超高層塔架移動時搭接鋼管擾度的有限元驗算

張 弛

(上海建工二建集團，上海 200080)

0 引 言

塔吊是工地上最常用的起重設備，可以一節一節地接高(標準節)。塔吊可大致分為移動和固定式[1]。移動式中根據裝置不同分為軌道、汽車等種類；固定式根據裝設的不同分為自升和內爬式[2]。塔吊在高層建筑施工中可以用來吊施工所用的鋼筋、木材、混凝土，和鋼管等施工材料。近年來由于高層建筑迅猛發展，施工中垂直運輸機械塔吊的使用量急劇增加，塔吊傾覆的重大安全事故也屢屢發生。事故原因多樣：夜間操作、指揮不協調、同區域塔吊間相互影響、限位裝置設置不合理，和終端止擋裝置擋力不足等[3]。

1 工程概況

本工程采用某型號附著式塔吊。需要固定在內核心筒外鋼框架的立柱上。樓層高度為長4.5 m，兩端是樓板固結。

2 基本參數

鋼材容重:Gs=76.98(kN/m3)；活載分項系數取1.40；為兼顧到搭接的方便與保障塔吊提供的吊裝高度，塔吊搭接樓層間鋼管的位置一般選在鋼管的中間處。但由于塔吊工作時搭接部位并不完全準確的在鋼管中間，不妨假設截取的鋼管高度為5.5 m。圓鋼管截面750 mm，管壁厚2 cm。塔吊動力荷載為367 kN。鋼材選用Q345，彈性模量2.06×105MPa，泊松比0.3[4]。結構類型選擇一致質量模型。

3 有限元計算

正常情況下的安全無法保證非正常狀況下的情況，考慮到動態荷載，動態荷載系數取1.4；安全系數取2。則中間節點施加的力為367×2×1.4=1027.6 kN。

在鋼管中間施加的位移結果為1.13×10-3m=1.13 mm，考慮到MIDAS計算模塊中選取的連續介質單元，實際加工中的鋼管存在瑕疵和焊縫。會出現應力集中和缺陷。而實際鋼管受力時，無法均勻的傳遞荷載，所以實際變形值應大于1.13 mm。鋼管長5.5 m，數值仿真計算撓度值0.000 2(見圖1.a)。小于規范值0.004。塔吊荷載施加在1/4處時，位移為0。同樣在中間施加荷載時，位移為0.85 mm，撓度值為0.000 15(見圖1.b)。加厚為3 cm的管壁厚，同樣在中間施加荷載時，位移為0.77 mm，撓度值為0.000 14(見圖1.c)。

(a)中間節點;(b)1/4節點(c)管壁加厚1 cm后在中間施加荷載的情況

加厚鋼管和把施加荷載的位置移動到兩端，都是實際塔吊固定中可選擇的方法，根據現場情況選定。

4 總結與展望

施加的荷載設置在鋼管的四分之一節點處時，鋼管撓度變小。此外，加厚鋼管也是減少撓度的方式之一。實際工程中不會采用全尺寸加固，而是采用局部加固的辦法。經驗算，在加厚1 cm的情況下，撓度值減少。有限元軟件中劃分的單元類型以及迭代次數，都會影響數值仿真的精確度。