塔式起重机的扶墙与地梁设计探讨

摘要： 本文分析了目前塔式起重机地梁设计与选用，扶墙设计与选用。根据塔式起重机设计原理，基础的连接进行了分析，使用结构力学知识指出了产生不同结果，最后通过验证了该设计的安全性。

Abstract： This paper analyzes the design and selection of beam of current tower crane， and the design and selection of the sustaining wall. According to the design principle of tower crane， the paper analyzed basic connections， pointed out the different results based on structural mechanics knowledge， finally validated the security of the design.

关键词： 塔式起重机；地梁；扶墙；刚度；强度；设计

Key words： tower crane；beam；sustaining wall；stiffness；strength；design

中图分类号：TH21 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）08-0126-02

0 引言

塔式起重机是目前建筑施工工程现场的主要运输机械，随着建筑业的迅猛发展，塔机的需求量大幅增加，生产企业的竞争日趋激烈，保证生产质量、降低生产成本、充分满足顾客需求已成为企业生存和发展的重要因素。最大限度满足顾客需求，充分保障施工安全，从而赢得用户，拓宽市场，已成为大势所趋。在实际使用过程中，每一台塔式起重机的位置都是不同的，因为对应建筑物的不同，而导致每一台塔式起重机的基础选择，高度选择千差万别，也就对应产生了塔式起重机的地梁与扶墙设计。

1 塔式起重机底架的设计与选用

目前，相当大部分的施工工程现场由于周边建筑物多，可利用场地狭窄，采用传统的十字梁底架安装塔式起重机，阻碍了工程的正常施工或不能满足工程施工需要，因而必须采用占地面积较小的其他底架结构形式。井字梁底架是既经济方便又安全可靠的首选结构形式。井字梁底架是由国标型钢和加强板组合焊接而成，将塔身传来的各种载荷通过地脚螺栓传入混凝土基础，其强度和安全性已经在前期设计中得到保证，不再进行考虑，这里重点分析塔身的受力情况。

塔身主要承受起重机上部传来的压力、弯矩及风载荷，是一个典型的压弯格构柱，为四主肢格构式结构。通过受力分析可知：在最恶劣的工况下，塔身最大的受力部位在基础节，而基础节的强度关键取决于主肢的强度、刚度和稳定性，下面我们就QTZ40塔机基础节的主肢进行设计计算：已知基础节主肢型材的许用安全系数为1.48，许用应力为[σ]=■=158.8MPa；原设计主肢坯材：∠160×12 等边角钢，截面参数A=3744.1mm2，I=9165800mm4。计算结果：主肢长细比λ=22.22，查i=49.5mm。

查表得：稳定性系数？准=0.977，根据计算公式求得基础节主肢的最大应力为σ=■=121.5N/mm2。底架形式为十字梁结构，有斜撑。

选用占地面积较小的井字梁底架，加强主肢强度和刚度，减少主肢应力，在主肢内侧扣焊一件∠100×10的等边角钢，主肢截面形式如图1。

计算结果：主肢长细比λ=13.80，查表得：稳定性系数？准=0.991，根据计算公式求得加强后的基础节主肢的最大应力为σ=■=79.1N/mm2。

通过以上计算应力和许用应力的对比，可以验证主肢的的强度和刚度得到了大幅度提高，从而很好的保证了井字梁底架塔机的安全性能。

对于采用井字梁基础的塔式起重机有如下要求：①要求地耐力不低于250千牛每平方米，混凝土等级为C35，混凝土强度等级不低于42.5R（GB175），钢筋隐蔽工程符合GB50204相关条文。②要求基础为5200×5200×1300，重量不低于80吨，体积不小于35.1立方米。在特殊地带基础挖坑无法达到图纸设计要求时，要经过生产厂家的专业技术人员设计，才能改变基础的形状，以达到塔式起重机稳定性，其倾翻力矩公式为。③对混凝土基础应由施工方，使用方，工程监理共同验收，达到合格标准。

选用十字梁，其优点是：①便于施工，在十字形的地槽内，安装钢筋方便，浇制混凝土时，便于振动棒操作，沙石匀实。②基础支持面积大，稳定性好。③斜支撑使塔机受力传到基础的四个边角。

其缺点是，对地耐力要求较高，不低于每平方米300千牛，不适合用与沙土地。在基础下面要预拌30公分的灰土，用来增加塔机基础预防沉降的能力。

2 塔式起重机附着装置的设计与选用

随着施工工程的设计高度逐渐增高，在用塔式起重机普遍采用了外墙附着的安装形式。由于受到施工场地的制约或施工工程的特殊需要，很多塔机和建筑物的距离超过标准设计的一倍乃至更多，这就需要对附着撑杆重新进行设计计算。以QTZ40型塔机为例，附着装置形式为三撑杆设计形式，撑杆截面形状为两[12槽钢对扣隔加连板组焊而成，整杆长细比λ值为53.2，稳定性系数？准值为0.875，计算结果强度、刚度均满足要求。如果塔机距建筑物的距离达到标准设计的两倍，附着撑杆则采用四件∠50×5的等边角钢加？准12普圆组焊而成，撑杆的截面形状及尺寸如图2。

计算得：整杆长细比λ值为47.8，稳定性系数？准值为0.896。根据计算公式求得恶劣工况下撑杆的最大应力为σ=■=-54.7N/mm2，对比撑杆型材的许用安全系数1.34，许用应力[σ]=■=175MPa，本撑杆的强度、刚度、稳定性满足受力要求，而且自重单位质量比原设计轻了近1/4。根据以上计算结果，验证了塔机附着装置的安全性能。

对于附着装置的选择有以下要求：①附着装置要求使用专业厂家制造的合格产品。附带安装说明书。②附着装置的最上部塔式起重机的自由悬空高度不得超过8个标准节。两道附着装置之间距离不得超过8个标准节。③在墙体预埋地脚螺栓的强度不低于设计要求，墙体的混凝土强度不低于C30，预埋螺栓要与墙体钢筋相连，并且做好加固工作。④安装人员应当接受培训，具有相应资格。

在安装附着装置时，应当用经纬仪检查塔身轴线的侧向垂直度，在全高上不得大于3/1000，可以通过调整附着撑杆的长度达到，每套附着装置的四根撑杆应尽量保持在同一水平面上。建筑物附着点的高度应与相应标准节的附着铰座在同一高度位置，误差不大于±100mm，附着撑杆与塔身节及建筑物附着点铰接应可靠，各连接螺栓应紧固好，附着撑杆长度调整好后，调节螺母应锁紧，工作过程中应经常检查是否松动，发现异常即刻停机，采取措施加以解决。

附着架按照塔机中心线距离建筑物4米的距离设置，若实际使用时与设计值不符，可适当加长或减短撑杆但必须进行严格计算或与供应商联系，撑杆与建筑物的连接方式可以根据实际情况而定。用户和安装单位应按照工程需要，根据附着装置的尺寸、结构和提供的强度载荷数据。

3 结语

塔式起重机制造归质量监督部门管理，而塔式起重机的使用监管是国家建筑主管部门负责的，国家建筑主管部门也制定法规要求塔式起重机的基础和扶墙设计必须有原生产厂家进行。但是该制度执行不是很到位，会造成一定程度的安全隐患，有待各部门协调解决。

参考文献：

[1]GB/T3811，塔式起重机设计规范[S].

[2]GB/T5031-2008，塔式起重机[S].

[3]塔式起重机幅度、高度监控装置[Z].国家科技成果.