內(nèi)容提要：本文分析固定式塔式起重機(jī)附著裝置的力學(xué)特性以及力學(xué)計(jì)算，介紹附著裝置在工程實(shí)際中的使用與注意事項(xiàng)，對(duì)安全使用塔式起重機(jī)有所幫助。
關(guān) 鍵 詞：塔式起重機(jī) 附著裝置 力學(xué)計(jì)算 使用要求

伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增加，現(xiàn)代建筑施工技術(shù)的快速進(jìn)步，土地資源的減少，城市中高層建筑施工日趨增多，塔式起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱塔機(jī)）附著裝置的使用也越來越頻繁。為了更好、更安全的使用塔式起重機(jī)的附著裝置，下面通過對(duì)附著裝置在使用過程中附著處支座的受力及附著桿的受力進(jìn)行計(jì)算、分析，淺析它在安裝、使用中的注意事項(xiàng)。
計(jì)算塔機(jī)附著裝置的受力時(shí)按如下2種工況進(jìn)行附著處支座和附著桿的受力計(jì)算：
計(jì)算工況Ⅰ 塔機(jī)滿負(fù)荷工作，起重臂順著塔身方向，風(fēng)垂直吹向起重臂、風(fēng)載作用產(chǎn)生的扭矩與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)作用產(chǎn)生的扭矩方向一致。
計(jì)算工況Ⅱ 塔機(jī)處于非工作狀態(tài)，起重臂位于塔身對(duì)角線方向，起重臂能隨風(fēng)回轉(zhuǎn)，風(fēng)由起重臂吹向平衡臂，不考慮扭矩的影響。

1.附著處支座的受力計(jì)算
計(jì)算塔機(jī)附著處支座的受力時(shí)，可以將其塔身簡(jiǎn)化成多點(diǎn)支承的懸臂連續(xù)梁，如圖A所示。由于塔機(jī)最上一道附著處附著裝置受力最大，并以此道附著裝置的荷載分析附著裝置受力，對(duì)附著裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。因此實(shí)際計(jì)算其附著處支座的受力時(shí)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，可以將多點(diǎn)支承的懸臂連續(xù)梁簡(jiǎn)化成2點(diǎn)支承的懸臂連續(xù)梁。

 
 

圖A 塔身受力圖 圖B 塔身簡(jiǎn)化受力圖
M1=（8×M×Lb+8×Pw×Lc×Lb-q1×La³-2×q2×Lb³+4×q3×Lc²×Lb）/（12×La+16×Lb） （1）
Fv=［2×M1+2×M+2×Pw×（Lc+Lb）+q2×Lb²+q3×Lc×（Lc+2×Lb）］/（2×Lb） （2）
式中： M-作用于塔身端部的彎矩，塔身上部各部件的自重與工作載荷對(duì)塔身回轉(zhuǎn)中心的力矩之和；
Pw-作用于塔身上部各部件的風(fēng)載之和；
q1、q2、q3-作用在塔身各部段上的風(fēng)載，計(jì)算工況Ⅰ時(shí)，風(fēng)吹向塔身方向，不考慮高度變化的影響，q1=q2=q3；計(jì)算工況Ⅱ時(shí)，風(fēng)吹向塔身對(duì)角線方向，考慮高度變化的影響, q1取平均值，q2、q3取大值；
La、Lb、Lc塔身各部段的高度，如僅有一道附著裝置、令La=0；
M1-多余約束彎矩；
Fv-塔身最上面一道附著處的作用力。計(jì)算工況Ⅰ時(shí)，分別計(jì)算塔身端部彎矩與風(fēng)載作用形成的作用力Fv1與Fv2，F(xiàn)v1與Fv2相互垂直、作用于塔身方向；計(jì)算工況Ⅱ時(shí)，端部彎矩與風(fēng)載共同作用形成的作用力Fv，作用于塔身對(duì)角線方向。
2.附著桿的受力計(jì)算
如圖c所示，∑X=0、∑Y=0、∑Mc=0，解出附著桿對(duì)附著框的作用力Nbd、Nac，Nbc。附著桿對(duì)附著框的作用力與附著框?qū)Ω街鴹U的作用力大小相等、方向相反，可知附著桿的受力情況。
Nbd=[Fv1(sink1-cosk1)+ Fv2(sink2-cosk2)±2Mn/L]/2sinb （3）
Nac=[Nbd(cosb/cosc-sinb/sinc)+Fv1(cosk1/cosc+sink1/sinc)+Fv2(cosk2/cosc+sink2/sinc)]/(cosa/cosc+sina/sinc) （4）
Nbc=( Fv1sink1+Fv2sink2-Nacsina-Nbdsinb)/sinc （5）
式中：Fv1、Fv2-附著處的作用力，計(jì)算工況Ⅰ時(shí)，F(xiàn)v1與Fv2相互垂直，計(jì)算工況Ⅱ時(shí)，F(xiàn)v1與Fv2方向相同，F(xiàn)v=Fv1+Fv2；
K1、K2-附著處支座的作用力與塔身平行線的夾角，計(jì)算工況Ⅰ時(shí)，取K1=0º、90º、180º、270º,K2=90º、180º、270º、360º循環(huán)計(jì)算；計(jì)算工況Ⅱ時(shí)，K=K1=K2、取K=45º、135º、225º、315º進(jìn)行計(jì)算；
Mn-風(fēng)載與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的扭矩，計(jì)算工況Ⅰ時(shí)，按最不利原則進(jìn)行疊加，；計(jì)算工況Ⅱ時(shí)，Mn=0；
a、b、c-附著桿與建筑物（建筑物的外邊線平行于塔身）的夾角。

