塔式起重機(jī)底架改造設(shè)計(jì)

張曉兵

（江蘇省電力建設(shè)第三工程公司，江蘇鎮(zhèn)江 212003）

塔式起重機(jī)底架改造設(shè)計(jì)

張曉兵

（江蘇省電力建設(shè)第三工程公司，江蘇鎮(zhèn)江 212003）

針對(duì)傳統(tǒng)塔機(jī)固定式基礎(chǔ)存在的較多弊端，采用鋼梁式底架代替承臺(tái)樁式基礎(chǔ)對(duì)其進(jìn)行改造。通過計(jì)算，改造后的底架一字梁和原有的環(huán)梁強(qiáng)度滿足要求，整體剛度也滿足要求。實(shí)踐證明，鋼梁式底架具有很多優(yōu)點(diǎn)，改造具有較高的可行性和實(shí)用性。

塔式起重機(jī)；鋼梁式底架；基礎(chǔ)固定式底架；改造設(shè)計(jì)

0 引言

塔式起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱塔機(jī)）不僅能垂直起吊重物，而且能水平移動(dòng)重物，因此，在大型重物吊運(yùn)中，塔機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。塔機(jī)一般較高，需要在很大空間內(nèi)升降和搬運(yùn)物品，屬于高空危險(xiǎn)作業(yè)設(shè)備。底架承受著上部的所有載荷，在設(shè)計(jì)、制造、安裝等環(huán)節(jié)上稍有疏忽，就可能造成人員傷亡和設(shè)備損毀，因此，底架顯得至關(guān)重要［1-2］。

1 基礎(chǔ)固定式鋼筋混凝土塔機(jī)基礎(chǔ)概述［3］

某公司FZQ2000II型自升塔機(jī)的底架基礎(chǔ)為基礎(chǔ)固定式（如圖1所示），該塔機(jī)基礎(chǔ)由基礎(chǔ)臺(tái)和數(shù)根基礎(chǔ)樁共同組成，底架通過地腳螺栓與基礎(chǔ)臺(tái)連接。

圖1 塔式起重機(jī)方形承臺(tái)基礎(chǔ)

1.1 固定式塔機(jī)基礎(chǔ)安裝方式

通常情況下，固定式塔機(jī)采用現(xiàn)澆式鋼筋混凝土基礎(chǔ)，體積較大，混凝土和鋼筋用量較多，施工程序?yàn)椋海?）打樁；（2）土方開挖；（3）破樁頭；（4）澆筑和振搗混凝土墊層；（5）綁扎基礎(chǔ)底部鋼筋；（6）澆筑和振搗下部一半高度混凝土，安裝塔機(jī)預(yù)埋腳；（7）澆筑和振搗上部一半高度混凝土；（8）養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度；（9）安裝。

1.2 固定式塔機(jī)基礎(chǔ)缺點(diǎn)

從上述基礎(chǔ)安裝方式可以看出，固定式塔機(jī)基礎(chǔ)施工程序較多，過程較復(fù)雜，不足之處主要有以下3個(gè)方面。

（1）浪費(fèi)資源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，普通的塔機(jī)基礎(chǔ)使用不足半年就要被拆除，大量消耗鋼筋混凝土，不僅造成資源浪費(fèi)，也需要更多經(jīng)費(fèi)投入。

（2）污染環(huán)境。拆除塔機(jī)時(shí)，往往將上部基礎(chǔ)鑿掉，取出預(yù)埋腳，而留下下部基礎(chǔ)成為永久性地下障礙物，會(huì)對(duì)地下管線架設(shè)、植物生長(zhǎng)等造成不利影響。

（3）耗時(shí)較長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，塔機(jī)基礎(chǔ)澆搗的施工周期大約為1個(gè)月，如果受到惡劣天氣影響則會(huì)更長(zhǎng)，混凝土澆搗完畢后按標(biāo)準(zhǔn)溫度（20℃）養(yǎng)護(hù)約28 d才能達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，耗費(fèi)了大量時(shí)間，不利于加快工程進(jìn)度，增加了工程成本。

鑒于固定式塔機(jī)基礎(chǔ)存在的不足，作者擬對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造，采用鋼梁式底架替代承臺(tái)樁式基礎(chǔ)。

2 鋼梁式塔機(jī)底架技術(shù)改造設(shè)計(jì)計(jì)算

如圖2所示，將傳統(tǒng)的承臺(tái)樁基礎(chǔ)去掉，保持底架中心環(huán)梁不動(dòng)，采用鋼梁式一字梁和支腿代替固定式基礎(chǔ)及其底架一字梁，通過螺栓將原來的環(huán)梁與4個(gè)改造后的一字梁及其支腿進(jìn)行連接，一字梁與支腿通過球鉸連接，底架下平面即4個(gè)支腿置于堅(jiān)實(shí)平整的混凝土基礎(chǔ)或路基板上，支腿的接地面積可以根據(jù)接地比壓進(jìn)行調(diào)整。

2.1 鋼梁式底架強(qiáng)度和剛度校核［4］

2.1.1 一字梁強(qiáng)度計(jì)算

為了增加底架抗傾覆能力，塔機(jī)底架跨度由原來的L1＝10.86m增加到L2＝16.97m，一字梁上放置4個(gè)壓重塊，輔以抵抗傾覆力矩。由于底架環(huán)梁及以上部分不發(fā)生變動(dòng)，因此上部載荷保持不變。在塔機(jī)自立狀況下，底架處于最危險(xiǎn)工況，此時(shí)豎向力Fsx＝5340kN，不平衡力矩M＝19500kN·m，水平載荷Fsp＝800kN，一字梁上的總壓力為720kN。

