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长业建设集团有限公司珑庭花园三期项目浙江德英QTZ80A(5512)塔机附墙杆架计算方案长业建设集团有限公司2014年9月16日QTZ80A(TC5512)塔机附墙杆计算书第1页共17页一、工程概述：长业建设集团有限公司承建的珑庭花园三期工程项目部位于昆山开发区中华园路南侧。工程需安装有一台浙江德英建设机械制造有限公司生产QTZ80A(5512)塔机。根据大楼结构情况及现场施工条件限制，为考虑塔机施工覆盖面，造成塔机附墙面偏小，无法满足附墙座的正常距离，故采取制作三角钢架来弥附墙座距离。塔机定位基础中心距建筑物附墙面为4.32m,采用四根附墙杆安装形式。为保证塔机安全使用，对三角钢架及其连接件作稳定性及强度验算。二、编制依据：本方案编制主要依据为；GB/T13752-1992《塔式起重机设计规范》、GB/T13811-2008《起重机设计规范》、GB50017-2003《钢结构设计规范》和浙江德英建设机械制造有限公司QTZ80A(5512)塔式起重机使用说明书。三、附墙杆受力计算；1）附墙杆受力参数；本方案塔机附墙杆与墙体附墙座及附墙框用销轴连接，认为附墙杆两端为铰接，其计算长度系数μ=1，附墙杆承受轴向力N。根据浙江德英建设机械制造有限公司QTZ80A(5512)型塔机技术说明书提供的资料，用PKPM软件计算；1、计算附墙架对塔身的支反力：表1塔机基础承受最大荷载表（产品说明书提供）荷载工况倾覆力矩水平载荷P2扭矩Mk工作工况1220kN.m20kN337kN.m非工作工况1780kN.m79kN0塔机按照说明书与建筑物附着时，最上面一道附着装置的负荷最大，因此以此道附着杆的负荷作为校核附着杆截面的依据。附着式塔机的塔身可以视为一个带悬臂的刚性支撑连续梁。其内力及支座反力计算如下：QTZ80A(TC5512)塔机附墙杆计算书第2页共17页（A）塔机工作状态时风荷载计算1)工作状态时,垂直于塔机表面上的风荷载标准值；𝜔𝒌=0.8×𝛽𝒛×𝜇𝒔×𝜇𝒛×𝜔𝐨=0.8×1.59×1.78×1.39×0.20=0.63kN/m2式中：𝛽𝒛—风振系数，依据《建筑结构荷载规范》（GB50009）结构在84m高度处的风振系数按公式7.4.2条规定计算得𝛽𝒛=1.59；μ𝐳—风压等效高度变化系数，𝜇𝒛=1.39；μ𝐬—风荷载体型系数，𝜇𝒔=1.78；𝜔𝐨—基本风压，𝜔𝐨=0.20kN/m22)工作状态时,塔机风荷载的等效均布荷载标准值计算；𝑞𝑠𝑘=𝜔𝒌𝐴/𝐻=0.63×47.04/84=0.35kN/m𝜔𝒌=0.8𝛽𝒛𝜇𝒔𝜇𝒛𝜔𝒐=0.63kN/m2A=α𝒐BH=0.35×1.6×84=47.04m2式中：𝑞𝑠𝑘—塔机工作状态时，风荷载的等效均布荷载标准值(kN/m)；𝜔𝒐—塔机工作状态时，基本风压值取0.20kN/m2；A—塔身单片桁架结构迎风面积（m2）；α𝒐—塔身前后片桁架的平均充实率取0.35；B—塔身桁架结构宽度1.6m；H—塔机计算高度84m。3）工作状态时，作用在塔机上风荷载的水平合力标准值计算：𝐹𝒔𝒌=𝑞𝒔𝒌×𝐻=0.35×84=29.4kN式中：𝐹𝒔𝒌—作用在塔机上风荷载的水平合力标准值(kN)：（B）塔机非工作状态时风荷载计算塔机计算高度为84m,塔身方钢管桁架的截面为1.6m×1.6m。在非工作状态下，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009,基本风压取0.55kN/m2,地面粗糙度为B类。