1、1塔式起重机附着杆的计算和安装要求【摘要】：塔式起重机附着杆是超过自由高度安全工作的关键性结构，在使用前必须进行强度校核和稳定性校核，本文根据拉压杆的强度设计准则和稳定性设计准则介绍了各附着杆的校核方法，并简要说明了附着杆的安装要求。 【关键词】：塔式起重机 附着杆 强度稳定校核安装 中图分类号： TH2 文献标识码： A 塔式起重机是建筑行业中非常常见的起重机械，当塔式起重机的使用高度超过自由高度时，就必须增加附着框和附着杆，附着框是厂家标准配置的，而附着杆很多情况下需要单独加工（以四川建筑机械厂出的C4513 为例，附着装置结构简图如图 1，附着杆结构见图如图 2，可为槽钢、工字钢等） ，
2、由于塔式起重机是一种高危险性机械，附着杆加工之前必须先进行计算校核，即使是现成的附着杆，在安装之前也要重新进行计算校核，只有当确定该杆是安全杆之后才能安装使用。本例以某工程的 C4513 塔吊为例，介绍附着杆的计算校核过程。 图 1 附着及附着杆简图图 2 附着杆简图 21 附着杆的计算校核 在本例中，附墙位置选在两根立柱上，图 3 所示图形为根据 C4513塔机附着外框和建筑物的实际尺寸绘制而成，由于塔身所受扭矩几乎全部由最高一道附着承担，故选择最高一道附着为研究对象，以此道附着杆的负荷作为设计或校核附着杆的依据，然后根据强度失效判据和稳定性判定准则进行检验各杆的安全性。 1.1 附着杆内力
3、计算 附着杆的结构形式一般有 M,N 型两种方式，本例为 N 型，选材可以采用工字钢、槽钢、钢管、方钢等，在这里就以槽钢对接成方钢样式、三杆连接为例分别对三个附着杆进行计算和校核。如图 1 所示。 附着杆的受力主要是受拉压力，所以附着杆的计算可简化为拉压杆计算，取附着框为研究对象，三个附着杆所受内力分别为 f1、 f2、 f3, 塔机所受的外载荷有：平衡臂和起重臂产生的不平衡力矩、动载荷，风载荷、回转惯性力等所有这些外载荷在塔身截面将合成为一剪力 R,力 R的最大值在塔式起重机的说明书中可直接查到使用，力 R 角度可以变化，力 R 与 X 轴夹角为 ，其他尺寸参数如图所示。附着杆选用 16#Q
4、235 槽钢，中间加缀板连接，如图 2 所示。附着框的受力分析图如图 3 所示，该图为根据现场位置和建筑物实际尺寸绘制，附着位置及杆长、其他尺寸均如图中标示： 3图 3 附着杆内力计算简图 三个附着杆的内力分别用 f2、f3、f1 表示，附着框中心 o 到各杆内力的垂直距离由图中可以直接得到，取附着框为研究对象， 由一般物体的平衡条件， 可分别由 y=0, x=0 和 MO=0（各力对 o 点取矩）得出以下 3 个方程： sinR=sin58f1+ sin40f3+sin58f2 cosR+cos58 f2=cos58f1+cos40f3 0.3168 f1 =1.3736 f3+0.3168
5、 f2 由以上三个方程可求出 f1=R(0.59 sin+0.583 cos) f2=R(0.59 sin-0.83 cos) f3 =0.326R cos 在塔吊工作过程中， 角是可以随意变化的，力 R 的最大值在说明书中查到为 157.6kN,根据上面三个式子求出各附着杆所受的最大内力，计算校核此种情况下杆件的安全性，如果杆件在最大压力和最大拉力的情况下都是安全的，说明该附着杆安全，由图不难看出在以下三种工况下的可能存在最大拉压力：1、当 =90 度或 =270 度时。 f1=92.984 kN，f2=92.984 kN，f3 =0 f1=-92.984 kN，f2=-92.984 kN，
6、f3 =0 2、=0 或 =180 度时。 f1=91.88 kN，f2=-130.8 kN，f3 =51.378 kN f1=-91.88 kN，f2=130.8 kN，f3 =-51.378 kN 43、=45 度或 135 度 f1=130.65 kN，f2=-0.17 kN，f3 =36.248 kN f1=-130.65 kN，f2=0.17 kN，f3 =-36.248 kN 由此可求出最大内力发生在 f2 杆上 f2=130.8 kN。 1.2 附着杆的强度校核 图 4 附着杆受力简图 如图 4 所示，考虑到附着杆自身重量的影响，由图 3 知杆 2 长度为3.084 米，查型钢表
7、知 16#槽钢参数：单位重量为 19.74 kg/米,Wy=17.55cm3,截面积 25.15cm2,。 附着杆重力 G1=23.084 米19.74kg/米10N/kg=1217.56 N 考虑到缀板的重量，再乘以系数 1.3 的总重 G=1.3 G1=1582.828 N 杆 2 所受的最大正应力为：max=f2/A+G/w。 max=130.8103/(225.1510-4)+1582.828/(217.5510-6)=71.1MPa 参考建筑机械钢结构 ，知钢材的许用应力的安全系数ns=1.5.Q235 槽钢的屈服强度 s=235MPa, 许用应力= s/1.5=156.7 MPa.
