一种塔机附着悬挑梁设计与应用研究

彭琳琳 （安徽建筑机械有限责任公司，安徽 合肥 230601）

0 引言

芜湖某一高层建筑工程施工项目规划总用地面积118203.5m，约11.8hm（177亩），总建筑面积约27万m，其中住宅建筑面积201872m，绿地率不低于35%。规划内住宅包括洋房、高层、小高层、叠墅四种类型。其中32#楼，地上27层，地下一层，机房顶层高度82.8m，标准层高。

根据项目施工组织总设计，规划在32#楼安装一台QTZ80(QTZ5610）塔机。如图1所示。当建筑物楼层到达11层时，需在塔机和建筑物之间设置一道附着装置，以保证塔身钢结构平衡，不能失稳。QTZ5610塔机标配为三杆式附着装置，需两个附着连接支座设置点，且附着装置两边杆与墙面允许角度：40°～70°。但由于现场施工人员考虑欠妥，错误的定位了塔机基础的位置，导致塔机西边附着杆无法正常在建筑物上附着。因此，针对此类情况需确定一个安全可靠的附着方案。

图1 QTZ80(QTZ5610)塔机现场布置图

1 塔机附着悬挑梁设计

1.1 塔机附着杆布置方案确定

根据现场塔机基础实际定位点可知：塔机中心距建筑物表面3.6m，塔身标准节西边主杆外圆距西边剪力墙外墙面0.4m。考虑到塔机三杆式附着的受力特点，将双杆附着点设置在塔机东边的剪力墙上，角度分别为54.57°、38.12°，满足规范要求。单杆附着点需沿塔机西边剪力墙向外延伸，直至与墙面夹角约65°，并设计成空间三角形结构进行加固，如图2所示。需要注意的是因东边剪力墙墙面宽度不够，附着连接支座不能像正常情况一样使用穿墙螺栓连接，需提前进行螺栓预埋。

图2 塔机附着杆布置示意图

1.2 塔机附着悬挑梁结构介绍

为了满足此类塔机附着杆附着条件，设计了一种向外延伸的悬挑梁结构，以保证塔机可以顺利加节，工程可以继续施工。

初步设计构思，悬挑梁为一个整体的空间三角形结构，即上部为平面三角形结构，其一直角边梁水平固定于剪力墙上，另一直角边梁垂直于剪力墙向西悬挑延伸；下端焊接有固定于剪力墙的立杆，立杆和三角架之间焊接有斜撑杆。因附着杆调节距离有限，为了保证可以顺利安装，工厂制作时将水平结构三角架、立杆、斜撑杆分别加工，运至现场后，安装人员先将三角架和立杆定位好，用穿墙螺栓紧固，然后将连接处焊接在一起，最后将斜撑杆焊接在三角架和立杆之间。考虑到一般施工现场条件有限，配焊比较费时费力，操作难度较大，对现场安装人员要求较高，因此，对结构进行了优化改进。

优化后的结构将原来的整体拆分为三角架、斜撑杆和立杆三个部件，组装后形成空间三角形架构，如图3所示。各部件相互独立，现场只需通过销轴简单连接组装，无需配焊，安装方便快捷，省时省力。

图3 悬挑梁优化结构示意图

①三角架：主体结构由25b槽钢拼焊形成平面三角形结构，稳定性强。三角架靠墙直角边槽钢上设置有4排8个M30的穿墙螺栓通孔，用于固定在剪力墙上；另一直角边槽钢垂直于剪力墙悬挑向外，悬挑端的外侧面和下方均设置有连接耳板，分别用于连接附着杆和下方斜撑杆。垂直于墙面的直角边槽钢内槽口封板，增加强度。

②立杆：由25b槽钢和封板拼焊形成空心杆件结构。空心杆中部焊接有连接斜撑杆的耳板，空心杆上设置有4排8个M30穿墙螺栓通孔，用于固定在剪力墙上。立杆上端与三角架下平面有一定距离，安装时可根据现场情况对其位置进行适时调整，具有一定灵活性。

