塔机附着验算计算书2.docx
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塔机附着验算计算书2
塔机附着验算计算书
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、《钢结构设计规范》GB50017-2003
一、塔机附着杆参数
塔机型号
QTZ40（浙江建机）
塔身桁架结构类型
型钢
塔机计算高度H（m）
30
塔身宽度B（m）
1.6
起重臂长度l1（m）
57
平衡臂长度l2（m）
12.9
起重臂与平衡臂截面计算高度h（m）
1.06
工作状态时回转惯性力产生的扭矩标准值Tk1（kN·m）
60
工作状态倾覆力矩标准值Mk（kN·m）
60
非工作状态倾覆力矩标准值Mk'（kN*m）
60
附着杆数
四杆附着
附墙杆类型
Ⅰ类
附墙杆截面类型
格构柱
塔身锚固环边长C（m）
1.8
二、风荷载及附着参数
附着次数N
4
附着点1到塔机的横向距离a1（m）
9.5
点1到塔机的竖向距离b1（m）
9.5
附着点2到塔机的横向距离a2（m）
5.7
点2到塔机的竖向距离b2（m）
5.7
附着点3到塔机的横向距离a3（m）
5.7
点3到塔机的竖向距离b3（m）
5.7
附着点4到塔机的横向距离a4（m）
9.5
点4到塔机的竖向距离b4（m）
9.5
工作状态基本风压ω0（kN/m2）
0.2
非工作状态基本风压ω0'（kN/m2）
1
塔身前后片桁架的平均充实率α0
0.35
第N次附着
附着点高度h1（m）
附着点净高h01（m）
风压等效高度变化系数μz
工作状态风荷载体型系数μs
非工作状态风荷载体型系数μs'
工作状态风振系数βz
非工作状态风振系数βz'
工作状态风压等效均布线荷载标准值qsk
非工作状态风压等效均布线荷载标准值qsk'
第1次附着
9
9
0.65
1.95
1.95
1.977
1.977
0.269
1.347
第2次附着
15
6
0.734
1.95
1.95
1.901
1.963
0.293
1.51
第3次附着
20
5
0.738
1.95
1.95
1.825
1.934
0.282
1.496
第4次附着
25
5
0.751
1.95
1.95
1.798
1.944
0.283
1.53
悬臂端
30
5
0.774
1.95
1.95
1.79
1.945
0.29
1.578
附图如下:
塔机附着立面图
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=0.8×1.79×0.774×1.95×0.2×0.35×1.06=0.16kN/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=1/2×0.16×572-1/2×0.16×12.92=246.607kN·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×（60+246.607）=275.946kN·m
3、附着支座反力计算
计算简图
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载荷。
剪力图
得：
RE=18.699kN
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5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5处锚固环的截面扭矩Tk（考虑塔机产生的扭矩由支座5处的附墙杆承担）,水平内力Nw=20.5RE=26.444kN。
计算简图：
塔机附着示意图
塔机附着平面图
α1=arctan（b1/a1）=45°
α2=arctan（b2/a2）=45°
α3=arctan（b3/a3）=45°
α4=arctan（b4/a4）=45°
β1=arctan（（b1-c/2）/（a1+c/2））=39.588°
β2=arctan（（b2+c/2）/（a2+c/2））=45°
β3=arctan（（b3+c/2）/（a3+c/2））=45°
β4=arctan（（b4-c/2）/（a4+c/2））=39.588°
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：
最大轴拉力T1=0kN，T2=129.339kN，T3=0kN，T4=117.687kN
最大轴压力T1=118.819kN，T2=0kN，T3=130.37kN，T4=0kN
（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：
最大轴拉力T1=118.819kN，T2=0kN，T3=130.37kN，T4=0kN
最大轴压力T1=0kN，T2=129.339kN，T3=0kN，T4=117.687kN
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
