无锡云蝠大厦外挂内爬式塔机外挂支撑系统设计

摘要：由于超高层建筑施工工艺局限，核心筒一般会高出外围钢柱几十米。为了解决高层建筑塔机吊装巨型钢构柱问题，设计了一套外挂支撑系统用于支撑塔机，针对此支撑系统整体受力分析，阐明具体构成，已应用于无锡云蝠大厦，对塔机更广的应用于高层建筑具有一定参考意义。

关键词：外挂支撑系统；塔机；超高层建筑

概述

目前国内超高层建筑普遍采用钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒结构，由于施工时核心筒结构普遍高出外围钢柱几十米，再者考虑到核心筒内允许布置塔机的位置较小，故采用核心筒外挂支撑系统，将塔机座于支撑系统上。本项目采用中昇建机一台ZSL650塔机和一台ZSL380塔机施工，均为内爬式动臂塔机，由位于塔身最下端的顶升节，配合爬带，使塔机整体能够随着建筑物高度的升高而自行升高，此形式塔机统称为内爬式塔机。在无锡云蝠项目中，核心筒结构一般高出外围钢柱约30m，随着施工进行，核心筒升高，当核心筒爬模顶升接近塔机平衡臂时，就需要进行塔机顶升。

1.外挂支撑构成

外挂支撑系统由三套外挂架构成，塔机正常工作时使用两道外挂架协同作业。当塔机进行顶升时，安装第三道外挂架，悬挂爬带，进行顶升，以此三道外挂架循环使用。外挂架由支撑梁、水平撑杆、下压杆和塔机厂家配套提供的C型框等构成，C型框与支撑梁之间通过马墩连接，马墩上布满移位孔，用于核心筒墙壁收缩后外挂支撑系统的整体移位。C型框与马墩之间通过10.9级M42螺栓连接，马墩与支撑梁焊为一体，水平杆、下压杆与支撑梁志坚通过高强度销轴连接。墙体预留埋件，埋件上焊接接头耳板，支撑梁与墙体埋件耳板间通过高强度销轴连接。外挂架所有部件构成框架结构，塔机整体座于最下面一道外挂架的C型框上，塔身与C型框之间通过撑爪和顶块固定；第二道外挂架用于固定塔身。下外挂架用于承受垂直力与水平力，第二道外挂架只承受水平力。

2.外挂支撑计算说明

计算采用国际大型通用有限元软件 ANSYS14.0 的Structural结构分析模块、SAP2000来完成。计算方法采用二阶弹性大变形算法，考虑了钢构件几何非线性的影响，因而考虑了钢结构构件的弹性稳定性。由于支座反力的分配与塔机动臂转动的角度有关，并且有扭矩影响，因此，根据塔吊布置平面图，选取8种工况计算塔吊支架的反力。

2.1 计算内容

计算包含外挂支撑系统、剪力墙预埋件、接头与埋件焊缝、支撑销轴计算及设计。

2.2计算参数

根据厂家提供外挂内爬式塔机结构反力表，可知塔机受如下几个作用力：作用于下外挂架的水平力H2、垂直平力V，作用于第二道外挂架的水平力H1、扭矩Mk，工作状态与非工作状态受力值见下表：

2.3边界条件

外挂支撑系统与核心筒墙体之间通过销轴连接，相当于约束了三向位移、和一个方向旋转，另外两个方向旋转自由度释放。对于外挂架施加整体重力加速度，模拟挂架自重对其影响。

2.4 载荷组合

选取塔机工作产生的最大载荷1.2*G+1.5*L。其中，1.2*G（自重），考虑节点构造及加劲措施的影响；塔机荷载的动力系数取 1.5，塔机结构反力表数值中未含系数，需额外施加。在载荷施加时，模拟实际情况，随着塔机360°转动，水平力作用于单边两点或两侧边三点，垂直力通过顶升节四个撑爪将力传递给C型框，平均分配至C型框四个点。

2.5計算结果

首先根据经验确定材料截面参数，建立有限元模型，定义单元类型、材料参数，赋予截面参数，离散单元格，施加载荷组合。后处理中查看应力应变结果，对比国家规范中材料许用应力，优化材料截面，再次复核计算。查看计算结果：主梁最大应力209Mpa，水平撑杆最大应力147Mpa，下压杆最大应力115Mpa。主梁材料为Q345B，许用应力[б]=260Mpa，水平撑杆和下压杆材料为20#钢，许用应力[б]=170Mpa，可见外挂架结构应力均有一定富余量。

结合后处理文件中的结构反力，进行埋件、销轴、接头耳板的应力分析，应力均有一定富余量，满足国家规范要求。

3.实际应用

此套外挂支撑系统已于无锡云蝠大厦使用完毕，项目在塔机各种工况的使用中对应力和变形量的监测结果与计算结果相符合。

4.结语

此套外挂支撑系统的成功应用，对超高层建筑中塔机更广的应用具有一定参考意义。

参考文献：

[1]龚曙光等编著.ANSYS工程应用实例解析[M].机械工业出版社，2003.

作者简介：施宇（1987-），汉， 江苏丹徒，本科，工程机械。