k4021塔吊附墙杆件在超常规条件下的设计与施工-secret

1****K4021塔吊附墙杆件在超常规条件下的设计与施工1工程概况深圳市****，建筑面积10.24万平方米，32层，其中地下室1层，4层裙房，6层为结构转换层，其上为5栋住宅楼，总高104米。本工程设有3台塔吊，其中的2#塔吊为沈阳****建筑机械厂生产的K4021塔吊，由于结构条件和地形条件的限制，只能布置在18轴以西100mm、M轴以北9200mm的位置，该塔吊的直接附墙时杆件长度达20.3米，已超出常规附墙杆件的长度范围；决定在主体结构上设计附加钢结构格构架，作为塔吊附墙杆件的支座。本文针对这方面的计算依据和施工措施作相应的介绍。K4021塔吊的主要技术参数见下表：K4021塔吊主要技术参数序号构配件名称几何特征重量(KN)1.标准件截面2×2M17.72.起重臂71.9M1503.平衡臂21.2M1204.平衡配重1865.其他构配件6.最大自由高度45.7M7.最大搭设高度295M注:最大起重力矩为1600KN.M，最大幅度71.9M时起重量为2.1t，最小幅2.5M时起重为16t，最大转动扭矩为295t.m。2方案布置2.1方案选择按照初期设想，塔吊附墙有三种设计方案，如（图一）示。方案二中的右侧附墙杆件长度达到20.3m，使得在设计中使用的杆件过长、过重，长细比难以保证，并且在制作、吊运、拆卸时比较困难，同时也不符合塔吊附墙杆的角度要求（300~600之间），所以方案二予以排除；2由于在20~23/H轴之间布置有高层人货电梯，（该人货电梯只宜布置在两栋塔楼的中间位置，这样既能保证货梯附墙的安全，又极大地方便了工程的施工），使得附墙杆件无法拉通，故方案三予以排除；方案一选择在主体结构上附加设计钢结构格构架，作为塔吊附墙杆的支座，这样既满足了普通塔吊附墙杆件的设计要求，又能较方便地施工塔吊附墙杆件和格构架。综合各方面的因素，对初期设想的三种设计方案进行比较，决定采用方案一来进行塔吊附墙的设计。方案三方案一方案二（图一）具体布置：16轴与M轴向南900的交接处设附墙杆的预埋件，在H—M/20轴与18—20/M轴处设钢结构格构件作为附墙杆的支座，同时在B点上设反拉钢丝绳、在F点下设三角架支撑，以及在格构件FB与BE之间加设连接件MH作为安全构造保证措施，见（图一）及（图七）。该塔吊共布置四道附墙，分别在6、13、20、27层。2.2内力计算本附墙支架的内力计算分为二部分，一是附墙杆件的内力计算，二是附墙杆件支座钢结构格构件的内力计算。通过力法方程，在考虑风荷载的作用下，经计算附墙杆对支架支座的最大反力为：±452.86KN，即计算简图中的BD杆的轴向受力（计算过程忽略）。BD附墙杆的受力见（图二）：图中NBD=+452.86kNBD杆在其自重和风荷载组合最不利情况下的垂直荷载为NZ：p（自重）=9.63kNp（风）=2*q*L=0.4556kN（q为深圳市风载系数）P风1=455.6*6.7/10.59=2.88KNP风2=455.6*8.2/10.59=3.53KN3q为自重与风力的最不利组合，取q（自重）+q(风力)BDN=452.8KN（图二）计算简图一AM2±CN2±BDACBDM2±AN2±计算简图二7.5M50.75P风2P风18.5ME7.5MFBN5.6MGFP风12NZB(图三)计算简图三(立面图)说明：上图中的计算简图一为塔吊附墙支座处的最大反力计算简图，其中，M2为塔吊的最大扭矩，N2为支座处最大反力；计算简图二为附墙格构架内力分析计算简图；计算简图三为构造加强措施BG杆的受力分析，详见第3.2条。