分體式塔機(jī)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換座技術(shù)研究

彭琳琳 （安徽建筑機(jī)械有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230001）

1 引言

塔機(jī)是建筑施工中重要的起重機(jī)械之一。塔機(jī)的塔身一般包含基礎(chǔ)節(jié)、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，塔機(jī)基礎(chǔ)節(jié)下端設(shè)置有連接底板，與塔機(jī)基礎(chǔ)上提前預(yù)埋的地腳螺栓連接，上端設(shè)置有連接套，與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)相連。由于塔機(jī)基礎(chǔ)起到固定整個(gè)塔機(jī)的作用，關(guān)系著整個(gè)塔機(jī)的安全性和穩(wěn)定性，是塔機(jī)一個(gè)至關(guān)重要的組成部分。目前，工地上最為常見(jiàn)的塔機(jī)基礎(chǔ)是混凝土基礎(chǔ)，由混凝土和鋼筋澆筑而成，這種基礎(chǔ)施工周期長(zhǎng)，且成本較高。

在實(shí)際工程施工中，常會(huì)遇到不同施工階段需使用不同型號(hào)塔機(jī)的情況，這就面臨著需要在原塔吊基礎(chǔ)上安裝另一種型號(hào)塔機(jī)的問(wèn)題。由于不同型號(hào)的塔機(jī)基礎(chǔ)尺寸及預(yù)埋地腳螺栓位置尺寸、螺栓規(guī)格都有所不同，若將原塔機(jī)基礎(chǔ)拆除，再重新澆筑新的基礎(chǔ)，不僅工期長(zhǎng)，而且需耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力，不是最佳施工方案。因此本文提供了一種新的鋼結(jié)構(gòu)——分體式塔機(jī)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換座，可解決上述問(wèn)題。

2 分體式塔機(jī)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

眾所周知，常見(jiàn)塔機(jī)的混凝土基礎(chǔ)為預(yù)埋地腳螺栓混凝土基礎(chǔ)、十字梁或井字梁底架混凝土基礎(chǔ)、預(yù)埋小標(biāo)準(zhǔn)節(jié)混凝土基礎(chǔ)、預(yù)埋錨柱式混凝土基礎(chǔ)等。其中，預(yù)埋地腳螺栓混凝土基礎(chǔ)和十字梁或井字梁底架混凝土基礎(chǔ)，均需在混凝土澆筑前按塔機(jī)說(shuō)明書(shū)要求預(yù)埋地腳螺栓，然后在其上安裝基礎(chǔ)節(jié)、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)或十字梁、井字梁底架，雙螺母緊固。

2.1 預(yù)埋地腳螺栓式混凝土基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換座

當(dāng)原塔機(jī)基礎(chǔ)為預(yù)埋地腳螺栓式混凝土基礎(chǔ)時(shí)，可使用圖1結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換座。主要由頂板、連接立柱、底板以及筋板拼焊而成。底板和頂板上均設(shè)置有孔，底板孔位置與原塔機(jī)基礎(chǔ)預(yù)埋地腳螺栓位置相匹配，頂板孔與將要安裝的塔機(jī)基礎(chǔ)節(jié)或者標(biāo)準(zhǔn)節(jié)下端孔位置相匹配。

圖1 預(yù)埋地腳螺栓式混凝土基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換座

2.2 井字梁底架式混凝土基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換座

當(dāng)原塔機(jī)配置的是井字梁底架式混凝土基礎(chǔ)時(shí)，由于原底架自身結(jié)構(gòu)原因，預(yù)埋的地腳螺栓數(shù)量較多，露出混凝土表面也較高，且與新安裝的塔機(jī)基礎(chǔ)節(jié)或標(biāo)準(zhǔn)節(jié)腹桿干涉，故采用雙層壓板結(jié)構(gòu)。上層結(jié)構(gòu)與將要安裝的基礎(chǔ)節(jié)或標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接，頂板上設(shè)置有與之連接的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)或基礎(chǔ)節(jié)相匹配的孔；下層結(jié)構(gòu)與地腳螺栓連接，通過(guò)壓板壓緊，上下層結(jié)構(gòu)均設(shè)置有筋板及連接立柱。壓板外側(cè)設(shè)置有擋板，防止轉(zhuǎn)換座竄動(dòng)。