③斜撑杆：采用25b槽钢和间断的封板拼焊而成。两端头设置有连接耳板，一端与三角架连接，另一端与立杆连接。

2 塔机附着悬挑梁受力分析

2.1 附着杆简要受力说明

附着装置布置方式采用在附着平面内以三根不相交于一点的刚性附着杆所构成的静定结构，附着框采用QTZ5610塔机标准附着框；附着杆采用两根等截面格构式框架连接组成整个撑杆，撑杆截面尺寸为180×180mm，主材采用∠50x5，缀条∠30x3；附着杆与附着框通过φ35销轴连接。

附着受力简图见附图2。

P:塔机作用于附着平面上的最大水平力；

T:基础所受的扭矩，其数值由塔机说明书提供；

α:P力作用方向角，即风力的方向，其取值范围是0≤α≤2π；

N、N、N:附着杆对塔身附着框的支承反力。

按平面力系平衡方程：Σx=0，Σy=0，ΣM=0，列出N、N、N的联立方程式，并对各函数求导，取dF/dα=0，求出各杆的最大受力：N=211kN;N=-144kN;N=-131kN，附着杆、连接销轴及附着连接支座穿墙螺栓受力验算满足要求（步骤略）。

2.2 悬挑梁受力分析

根据以上介绍及图3示意图，现对悬挑梁进行验算，具体分析过程如下：

附着杆所承受的轴向力可能是拉力也可能是压力，并且绝对值相等，但附着杆的最大值并不同时出现。对悬挑梁受力分析时按最不利情况分析，即当N=131kN。三角架是悬挑梁受力主体，其横梁选用槽钢[25b并在槽口贴δ14封板,斜梁选用槽钢[25b,固定梁选用槽钢[25b。

三角架截面特性：

A=72.15㎝，A=39.91㎝，A=39.91㎝；A=151.97㎝

I=716㎝，I=196㎝，I=3530㎝

L=39.18㎝，L=70.82㎝

三角架截面惯性矩：

I=315365㎝

回转半径：

抗弯截面系数：

则长细比：

λ=2×79.4/45.55=3.486

经查表（b类截面轴心受压构件的稳定系数）得：ψ=0.999

三角架弯矩：M=0.794×Nsin65°＋0.492×Ncos65°

=94.27+27.24=121.51kN·m

轴向压力：N=Ncos65°=55.36kN

三角架的稳定性：

σ=55360/(0.999×151.97×10)+121510000/（8049×10）

=3.64+15.10

=18.74(MPa)＜175MPa

σ=55360/(0.999×151.97×10)+121510000/（4453×10）

=3.64+27.29

=30.93(MPa)＜175MPa

从以上验算可知：三角架是满足安全使用要求的。

另注：因三角架重量约200kg,重量较小，在此不验算斜撑强度。

因此，悬挑梁可安全使用。

3 悬挑梁安装注意事项

①悬挑梁的安装属于高空作业，因此，必须要求专业人员安装。

②安装人员要做好自身防护，遵守高空作业有关安全操作规程，防止高空坠落事故发生。

③安装前，必须先确定该墙体结构符合附着安装技术条件。

④安装时要有工地专职安全员在场，如遇现场安装条件不满足要求，应及时反映沟通。

⑤安装时应先确定三角架及立杆安装位置，在剪力墙上对螺栓孔位置做标记并钻通孔；然后安装三角架和立杆，穿入穿墙螺栓，两端头双螺母紧固；最后安装斜撑杆，插入连接销轴，并用开口销锁紧。

⑥安装完成后，经各方检查验收，并有书面验收签单记录。

由于各工地情况不同，所制作的悬挑梁仅适用于当前工地，并不能反复使用，且制作费、安装费不低，额外增加了工程成本。因此，需正确对待塔机定位，必要时协同相关专业人员共同制定塔机布置方案，避免麻烦。

4 结束语

在建筑施工中，因各种原因需定制塔机非标附着的情况非常多，以制作非标附着杆最为常见。本文介绍的悬臂梁是一种较为特殊的非常规附着形式，可为不能正常附着于剪力墙的附着杆提供辅助支撑。此结构安装简单、方便、快捷，不需要现场配焊。本塔机使用近两年，现已拆除，使用期间尚未发现任何附着问题，证明此种形式附着是安全可靠的，可为今后类似的工程施工提供参考和借鉴。