对支座B：NBD=N轴力=452.86KNNZ1=P/2=4.82KN所以由计算简图二可知：NBF1=±290.1kNNBE1=±350.75KNNz=7.75+(PBE自重+PBF自重+PBG自重)/2=13.68KN由计算简图三可知,NBF2=13.68*7.5/5.6=18.31KNNBE2=0KN对钢结构格构架,按最不利荷载组合：NBF=NBF2+NBF1=±309.41KNNBE=NBE2+NBE1=±350.75KNBF杆两端铰接,计算长度为L0=7500mm,其受力简图同上：BE杆两端同样按铰接,计算长度L0=8500mm,格构件的截面形式见（图四）：由于BE杆内力最大，以BE杆作为设计计算杆进行验算：支架杆规格：[25b，材质：Q235BS=2*39.91=79.82CM2WX=2*282=564CM3iX=9.41CMλX=L/ix=90.23φX=0.62λ0Y=（λ2Y+λ21）1/2IY=2*(196+39.92*15.672)=19991.71CM4iy=(IY/A)1/2=15.82CMλY=L0Y/iy=850/15.82=53.72410厚钢板格构件截面示意图（图四）λ1=L01/i1=55/2.22=24.70.5λY=26.86，且不大于40的分肢稳定性要求。λ0Y=(24.72+53.722)1/2=59.1[λ]=150L0=850CM查表可得φBE=0.813其中：S：双肢格构件的面积WX：X轴方向的截面抵抗矩iX：X轴方向的回转半径λX：X轴方向的长细比φX：X轴方向的稳定系数λ0Y：Y轴方向的换算长细比IY：格构件在Y轴方向的惯性矩iy：Y方向的回转半径λY：Y方向的长细比λ1：分肢对最小刚度1-1轴线的长细比L0Y：格构件在Y方向的计算长度L01：相邻缀板间的净尺寸i1：分肢对1-1轴线的回转半径，可查表。2.2.1轴力产生的应力：σ1=NBE/(ФBE*S)=540.50kg/cm2σ1ˊ=NBE/(ФX*S)=708.75kg/cm22.2.2自重产生的应力和两槽钢在竖直方向上的中心线高为：M=qL2/8=PL/8=92862Kg.cmH2=31.34CMN2=M/H2=2963Kgλ2=75/2.22=33.78（75cm为缀板的中心距离）Ф2=0.925σ2=N2/(Ф2S2)=80.26Kg/CM22.2.3风力产生的应力：N风=348KgM风=PL/8=36975Kg.CMσ3=M/WX=65.6Kg/cm22.2.4支架杆所受的应力：σ=σ1+σ2+σ3=854.61kg/cm22.3内力复核2.3.1应力复核[σ]/σ=2150/1.34=1604.5854.61，1.34为安全系数即σ[σ],支架安全。52.3.2架杆竖向挠度f=5qL4/(384EIY)=5PL3/(384EIY)=0.167cm[f]=L/700=850/700=1.214cmf=0.167cm满足挠度要求。2.3.3对缀板的验算缀板间的净距为L01=λ1*i1=24.7*2.22=55CM预估缀板的宽度bj≥2b1/3=20.89cm,取20cm.缀板的厚度tj≥b1/40=31.34/40=0.78cm,取1cm则缀板轴线间距L1=L01+bj=55+20=75cm缀板线刚度与分肢线刚度之比值为:2(Ib/b1)/(I1/L1)=16.276(满足要求)2.3.4缀板的连接焊缝采用角焊缝，三面围焊，计算时偏安全地仅考虑竖直焊缝，但不扣除考虑缺陷的10mm取ht=8mm,内力计算从略。2.3.5塔吊附墙杆与格构架支座的连接板的焊缝验算格构架支座的连接板采用二个20厚的钢板与格构架焊接，连接板中间开孔Φ60±3mm，其中面层的连接板与该处的缀板合二为一，用螺栓与附墙杆连接，连接见格构件端部构造大样图。计算从略。连接板与格构架之间的焊缝采角焊缝,其搭接长度为400mm，二面围焊，但不扣除考虑缺陷的20mm，取ht=10mm,验算从略。2.3.6上述连接板与塔吊附墙杆之间的连接①、连接板与塔吊附墙杆之间用铰接，有利于塔吊的卸载，螺栓采用Φ60高强螺栓(8.8级承压型)，由计算可知，由风力与自重产生的弯矩对连接点强度影响可忽略不计。②、格构件BF与格构件BE之间的连接用8M30*120，具体连接方式见（图五）。