圖2 井字梁底架式混凝土基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換座

每套轉(zhuǎn)換座由4個(gè)分體式轉(zhuǎn)換座組成，分別安裝在塔機(jī)底部4個(gè)基礎(chǔ)節(jié)底板或標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接套上。相比較整體式結(jié)構(gòu)，分體式結(jié)構(gòu)體積較小，重量較輕，方便加工制作，安裝也較靈活，可適度進(jìn)行位置微調(diào)。

3 分體式塔機(jī)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換座受力驗(yàn)算

以合肥某建筑工地為例，該項(xiàng)目原使用的是安徽建筑機(jī)械有限責(zé)任公司生產(chǎn)的QTZ6013塔機(jī)，已拆除，現(xiàn)需要在此基礎(chǔ)上安裝安徽建筑機(jī)械有限責(zé)任公司QTZ5610塔機(jī)。

經(jīng)分析：QTZ6013塔機(jī)配置的是標(biāo)準(zhǔn)預(yù)埋地腳螺栓混凝土基礎(chǔ)，其尺寸為5.3m×5.3m×1.3m，預(yù)埋地腳螺栓規(guī)格M42，基礎(chǔ)節(jié)截面尺寸1.7m×1.7m，基礎(chǔ)節(jié)連接底板的螺栓孔位置尺寸350mm×350mm,地腳螺栓露出混凝土表面高度150mm。QTZ5610塔機(jī)標(biāo)配的預(yù)埋地腳螺栓混凝土基礎(chǔ)尺寸為5.0m×5.0m×1.25m，預(yù)埋地腳螺栓規(guī)格 M39,基礎(chǔ)節(jié)截面尺寸1.6m×1.6m。由此可知，QTZ6013塔機(jī)基礎(chǔ)尺寸比QTZ5610塔機(jī)大，滿(mǎn)足QTZ5610塔機(jī)使用要求。將QTZ5610基礎(chǔ)節(jié)放在QTZ6013塔機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行模擬，設(shè)計(jì)出分體式預(yù)埋地腳螺栓式混凝土基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換座，如圖3所示。

圖3 QTZ6013塔機(jī)基礎(chǔ)安裝QTZ5610塔機(jī)基礎(chǔ)節(jié)轉(zhuǎn)換座

共需圖3基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換座4個(gè)，以保證塔機(jī)安裝。現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換座及連接的M39高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行驗(yàn)算：

3.1 轉(zhuǎn)換座的強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核

根據(jù)QTZ5610說(shuō)明書(shū)：

塔機(jī)工作狀況下：水平力15.8kN，垂直壓力472kN，彎矩1265kN·m；

非工作狀況下：水平力63.70kN，垂直壓力為416.2kN，彎矩為1462kN·m；

因水平力較小，計(jì)算時(shí)不予考慮。

以上說(shuō)明書(shū)中彎矩?cái)?shù)值為塔機(jī)對(duì)角線方向計(jì)算得出的最大值，按QTZ5610塔機(jī)塔身截面1.6m×1.6m可得對(duì)角線長(zhǎng)度為2.26m，以下所有驗(yàn)算都是從對(duì)角線方向考慮，并選用非工作狀態(tài)下載荷進(jìn)行驗(yàn)算。

3.1.1 轉(zhuǎn)換座整體截面平均壓應(yīng)力

對(duì)角線方向轉(zhuǎn)換座最大壓力為：

F=416.2+1462/2.26=1063.1kN

垂直方向上基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換座截面積為：

S=0.18×0.02×4+0.0047 （φ121×14管截面積）=0.0191m

垂直方向平均壓應(yīng)力：

綜上所述：φ121×14主管和δ20筋板（Q235）強(qiáng)度滿(mǎn)足使用要求。

3.1.2 φ121×14主管單肢壓彎穩(wěn)定性

φ121×14主管單肢的截面特性：A=47cm

I=I=685cm,r=3.82cm

則換算長(zhǎng)細(xì)比：

查表《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T13752)附錄H.2得軸心受壓結(jié)構(gòu)件的穩(wěn)定性系數(shù)：

