塔式起重机基础设计

关键词：

塔式起重机基础设计（精选八篇）

塔式起重机基础设计篇1

背景资料:××集团QTZ40液压自升塔式起重机基础参数:

自由高度 28.3 m,附着式高度 120 m,最大起重量 40 kN,最大工作幅度47 m;最小起重量8 kN,最小工作幅度2.5 m;公称起重力矩400 kN·m;整机重量(独立式)240 kN,平衡重65.5 kN,平衡臂长度12.8 m,平衡臂重19.08 kN;起重臂长度47 m,起重臂重量52.65 kN,吊具(索)重量3.46 kN;标准节主弦杆ϕ108×12 mm,标准节外形尺寸1 408 mm×1 408 mm,节高2.2 m。

1 悬臂状态塔式起重机在竖向荷载作用下的内力计算

1.1 塔吊在工作状态下

1)塔吊工作状态下作用于基础顶面的竖向荷载标准值:

Ngk=∑Gi+Q=240+65.5+40=345.5 kN。

2)塔吊工作状态下作用于基础顶面的竖向荷载设计值:

Ng=rg·Ngk=1.2×345.5=422.6 kN。

3)塔吊工作状态下作用于基础顶面的弯矩:

标准值:

$Μ_{J g k} = (8 + 3.46) \times 47 + 52.66 \times \frac{1}{2} \times 47 - (65.5 \times 12.8 + 19.08 \times \frac{1}{2} \times 12.8) = 815.6 k Ν \cdot m$ 。

设计值:

$Μ_{J g} = (1.4 \times 8 + 1.2 \times 3.46) \times 47 + 1.2 \times 52.66 \times \frac{1}{2} \times 47 - 1.2 \times (65.5 \times 12.8 + 19.08 \times \frac{1}{2} \times 12.8) = 1 110.5$ kN·m。

1.2 塔吊在非工作状态下

1)非工作状态下作用于基础顶面的竖向荷载标准值:

Nfk=∑Gi=305.5 kN。

2)非工作状态下作用于基础顶面的竖向荷载设计值:

Nf=1.2×305.5=366.6 kN。

3)非工作状态下作用于基础顶面的弯矩:

标准值:

$Μ_{J f k} = 52.66 \times \frac{1}{2} \times 47 + 3.46 \times 2.5 - (65.5 \times 12.8 + 19.08 \times \frac{1}{2} \times 12.8) = 285.65$ kN·m。

设计值:

MJf=1.2×285.65=342.78 kN·m(顺时针)。

1.3 塔吊在竖直荷载作用下基础顶面的内力值

塔吊在竖直荷载作用下基础顶面的内力值见表1。

2 塔吊在悬臂状态下风荷载的计算及风载产生的内力计算

1)按GB/T 13752-92塔式起重机设计规范、GB/T 50135-2006高耸结构设计规范计算风载及风载产生的内力:计算略,结果见表2。

2)GB 50009-2006建筑结构荷载设计规范计算风载及风载产生的内力,结果见表2。

3)按GB/T 13752-92,GB 50135-2006,GB 50009-2006计算塔吊处于悬臂时,由风荷载作用引起基础顶面剪力、弯矩值汇总见表2。

3 塔式起重机钢筋混凝土基础设计

1)根据工程勘察报告。

地基承载力特征值fak=220 kPa。

2)塔吊在最大悬臂状态下,作用在基础顶面轴力、剪力、弯矩值的计算见表3。

3)塔式起重机钢筋混凝土基础设计。

a.设钢筋混凝土基础尺寸为B×L×h=4.5 m×4.5 m×1.2 m,采用C35混凝土。b.计算基础底面竖向轴力标准值、设计值;弯矩标准值、设计值:工作状态:竖向轴力标准值:

Nφgk=Ngk+Gk=345.5+25×4.5×4.5×1.2=953 kN。

基底弯矩标准值:

Mφgk=Migk+Mwgk+Vwgk·h=815.6+414.53+1.2×27.59=1 263.24 kN·m。

竖向轴力设计值:

Nφg=422.6+1.2×607.5=1 151.6 kN。

基底弯矩设计值:

Mφg=1 110.5+580.34+38.63×1.2=1 737.02 kN·m。

非工作状态:

竖向轴力标准值:

Nφfk=305.5+607.5=913 kN。

基底弯矩标准值:

Mφfk=285.85+393.30+26.22×1.2=710.61 kN·m。

竖向轴力设计值:

Nφg=422.6+1.2×607.5=1 151.6 kN。

基底弯矩设计值:

Mφf=342.78+550.62+37.71×1.2=938.65 kN·m。

计算基础偏心距:

$\begin{array}{l} a . ⌶ 作状态 ∶ e = \frac{Μ_{φ g}}{Ν_{φ g}} = \frac{1 737.20}{1 151.6} = 1.5 m ‚ \\ e_{k} = \frac{Μ_{φ g k}}{Ν_{φ g k}} = \frac{1 263.4}{953} = 1.33 m 。 \end{array}$

$\begin{array}{l} b . 非 ⌶ 作状态 ∶ e = \frac{Μ_{φ f}}{Ν_{φ f}} = \frac{938.65}{1 095.6} = 0.857 m ‚ \\ e_{k} = \frac{Μ_{φ g k}}{Ν_{φ g k}} = \frac{710.61}{913} = 0.778 m 。 \end{array}$

4)地基承载力验算:

基础底面边缘的最大压力:

a.工作状态:

$Ρ_{g m a x} = \frac{2 Ν_{φ g k}}{3 B (0.5 B - e_{k})} = 153.46$ kPa<fak=220 kPa。

b.非工作状态:

