塔机附着验算计算书
随便在网上搜索塔吊事故，就会查到很多关于塔吊的各种失稳破坏的新闻和图片。这些事故无一不触目惊心，造成的经济损失和社会影响更是不言而喻。那么在使用塔吊以前对各种使用工况进行必要的安全性能验算就显得尤为重要。
本文主要对塔吊连墙件的设计计算、质量、安全保证措施等细节进行交流。
事故现场图片
事故现场图片
计算依据：
1、《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》JGJ/T187-2009
2、《钢结构设计标准》GB50017-2017
一、塔机附着杆参数
基本参数
基本参数
二、风荷载及附着参数
附图如下:
计算模型
三、工作状态下附墙杆内力计算
1、在平衡臂、起重臂高度处的风荷载标准值qk
qk=0.8βzμzμsω0α0h=0.8×1.695×1.206×1.95×0.2×0.35×1.06=0.237kN/m
2、扭矩组合标准值Tk
由风荷载产生的扭矩标准值Tk2
Tk2=1/2qkl12-1/2qkl22=1/2×0.237×572-1/2×0.237×12.92=365.287kN·m
集中扭矩标准值（考虑两项可变荷载控制的组合系数取0.9）
Tk=0.9(Tk1+ Tk2)=0.9×(300+365.287)=598.758kN·m
3、附着支座反力计算
计算模型
计算简图
计算模型
剪力图
得：RE=100.427kN
在工作状态下，塔机起重臂位置的不确定性以及风向的随机性，在计算支座4处锚固环截面内力时需考虑塔身承受双向的风荷载和倾覆力矩及扭矩。
4、附墙杆内力计算
支座4处锚固环的截面扭矩Tk（考虑塔机产生的扭矩由支座4处的附墙杆承担）,水平内力Nw=20.5RE=142.025kN。
计算简图：
计算模型
计算模型
α1=arctan(b1/a1)=62.526°
α2=arctan(b2/a2)=50.906°
α3=arctan(b3/a3)=50.906°
α4=arctan(b4/a4)=62.526°
β1=arctan((b1-c/2)/(a1+c/2))=49.514°
β2=arctan((b2+c/2)/(a2+c/2))=49.514°
β3=arctan((b3+c/2)/(a3+c/2))=49.514°
β4=arctan((b4-c/2)/(a4+c/2))=49.514°
四杆附着属于一次超静定结构，用力法计算，切断T4杆并代以相应多余未知力X1=1。
δ11× X1+Δ1p=0
X1=1时，各杆件轴力计算：
T11×sin(α1-β1)×(b1-c/2)/sinβ1+T21×sin(α2-β2)×(b2+c/2)/sinβ2-T31×sin(α3-β3)×(b3+c/2)/sinβ3-1×sin(α4-β4)×(b4-c/2)/sinβ4=0
T11×cosα1×c-T31×sinα3×c-1×cosα4×c-1×sinα4×c=0
T21×cosα2×c+T31×sinα3×c-T31×cosα3×c+1×sinα4×c=0
当Nw、Tk同时存在时，θ由0～360°循环，各杆件轴力计算：
T1p×sin(α1-β1)×(b1-c/2)/sinβ1+T2p×sin(α2-β2)×(b2+c/2)/sinβ2-T3p×sin(α3-β3)×(b3+c/2)/sinβ3-Tk=0
T1p×cosα1×c-T3p×sinα3×c-Nw×sinθ×c/2+Nw×cosθ×c/2-Tk=0
T2p×cosα2×c-T3p×sinα3×c+T3p×cosα3×c-Nw×sinθ×c/2-Nw×cosθ×c/2-Tk=0
δ11=Σ(T12L/(EA))=T112(a1/cosα1)/(EA)+T212(a2/cosα2)/(EA)+T312(a3/cosα3)/(EA)+12(a4/cosα4)/(EA)
