摘要：由于超高層建筑施工工藝局限，核心筒一般會(huì)高出外圍鋼柱幾十米。為了解決高層建筑塔機(jī)吊裝巨型鋼構(gòu)柱問題，設(shè)計(jì)了一套外掛支撐系統(tǒng)用于支撐塔機(jī)，針對此支撐系統(tǒng)整體受力分析，闡明具體構(gòu)成，已應(yīng)用于無錫云蝠大廈，對塔機(jī)更廣的應(yīng)用于高層建筑具有一定參考意義。

關(guān)鍵詞：外掛支撐系統(tǒng)；塔機(jī)；超高層建筑

概述

目前國內(nèi)超高層建筑普遍采用鋼管混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，由于施工時(shí)核心筒結(jié)構(gòu)普遍高出外圍鋼柱幾十米，再者考慮到核心筒內(nèi)允許布置塔機(jī)的位置較小，故采用核心筒外掛支撐系統(tǒng)，將塔機(jī)座于支撐系統(tǒng)上。本項(xiàng)目采用中昇建機(jī)一臺(tái)ZSL650塔機(jī)和一臺(tái)ZSL380塔機(jī)施工，均為內(nèi)爬式動(dòng)臂塔機(jī)，由位于塔身最下端的頂升節(jié)，配合爬帶，使塔機(jī)整體能夠隨著建筑物高度的升高而自行升高，此形式塔機(jī)統(tǒng)稱為內(nèi)爬式塔機(jī)。在無錫云蝠項(xiàng)目中，核心筒結(jié)構(gòu)一般高出外圍鋼柱約30m，隨著施工進(jìn)行，核心筒升高，當(dāng)核心筒爬模頂升接近塔機(jī)平衡臂時(shí)，就需要進(jìn)行塔機(jī)頂升。

1.外掛支撐構(gòu)成

外掛支撐系統(tǒng)由三套外掛架構(gòu)成，塔機(jī)正常工作時(shí)使用兩道外掛架協(xié)同作業(yè)。當(dāng)塔機(jī)進(jìn)行頂升時(shí)，安裝第三道外掛架，懸掛爬帶，進(jìn)行頂升，以此三道外掛架循環(huán)使用。外掛架由支撐梁、水平撐桿、下壓桿和塔機(jī)廠家配套提供的C型框等構(gòu)成，C型框與支撐梁之間通過馬墩連接，馬墩上布滿移位孔，用于核心筒墻壁收縮后外掛支撐系統(tǒng)的整體移位。C型框與馬墩之間通過10.9級(jí)M42螺栓連接，馬墩與支撐梁焊為一體，水平桿、下壓桿與支撐梁志堅(jiān)通過高強(qiáng)度銷軸連接。墻體預(yù)留埋件，埋件上焊接接頭耳板，支撐梁與墻體埋件耳板間通過高強(qiáng)度銷軸連接。外掛架所有部件構(gòu)成框架結(jié)構(gòu)，塔機(jī)整體座于最下面一道外掛架的C型框上，塔身與C型框之間通過撐爪和頂塊固定；第二道外掛架用于固定塔身。下外掛架用于承受垂直力與水平力，第二道外掛架只承受水平力。

2.外掛支撐計(jì)算說明

計(jì)算采用國際大型通用有限元軟件 ANSYS14.0 的Structural結(jié)構(gòu)分析模塊、SAP2000來完成。計(jì)算方法采用二階彈性大變形算法，考慮了鋼構(gòu)件幾何非線性的影響，因而考慮了鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈性穩(wěn)定性。由于支座反力的分配與塔機(jī)動(dòng)臂轉(zhuǎn)動(dòng)的角度有關(guān)，并且有扭矩影響，因此，根據(jù)塔吊布置平面圖，選取8種工況計(jì)算塔吊支架的反力。

2.1 計(jì)算內(nèi)容

計(jì)算包含外掛支撐系統(tǒng)、剪力墻預(yù)埋件、接頭與埋件焊縫、支撐銷軸計(jì)算及設(shè)計(jì)。

2.2計(jì)算參數(shù)

根據(jù)廠家提供外掛內(nèi)爬式塔機(jī)結(jié)構(gòu)反力表，可知塔機(jī)受如下幾個(gè)作用力：作用于下外掛架的水平力H2、垂直平力V，作用于第二道外掛架的水平力H1、扭矩Mk，工作狀態(tài)與非工作狀態(tài)受力值見下表：

2.3邊界條件

外掛支撐系統(tǒng)與核心筒墻體之間通過銷軸連接，相當(dāng)于約束了三向位移、和一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，另外兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)自由度釋放。對于外掛架施加整體重力加速度，模擬掛架自重對其影響。

2.4 載荷組合

選取塔機(jī)工作產(chǎn)生的最大載荷1.2*G+1.5*L。其中，1.2*G（自重），考慮節(jié)點(diǎn)構(gòu)造及加勁措施的影響；塔機(jī)荷載的動(dòng)力系數(shù)取 1.5，塔機(jī)結(jié)構(gòu)反力表數(shù)值中未含系數(shù)，需額外施加。在載荷施加時(shí)，模擬實(shí)際情況，隨著塔機(jī)360°轉(zhuǎn)動(dòng)，水平力作用于單邊兩點(diǎn)或兩側(cè)邊三點(diǎn)，垂直力通過頂升節(jié)四個(gè)撐爪將力傳遞給C型框，平均分配至C型框四個(gè)點(diǎn)。

2.5計(jì)算結(jié)果

首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定材料截面參數(shù)，建立有限元模型，定義單元類型、材料參數(shù)，賦予截面參數(shù)，離散單元格，施加載荷組合。后處理中查看應(yīng)力應(yīng)變結(jié)果，對比國家規(guī)范中材料許用應(yīng)力，優(yōu)化材料截面，再次復(fù)核計(jì)算。查看計(jì)算結(jié)果：主梁最大應(yīng)力209Mpa，水平撐桿最大應(yīng)力147Mpa，下壓桿最大應(yīng)力115Mpa。主梁材料為Q345B，許用應(yīng)力[б]=260Mpa，水平撐桿和下壓桿材料為20#鋼，許用應(yīng)力[б]=170Mpa，可見外掛架結(jié)構(gòu)應(yīng)力均有一定富余量。

結(jié)合后處理文件中的結(jié)構(gòu)反力，進(jìn)行埋件、銷軸、接頭耳板的應(yīng)力分析，應(yīng)力均有一定富余量，滿足國家規(guī)范要求。

3.實(shí)際應(yīng)用

此套外掛支撐系統(tǒng)已于無錫云蝠大廈使用完畢，項(xiàng)目在塔機(jī)各種工況的使用中對應(yīng)力和變形量的監(jiān)測結(jié)果與計(jì)算結(jié)果相符合。

4.結(jié)語

此套外掛支撐系統(tǒng)的成功應(yīng)用，對超高層建筑中塔機(jī)更廣的應(yīng)用具有一定參考意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]龔曙光等編著.ANSYS工程應(yīng)用實(shí)例解析[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

作者簡介：施宇（1987-），漢， 江蘇丹徒，本科，工程機(jī)械。