塔式起重機的扶墻與地梁設計探討

趙廣平ZHAO Guang-ping

（山東省聊城市東昌府區(qū)，252000）

（Dongchangfu District，Liaocheng City，Shandong Province，252000，China）

0 引言

塔式起重機是目前建筑施工工程現(xiàn)場的主要運輸機械，隨著建筑業(yè)的迅猛發(fā)展，塔機的需求量大幅增加，生產企業(yè)的競爭日趨激烈，保證生產質量、降低生產成本、充分滿足顧客需求已成為企業(yè)生存和發(fā)展的重要因素。最大限度滿足顧客需求，充分保障施工安全，從而贏得用戶，拓寬市場，已成為大勢所趨。在實際使用過程中，每一臺塔式起重機的位置都是不同的，因為對應建筑物的不同，而導致每一臺塔式起重機的基礎選擇，高度選擇千差萬別，也就對應產生了塔式起重機的地梁與扶墻設計。

1 塔式起重機底架的設計與選用

目前，相當大部分的施工工程現(xiàn)場由于周邊建筑物多，可利用場地狹窄，采用傳統(tǒng)的十字梁底架安裝塔式起重機，阻礙了工程的正常施工或不能滿足工程施工需要，因而必須采用占地面積較小的其他底架結構形式。井字梁底架是既經濟方便又安全可靠的首選結構形式。井字梁底架是由國標型鋼和加強板組合焊接而成，將塔身傳來的各種載荷通過地腳螺栓傳入混凝土基礎，其強度和安全性已經在前期設計中得到保證，不再進行考慮，這里重點分析塔身的受力情況。

塔身主要承受起重機上部傳來的壓力、彎矩及風載荷，是一個典型的壓彎格構柱，為四主肢格構式結構。通過受力分析可知：在最惡劣的工況下，塔身最大的受力部位在基礎節(jié)，而基礎節(jié)的強度關鍵取決于主肢的強度、剛度和穩(wěn)定性，下面我們就QTZ40 塔機基礎節(jié)的主肢進行設計計算：已知基礎節(jié)主肢型材的許用安全系數為1.48，許用應力為；原設計主肢坯材：∠160×12 等邊角鋼，截面參數A=3744.1mm2，I=9165800mm4。計算結果：主肢長細比λ=22.22，查i=49.5mm。

查表得：穩(wěn)定性系數φ=0.977，根據計算公式求得基礎節(jié)主肢的最大應力為。底架形式為十字梁結構，有斜撐。

選用占地面積較小的井字梁底架，加強主肢強度和剛度，減少主肢應力，在主肢內側扣焊一件∠100×10 的等邊角鋼，主肢截面形式如圖1。

圖1

計算結果：主肢長細比λ=13.80，查表得：穩(wěn)定性系數φ=0.991，根據計算公式求得加強后的基礎節(jié)主肢的最大應力為。

通過以上計算應力和許用應力的對比，可以驗證主肢的的強度和剛度得到了大幅度提高，從而很好的保證了井字梁底架塔機的安全性能。

對于采用井字梁基礎的塔式起重機有如下要求：①要求地耐力不低于250 千牛每平方米，混凝土等級為C35，混凝土強度等級不低于42.5R（GB175），鋼筋隱蔽工程符合GB50204 相關條文。②要求基礎為5200×5200×1300，重量不低于80 噸，體積不小于35.1 立方米。在特殊地帶基礎挖坑無法達到圖紙設計要求時，要經過生產廠家的專業(yè)技術人員設計，才能改變基礎的形狀，以達到塔式起重機穩(wěn)定性，其傾翻力矩公式為。③對混凝土基礎應由施工方，使用方，工程監(jiān)理共同驗收，達到合格標準。

選用十字梁，其優(yōu)點是：①便于施工，在十字形的地槽內，安裝鋼筋方便，澆制混凝土時，便于振動棒操作，沙石勻實。②基礎支持面積大，穩(wěn)定性好。③斜支撐使塔機受力傳到基礎的四個邊角。

其缺點是，對地耐力要求較高，不低于每平方米300千牛，不適合用與沙土地。在基礎下面要預拌30 公分的灰土，用來增加塔機基礎預防沉降的能力。

2 塔式起重機附著裝置的設計與選用

隨著施工工程的設計高度逐漸增高，在用塔式起重機普遍采用了外墻附著的安裝形式。由于受到施工場地的制約或施工工程的特殊需要，很多塔機和建筑物的距離超過標準設計的一倍乃至更多，這就需要對附著撐桿重新進行設計計算。以QTZ40 型塔機為例，附著裝置形式為三撐桿設計形式，撐桿截面形狀為兩[12 槽鋼對扣隔加連板組焊而成，整桿長細比λ 值為53.2，穩(wěn)定性系數φ 值為0.875，計算結果強度、剛度均滿足要求。如果塔機距建筑物的距離達到標準設計的兩倍，附著撐桿則采用四件∠50×5 的等邊角鋼加φ12普圓組焊而成，撐桿的截面形狀及尺寸如圖2。

圖2

計算得：整桿長細比λ 值為47.8，穩(wěn)定性系數φ 值為0.896。根據計算公式求得惡劣工況下?lián)螚U的最大應力為，對比撐桿型材的許用安全系數1.34，許用應力，本撐桿的強度、剛度、穩(wěn)定性滿足受力要求，而且自重單位質量比原設計輕了近1/4。根據以上計算結果，驗證了塔機附著裝置的安全性能。

對于附著裝置的選擇有以下要求：①附著裝置要求使用專業(yè)廠家制造的合格產品。附帶安裝說明書。②附著裝置的最上部塔式起重機的自由懸空高度不得超過8 個標準節(jié)。兩道附著裝置之間距離不得超過8 個標準節(jié)。③在墻體預埋地腳螺栓的強度不低于設計要求，墻體的混凝土強度不低于C30，預埋螺栓要與墻體鋼筋相連，并且做好加固工作。④安裝人員應當接受培訓，具有相應資格。

在安裝附著裝置時，應當用經緯儀檢查塔身軸線的側向垂直度，在全高上不得大于3/1000，可以通過調整附著撐桿的長度達到，每套附著裝置的四根撐桿應盡量保持在同一水平面上。建筑物附著點的高度應與相應標準節(jié)的附著鉸座在同一高度位置，誤差不大于±100mm，附著撐桿與塔身節(jié)及建筑物附著點鉸接應可靠，各連接螺栓應緊固好，附著撐桿長度調整好后，調節(jié)螺母應鎖緊，工作過程中應經常檢查是否松動，發(fā)現(xiàn)異常即刻停機，采取措施加以解決。

附著架按照塔機中心線距離建筑物4 米的距離設置，若實際使用時與設計值不符，可適當加長或減短撐桿但必須進行嚴格計算或與供應商聯(lián)系，撐桿與建筑物的連接方式可以根據實際情況而定。用戶和安裝單位應按照工程需要，根據附著裝置的尺寸、結構和提供的強度載荷數據。

3 結語

塔式起重機制造歸質量監(jiān)督部門管理，而塔式起重機的使用監(jiān)管是國家建筑主管部門負責的，國家建筑主管部門也制定法規(guī)要求塔式起重機的基礎和扶墻設計必須有原生產廠家進行。但是該制度執(zhí)行不是很到位，會造成一定程度的安全隱患，有待各部門協(xié)調解決。

[1]GB/T3811，塔式起重機設計規(guī)范[S].

[2]GB/T5031-2008，塔式起重機[S].

[3]塔式起重機幅度、高度監(jiān)控裝置[Z].國家科技成果.