塔机附着装置设计中常见的安全隐患

塔机附着装置设计中常见的安全隐患

李建宇

中建机械有限公司  河北省廊坊市  065000

摘要：塔机附着装置的作用是减小塔身计算长度，把作用在塔身上的水平力和扭矩，通过附着装置传递到建筑结构上。这样就形成了一个力传递链：塔身-附着框-附着杆-墙座-建筑结构。在这个力传递链中，任何一个链环遭到破坏，整个力传递链失效，可能引发安全事故。

关键词：塔机；附着装置设计；安全隐患；措施

1技术要求

塔式起重机(以下简称塔机)在建筑施工生产中所承担的主要任务是垂直运输工作,是施工中重要的机械设备。随着建筑业的飞速发展,高层、超高层的结构日益增多,塔机设计的标准高度已不能满足施工的要求,这就需要采取附着措施。即在塔机的某一位置将塔机和建筑物进行拉接,增加塔身刚度,增强其稳定性,增加塔机的自升高度,保证塔机在稳定状态下安全工作,满足生产需要。

塔式起重机附着技术应从两方面考虑:(1)附着方案编制。做任何事情都离不开理论指导实践,优秀方案的编制对实际安装起着重要的指导作用。首先从了解现场概况,确定附着垂直位置、水平位置及附着杆长度形式、杆件的受力分析、附墙节点受力计算、选用合适的附着杆和附着墙座。(2)附着的正确安装。这里所讲的正确安装不是指先安环梁、墙座,再安附着杆等工艺流程,而是突出关键点或容易忽视的步骤,如:平台的搭设、垂直度的校正和应注意的安全事项、标准等。

2塔机附着装置的受力分析

附着的作用是将塔机塔身通过附着装置锚固在建筑物上,以增强塔身的刚度和整体稳定性。塔机附着装置由附着框架和附着撑杆组成,附着平面布置形式多种多样,常用的附着形式有三杆附着体系和四杆附着体系两种。根据国家标准GB/T13752-2017《塔式起重机设计规范》规定,附着于建筑物的塔身应按弹性支座的多跨连续梁计算支承反力,该力即为附着装置的荷载;塔身上部第一附着点(塔身悬臂支承端)的支承反力最大,应取该反力值作为附着装置及建筑物支承装置的计算荷载。因此对附着撑杆强度验算时,只要验算塔身上部第一附着的附着撑杆强度和稳定性。附着装置计算模型可简化为底端固支,其间有若干铰接支点的一个多跨连续梁的计算模型。塔机在工作现场架设附着后,塔身承受的主要荷载有风载荷q、上部水平力F、上部不平衡力矩M、塔机自重荷载G以及塔机回转产生回转扭矩MT。很明显,自重荷载垂直向下,传与基础上,对附着框架没有影响。由于附着框架的刚度比塔身的扭转刚度要大得多,因此塔身顶端的第一道附着吸收了绝大部分扭矩。作为一种保守的近似,可认为顶端的第一道附着承当了全部的扭矩MT。

3塔机附着装置设计中安全措施

3.1附着杆两端增加十字接头

某塔机制造公司设计、制造的塔机附着装置，在附着杆两端增加了十字接头。

当附着框与墙座不在同一高度时，可以调节附着杆两端的高度。但是，这样的附着杆已不是力学意义上的二力杆，受拉则长，受压则短。从力学角度分析，在一定范围内，既不能承受轴向拉力更不能承受轴向压力，起不到固定塔身位置的作用，失去了附着杆的基本功能。

3.2附着杆接头与附着框的结构型式不匹配

目前多数附着框上不设置销座，取而代之的是将2块销座耳板直接焊接在附着框的上下2个平面上，两块耳板间的净间距取决于附着框材料规格，销轴较长。

受重力作用，附着杆隔板落在附着框下耳板上。在右侧的受力分析图中，把销轴视为一根简支梁，由于b>a，因此下耳板的受力远大于上耳板，下耳板存在破坏的风险。

有些塔机安装人员也意识到存在的风险，在附着框下耳板与附着杆耳板之间，垫一个厚垫圈。用这种方法解决上、下耳板受力不均问题。此状态，销轴承受的最大弯矩值Mb=Nl/4，由此可以看出，销轴越长（即l越大）作用于销轴上的弯矩值也越大，即使力N值不变，销轴直径也应随着l长度的变化而增大。这种方法的另一个缺陷是，厚垫圈是活动的，安装附着装置时，有可能漏装。