φ=0.994

φ121×14圓管壓力為：

F=1063.1×0.0047/0.0191

=261.6kN

壓彎穩(wěn)定性:

綜上所述：φ121主管穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。

3.1.3 焊縫計(jì)算

由圖可得轉(zhuǎn)換座角焊縫長(zhǎng)度為：

l=230×2×2+180×2×2

=1640mm=164cm

焊縫的厚度：h=14mm

焊縫的計(jì)算面積：A=0.7hl=0.7×1.4×164=160.72cm

焊縫的驗(yàn)算公式為:

故焊縫強(qiáng)度足夠，安全。

3.2 M39高強(qiáng)度連接螺栓計(jì)算

根據(jù)《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T13752）計(jì)算公式,單根高強(qiáng)度螺栓極限拉力：

σ：螺栓屈服點(diǎn)，對(duì)于10.9級(jí)螺栓，選最低值900N/mm；

A：螺栓有效截面積，M39螺栓查表得976mm；

γ：抗力系數(shù)，取為1.1；

β：載荷分配系數(shù)，經(jīng)計(jì)算取0.427。

計(jì)算可得：

按塔機(jī)說(shuō)明書(shū)可得塔機(jī)垂直壓力為416.2kN，單個(gè)轉(zhuǎn)換座承受壓力為104.05kN，可得極限狀態(tài)轉(zhuǎn)換座最大拉力為：

F=1462/2.26-104.05=542.85kN

單根螺栓最大拉力為542.85/4=135.71kN＜374kN

故轉(zhuǎn)換座所用10.9級(jí)M39螺栓可滿(mǎn)足要求及安全。

注：上述內(nèi)容里計(jì)算公式及相應(yīng)參數(shù)全部取自《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T13752-2017）。

綜上所述，轉(zhuǎn)換座及螺栓可滿(mǎn)足強(qiáng)度或穩(wěn)定性要求，塔機(jī)可安全使用。

4 分體式塔機(jī)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換座安裝工藝

由于塔機(jī)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換座屬于非標(biāo)件，廠家說(shuō)明書(shū)中不會(huì)有此部件的介紹，因此現(xiàn)場(chǎng)安裝人員需特別注意，切不可違規(guī)操作。具體安裝工藝：

①安裝前需明確原塔機(jī)基礎(chǔ)完好無(wú)損，塔機(jī)預(yù)埋地腳螺栓無(wú)缺陷；

②將4個(gè)轉(zhuǎn)換座對(duì)稱(chēng)布置擺好，然后分別通過(guò)高強(qiáng)度螺栓安裝在塔機(jī)基礎(chǔ)節(jié)下端4塊底板下。螺栓安裝時(shí)螺桿在下，螺母在上，連接緊固；

③吊車(chē)將已連接轉(zhuǎn)換座的基礎(chǔ)節(jié)吊至基礎(chǔ)上方，緩慢下降直至地腳螺栓上方；

④人工輔助基礎(chǔ)節(jié)擺正位置，將轉(zhuǎn)換座底板孔與地腳螺栓相對(duì)應(yīng)。然后緩慢下降，將轉(zhuǎn)換座安裝在地腳螺栓上。若地腳螺栓與轉(zhuǎn)換座孔有少許偏差，可輕敲地腳螺栓直至轉(zhuǎn)換座孔對(duì)上，雙螺母緊固；

⑤安裝完成后，務(wù)必對(duì)塔機(jī)進(jìn)行垂直度檢查，待合格后才可進(jìn)行下一步操作。

需特別注意的是，整機(jī)在投入使用時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)安全員應(yīng)每天進(jìn)行轉(zhuǎn)換座安全檢查，如有不妥，應(yīng)立即停止使用，并咨詢(xún)廠家，以免發(fā)生重大安全事故。

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)理論和實(shí)踐證明，分體式塔機(jī)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換座技術(shù)可實(shí)現(xiàn)在不變動(dòng)原塔機(jī)基礎(chǔ)的前提下，安裝另一型號(hào)塔機(jī)，且生產(chǎn)制作難度小，安裝方便快捷，大大節(jié)省了工程成本，可為類(lèi)似的工程安裝提供一定參考意見(jiàn)。