8、 由强度设计准则得出： max =71.1 MPa =2b0/3,厚度 tp=b0/40,且不小于 6 毫米。查型钢表 16 号槽钢对虚轴的回转半径i1=1.82cm 缀板宽度 bp=2b0/3=212.5cm/3=8.33cm,取 bp=12cm. 缀板厚度 tp=b0/40=12.5/40=3.13 毫米，取 tp=8 毫米 缀板间净距离 l01=1i1=251.82cm=45.5cm,取 l01=45cm 缀板中心间距离 l1= l01+bp=45cm+12cm=57cm 分肢线刚度 R1= I1/i1=83.4/1.82=45.82 缀板惯性矩：根据材料力学表 3-1 中关于矩形惯性矩
9、计算公式 Ip=（1/12）lp(bp)3=(1/12) 12cm123cm=1728cm4 两缀板线刚度和：2Ip/ b0=21728/12.5=276.4 线刚度比值：276.4/45.82=6.036 缀板的刚度满足。 （2）缀板的内力计算、强度计算 根据建筑机械钢结构表 1-1，Q235 钢材的屈服强度 fy=235MPa,设计强度 f=215 MPa,根据建筑机械钢结构公式 5-66、5-70、5-71 得：组合体内剪力 V=(2af/85) fy/235 =(225.1510-4215106/85) =12.7kN 一侧缀板内力 V1=V/2=12.7/2=6.35 kN 缀板剪力
10、 T= V1l1/b0=6.3560cm/12cm=31.75 kN 9与肢件连接处的弯矩 M=Tb0/2=31.7512.510-2/2=1.98kN.m 缀板与肢件间用角焊缝连接，角焊缝承受剪力和弯矩的共同作用，因角焊缝强度设计值为 ffw=160 MPa，小于钢材的强度设计值，所以只需计算焊缝而不用计算缀板强度。 焊缝采用焊脚 hf=6 毫米，焊缝长度 lw=120 毫米。根据建筑机械钢结构公式 3-12 及相关参数说明得： 焊缝的有效厚度 he=0.7hf，强度设计值增大系数 f=1.22 焊缝的截面积 Aw=2helw=20.7610-312010-3=1.00810-3m2 焊缝的
11、截面模量 Ww= 2he lw2/6=20.7610-3(12010-3)2/6=20.1610-6m2 焊缝中的应力：f=T/Aw=31.75103/1.00810-3=31.5106 f=M/Ww=1.98103/20.1610-6=0.098109 根据建筑机械钢结构公式 3-12，验算焊缝的强度 （f/f）2+f2 = (0.098109/1.22)2+(31.5106)2=83.6MPaffw=160 MPa 焊缝强度满足要求。 2 附着杆的安装要求 经过以上对附着杆的计算，附着杆是安全杆，可以施工使用，但在安装过程中还需注意以下几个问题。 （1）附着杆安装时首先用销轴将附着杆和附着框连接，然后在两个侧面用经纬仪测塔吊的垂直度，如果偏差较大，可以使塔吊吊起一个重10物，调整大臂位置，直到塔吊基本垂直为止，此时开始焊接附着杆。 （2）如果所选的附着点墙壁较薄，在预埋钢板时将附着点周围的钢筋加密，增强附着点的强度。 （3）相邻两道附着杆中杆 3 的斜向必须相反。 结语 塔式起重机属特种机械设备，在项目部管理中属机械安全管理的重点，坚持“安全第一”的生产方针，因此在塔式起重机的使用中，附着杆校核是一项非常重要的一步。