圖2 鋼梁式塔機(jī)底架

取靜定外伸梁簡(jiǎn)圖，約束環(huán)梁中心位置處（I和J），載荷施加在一字梁與球鉸連接處兩點(diǎn)（A和D），B和C處為壓重作用點(diǎn)處，垂直和水平載荷作用下計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖3和圖4所示。

圖3 垂直載荷作用下計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖4 水平載荷作用下計(jì)算簡(jiǎn)圖

當(dāng)起重臂與一字梁平行時(shí)，為底架最不利工況，計(jì)算得F1＝2665kN，F(xiàn)2＝365kN，F(xiàn)3＝F4＝-180 kN，F(xiàn)5＝F6＝200kN。

經(jīng)計(jì)算，在垂直和水平載荷作用下I截面為最危險(xiǎn)截面，I截面應(yīng)力計(jì)算如下：

2.1.2 環(huán)梁強(qiáng)度計(jì)算［5］

由于環(huán)梁手算比較復(fù)雜，因此采用有限元軟件計(jì)算其內(nèi)力，如圖5～8所示。

圖5 整體結(jié)構(gòu)彎矩（N·mm）

圖6 垂直載荷作用下環(huán)梁彎矩（N·mm）

垂直載荷作用下環(huán)梁最大彎矩為1.04×1010N·mm，水平載荷作用下環(huán)梁最大彎矩為4.37× 108N·mm，剪力為3.26×106N，出于安全考慮，計(jì)算均取最大彎矩計(jì)算環(huán)梁的強(qiáng)度。

圖7 水平載荷作用下環(huán)梁彎矩（N.mm）

圖8 環(huán)梁剪力（N）

式中：σh為環(huán)梁彎曲應(yīng)力；MF1為環(huán)梁截面垂直方向的彎矩；MF2為環(huán)梁截面水平方向的彎矩；Wxh為環(huán)梁垂直方向截面抗彎模量；Wyh為環(huán)梁水平方向截面抗彎模量；τh為剪切應(yīng)力；Fp為環(huán)梁垂直方向的剪力；Szh為環(huán)梁截面靜矩；Izh為環(huán)梁截面慣性矩；Σδh為環(huán)梁截面腹板厚度總和。

由以上計(jì)算可知，環(huán)梁強(qiáng)度滿足要求。

2.1.3 剛度計(jì)算

由有限元計(jì)算得：底架變形最大部位在環(huán)梁與一字梁連接部位，其值為16.96mm，有限元計(jì)算結(jié)果如圖9所示。

由有限元軟件計(jì)算相同跨度的，且正在使用的FZQ2000型塔機(jī)的底架撓度為18.6mm，因此，改造后的塔機(jī)底架剛度滿足要求。

綜上所述，改造后的塔機(jī)底架一字梁和原有的環(huán)梁強(qiáng)度滿足要求，底架整體剛度也滿足要求，因此改造具有可行性。

2.2 鋼梁式底架優(yōu)點(diǎn)

（1）適用范圍廣。從構(gòu)造角度考慮，鋼梁式底架在安裝時(shí)是直接放置在平整的地面上，根據(jù)地面

所能承受的壓強(qiáng)調(diào)整支腿尺寸，適用大部分地基。

圖9 底架剛度計(jì)算結(jié)果

（2）節(jié)省成本多。首先，這種結(jié)構(gòu)能節(jié)約大量水泥、大沙、石料、鋼筋；其次，受氣象條件影響小，工序簡(jiǎn)單，縮短了安裝時(shí)間，加快了施工進(jìn)度，從而有效降低了建設(shè)總成本。

（3）社會(huì)影響好。對(duì)比固定式基礎(chǔ)，底架拆除操作非常簡(jiǎn)單、快捷，施工操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度小，消除了傳統(tǒng)混凝土塔機(jī)基礎(chǔ)所需的爆破等工序，危險(xiǎn)系數(shù)低，施工現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)殘留障礙物，有利于環(huán)保。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用鋼梁式底架代替承臺(tái)樁式基礎(chǔ)，節(jié)省了開支、減少了污染，且改造后的底架接地比壓小，更能適應(yīng)不同的場(chǎng)地要求，因此，改造設(shè)計(jì)鋼梁式底架有很大的必要性和可行性。

［1］張質(zhì)文，王金諾，程文明.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.2版.北京：中國(guó)鐵道出版社，2013.

［2］GB／T3811—2008起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］曾新云.塔吊基礎(chǔ)研究綜述［J］.工程設(shè)計(jì)，2009，23（5）：662-664.

［4］陳大軍.鋼十字梁裝配式塔吊基礎(chǔ)理論分析和應(yīng)用研究［D］.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2010.

［5］劉國(guó)慶，楊慶東.ANSYS工程應(yīng)用教程——機(jī)械篇［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2003.

（本文責(zé)編：白銀雷）

TH218

A

1674-1951（2015）09-0005-03

張曉兵（1969—），男，江蘇如皋人，工程師，從事電力工程建設(shè)方面的工作（E-mail：zhangxiaobing＠powneer.com）。

2014-12-29；

2015-08-11