Δ1p=Σ(T1×TpL/(EA))=T11×T1p(a1/cosα1)/(EA)+T21×T2p(a2/cosα2)/(EA)+T31×T3p(a3/cosα3)/(EA)
X1= -Δ1p/δ11
各杆轴力计算公式如下：
T1= T11×X1+ T1p，T2= T21×X1+T2p，T3=T31×X1+T3p，T4=X1
（1）θ由0～360°循环，当Tk按图上方向设置时求解各杆最大轴拉力和轴压力：
最大轴压力T1=305.021kN，T2=0kN，T3=328.35kN，T4=0kN
最大轴拉力T1=0kN，T2=328.565kN，T3=0kN，T4=305.255kN
（2）θ由0～360°循环，当Tk按图上反方向设置时求解各杆最大轴拉力和轴压力：
最大轴压力T1=0kN，T2=328.564kN，T3=0kN，T4=305.255kN
最大轴拉力T1=305.02kN，T2=0kN，T3=328.351kN，T4=0kN
四、非工作状态下附墙杆内力计算
此工况下塔机回转机构的制动器完全松开，起重臂能随风转动，故不计风荷载产生的扭转力矩。
1、附着支座反力计算
计算模型
计算简图
计算模型
剪力图
得：RE=158.932kN
2、附墙杆内力计算
支座4处锚固环的水平内力Nw=RE=158.932kN。
根据工作状态方程组Tk=0，θ由0～360°循环，求解各杆最大轴拉力和轴压力：
最大轴压力T1=41.953kN，T2=148.433kN，T3=148.601kN，T4=41.909kN
最大轴拉力T1=41.952kN，T2=148.433kN，T3=148.601kN，T4=41.908kN
五、附墙杆强度验算
1、杆件轴心受拉强度验算
σ=N/A=328564/7803.716=42.104N/mm2≤[f]=205N/mm2
满足要求！
2、杆件轴心受压强度验算
附墙杆1长细比：
λ1=L0/i=(a12+b12)0.5/i=(26002+50002)0.5/73.308=76.876≤[λ]=150，查规范表得：φ1=0.708
满足要求！
附墙杆2长细比：
λ2=L0/i=(a22+b22)0.5/i=(26002+32002)0.5/73.308=56.244≤[λ]=150，查规范表得：φ2=0.827
满足要求！
附墙杆3长细比：
λ3=L0/i=(a32+b32)0.5/i=(26002+32002)0.5/73.308=56.244≤[λ]=150，查规范表得：φ3=0.827
满足要求！
附墙杆4长细比：
λ4=L0/i=(a42+b42)0.5/i=(26002+50002)0.5/73.308=76.876≤[λ]=150，查规范表得：φ4=0.708
满足要求！
附墙杆1轴心受压稳定系数：
N1/(φ1Af)=305020/(0.708×7803.716×205)=0.269≤1
满足要求！
附墙杆2轴心受压稳定验算：
N2/(φ2Af)=328565/(0.827×7803.716×205)=0.248≤1
满足要求！
附墙杆3轴心受压稳定验算：
N3/(φ3Af)=328351/(0.827×7803.716×205)=0.248≤1
满足要求！
附墙杆4轴心受压稳定验算：
N4/(φ4Af)=305255/(0.708×7803.716×205)=0.27≤1
满足要求！
六、附着杆与结构连接节点验算
1、高强螺栓承载力计算
假设每个螺栓承受附着杆传来的拉力和剪力均相等，各附着点所受荷载如下：
F1=N1sinα1=305.02×sin62.526°=270.619kN,V1=N1cosα1=305.02×cos62.526°=140.722kN;
F2=N2sinα2=328.565×sin50.906°=255.004kN,V2=N2cosα2=328.565×cos50.906°=207.191kN;