$Ρ_{f m a x} = \frac{2 Ν_{φ f k}}{3 B (0.5 - e_{k})} = 91.89$ kPa<fak=220 kPa。

所以,地基承载力满足要求。

5)基础抗倾覆稳定性验算:

a.工作状态: $e_{k} = \frac{Μ_{φ g k}}{Ν_{φ g k}} = 1.33 m$ 。

b.非工作状态: $e_{k} = \frac{Μ_{φ f k}}{Ν_{φ f k}} = 0.778 m$ 。

所以,此基础满足抗倾覆稳定性。

6)基础受冲切承载力计算,见图1。

塔吊底架的长度和宽度at=bt=1.41 m。

am=h0+at=(1.2-0.08)+1.41=2.53 m。

冲切时截面高度影响系数βhp:

$β_{h p} = 1 - \frac{h - 800}{1 200} \times 0.1 = 1 - \frac{1 200 - 800}{1 200} \times 0.1 = 0.967$ 。

冲切荷载面积Al:

$A_{l} = \frac{1}{2} (a_{b} + B) t = \frac{1}{2} \times (3.65 + 4.5) \times 0.425 = 1.73 m^{2}$ 。

其中,ab=1.41+2×1.12=3.65 m;t=0.425 m。

基底净反力计算,见图2。

a.工作状态。

偏心距判别: $\frac{B}{6} = 0.75 m ＜ e = 1.50 m = \frac{B}{3} = 1.5 m$ 。

基底净反力最大值:

$Ρ_{J g m a x} = \frac{2 Ν_{φ g}}{3 B (0.5 B - e)} - \frac{γ_{G} G_{k}}{A} = \frac{2 \times 1 151.6}{3 \times 4.5 \times (0.5 \times 4.5 - 1.50)} - \frac{1.2 \times 607.5}{4.5 \times 4.5} = 191.48$ kPa。

净反力零点计算:

$x ∶ [3 \times (\frac{4.5}{2} - 1.50)] = 36 ∶ 227.48 ‚ x = 0.36 m$ 。

$Ρ_{Ι} = \frac{345}{1 890} \times 191.48 = 34.95$ kPa。

b.非工作状态。

偏心距判别: $e = 0.857 m ＞ \frac{B}{6} = 0.75 m$ 。

基底净反力最大值:

$Ρ_{J f m a x} = \frac{2 \times 1 095.6}{3 \times 4.5 \times (\frac{4.5}{2} - 0.875)} - 36 = 116.49 - 36 = 80.49$ kPa。

c.计算作用于Al上地基净反力设计值Fl:

取PJ=PJgmax=191.48 kPa,则Fl=PJ·Al=191.48×1.73=331.26 kN。

d.混凝土基础受冲切承载能力:

0.7βnpfeamh0=0.7×0.967×1.57×2.53×1.12×106=3 011 kN>Fl=331.26 kN。

所以混凝土基础受冲切承载能力满足要求。

7)配筋计算:

因为PJgmax>PJfmax,所以 $Ρ_{n} = \frac{1}{2} (Ρ_{Ι} + Ρ_{J g m a x}) = \frac{1}{2} \times (34.95 + 191.48) = 113.22$ kPa。

$Μ_{Ι} = \frac{1}{24} Ρ_{n} (B - b_{t})^{2} (2 L + a_{t}) = \frac{1}{24} \times 113.22 \times (4.5 - 1.41)^{2} \times (2 \times 4.5 + 1.41) = 468.9$ kN·m。

因为B=L,因此ASII=ASI,而Asmin=ρmin·A=0.15%×4 500×1 200=8 100 mm2。

因此,按构造配筋,配B16@200(AS=9 246 mm2)双层双向配筋(GB 50010-2010混凝土结构设计规范中8.5.2条ρmin=0.15%)。

4结语

本例基础尺寸4.5 m×4.5 m×1.2 m是××集团QTZ40液压自升塔式起重机使用说明书中的建议尺寸。从计算可知,偏心距e=1.50 m=B/3=1.5 m,但基础与土脱开尺寸达1.79 m,即约为基础边长的40%,超出了配筋计算公式的适用范围。为此建议基础尺寸改为5 m×5 m×1.35 m,经计算e=1.21 m<B/3=1.67 m,基础与土脱开尺寸为1.13 m,仅为基础边长的22.6%较为合适。

参考文献

[1]GB/T13752-92,塔式起重机设计规范[S].

[2]GB50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].

[3]GB50009-2001,建筑结构荷载规范[S].

[4]GB50135-2006,高耸结构设计规范[S].

塔式起重机基础设计篇2

1 当塔机轨道敷设在地下建筑物（如暗沟、防空洞等）的上面时，应采取加固措施；

2 铺设碎石前的路面应按设计要求压实，碎石基础应整平捣实，轨枕之间应填满碎石；

3 路基两侧或中间应设排水沟，路基不应有积水，

6.5.5轨道敷设检查规定：

1 轨道通过垫块与轨枕应可靠地接地，每间隔6m应设一个轨距拉杆；钢轨接头处应有轨枕支承，不应悬空；在使用过程中轨道不应移动；

2 轨距允许误差不应大于公称值的1/1000，其绝对值不应大于6mm；

3 钢轨接头间隙不应大于4mm；与另一侧钢轨接头的错开距离不应小于1.5m；接头处两轨顶高差不应大于2mm；

4 塔机安装后，轨道顶面纵、横方向上的倾斜度，对于上回转的塔机不应大于3/1000；对下回转的塔机不应大于5/1000；在轨道全程中，轨道顶面任意两点的高差应小于100mm；

