塔吊附墙 [某工程K4021塔吊附墙杆件在超常规条件下的设计与施工]

　　 【摘要】本文介绍了在建筑物结构条件和地形条件的限制下，在超常规的情况下，利用在建筑物上附加钢结构格构件，作为塔吊附墙杆件的支座，进行高层建筑塔吊附墙施工的实例。 　　【关键词】超长杆件；格构架；承载力；稳定性；撑杆；铰接；强度；刚度；焊缝；缀板
　　中图分类号：TU323文献标识码： A 文章编号：
　　1工程概况
　　
　　深圳市某工程，建筑面积10.24万平方米，32层，其中地下室1层，4层裙房，6层为结构转换层，其上为5栋住宅楼，总高104米。本工程设有3台塔吊，其中的2# 塔吊为沈阳建筑机械厂生产的K4021塔吊，由于结构条件和地形条件的限制，只能布置在18轴以西100mm、M轴以北9200mm的位置，该塔吊的直接附墙时杆件长度达20.3米，已超出常规附墙杆件的长度范围；决定在主体结构上设计附加钢结构格构架，作为塔吊附墙杆件的支座。本文针对这方面的计算依据和施工措施作相应的介绍。K4021塔吊的主要技术参数见下表：
　　
　　K4021塔吊主要技术参数
　　
　　
　　注:最大起重力矩为1600KN.M，最大幅度71.9M 时起重量为2.1t，最小幅2.5M时起
　　重为16t，最大转动扭矩为295t.m。
　　
　　2 方案布置
　　2.1 方案选择
　　按照初期设想，塔吊附墙有三种设计方案，如（图一）示。方案二中的右侧附墙杆件长度达到20.3m，使得在设计中使用的杆件过长、过重，长细比难以保证，并且在制作、吊运、拆卸时比较困难，同时也不符合塔吊附墙杆的角度要求（300~600之间），所以方案二予以排除；由于在20~23/H轴之间布置有高层人货电梯，（该人货电梯只宜布置在两栋塔楼的中间位置，这样既能保证货梯附墙的安全，又极大地方便了工程的施工），使得附墙杆件无法拉通，故方案三予以排除；方案一选择在主体结构上附加设计钢结构格构架，作为塔吊附墙杆的支座，这样既满足了普通塔吊附墙杆件的设计要求，又能较方便地施工塔吊附墙杆件和格构架。综合各方面的因素，对初期设想的三种设计方案进行比较，决定采用方案一来进行塔吊附墙的设计。
　　 具体布置：16轴与M轴向南900的交接处设附墙杆的预埋件，在H—M/20轴与18—20/M轴处设钢结构格构件作为附墙杆的支座，同时在B点上设反拉钢丝绳、在F点下设三角架支撑，以及在格构件FB与BE之间加设连接件MH作为安全构造保证措施，见（图一）及（图七）。该塔吊共布置四道附墙，分别在6、13、20、27层。
　　
　　2.2内力计算
　　本附墙支架的内力计算分为二部分，一是附墙杆件的内力计算，二是附墙杆件支座钢结构格构件的内力计算。通过力法方程，在考虑风荷载的作用下，经计算附墙杆对支架支座的最大反力为：±452.86KN，即计算简图中的BD杆的轴向受力（计算过程忽略）。
　　BD附墙杆的受力见（图二）：图中NBD=+452.86kN
　　BD杆在其自重和风荷载组合最不利情况下的垂直荷载为NZ：
　　p（自重）=9.63 kN p（风）=2*q*L=0.4556kN（q为深圳市风载系数）
　　P风1=455.6*6.7/10.59=2.88KN P风2=455.6*8.2/10.59=3.53KN
　　说明：上图中的计算简图一为塔吊附墙支座处的最大反力计算简图，其中，M2为塔吊的最大扭矩，N2为支座处最大反力；计算简图二为附墙格构架内力分析计算简图；计算简图三为构造加强措施BG杆的受力分析，详见第3.2条。
　　对支座B：NBD=N轴力=452.86KN NZ1=P/2=4.82KN
　　所以由计算简图二可知： NBF1=±290.1kN NBE1=±350.75KN
　　Nz=7.75+(PBE自重+ PBF自重+PBG自重 )/2=13.68 KN
　　由计算简图三可知,
　　NBF2=13.68*7.5/5.6=18.31 KNNBE2 =0 KN
　　对钢结构格构架,按最不利荷载组合：
　　NBF = NBF2+ NBF1=±309.41KN NBE = NBE2+ NBE1 =±350.75KN
　　BF杆两端铰接,计算长度为L0=7500mm, 其受力简图同上：
　　BE杆两端同样按铰接, 计算长度L0=8500mm,格构件的截面形式见（图四）：
　　由于BE杆内力最大，以BE杆作为设计计算杆进行验算：
　　支架杆规格： [25b，材质：Q235B
　　S=2*39.91=79.82CM2WX=2*282=564CM3 iX=9.41CM
　　λX=L/ix=90.23φX=0.62 λ0Y=（λ2Y+λ21）1/2
　　IY=2*(196+39.92*15.672)=19991.71CM4 iy=(IY/A)1/2=15.82CM
　　λY=L0Y/ iy=850/15.82=53.72
　　
　　
　　格构件截面示意图 （图四）
　　λ1=L01/i1=55/2.22=24.7854.61 ， 1.34为安全系数 即σ<[σ],支架安全。
　　2.3.2架杆竖向挠度
　　f=5qL4/(384EIY)=5PL3/(384EIY) =0.167cm