F3=N3sinα3=328.351×sin50.906°=254.838kN,V3=N3cosα3=328.351×cos50.906°=207.056kN;
F4=N4sinα4=305.255×sin62.526°=270.827kN,V4=N4cosα4=305.255×cos62.526°=140.83kN;
单个高强螺栓抗剪承载力设计值Nvb=nvπd2efvb/4=1×3.142×21.192×250/(4×1000)=88.164kN
每个高强螺栓受拉承载力设计值Ntb=πd2eftb/4=3.142×21.192×400/(4×1000)=141.063kN
附着杆1：
NV= V1/n=140.722/4=35.18kN
Nt= F1/n=270.619/4=67.655kN
承压承载力设计值Ncb=d×dt×fcb/1000=24×10×590/1000=141.6kN
[(NV/Nvb)2+(Nt/Ntb)2]0.5=[(35.18/88.164)2+(67.655/141.063)2]0.5=0.624≤1
NV=35.18kN≤Ncb/1.2=141.6/1.2=118kN
承压承载力满足要求。
附着杆2：
NV= V2/n=207.191/4=51.798kN
Nt= F2/n=255.004/4=63.751kN
承压承载力设计值Ncb=d×dt×fcb/1000=24×10×590/1000=141.6kN
[(NV/Nvb)2+(Nt/Ntb)2]0.5=[(51.798/88.164)2+(63.751/141.063)2]0.5=0.741≤1
NV=51.798kN≤Ncb/1.2=141.6/1.2=118kN
承压承载力满足要求。
附着杆3：
NV= V3/n=207.056/4=51.764kN
Nt= F3/n=254.838/4=63.709kN
承压承载力设计值Ncb=d×dt×fcb/1000=24×10×590/1000=141.6kN
[(NV/Nvb)2+(Nt/Ntb)2]0.5=[(51.764/88.164)2+(63.709/141.063)2]0.5=0.741≤1
NV=51.764kN≤Ncb/1.2=141.6/1.2=118kN
承压承载力满足要求。
附着杆4：
NV= V4/n=140.83/4=35.208kN
Nt= F4/n=270.827/4=67.707kN
承压承载力设计值Ncb=d×dt×fcb/1000=24×10×590/1000=141.6kN
[(NV/Nvb)2+(Nt/Ntb)2]0.5=[(35.208/88.164)2+(67.707/141.063)2]0.5=0.624≤1
NV=35.208kN≤Ncb/1.2=141.6/1.2=118kN
承压承载力满足要求。
2、吊耳板计算
计算模型
NS=max{N1,N2,N3,N4}/2=164.282kN
吊耳板吊索方向的最大拉应力：
σL= NS/(S(2R-D))= 164.282×103/(13×(2×100-50))=84.247N/mm2≤[σ]=205N/mm2
符合要求！
吊耳板吊索方向的最大剪应力：
τL= NS/(S(2R-D))= 164.282×103/(13×(2×100-50))=84.247N/mm2≤[τ]=125N/mm2
符合要求！
附图如下：
计算模型
七、塔吊安装安全保护措施
1、安装顺序与安装步骤应按本工程安装施工方案要求进行。
2、凡参与附墙架安装的操作人员必须持有上岗证，有较熟练的安装经验。特别是塔吊司机，应熟悉吊车的性能、使用范围、操作步骤、安装程序，使用后应妥善保管保养。
3、吊臂下不准人员出入。
