塔機(jī)附著裝置設(shè)計中常見的安全隱患

嚴(yán)尊湘

（鎮(zhèn)江市建筑機(jī)械協(xié)會，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

塔機(jī)附著裝置的作用是減小塔身計算長度，把作用在塔身上的水平力和扭矩，通過附著裝置傳遞到建筑結(jié)構(gòu)上。這樣就形成了一個力傳遞鏈：塔身－附著框－附著桿－墻座－建筑結(jié)構(gòu)。在這個力傳遞鏈中，任何一個鏈環(huán)遭到破壞，整個力傳遞鏈?zhǔn)В赡芤l(fā)安全事故。

附著裝置是非標(biāo)準(zhǔn)件。每次安裝前，應(yīng)根據(jù)塔機(jī)與建筑物的相對位置及建筑結(jié)構(gòu)外形進(jìn)行專項設(shè)計。因附著裝置引起的塔機(jī)事故時有發(fā)生。

附著裝置的安全問題，已經(jīng)引起建筑安全監(jiān)管部門的重視。對超長附著裝置，有些地方要求進(jìn)行專項施工方案專家論證。但論證的重點，往往偏重于附著桿強(qiáng)度的設(shè)計計算。

結(jié)合本人在施工現(xiàn)場所見的一些隱患，現(xiàn)進(jìn)行簡單的受力分析，以饗讀者。希望能引起附著裝置設(shè)計人員和塔機(jī)租賃公司管理者的重視。

1 附著桿兩端增加十字接頭

某塔機(jī)制造公司設(shè)計、制造的塔機(jī)附著裝置，在附著桿兩端增加了十字接頭，如圖1所示。

圖1 附著桿兩端增加了十字接頭

當(dāng)附著框與墻座不在同一高度時，可以調(diào)節(jié)附著桿兩端的高度。但是，這樣的附著桿已不是力學(xué)意義上的二力桿，受拉則長，受壓則短。從力學(xué)角度分析，在一定范圍內(nèi)，既不能承受軸向拉力更不能承受軸向壓力，起不到固定塔身位置的作用，失去了附著桿的基本功能。

2 附著桿接頭與附著框的結(jié)構(gòu)型式不匹配

目前多數(shù)附著框上不設(shè)置銷座，取而代之的是將2 塊銷座耳板直接焊接在附著框的上下2 個平面上，兩塊耳板間的凈間距取決于附著框材料規(guī)格，銷軸較長。

圖2（a）中，受重力作用，附著桿隔板落在附著框下耳板上。在右側(cè)的受力分析圖中，把銷軸視為一根簡支梁，由于b＞a，因此下耳板的受力遠(yuǎn)大于上耳板，下耳板存在破壞的風(fēng)險。

有些塔機(jī)安裝人員也意識到圖2（a）存在的風(fēng)險，在附著框下耳板與附著桿耳板之間，墊一個厚墊圈，如圖2（b）所示。用這種方法解決上、下耳板受力不均問題。此狀態(tài)，銷軸承受的最大彎矩值Mb＝Nl/4，由此可以看出，銷軸越長（即l越大）作用于銷軸上的彎矩值也越大，即使力N值不變，銷軸直徑也應(yīng)隨著l長度的變化而增大。這種方法的另一個缺陷是，厚墊圈是活動的，安裝附著裝置時，有可能漏裝。

圖2 附著桿與附著框連接方式及受力示意

解決這一問題的較好方法是，將附著桿接頭設(shè)計成雙耳板，在兩塊耳板之間焊一個襯管，如圖2（c）所示。兩塊耳板對銷軸的作用彎矩分別是：?？梢宰C明Mc1和Mc2均小于Mb，這里不再贅述?？梢暂^好地解決銷軸受破壞的風(fēng)險。

圖2（c）中，附著框兩塊耳板間的內(nèi)尺寸為h1，附著桿兩塊耳板間的外尺寸為h2，兩者之間的間隙s＝h1-h2＝20mm 為宜。間隙過小，不便安裝附著桿；間隙過大，不利于銷座耳板和銷軸受力。

3 附著桿調(diào)節(jié)螺桿過于細(xì)長

附著桿應(yīng)該設(shè)置調(diào)節(jié)螺桿，用于微調(diào)附著桿的長度。但是有些調(diào)節(jié)螺桿過于細(xì)長，應(yīng)力集中易彎折，成為附著桿的強(qiáng)度薄弱環(huán)節(jié)。