3.3选用合适的附着杆和附着墙座

附着杆的制作方式多种多样,现举两种常见例子,一种为桁架结构形式,如某附着杆,其截面为350×350,主支采用16Mn80×80×8的角钢,缀条采用Q23540×40×4的角钢,在3~15m的范围内可以承受内力为400~600kN;另一种为16#槽钢对焊的附着杆,在6m长范围内可以承受最大内力为400kN。

附着墙座形式虽不统一,但均为“Π”形,只是座板留出的穿墙螺栓孔的数量和大小不同。在选用时,墙座通常由厂家提供,其强度均满足受力要求,但选用的穿墙螺栓要分析、计算抗拉和剪切受力情况,以确保安全。一旦选定后,将外墙预留孔位置图交给工地。这种用螺杆将墙座与结构连接是较普遍的一种形式;也有预埋钢板,将墙座与钢板焊接的;还有抱柱形式的、水平地脚形式的等等。

附着杆和墙座绝大部分由塔机生产厂家提供,也有按厂家提供的图纸加工,应将附着杆和墙座视为塔机基件的一部分,作给予足够的重视。

3.4随意加长墙座耳板

墙座是力学意义上的铰座，其作用是将附着杆的作用力传递到建筑结构上。墙座销孔中心至墙座底板的尺寸ha，大于附着杆耳板轮廓半径20～30mm为宜，如图1(a)所示。

在某些塔机安装人员中，流传着一句口头禅：“杆不够耳板凑。”意思是，当附着杆的长度不足时，可以用加长耳板长度的方法来解决。他们不仅加长附着杆的耳板，有时甚至接长墙座的耳板。这样做简单省事，但是存在很大的安全隐患。

某工地安装的1台QTZ40，附着杆的长度不足。安装人员没有重新设计制作附着杆，而是将墙座的耳板做得很长（大于500mm），替代附着杆的长度，如图1(b)所示。

图1附着杆与墙座的连接及受力分析

图1(b)的做法是错误的，也是危险的。图1(c），附着杆对墙座的作用力N可以分解为平行于底板的分力Nx和垂直于底板的分力Ny。Nx对墙座底面产生力矩，图1(a)中的力矩值Ma=Nxha，图1(b)图中的力矩值Mb=Nxhb。由于hb值数倍于ha，因此Mb值也数倍于Ma值。在如此大的力矩作用下，墙座固定螺栓可能被拉断，墙座耳板与底板之间的连接焊缝也可能遭到破坏。

3.5塔机附着装置安装

(1)施工单位提前在塔机附着位置与下一标准节的连接处及与附着墙座预留孔下1m处打设操作平台,并提供能够满足最大支撑载荷的证明。

(2)如果是行走式基础,应将台车用轨钳卡紧,行走轮用楔子卡住,电源线拆除;井字架下面是否需要加支撑,应根据塔机的最终高度与厂家联系解决。

(3)在结构预留孔处安装附着墙座,穿墙螺栓要用双螺母。

(4)吊装附着框架。

(1)遇到框架对塔身主杆内侧无约束形式时,要将其安置靠近标准节与标准节联接处;遇到框架对塔身主杆内侧有约束形式时,只要结构空间允许即可。

(2)在塔机操作平台上应有3人以上作业,先将两外侧附着框架分别吊至塔身附近点处并固定在塔身上,再用两短梁将其联接成一体,要调整框架处于水平位置。

(5)吊装附着杆。

(1)将附着杆在地面调整到方案中给出所需长度。

(2)分别将附着杆吊至塔身附着点处,对准附着框架的销轴孔打入连接轴销,然后再对准墙座销轴孔打入连接销。销轴孔不好对时,建议采取转平衡臂的办法。

(6)校正垂直度。用经纬仪从互相垂直的两个方向测量塔身垂直度,核对符合附着位置以下不超附着高度的2/1000、附着以上的悬空部分不超其高度的4/1000的标准即可。

(7)遇到三道(含)以上附着时,要根据不同型号塔机的说明书要求适当放松其中几道,以减少由于多点附着所造成的附加应力,且相邻两道附着杆布置应交叉错开。

结论

通过对塔式起重机附着技术的论述,加强了大家对塔机性能的掌握,行业里应对附着重视起来,一方面在各检验单位检验时能合格通过,另一方面也确实保证了塔式起重机施工的安全。

参考文献：

[1]陆念力,温舒瑞,赵欣.塔机单侧四杆式超静定附着结构内力的解析解[J].建筑机械化,2019,40(12):27-31.

[2]王远军.FHTT2800型塔机附着装置结构分析与设计[D].哈尔滨工业大学,2018.