超远柔性附着式塔机整体稳定性分析

于慧

摘 要：随着经济和科技的发展，现在的建筑物正在向着更高、更复杂的方向转变，因此在普通建筑物中使用的塔式起重机面临着更高要求，本文将从塔式起重机安装过程入手，重点分析超远柔性附着式塔机的安全运行。

关键词：塔式起重机;超远柔性附着;整体稳定性

随着建筑物高度的增加，起重机为了达到施工要求，就需要提升相同高度，但是高度增加会使得整个塔身受力不稳定，从而降低塔身稳定性。因此就会要求起重机具有超远距离和更高距离的施工特点，这就对起重机的附着装置有了更高要求。

1.塔式起重机简介及安装

塔式起重机是为了满足高层建筑施工要求，为高层建筑施工时提供建筑材料，因为建筑材料有一定的重量，因此起重机在工作中不但要有很强的承重力还要保证运行过程足够安全，运行的安全性就需要塔身具有高稳定性。

在安装过程中，塔身稳定性已经在各个环节得以体现了，在安装底座的时候，采用钢筋反复叠加，层层包围，最后将留有的空隙用混凝土填充，从而保证底座具有很强的稳定性，塔身的材料使用具有很高要求，都是高强度的钢材结构，无论是底部还是塔身自身结构都保证了起重机整体稳定性，为了使得塔身稳定性更加明显，还需要增加附着装置。

塔式起重机根据不同建筑要求安装过程存在着不同，对于高度不大的建筑，比如4层或者5层这样的居民区，起重机的安装过程就显得比较简单，无论是底座还是塔身钢结构都不会有太高要求，对于这样的楼层就不会用到附着装置;但是对于高层建筑，比如20层以上的建筑，在强调塔身安装过程中其他因素基础上，还要安装附着装置来保证塔身的安全。

2.塔机的超远柔性附着装置

塔机的附着装置连接着塔身和建筑物，像一只手一样牢固的抓住楼体，从而保证起重机在承重前提下能够稳定运行，不会因为高度而使得塔身出现倾斜或者摇摆问题，附着装置也有不同分类，有三杆式附着装置、四杆式单侧超静定附着装置和双侧支撑式超静定附着装置，每个装置起到的作用是不同的，接下来将详细分析不同塔身附着装置[1]。

2.1三杆式附着装置

附着装置是为了保证塔身的稳定性，因此附着装置要具有刚度要求还有具有弹性要求，刚度要求是为了避免塔机在承重时向四周转动出现弯折现象，弹力要求是当塔身出现稍微倾斜的时候能够有个缓冲作用，从而保证塔身一直处于稳定运行状态。

三杆式附着装置有附着框和支架组成，附着框是安装在塔身上的，因此附着框的强度要比支架强度要高，两个支架之间的连接方式为绞连接，整个装置在塔身运行的时候，由附着框带动支架一起承重，两个支架承受来自因塔身转动过程可能倾斜的拉力和压力，经过受力分析套用强度计算公式就能得到附着装置的各向支撑强度。

2.2四杆式单侧超静定附着装置

四杆式单侧附着装置是建立在三杆式附着装置基础上的，由附着框和支架组成，附着框是安装在塔身上的，支架与附着框连接，两个支架通过绞连接与附着框搭配在一起，其中附着框的强度大于支架强度。

在塔身进行运转的时候，附着在塔身和楼体之间的四杆式单侧附着装置承受来自塔身和楼体之间的挤压力和塔身转动过程发生倾斜时的拉力和压力，从而保证塔身运行过程安全稳定。同时还要求四杆式单侧静定附着装置本身具有弹性，弹性来自于支架与附着框的连接方式，一般采用绞连接可以使得装置有一定的缓冲作用。

2.3 双侧支撑式超静定附着装置

双侧支撑静定附着装置顾名思义就是在单侧支撑基础上，在附着框的另一侧再加装一组支架，两组支架成对立面，这种装置就好比两双翅膀将附着框固定在塔身上，同样附着框的强度要大于两侧支架的强度，两侧支架通过绞连接相互连接，同时本身具有一定的弹性。

在塔身进行运转的时候，附着在塔身和楼体之间的双侧附着装置承受来自塔身和楼体之间的挤压力和塔身转动过程发生倾斜时的拉力和压力，从而保证塔身运行过程安全稳定[2]。

2.4塔机柔性附着刚度及合理间距

现在的建筑物越来越高，当塔机工作高度随着楼体高度增加的时候，为了满足工作需要，需要在附着装置上进行设计，设计主要包括附着刚度和塔机与楼体之间的距离。要进行附着装置安装，首先要确定附着点，这个附着点要根据楼体的高度和楼体结构而确定，比如需要附着的楼体有凸出来的部位，确定附着点的时候就要考虑这一凸出部位。

