述塔式起重机附墙结构设计的计算方法。通过分析表明, 设置两道附墙要比设置一道附墙更安全可靠。
叙词:塔式起重机 附墙 结构 设计 分析
Abstract:This paper introduces the desi gn of wall attaching structure for the tower crane used in a actual construction. The analysis indicates that providing anchorage devices at two poin ts is safer than at one point for this application.
Key words:Tower crane Anchorage device Structure Design Analysis
塔式起重机(以下简称塔机) 附墙结构设计是高层建筑机械化施工过程中必要的环节, 合理地设计附墙结构是高塔安全作业的重要保证。
北京某大厦高68m, 有一侧外墙面为弧面, 施工中使用了较先进的德国利勃海尔88HC 型塔机。由于受地下构筑物的限制, 塔机须布置在弧面墙一侧, 位置如图1
所示。
墙杆太长, 经综合比较采用图2所示的布置方式。
图2 附墙结构布置方案(a) 立面布置
(b) 平面布置
1. 第一道附墙 2. 第二道附墙
图1 塔机在弧面墙侧的布置位置
2 设计模式
根据实际工程中附墙杆两端的连接情况, 计算时附墙杆两端在水平面内和垂直面内均按铰支考虑。塔机上部旋转部分对附墙框的作用按一组基本外载荷M 、H 、M d 考虑, M 、H 、M d 分别为作用于附墙框以上塔身截面的弯矩、水平力和扭矩。计算图式及相应荷载如图3所示。
塔机中心距弧形墙面最近距离为11 2m, 距弧形墙面附墙结构附着点计算距离为L =11 6m, 而与塔机配套的附墙结构设计计算规定, 该距离应为L 10m, 因而无法用于本工程, 需进行特殊设计。
1 附墙结构布置方案
根据施工现场提供的各层楼面顶板标高, 按照利勃海尔(88HC -S) 塔机的技术要求, 本工程需要设两道附墙, 以满足钩下最大高度75m 的要求。在水平方向, 由于墙面为弧面, 墙面上支座位置的选择, 既要保证附墙杆有适当的倾角, 又要避免附3 附墙结构外力计算
作用于附墙框的外力有附墙杆自重、风载荷及由塔身通过铰支连接传递的力, 其中直接作用于附墙框的风载荷较小, 计算中一般忽略不计。自重作用可在计算各附墙杆时按其断面构成确定, 下面仅
H 2=H +
3h 1+6h 2
M +
h 2(3h 1+4h 2)
23
6h 1h 22+6h 2-h 1
q
4h 2(3h 1+4h 2)
(5) (6)
M d 2=M d
通常在塔机使用手册中只给出设一道附墙时的外力计算公式, 即式(1) 、式(2) 。而在使用中当设两道附墙时, 常套用式(1) 或式(2) 来计算附墙框的外力, 只是计算时取h =h 2。现以本工程为例, 对式(1) 、式(3) 和式(5) 的计算结果进行比较。
(1) 工况1(工作状态)
由88HC -S 使用手册查得, H =18kN, M =1113kNm, q =0 32kN/m 。按式(1) 计算(h =16m) 得:H 2=124 3kN; 按式(3) 计算得:H 1=102 9kN; 按式(5) 计算(h 1=31 47m, h 2=16m) 得:H 2=102 2kN 。
(2) 工况2(非工作状态)
由88HC -S 使用手册查得, H =48kN, M =1390kNm, q =1 4kN/m 。按式(1) 计算得:H 2=186 7kN; 按式(3) 计算得:H 1=155 7kN; 按式(5) 计算得:H 2=158 2kN 。
H 1=H +q +2h 8
M d 1=M d
(1) (2)
以上计算结果表明:对于第一道附墙, 按式
(1) 计算出的结果小于按式(3) 计算的结果; 对于第二道附墙, 按式(1) 计算出的结果大于按式(5) 计算的结果。
图3 附墙结构受力图
(a) 设一道附墙时
(b) 设两道附墙时
讨论塔身传递给附墙框的外力的计算方法。3 1 计算工况
计算中应考虑两种载荷工况:
(1) 工作状态
时, 考虑工作状态下的基本外载荷M 、H 、M d 和风载荷q =0 32kN/m; (2) 非工作状态时, 考虑非工作状态下的基本外载荷M 、H (M d =0) 和风载荷q =1 4kN/m。
3 2 设一道附墙时的外力计算