5 轨道行程两端的轨顶高度宜不低于其余部位中最高点的轨顶高度，

6.5.6混凝土基础检查规定：

1 混凝土基础应能承受工作状态和非工作状态下的最大载荷，并应满足塔机抗倾翻稳定性的要求；

2 对混凝土基础的抗倾翻稳定性计算及地面压应力的计算应符合塔机在各种工况下的技术条件规定；

3 使用单位应根据塔机制造商提供的载荷参数制作混凝土基础；

塔式起重机基础设计篇3

上述预制、拼装式基础所必须面临的一个环节就是塔身和基础的连接问题,目前的常用连接方式是通过螺栓直接将塔身与基础固定到一起。这一做法存在以下缺陷:一是混凝土浇筑过程中预埋螺栓的位置一般难以控制的十分精确,加上塔身和基础的轻微变形,常常造成“孔不对眼”的现象,对塔机安装带来不便;二是当前市场上有多种型号的塔机,其塔身的尺寸不尽相同,且同一型号的塔机不同生产厂家的产品也存在差异,使得预制混凝土基础的通用性较差。鉴于此,本文设计了一种混凝土基础与塔身的连接转换器,介绍了该转换器在试用过程中所出现的问题及相应的优化设计方案,并通过计算分析和现场试用验证了该转换器的可行性,以期为实际工程中塔机预制混凝土基础的推广提供便利。

1 连接器的设计

预制混凝土基础的四肢分别有4个预埋螺栓(见图1中A、B、C、D),所设计转换器有4个相对应的螺孔(见图2中A′、B′、C′、D′)。该转换器所用材料为20MN5M铸钢,经实验检测其力学性能为抗拉强度497MPa,屈服强度285MPa,延伸率为22%。安装时,用4个螺栓将转换器固定在基础上,再将塔身底部和转换器预留套筒E′、F′相连接。按照上述初步设计思路,经过机械加工的转换器实物见图3。

2 连接器的受力分析

塔式起重机塔身标准节(图4)通过4个连接器安装在十字交叉梁基础上(图5),当臂架提升重物与十字交叉梁平行时(图5中1-3连线方向),基础承担的弯矩最大,此时对连接器的破坏性最大。

以下以克瑞QTZ5313型号塔式起重机为例分析连接器的受力性能。QTZ5313型号塔式起重机,其公称起重力矩800kNm,最大起重6t,塔身标准节长1 650mm、宽1 650mm。当臂架提升重物达到最大起重力矩M=800kNm且与十字交叉梁平行时,1号连接器受拉最易破坏。

1号连接器的受力图如图6所示,图中P表示塔身通过螺栓传给转换器的拉力,R表示转换器所受的拉(压)力。经计算可得:R1=71618.35N,R2=99831.65N。

从求解出来的R1、R2看出1号连接器在与塔身标准节连接处受拉,与基础连接处受4个螺栓的拉伸,因此其呈现出来的破坏形态如图7所示。要说明的是,图7的破坏图片是作者对该转换器初步设计并加工后,与塔机生产厂家合作对塔机进行满荷试运行后的破坏图片。下文会对此初步设计方案做探讨、改进。

3 连接器优化设计

3.1 关于通用性的设计

对此连接器的几何形态进行分析后,将柱脚角钢上的螺栓套筒和垫板上的螺孔改为可调幅矩形圆角螺孔(图8)。表1给出了河南市场占有率较大的几种塔式起重机品牌的塔身标准节尺寸。根据表1的尺寸,可将与混凝土基础相连接的螺孔可调长度设置为100mm,与塔机相连接的螺孔可调长度设置为60mm,以适应不同型号塔机的安装并放宽对预埋在混凝土基础内螺栓的精度要求,从而使其通用性大大加强。

3.2 关于加工工艺的设计

由于图3和图7的连接器是采用人工焊接的方式,焊缝质量和焊接强度不能保证,易在焊接处产生缺陷降低构件的使用性能,且费工费时。为了分析加工工艺对受力性能的影响,分别对焊接式和整体浇筑式转换器进行有限元数值模拟,对比两种加工方式下构件应力应变。图9为两种加工方式下变形放大200倍的应力云图,表2为相应计算结果对比情况。从图9和表2可以看出,采用一次浇筑成型的方式可以有效降低转换器的所受应力应变,其中应变降低30%,最大等效应力降低15%。

表2中的等效应力即Von mises(范·米塞斯)等效应力,是采用第四强度理论作为依据,其值为其中,为mises等效应力,σ为空间应力,τ为剪应力,下标表示方向。

3.3 柱脚角钢和螺栓套筒位置的设计

从力学角度来说,应当调整柱脚角钢和螺栓套筒的位置,使受力中心位于垫板的中性轴上(图10a)。进行受力分析后并对比,此时构件的大部分材料都参加工作,抵御形变和应力,整体结构更加合理(图10b)。

3.4 连接器局部加强设计

通过图9中有限元应力分析结果可知,结构在底板螺孔附近产生的应力最大,甚至超过45号钢的屈服极限350MPa,应在此处进行局部加强,采用方法是附加一定厚度的螺孔垫片。显然,垫片太薄则不安全,太厚则浪费材料,对此,通过逐步增加垫片厚度,进行应力分析对比,最终选择适宜厚度。

图11给出了垫片厚度与相应区域最大等效应力的关系,其中垫片从10mm开始,每次增加10mm。由图11可以看出,从不设置垫片到增设10mm垫片时最大等效应力变化最明显,当垫片厚度大于50mm时,应力不再改变。因此,可选用垫片厚度为50mm,此时最大等效应力为193.25MPa,符合强度要求。

经上述几种方式的优化后,现有结构的受力性能与原初步设计结构对比如图12所示,从图12来看,优化后转换器的应力幅值减小了50%以上。事实上,作者与塔机生产厂家合作试运行过程中,经过优化后的转换器在塔机满荷运行时没有再出现类似于图7的破坏情况,证实了该文转换器最终设计结果的实用性。

4 结语

1)当臂架提升重物达到最大起重力矩且与十字交叉梁平行时,受拉连接器受力最大,此时最易破坏。一次浇筑的加工工艺是转换器受力性能明显优于焊接;连接器矩形圆角螺孔比圆形螺孔的通用性好;连接器与起重机相连接的螺栓套筒位置会显著影响受力性能;底板螺孔垫片的设置会使该区域应变显著降低。

2)经过与塔机生产厂家合作运行表明,在不改变既有拼装基础与塔身的情况下,该转换器可以方便地工程实际之中,并具有足够安全性和适用性。

参考文献

[1]赵正义.砼预制构件十字形单向组合式塔机基础[P].中国专利:CN198101470.4,1998.

