塔机附墙设计计算说明书

塔机附墙设计计算说明书
一、工程概述
本工程位于惠南镇中心位置，东南面临南汇中学体育场，在体育场的西北角有一信号塔，距小区5号楼南外墙皮约20米左右，东北面临近复旦大学太平洋金融学院，南侧临拱北路，西侧临观海路。

本项目总用地面积平方米，总建筑面积平方米（含保温建筑面积）。

地上总建筑面积平方米（含保温建筑面积），包含4栋15层高层住宅，5栋16层高层住宅，2栋11层高层住宅,1栋5层多层住宅，3栋6层的多层住宅，1栋2层的商业配套用房及高层住宅群房的配套公建，地下总建筑面积平米。

本工程8#楼和9#楼合用安装一台南通惠尔建设机械有限公司出厂的QTZ63型（5510型）塔式起重机，臂长为58米，塔吊设置在9号楼东侧，（图1）安装高度超过使用说明书规定的最大独立高度，需进行附墙锚固，楼层高度为，塔机最大安装高度约为53m，设置有2道附墙，如图2所示。

生产厂家在使用说明书中标明了建筑物外墙与塔吊中心的距离在左右，但由于该工程建筑物表面结构及工程施工工艺等因素的影响，塔吊安装后，塔吊中心距离建筑物外墙。

所采用的附墙杆件的长度以及与建筑物间的夹角，与原说明书的规定有所不同。

为了保证塔吊安全使用，我们对附墙杆件及其连接件作了稳定性及强度验算。

图1 22号楼1#塔吊布置图
图2 塔吊附墙示意图
二、编制依据
本方案编制主要依据为：GB/T 13752-1992《塔式起重机设计规范》、GB 50017《钢结构设计规范》、GB/T 3811-2008 《起重机设计规范》和永发QTZ63型塔式起重机使用说明书。

三、设计方案
1．原说明书要求
按照产品安装使用说明书：附着架由四根撑杆和一套环梁等组成，它主要是把塔机固定在建筑物的柱子上，起着依附作用。

（见图3）
图3 原附着架示意图
2．改进设计方案
根据现场实际情况，塔机中心到连接点距离为米。

设计方案如图4所示。

图4 塔吊附墙杆设置图
四、计算说明
1．计算附墙架对塔身的支反力
假设塔身为一连续梁结构（见图5），以此进行结构的受力分析，可用力法求出附墙受力。

实际使用中，塔机最上面的一道附墙受力最大，因为该道附墙节点力除由M引起的附墙受力外，还有承受由塔机悬臂端风
载及旋转件的离心水平惯性力在悬臂根部引起的水平切力F w 及下部塔身的水平风载。

图5 塔机附着受力分析简图
其中
Z M ——倾覆力矩 2P ——水平荷载 1）风荷载计算
根据GB/T 13572-92《塔式起重机设计规范》和GB/T 3811-2008《起重机设计规范》
式中：W F ——作用在塔式起重机上和物品上的风荷载；
W C ——风力系数； W p ——计算风压；
A ——垂直风向的迎风面积；()21220.1ηφ=+= A A A m L ——塔身风载计算高度；36= L m q ——单位长度风荷载。

（1）工作状态
其中：()()=1.71 1.710.7772 3.021η+=⨯+=W C 根据充实率0.184ϕ=查表得出0.7772η=
解出1421= q N m
（2）非工作状态 2）支反力求解
M Z
Z X
Y
（1）工作状态
根据图5受力分析简图和表1，并结合力学计算可以得出 工作状态下：2102.077= R kN 工 （2）非工作状态
根据图5受力分析简图和表1，并结合力学计算可以得出 非工作状态下：2192.286= R kN 非工 2．附墙杆内力计算
附着以上的塔吊结构是基本暴露在建筑物之上的，而风载荷的方向是随着风向在变化的，且塔机可以在工况和非工况下作360°回转，因此塔机上的不平衡力矩、横向力、风载荷等对塔身而言是变化的，水平方向的合作用力是可变的，为安全计算取其最大值计算。