当设一道附墙时, 应采用图3a 所示的计算模式, 按结构力学方法可推得有基本外载荷M 、H 、M d 和q 作用对附墙框产生的力H 1和M d 1的计算公式为:
由塔机使用手册可查得, 在工作状态下, H =18kN, M =1113kN m, M d =208kN m, q =0 32kN/m; 在非工作状态下, H =48kN, M =1390kN m, M d =0, q =1 4kN/m 。由式(1) 可得, 工作状态时, H 1=74 8kN; 非工作状态时, H 1=130 8kN 。
3 3 设两道附墙时的外力计算
设两道附墙时, 应采用图3b 所示计算, 用结构力学方法可推得塔身基本外载荷M 、H 、M d 和风载q 作用于附墙框的外力H 1、M d 1(第一道附墙) 和H 2、M d 2(第二道附墙) 的计算公式:3(h 1+h 2) 2
H 1=h h (3h +4h ) M +
1212
h 14+
M d 1=06h 31h 2+
10h 1h 23+
12h 12h 22+
3h 2
4
4 附墙杆内力计算
在已知塔身对附墙框作用的外力后, 可按下列计算公式计算附墙杆的轴力, 即
N A =
M d +a H i
b sin H i sin -
M d +a H i
) sin ( +
N B =
b sin ( + ) M d +aH i
-H i sin -sin ( - )
N C =sin ( + )
由图3可知, 式中i =1、2; a =a 1-c 1/(ctan +ctan ) ; b =b 1+c 1(ctan +ctan ) /(ctan +ctan ) , 以上各力计算结果如表1所示。
4h 1h 2(3h 1+4h 2)
q (3) (4)
表1 塔机附墙杆内力计算结果
工况a/m b/m / / / H i /k N M d i /(kNm) N A /k N N B /kN N C /kN
74 8208169 3139 7
130 8084 949 3
一道附墙第一道1
2
二 道 附 墙第一道11 1181 90165 57 5 60 102 9066 838 8
155 70101 058 7
102 2208187 1150 0
158 20102 759 7
2
1第二道
2
(2) 计算长细比
由于 =L 0/r , 故有 =65 3。
(3) 四肢格构换算长细比
0=
2
+40
=67 82A
(4) 杆件自重产生的弯矩
M g =11 66kNm
(5) 偏心率
=
=0 428NW
由 、 。查表得 pg =0 582, 故有 ==74 7MPa
pg A
5 3 局部稳定性验算
(1) 单肢稳定性验算
单肢长细比为 1=L 01/r =81 3
N 1=+=57 4kN
42(h -2Z 0)
查表得 =0 725, 故有
=
N 1
=83 21MPa
-96-136 8-107 7-162 9-124 7-165 5
5 附墙杆截面设计
5 1 截面选择
附墙杆结构通常由型钢(一般用角钢) 通过缀条或缀板连接而成。在本工程中采用了缀条连接方式, 截面形式和图4所示。
A 1=951 5mm 2
A =3806mm 2
I =1 2538 10m m 4
W =6 269 10mm
r =182mm z 0=18 5m m I x =12 3mm 缀条:A =227 6m m
图4 塔机附墙杆 的截面图
23
(2) 缀条稳定性验算
缀条受力为N =Q /sin =6 09kN ( =38 7 )
z =L z /r z =110
查表得 =0 536, 故有
==49 9MPa
6 结束语
通过分析表明, 当设两道附墙时, 第一道附墙和第二道附墙杆受力与仅设一道附墙杆受力有所不同; 设第二道附墙后, 其受力大于仅设一道附墙时的受力; 套用一道附墙的计算公式计算第二道附墙不太合理。此外, 分析中还发现, 设第二道附墙后, 塔底受力也相应变化, 设计中应予以考虑。按上述方法设计的该大厦附墙结构, 经实际应用表明是安全可靠的。
作者地址:北京市朝外大街227号邮 编:100020收稿日期:1999-05-14
L 30 40 Z =8 9m m
r =5 8mm
附墙杆两端与墙体及塔身连接处呈锥形变化,
按等刚度原则换算成较理想的格构杆件。换算后的端部截面为I mi n /I max =0 0196, m =a/L =0 463。5 2 整体稳定性验算
(1) 计算杆长L 0
由于两端铰支, 故 =1 0, 由I min /I max =0 0196, m =0 463查得, 1=1 1, 则有
L 0= 1L 0=1 0 1 1 10 807=11 89m