[2]赵正义.组合式正方形塔机基础[P].中国专利:CN2358160Y,2000.

[3]赵正义.桅杆式机械设备垂直组合新型基础[P].中国专利:CN101255700B,2013.

[4]陈大军.钢结构装配式塔机基础试验研究[J].工程与建设,2013,(5):643-644.

塔式起重机基础安装的一种新型式篇4

1 地耐力不足引发的思考

目前国内外塔机施工普遍采用现浇筑砼整体式基础,国内塔机生产厂家在对塔机基础的设计上都以地基承载力在200kN/m2为设计依据来设计承台的结构大小。

天津地处沿海,土质松软,地基承载能力多在90～120kN/m2左右。为了满足塔机设计要求,在工程中需要大量采用桩基础,然后制作承台。但实际施工情况比较多样,有些工程没有条件打桩或是不允许打桩。比如天津奥林匹克中心体育场看台板安装施工项目,需要多次转场安装环形布置的看台板,打桩做承台的费用高昂,而且场馆地下结构也不允许砼和钢筋永久保留。在天津军事交通学院工程和天津师范大学工程施工中,因为工程量临时添加需要增设塔机,而施工现场已经没有余地打桩。

天津建工总包公司研究设计了一种塔机无桩基础设备来解决上述难题,节约了大量的砼和钢筋,对环境没有负面影响,同时节约了时间和人工。

2 新型塔机基础安装方式

我公司现有设备资产中,波坦MC230、MC320;永茂STT200、STT153;江汉TC6017等塔机都有压重式设计,经过与土建专家的讨论,采取扩大承台承压面积的方式可以降低塔机对于地基承载能力的要求。

以STT200塔机为例。由样本查得,塔机每个支腿压重120t,4个支腿压总重480t,塔身自重73t,共553t。采用钢制路基箱将塔机承压底表面扩大到64m2,箱基自重约26t,则基底压力为90kN/m2,对于地层地耐力的要求大幅降低。考虑运输的问题,我们将路基箱设计成8m×2m×0.2m的4块钢结构箱板,安装时用鱼骨梁将4块箱板联结为刚性整体,从而保证每块箱板受力均匀。

塔机承台对地耐力要求降低后,塔机基础的处理也比较简单了。一般地区地表下挖400～600mm夯实,再垫300mm石屑,分两步夯实找平即可,石屑起到均匀传递载荷的作用,而且容易找平。

6个工程近2 0台次的拆立以及M C 2 3 0、MC320、STT200、TC6017等型号塔机的安装使用,证明此方法安全可靠,可以替代桩基结构。

3 资金投入情况

STT200塔机路基箱压重式安装需要投入的资金共计36万元。分别为:(1)增设本塔型的压重架,含基础节和支撑,该项投入约为14万元;(2)增设钢筋砼制压重块106t,需用5万元;增设钢路基箱,重26t,需用17万元。

塔机安装桩基础承台需要耗费大量的砼和钢筋,一次投入就达十几万元,并且工程结束后回收利用较少,容易对地下环境造成污染。相较之下,1套塔机路基箱压重式基础可以反复使用,可用年限至少30年,我公司目前按全部塔机台数的10%～15%进行了配置。

4 优点

目前国内外常用的塔机现浇筑砼整体式基础本身存有各种弊端:其自身重量大,最小亦达数十吨,过于笨重;又因其为埋于地下的现浇结构,只能一次性使用,浪费严重;弃于地下的混凝土块的清除往往需要耗费大量人力、物力和财力,否则长期沉淀必然严重影响土质,破坏环境;长期留存地下,有可能干扰其他工程施工;对已有建筑进行改扩建施工时,往往因此没有足够的施工场地,导致很多情况下不能采用。

新型塔机无桩基础具有节能、减排、环保的突出优点。(1)不打桩,减少乃至消除了钻孔的泥浆排放;(2)无桩、无承台直接节省大量的钢筋、砼,并且减少了土方的开挖;(3)施工结束后,无需对基础进行处理,而桩基承台结构在施工结束后通常要将承台破除、挖出底脚,桩则被永久地留在地下,不符合持续发展的要求。

路基箱压重式安装方式还具有其他优势:(1)对地耐力要求低,天津等沿海地区的地质状况都可以放心使用;(2)无需打桩和制作承台,大大缩短了安装周期(通常为1、2天左右,桩基承台基础施工通常为十几天);(3)适用面广,不影响地下其他工程,不会对后继管线等施工造成影响;(4)降低基础制作的费用,桩基承台式结构安装一次的费用大约在9～12万元之间,而路基箱压重式基础处理费用不到1万元;(5)增设了基础节的支撑体系,使得塔机的独立高度增加,方便了施工。

5 结语

塔机无桩基础安装形式重点用于特殊工况的施工,尚未在高层、超高层建筑施工中使用。考虑到超高层建筑施工周期都需跨年,甚至几年,随季节变化的地质状况,特别是地表变化对其稳定性的影响,还需要进一步探讨。

摘要：我国建筑塔机固定式基础耗费巨大的事实早就引起了民众和媒体的关注。《中国建设报》2000年曾撰文介绍说:“据测算,这种基础处理方式若继续使用10年,按照现在的塔机发展趋势,我国每年用于塔机基础的费用将达到50亿元,钢材22多万吨,水泥110多万吨,每年投入人工达260多万个人工日。”如今,我国塔机增幅早已超过预期,仅2010年就新增四万多台,相应的塔机基础原材料和人工的耗费更是成倍数增长。尽管各种塔机无基座处理方式陆续问世,但是由于多种因素的限制,仍然没有得到有效的宣传和利用。相关人士向记者坦承,施工方和设备出租方之间的利益纠纷是无基座塔机大面积推广受阻的主要原因。目前,我国建筑施工单位和设备供应方多为分割独立,互不隶属。在这种情况下,设备方如果采用路基箱压重式塔机,一次性投入较大,并且转场费用增加;而固定式基础塔机耗费的钢筋混凝土则纳入施工费用,全部由施工单位承担,在租赁费用相同的情况下,设备供应方自然不愿“自找麻烦”。天津建工总包公司的优势在于:施工方和设备供应方隶属同一公司,各方利益统一,即使初期设备改造费用增加,但总体效益有了显著提高。针对施工方、设备方的利益纠纷,施工方如果将基础施工费用独立出来,若设备方可以供应无基座塔机,则按比例提取增加租赁费用,这会不会是一种解决之道呢?