计算简图
剪力图
得：
RE=30.904kN
2、附墙杆内力计算
支座5处锚固环的水平内力Nw=RE=30.904kN。
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：
最大轴拉力T1=10.933kN，T2=24.428kN，T3=24.429kN，T4=10.933kN
最大轴压力T1=10.933kN，T2=24.428kN，T3=24.429kN，T4=10.933kN
五、附墙杆强度验算
格构柱参数
格构柱截面类型
四肢
格构柱缀件形式
缀条
缀件间净距l01（mm）
500
格构柱截面边长a（mm）
1000
格构柱分肢参数
格构柱分肢材料
L36X4
分肢材料截面积A0（cm2）
2.76
分肢对最小刚度轴的回转半径iy0（cm）
0.7
分肢平行于对称轴惯性矩I0（cm4）
3.29
分肢形心轴距分肢外边缘距离Z0（cm）
1.04
分肢材料强度设计值fy（N/mm2）
235
分肢材料抗拉、压强度设计值f（N/mm2）
210
格构柱缀件参数
缀条材料
L20X3
缀条最小回转半径inim（cm）
0.39
缀条截面积Az（cm2）
1.13
附图如下:
塔机附着格构柱截面
1、杆件轴心受拉强度验算
A=4A0=4×2.76×100=1104mm2
σ=N/A=130370/1104=118.089N/mm2≤[f]=210N/mm2
满足要求！
2、格构式钢柱换算长细比验算
杆件1的计算长度：
L0=（a12+b12）0.5=13435.029mm
整个格构柱截面对X、Y轴惯性矩：
Ix=4[I0+A0（a/2-Z0）2]=4×[3.29+2.76×（100/2-1.04）2]=26476.941cm4
整个构件长细比：
λx=λy=L0/（Ix/（4A0））0.5=1343.5029/（26476.941/（4×2.76））0.5=27.434
分肢长细比：
λ1=l01/iy0=50/0.7=71.429
分肢毛截面积之和：
A=4A0=4×2.76×100=1104mm2
构件截面中垂直于X轴的各斜缀条的毛截面积之和：
A1x=2Az=2×113=226mm2
格构式钢柱绕两主轴的换算长细比：
λ0max=（λx2+40A/A1x）0.5=（27.4342+40×1104/226）0.5=30.79
附墙杆1长细比：
λ01max=30.79≤[λ]=150，查规范表得：
φ1=0.933
满足要求！
附墙杆2长细比：
λ02max=21.595≤[λ]=150，查规范表得：
φ2=0.965
满足要求！
附墙杆3长细比：
λ03max=21.595≤[λ]=150，查规范表得：
φ3=0.965
满足要求！
附墙杆4长细比：
λ04max=30.79≤[λ]=150，查规范表得：
φ4=0.933
满足要求！
附墙杆1轴心受压稳定系数：
σ1＝N1/（φ1A）=118819/（0.933×1104）=115.355N/mm2≤[f]=210N/mm2
满足要求！
附墙杆2轴心受压稳定系数：
σ2＝N2/（φ2A）=129339/（0.965×1104）=121.404N/mm2≤[f]=210N/mm2
满足要求！
附墙杆3轴心受压稳定系数：
σ3＝N3/（φ3A）=130370/（0.965×1104）=122.372N/mm2≤[f]=210N/mm2
满足要求！
附墙杆4轴心受压稳定系数：
σ4＝N4/（φ4A）=117687/（0.933×1104）=114.256N/mm2≤[f]=210N/mm2
满足要求！
3、格构式钢柱分肢的长细比验算
附墙杆1钢柱分肢的长细比：
λ1=71.429>0.7λ01max=0.7×30.79=21.553
附墙杆1钢柱分肢的长细比，不满足要求。
请调整格构柱截面布置！
附墙杆2钢柱分肢的长细比：
λ2=71.429>0.7λ02max=0.7×21.595=15.116
附墙杆2钢柱分肢的长细比，不满足要求。
请调整格构柱截面布置！
附墙杆3钢柱分肢的长细比：
λ3=71.429>0.7λ03max=0.7×21.595=15.116
附墙杆3钢柱分肢的长细比，不满足要求。
请调整格构柱截面布置！
附墙杆4钢柱分肢的长细比：
λ4=71.429>0.7λ04max=0.7×30.79=21.553
附墙杆4钢柱分肢的长细比，不满足要求。
请调整格构柱截面布置！
结论和建议：
1.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载荷。
2.附墙杆1钢柱分肢的长细比，不满足要求。
请调整格构柱截面布置！
3.附墙杆2钢柱分肢的长细比，不满足要求。
请调整格构柱截面布置！
4.附墙杆3钢柱分肢的长细比，不满足要求。
请调整格构柱截面布置！
5.附墙杆4钢柱分肢的长细比，不满足要求。
请调整格构柱截面布置！
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