塔式起重机附着装置受力计算及使用要求

塔式起重机附着装置受力计算及使用要
求
伴随我国经济实力的增加，现代建筑施工技术的快速进步，土地资源的减少，城市中高层建筑施工日趋增多，塔式起重机（以下简称塔机）附着装置的使用也越来越频繁。

为了更好、更安全的使用塔式起重机的附着装置，下面通过对附着装置在使用过程中附着处支座的受力及附着杆的受力进行计算、分析，浅析它在安装、使用中的注意事项。

计算塔机附着装置的受力时按如下2种工况进行附着处支座和附着杆的受力计算：
计算工况Ⅰ 塔机满负荷工作，起重臂顺着塔身方向，风垂直吹向起重臂、风载作用产生的扭矩与旋转机构作用产生的扭矩方向一致。

计算工况Ⅱ 塔机处于非工作状态，起重臂位于塔身对角线方向，起重臂能随风回转，风由起重臂吹向平衡臂，不考虑扭矩的影响。

1.附着处支座的受力计算
计算塔机附着处支座的受力时，可以将其塔身简化成多点支承的悬臂连续梁，如图A所示。

由于塔机最上一道附着处附着装置受力最大，并以此道附着装置的荷载分析附着装置受力，对附着装置进行设计计算。

因此实际计算其附着处支座的受力时，为了简化计算，可以将多点支承的悬臂连续梁简化成2点支承的悬臂连续梁。

计算简图如图B。

图A 塔身受力图 图B 塔身简化受力图
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-作用于塔身端部的弯矩，塔身上部各部件的自重与工作载荷
对塔身回转中心的力矩之和；
Pw-作用于塔身上部各部件的风载之和；
q1、q2、q3-作用在塔身各部段上的风载，计算工况Ⅰ时，风吹向塔身
方向，不考虑高度变化的影响，q1=q2=q3；计算工况Ⅱ时，风吹向塔身
对角线方向，考虑高度变化的影响, q1取平均值，q2、q3取大值；
La、Lb、Lc塔身各部段的高度，如仅有一道附着装置、令La=0；
M1-多余约束弯矩；
Fv-塔身最上面一道附着处的作用力。

计算工况Ⅰ时，分别计算塔身端
部弯矩与风载作用形成的作用力Fv1与Fv2，Fv1与Fv2相互垂直、作用于
塔身方向；计算工况Ⅱ时，端部弯矩与风载共同作用形成的作用力Fv，
作用于塔身对角线方向。

2.附着杆的受力计算
如图c所示，∑X=0、∑Y=0、∑Mc=0，解出附着杆对附着框的作用
力Nbd、Nac，Nbc。

附着杆对附着框的作用力与附着框对附着杆的作用
力大小相等、方向相反，可知附着杆的受力情况。

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/（4）
Nbc=( Fv1sink1+Fv2sink2-Nacsina-Nbdsinb)/sinc （5）
式中：Fv1、Fv2-附着处的作用力，计算工况Ⅰ时，Fv1与Fv2相互垂
直，计算工况Ⅱ时，Fv1与Fv2方向相同，Fv=Fv1+Fv2；
K1、K2-附着处支座的作用力与塔身平行线的夹角，计算工况Ⅰ时，取
K1=0o、90o、180o、270o,K2=90o、180o、270o、360o循环计算；计算
工况Ⅱ时，K=K1=K2、取K=45o、135o、225o、315o进行计算；
Mn-风载与回转机构产生的扭矩，计算工况Ⅰ时，按最不利原则进行叠加，；计算工况Ⅱ时，Mn=0；
a、b、c-附着杆与建筑物（建筑物的外边线平行于塔身）的夹角。

图C 附着杆受力图
通过上述的计算、分析可知：
2.1塔机最上一道附着处附着装置受力最大、塔身受力最大。

2.2塔机最上一道附着处附着装置受力、塔身受力，受到它上面塔身悬高及附着装置的间距影响，随着它上面塔身悬高的增加、其受力大幅度增加，随着附着间距的变化、其受力随着变化。

2.3附着杆的受力，受到附着杆与建筑物夹角的影响。

附着杆对称布置、附着杆与建筑物（建筑物的外边线平行于塔身）的夹角位于45o 与60o之间，附着杆受力较好。

2.4随着塔机中心与建筑物距离的变化，附着杆的受力状况随着改变，该距离越小，附着杆受力状况越好。

3.塔机附着装置安装与使用
3.1塔机制造商供货时，应按GB/T5031-2008?塔式起重机?的要求在使用说明书中提供：按制造商推荐的附着间距和独立高度时塔身附着点的作用力。

并应说明主要作用力来自工作状态还是非工作状态，以及相应的风速和作用方向。

3.2使用附着装置的塔机、在安装前要制定附着装置的施工方案，方案应有如下内容：
3.2.1附着装置在塔身上的高度位置、附着装置上面塔身的独立（自由）高度的选择，必须符合塔机使用说明书的相关要求。

3.2.2塔机塔身中心与建筑物的距离、附着杆与建筑物的夹角等参数的选择，应符合塔机使用说明书相关要求，不符合时由专业工程师进行的相应计算，确定采取处理的安全措施。

3.2.3附着装置的安拆方案。

3.3附着装置的所有零部件应采用塔机原制造厂的产品。

如因现场需要不能采用原制造厂的产品时，应由专业工程师进行设计、具有相应资质的制造商进行制作与改造，并进行相应测试后才能投入使用。

3.4塔机安装附着装置后，塔身轴心线的侧向垂直度必须符合标准规定的相应要求。

3.5同一套附着装置中的附着框、附着杆、附着预埋支座应在同一水平面内，水平角的误差不得大于±10°，且宜采用附着框端偏高的方法设置。

3.6附着杆与附着框、附着预埋支座的联接必须采用铰接方式，使附着杆成为二力杆仅承受轴向力的作用，不承受弯曲或扭转载荷。

3.7附着框与塔身的联接必须可靠，能有效地传递附着处的作用力，且不会产生额外的附加力和塔身结构的变形。

3.8与附着装置预埋支座相联的构筑物必须能承受附着装置所传递的作用力。

4.小结
以上给出了固定式塔机附着装置的力学特性以及力学计算，附着装置在工程实际中的使用与注意事项，只要我们本专业从业人员掌握了基础安全知识，对塔机安全使用有足够认识，一定能够减少或规避塔机的事故风险。

参考文献
1. GBT 13752-1992 塔式起重机设计规范
2. GBT3811-2008 起重机设计规范
3.GB/T5031-2008 塔式起重机。