参考文献

塔式起重机格构式基础施工技术篇5

关键词：塔式起重机,格构式基础,混凝土桩,螺旋钢管

在施工基础大开挖前采用钻孔灌注桩加钢管柱的办法安装好塔机，以后边开挖，边焊接增加钢管柱之间的水平缀条和斜缀条，形成格构式基础。经3项工程的使用，该方法安全可靠，加快了施工速度，取代了以往塔机大承台，减少了拆除费用。

1工程概况

某工程位于某市繁华地区，地下2层，地上30层，共3幢。A幢总高99.95m,B、C幢总高93.65m。根据本工程特点，每幢选用QTZ5013塔机。

根据该工程的特点，决定将3台塔机安装在地下室内，并在土方开挖前安装好塔机，其中一台塔机中心线位置设在D—L轴与D—N轴之间和184#与192#桩位之间，将塔机布置在11、12、13、14号桩位上，见图1。

2塔机基础施工

塔机基础施工流程如下：定位放线→制作方形砼定位板→工程桩施工→螺旋钢管插入→塔机基础钢帽头制作及专用机脚安装→灌注钢帽头砼→安装塔机→分层挖土→格构式基础加强节焊接→基础施工→验收。

1)本工程地下室开挖面积较大，周边无施工现场，无放坡可能，故必须先在地下室位置安装塔机，方可进行土方开挖。由于地基不能满足塔机承受力的要求，塔机利用∅800的砼灌注桩(工程桩)作为地下室底板以下的桩基，桩顶标高-9.0m。

2)先做∅800的砼灌注桩4根，深度为25m，砼浇筑后，立即插入∅529×10螺旋钢管，钢管锚入桩内2 500mm，钢管内灌C30砼，控制钢管上部3 m不浇筑砼。

3)塔机基础桩定位施工。常规工程桩或支护桩允许偏差300～400mm。而这4根∅529×10螺旋钢管作为塔机的基础加强节，受塔身间距限制，水平位置允许偏差为30mm。见图2。控制方法：以塔机为中心，在塔机安装中心位置打1块3 500mm×3 500mm的方形砼板，板厚150mm，在板上塔机位置留置4个孔洞，其直径为8 0 0 m m，作为控制桩位的依据，用4个测试仪控制桩身垂直度、桩长及沉渣厚度等其他指标。

4)塔机钢帽头施工。在塔机螺旋钢管桩施工结束后，开挖螺旋钢管桩头周边土方。在∅529×10螺旋钢管内插入主筋，长度4m，外露1m。在螺旋钢管桩上口，焊接∅1210×20钢板作为转换平台，中间留孔∅529。转换平台与下部螺旋钢管桩用三角形钢板焊接加强肋，这样螺旋钢管桩与转换平台形成一个整体。在转换平台上面焊接∅800×10钢管，转换平台与上部∅800×10钢管用三角形钢板焊接加强肋，使转换平台与∅800×10钢管形成一个帽头整体。在4个塔机钢帽头之间用30号工字钢作为水平缀条、∅114×4作为斜缀条焊接成一个平面桁架。如图3。

5)每个帽头切割4条竖向缝，高度和宽度必须与塔机专用机脚相符。在4个塔机钢帽头内放入专用塔机机脚，绑扎钢筋。

6)经过整平、尺寸校正后，在上部安装塔机加强节，进行垂直度调整，符合要求后，焊接专用塔机机脚。如图4。采用C30无收缩砼浇筑钢帽头，达到强度后安装塔机。

塔式起重机基础设计篇6

其中小高层住宅区域与人防地下车库紧密相连,如若按塔机使用说明书制作标准承台,则须现行开挖至地下室底板标高再进行现场浇筑,工作量较大。由于该项目工程桩选用PHC管桩,如若使用目前上海地区选用较多的钻孔灌注桩-钢格构柱(高桩承台)基础形式,则须另行进场钻孔灌注桩设备施工。由此决定选用无承台预制混凝土方桩作为塔机基础。

1 预制混凝土方桩塔机基础的选择

在高层建筑及地下室施工过程中,往往会出现基坑面积较大,基坑外场地狭小的情况。为了实现塔机的灵活布置,就应考虑在满足塔机抗倾覆的情况下将基础做到尺寸最小。选用无承台预制混凝土方桩塔机基础可实现平面尺寸最小,并有如下几方面优点;

1)基础平面尺寸最小:以QTZ80(FS5513)塔机为例,该塔机标准节标准承台最小平面尺寸为5 000 mm×5 000 mm。地基承载力达不到要求,承台尺寸还要放大。而选用无承台预制混凝土方桩塔机基础则平面尺寸最小尺寸可以做到2 150 mm×2150 mm(见图1),故可以在狭小场地内灵活布置。