假设合作用力为
2
R '，方向如下图所示。

选取第二道附墙结构为受力分析对象，由力法可求出杆件的最大轴向内力。

图7 受力分析图
1）工作状态
工作状态时，塔身承受扭矩和支反力的作用。

2102.077== R R kN 工，0360θ≤<
以上的计算过程将θ从0到360循环，解得每个杆件的最大轴压力，最大轴拉力。

2）非工作状态
非工作状态时，塔身只承受支反力的作用。

2192.286'== R R kN 非工，0360θ≤<
同理可以求出每个杆件在非工作状态下的最大轴向拉力和压力。

表3 非工作状态下杆件受力情况
3．附墙杆结构验算 1）附墙杆参数
附墙杆材料选用Q235角钢组成的格构柱。

由于长度太大，将杆件分为2段，段与段之间采用高强螺栓连接，见附墙示意图。

其中主弦杆（∟63×63×6mm ）、腹杆（∟40×40×4mm ）、主弦杆间距300×300mm 。

与建筑物之间用销轴联接。

截面图如图7所示。

图7 附墙杆截面
材料安全系数：=1.48n 工作 截面尺寸：300mm×300mm
主弦杆型钢：∟63×63×6 单位重量：m
单个角钢截面面积：
腹杆型钢：∟40×40×4 单位重量：m
总截面面积：A = 4× = 惯性矩：
其中：04
27.12z I cm = 030
15 1.7813.222
a z cm =
-=-= 抗弯模量：3max
393.7I I
W cm y a
=
=
=
回转半径：13.36i cm =
= 杆长：110399= L mm 29024= L mm 38279= L mm 2）杆件分析
杆1为最长杆且杆1为受力最大的杆，因此需对杆1进行校核。

（1）整体稳定性
a ．风荷载 2
2.0= B A m 由0.4ω=、0.4η=可得
取 C W = P W = 1100Pa
所以 2.4311100 1.122995==⨯⨯= W W W F C P A N b ．附墙杆总重量： 杆1：约400kg ； c ．稳定系数ϕ 查表得：0.700ϕ= 杆1所受应力为： （2）单肢稳定性
杆3：单肢所受的力：()()
1017789842222=
++= --y x
M N M N N a z a z 式中：N ——轴心所受的力；011243.6== N F kN ，
a ——格构柱的宽度；300= a mm
z ——单个角钢的回转半径；17.8z mm =
单肢长度：01500= l mm 回转半径：0117.8= i mm
单肢截面积：201729= A mm
由01
0101
28λ== l mm i 查表得稳定系数010.966ϕ=
因此：[]01
10101
110.6σσϕ=
= ≤N MPa A 非工作 结构稳定性符合安全要求。

（3）调节丝杆处的调节孔验算
调节丝杆材料为调质的45#钢，两端用M100螺栓连接。

图8 调节丝杆示意图
a ．调节丝杆孔校核 丝杆孔如图8所示
其中：A ——截面面积；23409.478= A mm b ．螺栓强度校核 丝杆采用M100螺栓连接 螺栓的拉伸强度[]W
l l s
F A σσ=
≤ 其中： W F ——最大轴向拉力；243.6= W F kN
s A ——螺栓公称应力截面积；24220.16= s A mm
[]l σ——螺栓材料的许用拉应力。

[]202.91.7
s
l MPa σσ=
=
丝杆结构设计性符合安全要求。

（4）连接端销轴的验算 销轴的直径60= d mm
销轴剪切应力2163Q
d
τπ=
⋅ （港口起重机设计规范 公式1-6-45） 其中：Q ——销轴受到的最大剪力；22121.8== Q F kN 拉
d ——销轴的直径；60= d mm
连接处结构设计性符合安全要求。

（5）焊缝的验算
杆件与耳片均为Q235钢，杆件和耳片连接采用角焊缝，焊条E43，焊缝质量为三级，焊缝焊脚尺寸8= f h mm ，杆件的最大轴力取最大值
219.9= N kN ，焊缝长度为400= w l mm ；2160= w t f N mm 其中：N ——轴心拉力、压力或剪力；219.9= N kN
w l ——角焊缝的计算长度，对每条焊缝取其实际长度减去2f h ；
400= w l mm
e h ——角焊缝的计算厚度，对直角焊缝等于0.7
f h ，f h 为焊脚尺
寸。

0.7 5.6== e f h h mm
βf ——正面角焊缝的强度设计值增大系数；对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构， 1.22β=f ；对直接承受动力荷载的结构，
1.0β=f 。

焊缝设计符合安全要求。

结论：塔吊附墙杆设计符合安全要求！。