某工程1 臺QTZ63 塔機(jī)，用2 根16a 普通槽鋼拼焊成160mm×160mm的雙肢格構(gòu)式附著桿。附著桿上配置M60 調(diào)節(jié)螺桿，如圖3（a）所示。

圖3 設(shè)計附著桿應(yīng)驗算調(diào)節(jié)螺桿的強(qiáng)度和剛度

雙肢16a 普通槽鋼，截面面積A＝43.91cm2，截面慣性矩Ix＝1732cm4，Iy＝1840cm4，截面模量Wx＝217cm3，Wy＝230cm3，回轉(zhuǎn)半徑ix＝6.28cm，iy＝6.47cm。

M60 螺桿，螺紋有效直徑d1＝54.046mm，有效截面面積Ae＝22.94cm2，截面慣性矩I＝41.88cm4，截面模量W＝15.50cm3，回轉(zhuǎn)半徑i＝1.35cm。

比較上述兩組數(shù)據(jù)，M60 螺桿的材料截面特性比雙肢16a 槽鋼的截面特性小很多，成為附著桿的強(qiáng)度薄弱環(huán)節(jié)，是附著桿在調(diào)節(jié)螺桿處彎折的原因。

針對圖3（a）中存在的這一薄弱環(huán)節(jié)，采取了局部加強(qiáng)措施。將塔身垂直度調(diào)整到允許偏差范圍內(nèi)，用4 根┕40×4 等邊角鋼焊接在調(diào)節(jié)螺桿兩端的端板上，進(jìn)行臨時加強(qiáng)，如圖3（b）所示。

4 隨意加長墻座耳板

墻座是力學(xué)意義上的鉸座，其作用是將附著桿的作用力傳遞到建筑結(jié)構(gòu)上。墻座銷孔中心至墻座底板的尺寸ha，大于附著桿耳板輪廓半徑20～30mm 為宜，如圖4（a）所示。

圖4 附著桿與墻座的連接及受力分析

在某些塔機(jī)安裝人員中，流傳著一句口頭禪：“桿不夠耳板湊?！币馑际?，當(dāng)附著桿的長度不足時，可以用加長耳板長度的方法來解決。他們不僅加長附著桿的耳板，有時甚至接長墻座的耳板。這樣做簡單省事，但是存在很大的安全隱患。

某工地安裝的1 臺QTZ40，附著桿的長度不足。安裝人員沒有重新設(shè)計制作附著桿，而是將墻座的耳板做得很長（大于500mm），替代附著桿的長度，如圖4（b）所示。

圖4（b）的做法是錯誤的，也是危險的。圖4（c），附著桿對墻座的作用力N可以分解為平行于底板的分力Nx和垂直于底板的分力Ny。Nx對墻座底面產(chǎn)生力矩，圖4（a）中的力矩值Ma＝Nxha，圖4（b）圖中的力矩值Mb＝Nxhb。由于hb值數(shù)倍于ha，因此Mb值也數(shù)倍于Ma值。在如此大的力矩作用下，墻座固定螺栓可能被拉斷，墻座耳板與底板之間的連接焊縫也可能遭到破壞。

5 綴條重心線與結(jié)構(gòu)分肢重心線上不相交

用綴條連接的格構(gòu)式附著桿，綴條的重心線應(yīng)相交于結(jié)構(gòu)分肢的重心線上。

有的4 肢角鋼附著桿，用角鋼做綴條。但是綴條的重心線交點不在分肢角鋼的重心線上，如圖5（a）所示。

圖5 角鋼綴條重心線與分肢重心線位置

這樣的附著桿分肢不僅承受軸向力，而且增加了一個附加彎矩，與壓彎構(gòu)件的計算模式不符。如果仍然套用壓彎構(gòu)件計算公式去計算，得到的必然是一個與實際受力狀況不符的計算結(jié)果。

角鋼綴條的重心線應(yīng)相交于分肢重心線上，如圖5（b）所示。為了滿足焊縫長度要求，通常需要在分肢角鋼的邊緣貼焊連接板，連接板的厚度與分肢材料的厚度相同。