1-预埋柱脚和格构柱双面焊接;2-C30混凝土

2)由于布置相对灵活,故塔机群布置过程中更容易做到覆盖搭接半径合理,提高塔机的使用效率。

3)塔机安装可以在大面积土方施工前完成,减少了基础埋深,避免施工早期阶段的降水、边坡处理及土方清运工作。

4)基础平面尺寸较小,布置灵活,可以避免穿越地下室底版及顶板“开天窗”,有利于地下室底板防水工程的施工,且不影响后续安装工程的正常进行,对加快工期进度大有裨益。

2 预制混凝土方桩基础的设计

一品漫城(二期)项目四台QTZ80(FS5513)塔机均选用无承台预制混凝土方桩基础。根据《上海浦江“一品漫城”二期岩土工程勘察中间资料报告》资料,桩底进入持力层1 m,土体内有效桩长21.85 m。

无承台预制混凝土方桩基础由于取消常规塔机基础的混凝土承台,其转换层由预制桩预埋角钢并与塔机预埋脚柱通过钢板缀板焊接实现。焊接完成后进行高强混凝土灌实。

塔吊基础桩外露部分可采用4L160×16钢格构立柱外包,外露高度较多可以使用12号槽钢做斜撑(见图2)。

预制混凝土方桩基础的设计验算项目主要包括如下内容:

1)桩基竖向承载力验算;

2)桩基竖向抗拔承载力验算;

3)预制桩桩身强度验算;

4)塔机预埋脚柱与预制桩预埋角钢焊缝验算;

5)预制桩接桩焊缝验算。

3 预制混凝土方桩的制作和施工

预制桩选型主要参考国家建筑标准图集《预制钢筋混凝土方桩》(04G361),该工程选用桩型为JAZHb-X45-1313B。预制桩制作过程中要在桩端预埋4根6 m长∟160 mm×16 mm角钢。角钢上焊Φ20有热轧带肋钢筋锚脚。

由于预制混凝土方桩的制作质量是该基础的关键工序,而预埋角钢的施工质量是其成败的决定因素。故在预制混凝土方桩制作过程中,务必要加强施工过程的管理,严格按照有关标准图集施工,并对每一道工序都进行隐蔽验收合格后方可进行下一道工序的施工。

预制混凝土方桩的制作完毕后须保证养护期,在同条件试块达到设计强度后方可进行沉桩施工。该施工要点同预制桩施工过程,工艺流程如下:

4 塔机预埋脚柱安装

塔机预埋脚柱安装是该基础形式的关键程序,工艺流程如下所示:

步骤一:凿除预制混凝土方桩桩顶混凝土。凿除深度视各类型塔机柱脚高度而定。以QTZ80(FS5513)塔机为例,脚柱高度≥600 mm,且必须保证:

1)脚柱的主弦杆上平面到混凝土基础上平面的尺寸为200 mm正负5 mm;

2)脚柱主弦杆垂直度公差小于2 mm;

3)基础表面平整,平面度公差在2 m×2 m平面内小于3 mm;

4)注意正确接地;

5)混凝承压能力达到90%以上方可进入整机总装。

步骤二:固定预埋脚柱,采用钢板与预制方桩中预埋角钢焊接(见图3)。

步骤三:浇筑混凝土。

5 与常规基础承台基础经济性比较

以该项目为例,预制混凝土方桩基础与常规基础承台基础经济性概算比较见表1。

6 结语

塔式起重机塔身的合理设计篇7

1 塔身主弦杆的校核

1.1 技术参数

1.1.1 工况 (一般情况下校核主弦杆的工况, 供参考如图1)

a.吊臂位于塔身横截面的对角线上 (即与轨道夹角成) 。b.吊车位于行走和回转的启、制动状态。c.风向平行于吊臂的纵向中心线, 并由配重方向吹向吊臂方向。d.最大起重量为20000kg及其所在的工作幅度为22.4m。e.材料为Q345钢即16Mn。

1.1.2 各部分的自重

包括下回转支座及其以上自重 (不包括吊重) GD=950000N, 下回转支座及其以上弯矩 (不包括风载和惯性产生的弯矩) MD=950000Nm, 内塔节的自重GN=114800N, 标准节自重GB=70000N, 顶升机构自重GS=52530N, 整个吊臂自重GBJ=196000N和整个平衡臂的自重 (其中包括配重) GP=430000N。

1.1.3 运动系数

包括小车加速度ax=0.5ms-2, 回转转数n=0.6r (min) -1, 回转加速度ah=0.01和大车行走加速度ad=0.07ms-2。

1.1.4 风载的计算

以内塔节所受的风载为例, 简单介绍塔机设计的风载荷计算公式。计算可得主弦杆的迎风面积A1, 斜腹杆迎风面积A2, 水平腹杆迎风面积A3, 然后计算出内塔节的前片迎风面积A前 (内塔节前片所有杆的迎风面积的总和) , 则根据塔式起重机的设计规范可知内塔节的总的迎风面积为A总=A前+ηA后 (其中η为挡风折减系数, 可从塔式起重机的设计规范中查得) 。最后, 内塔节的风载为:

其中, Cw—风载系数 (可查得)

Pw—当时的风压

采用公式 (1) 即可计算内塔节的风载Fw=2740N, 标准节所受的风载Fwb=2740N, 配重的风载Fwp=1542N, 塔顶撑杆的风载Fwc=866N, 司机室的风载Fws=960N和吊重的风载Fwz=6000N。

1.1.5 行走惯性力的计算

回转支座及其以上部分 (包括吊重) 的行走惯性力

其中, G—回转支座及其以上部分的重力

φ—行走惯性力计算的载荷系数

采用公式 (1) 即可计算回转支座及其以上部分 (包括吊重) 的行走惯性力HD=8200N, 内塔节惯性力HN=820N, 标准节惯性力HB=500N。

1.1.6 整个塔身受的轴向力

其中, n—标准节的个数

1.1.7 对塔身根部的弯矩计算 (根据前边的列表或图)

其中, M惯力—内塔节、标准节和顶升部分的惯性力矩的和 (679200Nm)

M风力—各个部分风载对塔身根部的力矩和 (2255000Nm)

M高心力—各个部分离心力对塔身根部的力矩和 (116800Nm)