 

圖C 附著桿受力圖
通過上述的計(jì)算、分析可知：
2.1塔機(jī)最上一道附著處附著裝置受力最大、塔身受力最大。
2.2塔機(jī)最上一道附著處附著裝置受力、塔身受力，受到它上面塔身懸高及附著裝置的間距影響，隨著它上面塔身懸高的增加、其受力大幅度增加，隨著附著間距的變化、其受力隨著變化。
2.3附著桿的受力，受到附著桿與建筑物夾角的影響。附著桿對(duì)稱布置、附著桿與建筑物（建筑物的外邊線平行于塔身）的夾角位于45º與60º之間，附著桿受力較好。
2.4隨著塔機(jī)中心與建筑物距離的變化，附著桿的受力狀況隨著改變，該距離越小，附著桿受力狀況越好。

3.塔機(jī)附著裝置安裝與使用
3.1塔機(jī)制造商供貨時(shí)，應(yīng)按GB/T5031-2008«塔式起重機(jī)»的要求在使用說明書中提供：按制造商推薦的附著間距和獨(dú)立高度時(shí)塔身附著點(diǎn)的作用力。并應(yīng)說明主要作用力來自工作狀態(tài)還是非工作狀態(tài)，以及相應(yīng)的風(fēng)速和作用方向。
3.2使用附著裝置的塔機(jī)、在安裝前要制定附著裝置的施工方案，方案應(yīng)有如下內(nèi)容：
3.2.1附著裝置在塔身上的高度位置、附著裝置上面塔身的獨(dú)立（自由）高度的選擇，必須符合塔機(jī)使用說明書的相關(guān)要求。
3.2.2塔機(jī)塔身中心與建筑物的距離、附著桿與建筑物的夾角等參數(shù)的選擇，應(yīng)符合塔機(jī)使用說明書相關(guān)要求，不符合時(shí)由專業(yè)工程師進(jìn)行的相應(yīng)計(jì)算，確定采取處理的安全措施。
3.2.3附著裝置的安拆方案。
3.3附著裝置的所有零部件應(yīng)采用塔機(jī)原制造廠的產(chǎn)品。如因現(xiàn)場(chǎng)需要不能采用原制造廠的產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)由專業(yè)工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)、具有相應(yīng)資質(zhì)的制造商進(jìn)行制作與改造，并進(jìn)行相應(yīng)測(cè)試后才能投入使用。
3.4塔機(jī)安裝附著裝置后，塔身軸心線的側(cè)向垂直度必須符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的相應(yīng)要求。
3.5同一套附著裝置中的附著框、附著桿、附著預(yù)埋支座應(yīng)在同一水平面內(nèi)，水平角的誤差不得大于±10°，且宜采用附著框端偏高的方法設(shè)置。
3.6附著桿與附著框、附著預(yù)埋支座的聯(lián)接必須采用鉸接方式，使附著桿成為二力桿僅承受軸向力的作用，不承受彎曲或扭轉(zhuǎn)載荷。
3.7附著框與塔身的聯(lián)接必須可靠，能有效地傳遞附著處的作用力，且不會(huì)產(chǎn)生額外的附加力和塔身結(jié)構(gòu)的變形。
3.8與附著裝置預(yù)埋支座相聯(lián)的構(gòu)筑物必須能承受附著裝置所傳遞的作用力。

 

4.小結(jié)
以上給出了固定式塔機(jī)附著裝置的力學(xué)特性以及力學(xué)計(jì)算，附著裝置在工程實(shí)際中的使用與注意事項(xiàng)，只要我們本專業(yè)從業(yè)人員掌握了基礎(chǔ)安全知識(shí)，對(duì)塔機(jī)安全使用有足夠認(rèn)識(shí)，一定能夠減少或規(guī)避塔機(jī)的事故風(fēng)險(xiǎn)。