一種塔機(jī)附著懸挑梁設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

彭琳琳 （安徽建筑機(jī)械有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230601）

0 引言

蕪湖某一高層建筑工程施工項(xiàng)目規(guī)劃總用地面積118203.5m，約11.8hm（177畝），總建筑面積約27萬(wàn)m，其中住宅建筑面積201872m，綠地率不低于35%。規(guī)劃內(nèi)住宅包括洋房、高層、小高層、疊墅四種類型。其中32#樓，地上27層，地下一層，機(jī)房頂層高度82.8m，標(biāo)準(zhǔn)層高。

根據(jù)項(xiàng)目施工組織總設(shè)計(jì)，規(guī)劃在32#樓安裝一臺(tái)QTZ80(QTZ5610）塔機(jī)。如圖1所示。當(dāng)建筑物樓層到達(dá)11層時(shí)，需在塔機(jī)和建筑物之間設(shè)置一道附著裝置，以保證塔身鋼結(jié)構(gòu)平衡，不能失穩(wěn)。QTZ5610塔機(jī)標(biāo)配為三桿式附著裝置，需兩個(gè)附著連接支座設(shè)置點(diǎn)，且附著裝置兩邊桿與墻面允許角度：40°～70°。但由于現(xiàn)場(chǎng)施工人員考慮欠妥，錯(cuò)誤的定位了塔機(jī)基礎(chǔ)的位置，導(dǎo)致塔機(jī)西邊附著桿無(wú)法正常在建筑物上附著。因此，針對(duì)此類情況需確定一個(gè)安全可靠的附著方案。

圖1 QTZ80(QTZ5610)塔機(jī)現(xiàn)場(chǎng)布置圖

1 塔機(jī)附著懸挑梁設(shè)計(jì)

1.1 塔機(jī)附著桿布置方案確定

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)塔機(jī)基礎(chǔ)實(shí)際定位點(diǎn)可知：塔機(jī)中心距建筑物表面3.6m，塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)西邊主桿外圓距西邊剪力墻外墻面0.4m。考慮到塔機(jī)三桿式附著的受力特點(diǎn)，將雙桿附著點(diǎn)設(shè)置在塔機(jī)東邊的剪力墻上，角度分別為54.57°、38.12°，滿足規(guī)范要求。單桿附著點(diǎn)需沿塔機(jī)西邊剪力墻向外延伸，直至與墻面夾角約65°，并設(shè)計(jì)成空間三角形結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，如圖2所示。需要注意的是因東邊剪力墻墻面寬度不夠，附著連接支座不能像正常情況一樣使用穿墻螺栓連接，需提前進(jìn)行螺栓預(yù)埋。

圖2 塔機(jī)附著桿布置示意圖

1.2 塔機(jī)附著懸挑梁結(jié)構(gòu)介紹

為了滿足此類塔機(jī)附著桿附著條件，設(shè)計(jì)了一種向外延伸的懸挑梁結(jié)構(gòu)，以保證塔機(jī)可以順利加節(jié)，工程可以繼續(xù)施工。

初步設(shè)計(jì)構(gòu)思，懸挑梁為一個(gè)整體的空間三角形結(jié)構(gòu)，即上部為平面三角形結(jié)構(gòu)，其一直角邊梁水平固定于剪力墻上，另一直角邊梁垂直于剪力墻向西懸挑延伸；下端焊接有固定于剪力墻的立桿，立桿和三角架之間焊接有斜撐桿。因附著桿調(diào)節(jié)距離有限，為了保證可以順利安裝，工廠制作時(shí)將水平結(jié)構(gòu)三角架、立桿、斜撐桿分別加工，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，安裝人員先將三角架和立桿定位好，用穿墻螺栓緊固，然后將連接處焊接在一起，最后將斜撐桿焊接在三角架和立桿之間?？紤]到一般施工現(xiàn)場(chǎng)條件有限，配焊比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，操作難度較大，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝人員要求較高，因此，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。

優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)將原來(lái)的整體拆分為三角架、斜撐桿和立桿三個(gè)部件，組裝后形成空間三角形架構(gòu)，如圖3所示。各部件相互獨(dú)立，現(xiàn)場(chǎng)只需通過(guò)銷軸簡(jiǎn)單連接組裝，無(wú)需配焊，安裝方便快捷，省時(shí)省力。

圖3 懸挑梁優(yōu)化結(jié)構(gòu)示意圖

①三角架：主體結(jié)構(gòu)由25b槽鋼拼焊形成平面三角形結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性強(qiáng)。三角架靠墻直角邊槽鋼上設(shè)置有4排8個(gè)M30的穿墻螺栓通孔，用于固定在剪力墻上；另一直角邊槽鋼垂直于剪力墻懸挑向外，懸挑端的外側(cè)面和下方均設(shè)置有連接耳板，分別用于連接附著桿和下方斜撐桿。垂直于墻面的直角邊槽鋼內(nèi)槽口封板，增加強(qiáng)度。

②立桿：由25b槽鋼和封板拼焊形成空心桿件結(jié)構(gòu)。空心桿中部焊接有連接斜撐桿的耳板，空心桿上設(shè)置有4排8個(gè)M30穿墻螺栓通孔，用于固定在剪力墻上。立桿上端與三角架下平面有一定距離，安裝時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)其位置進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，具有一定靈活性。