1.2 对标准节主弦杆的校核

1.2.1 单根主弦杆受力

其中, n—为标准节的主弦杆的个数

L—为标准节截面的对角线的长度

1.2.2 主弦杆的稳定系数的计算

ω=0.967

1.2.3 主弦杆的应力并进行校核

1.3 对内塔节主弦杆的校核

同标准节主弦杆的校核, 其中的M总=3403000Nm为对内塔节根部的弯矩, 且L=3m为内塔节截面的对角线的长度。

1.4 对标准节之间的连接接头的强度的校核

由前面可知, 本件所受的最大应力P=Nmax=2345000N, 再求出最小断面面积A=91cm2, 便可知本件的最大应力σ=157.7MPa, 并进行校核。

1.5 对标准节之间连接销轴的强度的校核

1.5.1 进行受力分析, 求出销轴的最大剪力

1.5.2 计算受力面积

A=28.2cm2

1.5.3 计算许用剪应力

1.5.4 计算本件的剪应力

2 塔身腹杆的校核

2.1 技术参数

2.1.1 工况

(一般情况下校核腹的工况, 供参考如图2)

a.吊臂位于塔身横截面的对角线上 (即与轨道夹角成45o) 。b.吊车位于回转的启、制动状态。c.风向与回转方向一致。d.最大起重量为200000N及其所在的工作幅度为22.4m。

2.1.2 各部风载的计算

采用公式 (1) 即可计算每节吊臂的风载Fwb=3212N, 吊重风载Fwz=6000N, 配重块的风载Fwg=2062N, 平衡臂风载Fwp=34500N和起升机构风载Fwq=850N。

2.1.3 行走惯性力的计算

配重块的行走惯性力Hp

其中, Rz—力的力臂

采用公式 (9) 即可计算配重块的行走惯性力Hpz=6270N, 起升机构的行走惯性力Hq=200N, 平横臂的行走惯性力Hp=1940N, 每节吊臂的行走惯性力Hn=171.5N, 383N, 628.5N, 688.5N, 906N, 922.8N, 1009.6N, 196N。短拉杆行走惯性力Hdl=96N, 长拉杆行走惯性力Hcl=920N, 变幅机构行走惯性力Hbj=98N, 吊重的行走惯性力Hdz=4.8N。

2.1.4 风载的扭矩计算

MF=507330Nm

2.1.5 行走惯性力的扭矩计

Mg=186320Nm

2.1.6 整机扭矩计算

M总=MF+Mg=693650N

2.1.7 求内塔节腹杆受力大

应用库德里亚切夫计算法, 根据内塔节平面的结构尺寸关系, 即可求出内塔节的水平腹杆以及斜腹杆的受力。T为整机扭矩M总在平面上转化的力, 其中L为内塔节截面的宽度:

2.2 对内塔节主弦杆的校核

2.2.1 内塔节腹杆截面的几何特性

即求出腹杆的稳定系数ω=0.931。

2.2.2 校核内塔节腹杆

2.3 标准节腹杆的校核 (同内塔节腹杆校核相同)

3 在非工作状态下对塔身主弦杆的校核

3.1 工况

(一般情况下校核非工作状态塔身主弦杆的工况, 供参考)

3.1.1 吊臂位于塔身横截面的对角线上 (即与轨道夹角成45) 。

3.1.2 风向平行于吊臂的纵向中心线, 并由配重方向吹向吊臂方向。

3.1.3 风载为1100Pa。

3.2 校核内塔节主弦杆的强度

3.2.1 求各部的风载

采用公式 (1) 即可计算内塔节风载Fwn=14630N, 配重风载Hwp=6785N, 塔顶撑杆风载Hwc=2200N, 司机室风载Hws=4224N。

3.2.2 内塔节受的总轴向力

N1=1120000N

3.2.3对内塔节根部的弯矩

M总=3500000Nm

3.2.4 内塔节主弦杆的受力以及应力 (公式 (5) 和公式 (6)

σ=126.2 MPa, 满足条件OK

3.3 校核标准节主弦杆的强度

3.3.1 求各部的风载

采用公式 (1) 即可计算每节标准节风载FWB=7600N。

3.3.2 标准节受的总轴向力

Na=1960000N

3.3.3 对标准节根部的弯矩

M总=8785650Nm

3.3.4 标准节主弦杆的受力以及应力 (公式 (5) 和公式 (6)

σ=250MPa, 满足条件OK。

塔式起重机基础设计篇8

塔式起重机 (以下简称塔机) 广泛应用于高层建筑、住宅、大跨度厂房等建筑物的施工, 对保证施工质量和安全、提高施工效率起着关键作用。近年来, 我国塔机的设计计算手段、生产加工工艺、配套工作机构的性能等均有长足进步, 但是塔机事故时有发生, 给国家和人民生命财产造成严重损失, 其中在安装拆卸过程中发生的事故约占70%, 是塔机安全的薄弱环节。笔者认为, 发生事故的主要原因是目前对塔机的安装架设环节重视程度不够、研究设计不足。

我国中小城市及小城镇的住宅建筑一般为多层建筑, 高度一般不超过30m, 长度不超过60m, 目前施工中主要采用上回转自行安装架设塔机, 规格主要为QTG20、QTG25、QTG30等型号, 如换用同规格的自升式塔机, 整机成本要增加2万多元, 而且起重力矩300k Nm以下的自升式塔机也只能用于多层住宅建设施工。目前上回转自装塔机在结构和机构、安全装置、工作性能等方面均有很大提高, 但是没有设计架设机构, 存在安全隐患。

