一種塔機附著懸挑梁設計與應用研究

彭琳琳 （安徽建筑機械有限責任公司，安徽 合肥 230601）

0 引言

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

根據項目施工組織總設計，規劃在32#樓安裝一臺QTZ80(QTZ5610）塔機。如圖1所示。當建筑物樓層到達11層時，需在塔機和建筑物之間設置一道附著裝置，以保證塔身鋼結構平衡，不能失穩。QTZ5610塔機標配為三桿式附著裝置，需兩個附著連接支座設置點，且附著裝置兩邊桿與墻面允許角度：40°～70°。但由于現場施工人員考慮欠妥，錯誤的定位了塔機基礎的位置，導致塔機西邊附著桿無法正常在建筑物上附著。因此，針對此類情況需確定一個安全可靠的附著方案。

圖1 QTZ80(QTZ5610)塔機現場布置圖

1 塔機附著懸挑梁設計

1.1 塔機附著桿布置方案確定

根據現場塔機基礎實際定位點可知：塔機中心距建筑物表面3.6m，塔身標準節西邊主桿外圓距西邊剪力墻外墻面0.4m。考慮到塔機三桿式附著的受力特點，將雙桿附著點設置在塔機東邊的剪力墻上，角度分別為54.57°、38.12°，滿足規范要求。單桿附著點需沿塔機西邊剪力墻向外延伸，直至與墻面夾角約65°，并設計成空間三角形結構進行加固，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，需提前進行螺栓預埋。

圖2 塔機附著桿布置示意圖

1.2 塔機附著懸挑梁結構介紹

為了滿足此類塔機附著桿附著條件，設計了一種向外延伸的懸挑梁結構，以保證塔機可以順利加節，工程可以繼續施工。

初步設計構思，懸挑梁為一個整體的空間三角形結構，即上部為平面三角形結構，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。因附著桿調節距離有限，為了保證可以順利安裝，工廠制作時將水平結構三角架、立桿、斜撐桿分別加工，運至現場后，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。考慮到一般施工現場條件有限，配焊比較費時費力，操作難度較大，對現場安裝人員要求較高，因此，對結構進行了優化改進。

優化后的結構將原來的整體拆分為三角架、斜撐桿和立桿三個部件，組裝后形成空間三角形架構，如圖3所示。各部件相互獨立，現場只需通過銷軸簡單連接組裝，無需配焊，安裝方便快捷，省時省力。

圖3 懸挑梁優化結構示意圖

①三角架：主體結構由25b槽鋼拼焊形成平面三角形結構，穩定性強。三角架靠墻直角邊槽鋼上設置有4排8個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，懸挑端的外側面和下方均設置有連接耳板，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槽口封板，增加強度。

②立桿：由25b槽鋼和封板拼焊形成空心桿件結構。空心桿中部焊接有連接斜撐桿的耳板，空心桿上設置有4排8個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，安裝時可根據現場情況對其位置進行適時調整，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 塔機附著懸挑梁受力分析

2.1 附著桿簡要受力說明

附著裝置布置方式采用在附著平面內以三根不相交于一點的剛性附著桿所構成的靜定結構，附著框采用QTZ5610塔機標準附著框；附著桿采用兩根等截面格構式框架連接組成整個撐桿，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φ35銷軸連接。

附著受力簡圖見附圖2。

P:塔機作用于附著平面上的最大水平力；

T:基礎所受的扭矩，其數值由塔機說明書提供；

α:P力作用方向角，即風力的方向，其取值范圍是0≤α≤2π；

N、N、N:附著桿對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的聯立方程式，并對各函數求導，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算滿足要求（步驟略）。

2.2 懸挑梁受力分析

根據以上介紹及圖3示意圖，現對懸挑梁進行驗算，具體分析過程如下：

附著桿所承受的軸向力可能是拉力也可能是壓力，并且絕對值相等，但附著桿的最大值并不同時出現。對懸挑梁受力分析時按最不利情況分析，即當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㎝

回轉半徑：

抗彎截面系數：

則長細比：

λ=2×79.4/45.55=3.486

經查表（b類截面軸心受壓構件的穩定系數）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，在此不驗算斜撐強度。

因此，懸挑梁可安全使用。

3 懸挑梁安裝注意事項

①懸挑梁的安裝屬于高空作業，因此，必須要求專業人員安裝。

②安裝人員要做好自身防護，遵守高空作業有關安全操作規程，防止高空墜落事故發生。

③安裝前，必須先確定該墻體結構符合附著安裝技術條件。

④安裝時要有工地專職安全員在場，如遇現場安裝條件不滿足要求，應及時反映溝通。

⑤安裝時應先確定三角架及立桿安裝位置，在剪力墻上對螺栓孔位置做標記并鉆通孔；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，經各方檢查驗收，并有書面驗收簽單記錄。

由于各工地情況不同，所制作的懸挑梁僅適用于當前工地，并不能反復使用，且制作費、安裝費不低，額外增加了工程成本。因此，需正確對待塔機定位，必要時協同相關專業人員共同制定塔機布置方案，避免麻煩。

4 結束語

在建筑施工中，因各種原因需定制塔機非標附著的情況非常多，以制作非標附著桿最為常見。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。此結構安裝簡單、方便、快捷，不需要現場配焊。本塔機使用近兩年，現已拆除，使用期間尚未發現任何附著問題，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。