原来确定楼间距都是按照附着点进行计算，但是现在楼结构在发生变化，塔机也在发生着变化，因此楼间距的确定还要考虑到附着架的刚度。一个是刚性附着，一个是柔性附着，在确定附着装置刚强度过程中首先要计算附着装置的刚度，按照计算结果来确定刚度强弱方向，之后按照附着装置刚强弱方向，在刚强度弱的一方布置附着点，确定楼间距。

3.整体稳定性分析

3.1加强附着装置刚强度

塔机的稳定性主要针对塔身而言，只要塔身的稳定性得到了保证，整个系统的运转就会是安全可靠的，上文提到塔身稳定性与塔身钢结构和附着装置有着密切关系，一般钢结构方面不会出现很大问题，往往是附着装置容易出现问题从而影响塔机整体稳定性。

3.2 解决单臂失稳问题

由于楼体高度太大或者楼体的结构要求塔身远距离运作，这个时候安装的附着装置就容易出现单臂失稳问题，进而影响塔机的稳定性。失稳现象就是由于整个塔机的受重超过了附着装置的承载范围，导致附着装置被压变形或者不能工作，因此结合塔身与附着装置进行受力分析，计算出附着装置的受力临界值，在施工期间一定要控制在这个临界值之内，否则就会因为承载力过大而影响整体施工的安全。

塔机发生单臂失稳，附着装置可能会发生变形这样的问题，变形之后如果还能够继续满足工程的要求只要进行适当的维护就可以了，没有必要进行更换。因此我们得知因为附着距离远而导致装置强度下降并不直接影响整个塔体稳定性影响塔体稳定性最主要因素是附着装置的结构[3]。

3.3 责权明晰保障塔机稳定

塔机产权归属不同对应的所负责任也不同，塔机的产权属于使用单位，也就是现在的土建施工企业的，由于这些企业缺乏设计的专业人员，不能够保障塔机安全运行，也不能保障整体稳定性，因此要委托给有资质的安装方或者有经验的第三方进行设计，制造附着装置;如果产权属于租赁企业的，这种情况一般都是由自己设计，不管这两种情况的哪一种，为了确保设计完好无缺，设计之前要签订责任合同，如果发生事故，事故造成的后果由设计者承担，如果是塔机质量问题，这个责任是由制造商承担，如果是由于超载使用造成事故，则由使用方承担责任。只有将责任分清，才能保证塔机工作的整体安全。

4.案例分析

2009年，一建筑工地一台自升式塔式起重机在吊运钢管时，塔身发生严重歪斜，最后倾倒在建筑楼体上，将在该楼体上一名施工人员当场砸死。

经分析，事故的原因是该塔体附着装置的支架与附着框连接处发生变形，承载力下降导致事故发生。详细了解此台起重机，一共有6处附着装置，发生变形的是最上层附着装置，上文提到受力最大的就是处在上层的附着装置，因此一定要做好最上层装置的结构和连接[4]。

另一个原因就是施工单位私自对起重机进行改造，附着装置中的调节杆存在热处理缺陷，各个焊接点也存在不足，使得整个塔体的承载力大幅度降低，当超过承载力的时候，塔身就会因变形逐渐倾倒。

这个事故警示我们，在进行建筑作业时，一定要按照施工要求仔细认真的完成，各部门之间要做好统计和监督工作，提高施工人员整体素质，定期检查塔体承重情况和后期维修工作，保证塔体的安装质量和维护质量，不要再发生类似的伤人事件。

综合分析，塔机设计和基础定位是影响塔机整体稳定性的重要因素，正是由于这两种原因导致塔机事故频发，往往这些事故都有共性就是塔机设计不合理，最终导致塔身倾斜，塔身受力超出了应有的范围，附着装置不规范必然会引起基础受力超标，这两者之间互相影响，最终导致事故发生。

因此，为了避免这种事故，也是为了加强塔机整体稳定性，一定要把好设计的关口，再设计过程中一定要严格遵守标准，同时相关部门比如施工企业、监理部门、生产厂家等这些部门也要加强自身管理，预防这些事故的发生。同时要将计算机技术应用到塔机设计过程中，运用互联网技术将塔机设计与安装过程公开化，实现社会化监督、网上监督，从而保证塔机质量和运行效率。

5.结束语

塔机结构的设计针对不同建筑物具有不同特点，未来塔机的发展方向就是超远性、高弹力性。在施工过程中不断查找附着装置存在的不足，及时邀请相关技术人员进行受力分析，保证附着装置的使用能够提高塔身稳定性，从而保证操作人员生命安全。

参考文献：

[1]陈肖妹.多款式性支撑高耸施工机械结构分析方法研究[D].哈尔滨工业大学，2011，21（10）：56-60

[2]陈念力，刘思明.塔式起重机塔身稳定性计算[J].起重运输机械，2012，10（07）：77-79

[3]罗冰，路念力.塔式起重机合理附着间距与塔身最大外伸高度的确定[J].工程机械，2011，21（11）：77-80

[4]兰朋.二阶应力作用下梁杆精确有限元方程及其在非线性分析与稳定性计算中的应用[D].哈尔滨建筑大学，2011，20（10）：55-60