塔吊支撑系统的设计与计算解析

介绍下施工过程中塔吊附墙、支撑架的计算等,此系列会持续更新,后续将更新有限元验算、构件优化等。

1.塔吊附着

1)固定基础附着式塔机以平臂式居多,随着塔机塔身标准节的增加,需要固定在楼层中的预埋件以及附着杆件的数量都需要增加,与此相应的施工成本以及施工风险也在增加,因此这类塔机主要适用于高层建筑(100m 以下)。

2)附着装置一般由附着框、附着杆、附着支座、预埋件等组成,常见的刚性附着装置有三杆式、单侧四杆式与双侧四杆式等型式。除特别设计外,附着杆宜水平布置。

以WA7527-16D 型315t.m塔式起重机为例,以下部分内容摘自《WA7527-16D 型315t.m塔式起重机操作手册》。当塔机工作高度超过最大独立高度时,须对塔身进行附着,与建筑物连接。

塔吊支撑系统的设计计算的图1

3)计算软件可选择:Midas Gen、品茗等,品茗有专门的计算板块,可以直接输入参数获得计算书。



2.外挂式塔吊支撑系统

1)外挂式塔吊支撑系统有三种模式可以选择:上拉杆式、上拉杆与下撑杆结合式和下撑杆式。

塔吊支撑系统的设计计算的图2


2)外挂式塔吊一般应用于超高层建筑,对台风、地震等非常敏感。由于外挂式塔吊只能通过支撑框架附着在建筑物上,因此支撑系统的可靠性对外挂塔机整体的安全尤为重要。

3)外挂式塔吊支撑系统的核算也比较复杂,复杂、重大建筑应通过有限元验算来保证其施工安全。计算软件可选择:ABAQUS、ANSYS、Sap2000、Midas Gen等。



4)计算内容

1)塔吊支撑架在各荷载组合下支座反力最大值、节点位移最大值以及构件强度及稳定性计算。

2)最不利荷载组合下的支撑架主梁、水平撑杆、斜向拉杆件节点对应预埋件验算。



5)荷载取值:验算支撑架时,恒荷载为支撑架自重,组合系数取1.2;活荷载为塔吊荷载(由塔吊厂商提供),组合系数取1.4。


6)荷载工况分析

应分析工作状态和非工作状态,启动或刹车荷载工况。

塔吊处于工作状态时,吊臂可在360°范围吊装重物。在计算外挂架支座反力时,选取具有典型代表性的8 种工况计算分析以代表整个外挂架的受力情况,这8 种工况分别为塔吊吊臂与外挂架主梁夹角成0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°。



竖向荷载工况:

塔吊支撑整体受偏心荷载所产生的弯矩作用的影响,4个基础支点竖向受力并不均衡,而且存在很大的差异。

可以通过有限元计算得到塔吊荷载分配比例变化曲线:

塔吊支撑系统的设计计算的图3


水平荷载工况:

如果横梁是刚性的,或者采取措施限制水平面钢梁的变形保证整体刚性,那么水平荷载可以均值分配,否则也要像竖向荷载一样计算不同角度下的工况。

塔吊动臂转动的启动或刹车荷载工况:

塔吊动臂转动的启动或刹车荷载Mk包含顺时针和逆时针两个方向,主要由塔吊上支撑架承担。将Mk在上支撑架四个着力点沿旋转切线分解为2对力偶。


3.构件优化

1)杆件、埋件等设计优化

根据计算结果对支撑系统杆件截面、埋件尺寸、锚筋长度等进行优化。

2)为结构加固提供依据

加固方式一般有以下几种:结构内增加钢筋、结构内增加型钢结构、结构内增加内支撑钢梁等。

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