2 上回转自装塔机安装方法

从塔身标准节到塔顶的塔机垂直轴线部分采用抱杆安装, 比较成熟可靠。塔机起重臂和平衡臂的安装采用在塔顶上挂滑轮组的方法, 利用自身起升机构先吊起臂架将臂根与塔身臂根铰点连接, 然后重新穿绕滑轮组将臂架绕臂根铰点拉起至水平, 再连接臂架拉杆。由于设计者对上回转自装塔机的安装步骤缺少考虑, 塔顶的设计有前倾、后倾, 不能同时兼顾起重臂和平衡臂的安装, 而且塔顶没有设计安装机构, 安装很不方便, 存在很多事故隐患, 现以中立塔顶为例说明。

1) 起吊臂架如图1所示, 由于塔顶没有设计架设机构, 塔顶的滑轮组位于塔身垂直轴线上, 而塔身臂根铰点外伸, 在吊起臂架连接臂根铰点时, 为防止碰撞塔身, 臂架必须呈斜向运动, 需要地面人员在臂架尾部通过辅助拉绳拉出一定角度配合。由于此时臂架两端均为柔性绳索连接, 容易翻转, 存在很多不安全因素, 同时自身起升机构拉力增大;在对接臂根铰点时臂架位置不确定, 要反复找正, 相当困难。

1-起升机构;2-臂架临时滑轮组;3-塔顶滑轮组;4-辅助拉绳

2) 绕臂根铰点拉起臂架, 如图2所示, 需要在塔顶和臂架前部穿绕滑轮组, 安装人员高空作业, 费时费力, 很不安全;臂架的运动形式为定轴转动, 计算模型如图3所示, 臂架自重 (包括变幅机构、变幅小车) 为G, 重心到臂根铰点的距离为LO H, 架设拉力S (沿CA方向) 要克服臂架自重, 对塔机臂根铰点取矩∑MO≥0, 则

4-辅助拉绳

由于塔顶没有安装架设机构, 滑轮组与臂架夹角∠OCA很小, 需要数量较多的地面人员配合向外拉起臂架, 而且受现场场地限制、有时很难保证初始夹角∠HOF, 此时架设拉力S较大, 安全性差, 容易出现起升绳固定点滑脱, 发生过人身伤亡事故。尤其是在起重臂拉平后还要人员上到起重臂上扛抬、对接起重臂拉杆, 十分危险, 也发生过人身伤亡事故。

3 安装架设机构设计分析

针对目前上回转自装塔机安装架设中存在的问题, 我们在塔顶设计了安装机构, 可垂直吊起臂架对接臂根铰点, 消除不确定因素;同时设计架设撑杆与臂架组成铰链四连杆机构, 使臂架在起扳过程中始终有较大的起扳角度, 降低各结构件受力及卷扬机钢丝绳倍率。

1) 如图4所示, 塔顶上固定有一塔顶滑轮组3, 塔顶的上部铰接有架设拉杆5, 塔顶的中部铰接有架设撑杆6, 架设拉杆5和架设撑杆6的上端部相互铰接, 上端部的铰接处固定有架设滑轮组7。架设撑杆伸出塔身以外, 使滑轮组正好位于塔身臂架连接点轴线上, 对接臂根铰点时臂架位置确定, 垂直提起臂架, 就可以方便地对接。

1-起升机构;2-臂架临时滑轮组;3-塔顶滑轮组;4-辅助拉绳;5-架设拉杆;6-架设撑杆;7-架设滑轮组

2) 如图5所示, 拆除架设拉杆5, 使架设撑杆6可绕在塔顶中部的铰接点转动, 将臂架拉杆8连接在臂架和架设撑杆上端之间, 在塔顶滑轮组3和架设滑轮组7之间穿绕钢丝绳, 安装人员站在塔顶工作台上可以方便穿绕。由于架设撑杆伸出塔身以外, BDCO四杆件组成铰链四连杆机构, 如图6所示, OB杆为机架、长度为L4, BD杆长度为L1, 与机架夹角∅1, DC杆长度为L2, 与机架夹角∅2, CO杆长度为L3, 与机架夹角∅3, 根据铰链四连杆机构中最短构件与最长构件之和大于其他两构件之和, 所有转动副都不能做整周转动, 取任何构件为机架所组成的机构均为双摇杆机构。这样可以防止架设撑杆超顶点转动。∅1、∅2、∅3的计算如下:

如图5所示, 架设撑杆 (BD杆长度为L1) 绕B点转动, 滑轮组与架设撑杆夹角为∠BDA, 大于塔顶没有安装机构时滑轮组与臂架夹角∠OCA, 在起重臂与垂直线夹角为3°时, 滑轮组与架设撑杆夹角∠BDA可达到23°, 架设拉力S1 (沿DA方向) 为没有安装机构时架设拉力S (沿CA方向) 的1/4, 不需要地面人员的配合也能较为方便地拉起臂架, 在拉起臂架的同时, 臂架拉杆也同时到位, 安装人员站在塔顶工作台上即可连接臂架拉杆, 消除了事故隐患。另外, 架设拉力S1 (沿DA方向) 变小后, 滑轮组倍率减小, 而且在塔顶和架设撑杆之间穿绕钢丝绳减少了滑轮组间的距离, 可以有效地减小钢丝绳的长度, 使之接近于塔机工作时的长度。

1-起升机构;2-臂架拉杆;3-塔顶滑轮组;4-辅助拉绳;5-架设滑轮组;6-架设撑杆

4 结论

使用汽车起重机安装的自升式塔机, 同样也需要安装架设机构的设计。以往塔顶与起重臂拉杆端部无滑轮组, 当臂架吊至水平后, 还要安装人员站到臂架上扛抬、对接臂架拉杆, 非常危险, 也发生过事故。在塔顶与起重臂拉杆上端设计滑轮组后, 可利用塔机起升机构, 将前后拉杆上端拉至塔顶耳板处, 安装人员站在塔顶平台上即可完成起重臂拉杆的安装, 消除了安全隐患。因此, 塔机安装架设的研究设计对保证塔机的安全是必不可少的。

摘要：分析了上回转自装塔式起重机安装架设过程存在的安全隐患, 提出了保证此类塔机安装架设安全的设计方案。

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