1)非工作状态时,垂直于塔机表面上的风荷载标准值；𝜔𝒌非=0.8×𝛽𝒛×𝜇𝒔×𝜇𝒛×𝜔𝒐=0.8×1.67×1.78×1.39×0.55=1.82kN/m22)非工作状态时,塔机风荷载的等效均布荷载标准值计算；𝑞𝑠𝒌非=𝜔𝒌非𝐴/𝐻=1.82×47.04/84=1.0kN/m𝜔𝒌非=0.8𝛽𝒛𝜇𝒔𝜇𝒛𝜔𝒐=1.82kN/m2QTZ80A(TC5512)塔机附墙杆计算书第3页共17页A=α𝐨BH=0.35×1.6×49=27.44m23）非工作状态时，作用在塔机上风荷载的水平合力标准值计算：𝐹𝒔𝒌非=𝑞𝒔𝒌非×𝐻=1.0×84=84kN2、支反力求解：根据图1（塔机附着受力分析简图）和表1，并结合力学计算可以得出（1）工作状态下：R1工=98kN(2)非工作状态下：R1非工=180kN3、附墙杆内力计算：最高附着架以上的塔身结构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，为安全取其最大值计算。假设合作用力为R3，方向如下图所示。由力法可求出杆件的最大轴向内力。1）工作状态：工作状态时，塔身承受扭矩和支反力作用。M=1220kN.mMk=337kN.m；P3=20kNR3工=78kN；0≤θ＜360°2)非工作状态：QTZ80A(TC5512)塔机附墙杆计算书第4页共17页M=1780kN.mMk=0；P3=79kNR3非=180kN；0≤θ＜360°由于塔机四附着杆计算属于一次超静定问题，采用结构力学计算各杆内力。力法的基本方程：δ𝟏𝟏X𝟏+Δ𝟏𝐩=0；∆𝟏𝐩=∑𝑇𝒊𝟎𝑇𝒊𝐸𝐴；δ𝟏𝟏=∑𝑇𝒊𝟎𝑇𝒊𝑙𝒊𝐸𝐴其中：∆𝟏𝐩—静定结构的位移；𝑇𝒊𝟎—F=1时各杆的轴向力；𝑇𝑖—在外力M和R作用下时各杆件的轴向力；𝐿𝒊—各杆件的长度。考虑到各杆件的材料截面相同，在计算中将弹性模量与截面面积的积EA约去，可以得到：X𝟏=−∆𝟏𝐩/δ𝟏𝟏各杆件的轴向力为：𝑇𝟏∗=X𝟏；𝑇𝟐∗=𝑇𝟐𝟎X𝟏+𝑇𝟐；𝑇𝟑∗=𝑇𝟑𝟎X𝟏+𝑇𝟑；𝑇𝟒∗=𝑇𝟒𝟎X𝟏+𝑇𝟒；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向压力，最大轴拉力。1）工作状态；表2工作状态下杆件受力情况杆件杆1杆2杆3杆4最大轴向拉力（kN）152136156185最大轴向压力（kN）1751361561852）非工作状态；非工作状态时，塔身只承受支反力的作用。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杆件杆1杆2杆3杆4最大轴向拉力（kN）250220240280最大轴向压力（kN）250220240280四、三角钢架结构计算；(1)钢三角架水平斜撑杆计算；由表2、表3可知,附墙杆的最大轴向承受压力为280kN，最长计算长度为6.0m,故本次附墙杆最大轴向承受压力设计值取N=1.2×280=336kN，最长计算长度L取6.0m。QTZ80A(TC5512)塔机附墙杆计算书第5页共17页L3塔机附墙杆其最大轴向力标准值Nk=240kN，设计值N1=1.2×240kN=288kN。L4塔机附墙杆其最大轴向力标准值Nk=280kN，设计值N2=1.2×280kN=336kN。由《钢三角架受力分析图(1)》可知,当塔机起重臂与钢三角架平行时，其附墙杆L3及L4受到的轴向压力最大，为N1=288kN，N2=336kN。将附墙杆轴向力N1及N2分别分解为两个垂直方向的分力，由《钢三角架受力分析图(2)》可知；F1=N1×COS65°=288×0.4226=122kN,P1=N1×COS25°=288×0.9063=261kN,F2=N2×COS70°=336×0.3420=115kN,P2=N2×COS20°=336×0.9396=316kN,分别将以上两个分力合并为一个力；F=F1+F2=122+115=237kNP=P1+P2=261+316=577kN由《钢三角架受力分析图(3)》可知,钢三角架主要受到来自附墙杆的F、P力，及钢三角架水平向斜撑杆受到的轴向力N，其轴向压力N为；N=P/cos45°−F/cos45°=577/0.707−237/0.707=816−335=481kN式中；N—为钢三角架水平向斜撑杆所受到的轴向力。