4、塔吊司机与指挥必须熟悉吊装信号，使用对讲机交换有关信息。
5、焊工必须有合格证。安排焊工所担任的焊接工作应与焊工的技术水平相适应，并有一年以上经验。
八、安装质量保证措施
1、安装前准备
1）复验附墙杆支座及支撑系统的预埋件，其轴线、标高、水平度、预埋螺栓位置及伸出长度，超过允许偏差时，应做好技术处理。
2）检查汽车吊工作性能是否正常
2、安装顺序
先单独安装每根附墙杆，再安装水平方向连接杆件。
3、安装方法
由吊车起吊将附墙杆扶直后，将附墙杆吊至附墙位置，杆件对位后应立即临时固定，将杆件与建筑物主体上预埋件点焊，此时进行适当调整，认为正确无误后，进行正式焊接，焊缝经过检查可靠后方可松开钢丝绳，摘钩离去。按上述方法安装每根附墙杆，最后起吊两根附墙杆之间连接杆件，与附墙杆相应节点板进行焊接。
4、检查、验收
1）附墙架安装后首先重点检查现场连接部位的质量。
2）附墙架安装质量主要检查竖向面的不垂直度，及附墙架受压弦杆竖向面的侧向弯曲必须保证不超过允许偏差，这是保证设计受力状态及结构安全的关键。
3）附墙架支座的标高、轴线位移、挠度经测量做出记录。
5、除锈、油漆
1）连接处焊缝无焊渣和油污。除锈合格后方可进行油漆。
2）涂料及漆膜厚度应符合设计要求或施工规范规定。
6、焊接
1）焊接前应复查组装质量和焊缝区的处理情况，修整后方能施焊。
焊前应对所焊杆件进行清理，除去油污、锈蚀、浮水及氧化铁等，在沿焊缝两侧不少于20mm范围之内露出金属光泽。
2）焊接工艺：焊接采用平焊。根据角钢的厚度和以往施工经验，焊接电流暂定为160～200A，现场焊工进行试焊后可自行调整焊接电流。
焊接速度：要求等速焊接，保证焊缝厚度、宽度均匀一致，从面罩内看熔池中铁水与熔渣保持等距离（2～4mm）为宜。
焊接电弧长度：根据所用焊条的牌号不同而确定，一般要求电弧长度稳定不变，酸性焊条以4mm长为宜，碱性焊条以2～3mm为宜。
焊条角度：根据两焊件的厚度确定焊条的角度。焊条角度此啊用45°。
九、塔吊使用注意事项
1、钢丝绳在使用中应经常检查：
①磨损及断丝情况、锈蚀与润滑情况。
②钢丝绳不得扭劲及结扣，绳股不应凸出。使用钢丝绳安全系数不得小于5.5。
③绳卡应紧固可靠。
④钢丝绳在滑轮与卷筒位置应正确，在卷筒上应固定牢靠。
⑤钢丝绳严禁与架空电线接触，应避免与尖凌的物体摩擦。
2、吊钩在使用前应检查：
①表面有无裂纹和刻痕。
②吊钩环自然磨损不得超过原断面直径的10%。
③钩劲是否有变形。
④是否存在各种变形和钢材疲劳裂纹。
⑤凡属起重范围之内的信号指挥和挂钩工人应经过严格挑选和培训，使他们熟知本工种的安全操作规程。
3、焊缝注意事项
①焊接变形：由于屋架贴角焊缝焊量较大，收缩与角变形也较大，因此正确选择焊接顺序可减少其变形。先焊焊接变形较大的焊缝，因本工程采用手工焊接，焊缝较长时采用反向逆焊和对称施焊，同时在放样与下料时，放足电焊收缩余量。
②严禁在焊缝外母材上打火引弧。
③各种构件校正好之后方可施焊，并不准随意移动垫铁和支撑，以防影响构件的垂直偏差。隐蔽部位的焊接头必须办理完隐蔽验收手续后，方可插入下道工序。
④低温焊接后不准立即清渣，应等焊缝降温后方可清渣。
⑤焊接常见几个质量通病防治办法：
尺寸偏差大（焊缝长度、宽度、厚度不足，中心线偏移、弯折等）：应严格控制焊接部位的相对位置，合格后方准焊接，焊接中精心操作，不得马虎。
裂纹：为防止裂纹产生，应选择合理的焊接工艺参数和次序，应该一头焊完再焊另一头，如发现有裂纹应铲除重新焊接。
咬边：应选用合适的电流，避免电流过大，电弧拉得过长，控制好焊条的角度和运弧的方法。
气孔：焊条按规定温度和时间进行烘培，焊接区域必须清理干净，焊接过程中，可适当加大焊接电流，降低焊接速度，使熔池中的气体完全逸出。
夹渣：多层施焊应层层将焊渣清除干净，操作中应注意熔渣的流动方向，特别是采用碱性焊条时，必须使熔渣留在熔池后面。
九、