③斜撐桿：采用25b槽鋼和間斷的封板拼焊而成。兩端頭設(shè)置有連接耳板，一端與三角架連接，另一端與立桿連接。

2 塔機(jī)附著懸挑梁受力分析

2.1 附著桿簡(jiǎn)要受力說(shuō)明

附著裝置布置方式采用在附著平面內(nèi)以三根不相交于一點(diǎn)的剛性附著桿所構(gòu)成的靜定結(jié)構(gòu)，附著框采用QTZ5610塔機(jī)標(biāo)準(zhǔn)附著框；附著桿采用兩根等截面格構(gòu)式框架連接組成整個(gè)撐桿，撐桿截面尺寸為180×180mm，主材采用∠50x5，綴條∠30x3；附著桿與附著框通過(guò)φ35銷軸連接。

附著受力簡(jiǎn)圖見附圖2。

P:塔機(jī)作用于附著平面上的最大水平力；

T:基礎(chǔ)所受的扭矩，其數(shù)值由塔機(jī)說(shuō)明書提供；

α:P力作用方向角，即風(fēng)力的方向，其取值范圍是0≤α≤2π；

N、N、N:附著桿對(duì)塔身附著框的支承反力。

按平面力系平衡方程：Σx=0，Σy=0，ΣM=0，列出N、N、N的聯(lián)立方程式，并對(duì)各函數(shù)求導(dǎo)，取dF/dα=0，求出各桿的最大受力：N=211kN;N=-144kN;N=-131kN，附著桿、連接銷軸及附著連接支座穿墻螺栓受力驗(yàn)算滿足要求（步驟略）。

2.2 懸挑梁受力分析

根據(jù)以上介紹及圖3示意圖，現(xiàn)對(duì)懸挑梁進(jìn)行驗(yàn)算，具體分析過(guò)程如下：

附著桿所承受的軸向力可能是拉力也可能是壓力，并且絕對(duì)值相等，但附著桿的最大值并不同時(shí)出現(xiàn)。對(duì)懸挑梁受力分析時(shí)按最不利情況分析，即當(dāng)N=131kN。三角架是懸挑梁受力主體，其橫梁選用槽鋼[25b并在槽口貼δ14封板,斜梁選用槽鋼[25b,固定梁選用槽鋼[25b。

三角架截面特性：

A=72.15㎝，A=39.91㎝，A=39.91㎝；A=151.97㎝

I=716㎝，I=196㎝，I=3530㎝

L=39.18㎝，L=70.82㎝

三角架截面慣性矩：

I=315365㎝

回轉(zhuǎn)半徑：

抗彎截面系數(shù)：

則長(zhǎng)細(xì)比：

λ=2×79.4/45.55=3.486

經(jīng)查表（b類截面軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)）得：ψ=0.999

三角架彎矩：M=0.794×Nsin65°＋0.492×Ncos65°

=94.27+27.24=121.51kN·m

軸向壓力：N=Ncos65°=55.36kN

三角架的穩(wěn)定性：

σ=55360/(0.999×151.97×10)+121510000/（8049×10）

=3.64+15.10

=18.74(MPa)＜175MPa

σ=55360/(0.999×151.97×10)+121510000/（4453×10）

=3.64+27.29

=30.93(MPa)＜175MPa

從以上驗(yàn)算可知：三角架是滿足安全使用要求的。

另注：因三角架重量約200kg,重量較小，在此不驗(yàn)算斜撐強(qiáng)度。

因此，懸挑梁可安全使用。

3 懸挑梁安裝注意事項(xiàng)

①懸挑梁的安裝屬于高空作業(yè)，因此，必須要求專業(yè)人員安裝。

②安裝人員要做好自身防護(hù)，遵守高空作業(yè)有關(guān)安全操作規(guī)程，防止高空墜落事故發(fā)生。

③安裝前，必須先確定該墻體結(jié)構(gòu)符合附著安裝技術(shù)條件。

④安裝時(shí)要有工地專職安全員在場(chǎng)，如遇現(xiàn)場(chǎng)安裝條件不滿足要求，應(yīng)及時(shí)反映溝通。

⑤安裝時(shí)應(yīng)先確定三角架及立桿安裝位置，在剪力墻上對(duì)螺栓孔位置做標(biāo)記并鉆通孔；然后安裝三角架和立桿，穿入穿墻螺栓，兩端頭雙螺母緊固；最后安裝斜撐桿，插入連接銷軸，并用開口銷鎖緊。

⑥安裝完成后，經(jīng)各方檢查驗(yàn)收，并有書面驗(yàn)收簽單記錄。

由于各工地情況不同，所制作的懸挑梁僅適用于當(dāng)前工地，并不能反復(fù)使用，且制作費(fèi)、安裝費(fèi)不低，額外增加了工程成本。因此，需正確對(duì)待塔機(jī)定位，必要時(shí)協(xié)同相關(guān)專業(yè)人員共同制定塔機(jī)布置方案，避免麻煩。

4 結(jié)束語(yǔ)

在建筑施工中，因各種原因需定制塔機(jī)非標(biāo)附著的情況非常多，以制作非標(biāo)附著桿最為常見。本文介紹的懸臂梁是一種較為特殊的非常規(guī)附著形式，可為不能正常附著于剪力墻的附著桿提供輔助支撐。此結(jié)構(gòu)安裝簡(jiǎn)單、方便、快捷，不需要現(xiàn)場(chǎng)配焊。本塔機(jī)使用近兩年，現(xiàn)已拆除，使用期間尚未發(fā)現(xiàn)任何附著問(wèn)題，證明此種形式附著是安全可靠的，可為今后類似的工程施工提供參考和借鑒。