本方案为考虑安全，钢三角架材料统一用16a槽钢制作，故取水平向斜撑杆3.5m杆进行计算，其受力也最大，由于杆件两端铰接，取计算长度为3.5m。本方案主要考虑计算钢三角架水平向斜撑杆受力的计算。《QTZ80A(5512)塔机附墙布置图》及钢三角架见图。2）钢三角架组合截面特性；附墙杆截面由16a槽钢焊接拼方设计而成，见下图。16a槽钢截面参数QTZ80A(TC5512)塔机附墙杆计算书第6页共17页b=6.3cm截面回转半径：ix=5.52cm；截面积：A=2A1=2×21.9cm2=43.8cm2；对16a槽钢1-1轴的截面惯性距I1=73.3cm4；Z0=1.8cm、e0=b-Z0=4.5cm。截面对Y-Y轴回转半径；𝑖𝒚=√𝐼𝒚𝐴=√2(𝐼𝟏+𝐴𝟏×𝑒𝐨𝟐)2×𝐴𝟏=√2×(73.3+21.9×4.52)2×21.9=√1033.5543.8=4.85cm2)杆件对Y-Y的长细比；𝝀𝑦=𝑳𝑦𝒊𝑦=3504.85=72.2根据λy=72.2,杆件所用材料Q235b钢材，抗压强度设计值ƒ=215（N/mm2），b类截面，查表得附墙杆稳定系数φy=0.738。3)计算杆件整体稳定性；𝜎=𝑁𝜑𝒚𝐴=481×10𝟑0.738×43.8×10𝟐=149N/mm2＜ƒ=215N/mm2计算可知：杆件对Y-Y轴截面整体稳定性满足安全要求。由于杆件对X-X轴的截面惯性矩，要大于对Y-Y轴截面惯性矩，故不另行计算。(2)钢三角架平面外竖向斜撑杆计算；钢三角架平面外竖向受力主要是附墙杆的自重，及由于安装附墙杆时，附墙杆对钢三角架角度的安装误差，所造成的额外向下附加力。1.附墙杆由14a槽钢拼方组成，L3杆及L4杆总长10.2m×2=20.4m14a槽钢自重0.1453kN/m，20.4×0.1453=3.0kN设计荷载P重=1.2×3.0=3.6kN由钢三角架受力分析图(2)可见，附墙杆对钢三角架水平垂直力P；P=P1+P2=261+316=577kN根据安全要求，附墙杆安装时，对钢三角架的角度误差≤15°，由此得P垂直=577kN×Sin15°=577×0.00436=2.6kNP总=3.6+2.6=6.2kN钢三角架竖向斜撑杆受到的轴向力N=P总/Cos45°=6.2/0.707=8.8KnQTZ80A(TC5512)塔机附墙杆计算书第7页共17页𝜎=𝑁𝜑𝒚𝐴=8.8×10𝟑0.738×43.8×10𝟐=0.27N/mm2＜ƒ=215N/mm2计算可知：钢三角架竖向斜撑杆对Y-Y轴截面整体稳定性满足安全要求。由于杆件对X-X轴的截面惯性矩，要大于对Y-Y轴截面惯性矩，故不另行计算。(3)钢三角架与墙面固定螺栓计算；由钢三角架受力分析图(3)可见，钢三角架共用12根M24mm螺栓与墙体连接，螺栓材料为Q235b。钢三角架受到的拉力F=237kN,剪力P=577kN螺栓面积A=πd24=3.14×2424=452mm212×452=5424mm2螺栓在剪力和拉力联合作用下；√(FA)2+(PA)2=√(237×1035424)2+(544×1035424)2=115N/mm2140N/mm2Q235b材料拉应力及剪应力许用应力为140N/mm2计算可知：钢三角架与墙体联接螺栓满足安全要求。五、钢三角钢架结构受力分析图；(见下图)QTZ80A(TC5512)塔机附墙杆计算书第8页共17页QTZ80A(TC5512)塔机附墙杆计算书第9页共17页QTZ80A(TC5512)塔机附墙杆计算书第10页共17页六、QTZ80A(5512)塔机附墙布置图：(见下图)QTZ80A塔机附墙架计算方案第11页共17页QTZ80A塔机附墙架计算方案第12页共17页QTZ80A塔机附墙架计算方案第13页共17页QTZ8