8M30*120(8.8级）750A向306060销轴附着杆连接板（-20）60销轴A杆A向8M30*120（8.8级）C杆格构件端部构造大样图（图五）63附墙支架的构造措施为了确保附墙壁支架在各种复杂情况下都能正常工作，除严格按上述设计的钢结构格构架制作、安装外，还增加以下构造措施，以有利于荷载的传递，增加格构架的稳定，以确保安全。所有构造措施作为安全储备，不纳入荷载的计算。构造措施如下图所示：3.1在两格构件的中点M与H点之间，增加连接件MH，以加强格构架的整体稳定，MH为20号工字钢，两端与格构架进行焊接，焊缝高度为8，焊缝长度＞200。在格构架BF与BE的交接处，两侧均增加三角形连接耳板，以加强两格构件之间的刚度，耳板采用20厚钢板，耳板的两边与格构架进行焊接，长度300，焊缝高度10。在耳板与格构件的连接点K、P点部位，对格构架内部增设腹肋板，以加强格构架的抗扭刚度。详见（图六）、（图七）：3.2为保证附墙杆的水平传力及格构架在水平方向的稳定，在格构架的下方5600处设撑杆BG，BG选用2根槽钢[25b，中间加设缀板，组焊成小格构架。与格构件接触面进行双面满焊，材料为10mm厚钢板10厚钢板腹肋板详图（图六）3.3格构件BF与撑杆BG之间，加设连接杆FL，以加强撑杆的整体稳定性，连接杆采用用20号工字钢，两端与格构架BF和撑杆BG进行焊接，焊接要求同上。见（图七）：构造措施图一构造措施图二加强耳板、刚接（图七）3.4在附墙杆与钢结构支座的连接处的格构件的二个槽钢中间加设纵向加强钢板，以加强连7接点处的整体钢度；在端部连接中，由于左侧钢板与格构架的缀板不在同一平面上，为保证其刚度及传力效果，增设4块加强肋板，具体连接方式见（图八）。3.5附墙杆受力为拉撑两种作用，砼对受拉比较敏感，同时由于结构条件限制了埋件的大小、形状，故预埋件的设计尤其重要。本工程六层以上外围结构均为剪力墙结构，墙厚15层以下为250，15层以上为200，不能保证所有的预埋件的元钢均锚入到砼中，这样就不能保证预埋件不被拔出，现对16轴处A点的预埋件处理如下：此处结构上为竖向剪力墙与水平楼层的交点，在埋置预埋件时，只能保证纵横两个中轴上的7根元钢能完全锚入到砼中，而四角各有预埋件的二根元钢因砼墙厚只有200而达不到锚固要求，现取消这8根元钢，而在砼墙的两侧用8根Φ60高强螺栓连接，螺栓的抗拉应力等于元钢充分所产生的拉应力，在剪力墙预埋件的背面，紧固螺栓时要采用钢垫板。详见（图九）：4块10mm厚的加强钢板销轴宽厚加强钢板双面焊，焊缝长度为连接面长度加强钢板，4块均匀分布，板厚为10mm缀板（图八）附墙杆件端部连接示意图（图八）预埋支座详图元钢高强螺栓元钢焊缝(图九)3.6塔吊附墙格构架支点处预埋件在标准层埋设时的处理措施；83.6.1为加强格构架在M/18轴位置处的预埋件的受力效果，决定对该部位的窗户洞口在M轴方向上浇筑砼进行封闭。标号同墙体部位，配筋除与墙体具有相同的配筋外，增配钢筋φ20@100双层双向进行加强，对洞口部位与墙体连接处采用钢丝网进行间隔，以便在塔吊拆除后对窗户洞口进行恢复。3.6.2为加强格构架在H/20轴处的预埋件的埋设效果，决定对该部位在梁范围以外的外伸墙体进行后浇，预留插筋，以保证预埋件的受力。详见（图十）：4塔吊附墙杆件与格构架制作、安装、拆卸施工注意事项4.1塔吊附墙杆与格构架的施工必须待方案审批后才能进行。4.2必须按设计要求施工，构件尺寸必须精确。4.3必须确保焊缝的高度、长度和焊缝质量，每条焊缝必须认真检查，尤其是结构焊缝。施焊人员必须持有特殊工种操作证，并设立专人负责检查验收。4.4格构架附墙处的标高要与楼面层标高基本持平，以增加塔吊附墙杆支座处的水平刚度，同时也方便预埋件的设置和施工。钢丝网分隔窗户洞口浇筑砼封闭模板该部位墙体砼后浇预埋件在标准层处的节点图（图十）4.5构造措施按构造说明施工，必须确保预埋件的埋设符合设计要求，保证预埋件的制作尺寸、锚固长度、焊缝长度与高度达到要求，保证该处砼的密实度和整体性能，砼中