度1013塔吊支撑架及预埋件验算书.docx

1、度1013塔吊支撑架及预埋件验算书第一节 说明1.1工程说明塔楼ZSL750塔吊布置于核心筒外侧，分别位于2-C至2-E轴之间，塔吊支撑架材料为Q345B，主梁通过耳板和牛腿与埋件相连接（简化为铰接），水平支撑及斜向拉杆通过耳板与埋件相连（简化为铰接）。塔吊支撑架布置示意图如图1.1所示，平面布置如图1.2所示。图1.1 塔吊支撑架布置示意图图1.2 塔吊平面布置图1.2计算依据1）建筑结构荷载规范（GB50009-2012）2）钢结构设计规范（GB50017-2003）3）混凝土结构设计规范（G50010-2010）4）ZSL750塔机说明书5）琶洲村改造项目地块四自编C-1、C-2栋商业办

2、公楼工程设计图纸及相关图纸1.3 计算内容为检验塔吊支撑架及支座节点预埋件在施工荷载作用下的安全性，本验算书计算内容主要包括：1、塔吊支撑架在本工程涉及的各荷载组合下支座反力最大值、节点位移最大值以及构件强度及稳定性计算。2、最不利荷载组合下的支撑架主梁、水平撑杆、斜向拉杆件节点对应预埋件验算。1.4 计算软件塔吊支撑架结构采用SAP2000 V14.2.3软件验算。第二节塔吊支撑架有限元分析2.1塔吊支撑架有限元模型塔吊支撑架整体有限元模型及其边界条件示意图如图2.1所示，支撑架各构件名称见图2.2，构件尺寸见表2.1。图2.1 塔吊支撑架有限元模型示意图图2.2 塔吊支撑架各构件名称表2.

3、1支撑架及其附着构件截面表构件名称主梁C型框水平支撑斜向拉杆截面尺寸(mm)9004002030H458350205024510273162.2塔吊支撑架荷载取值及分析工况2.2.1荷载取值验算支撑架时，恒荷载为支撑架自重，组合系数取1.2；活荷载为塔吊荷载（由塔吊厂商提供，见表2.2），组合系数取1.4。根据塔吊厂商提供的资料，ZSL750塔吊作用于支撑架的荷载取值见表2.2：表2.2 ZSL750塔吊的荷载取值工作状态非工作状态H1H2MkVH1H2MkV720kN630kN300kNm2300kN740kN480kN300kNm1800kN表中H1为上层附着水平力，H2为下层附着水平力，

4、Mk为塔吊动臂转动的启动或刹车荷载，V为竖向荷载。荷载作用示意图如图2.1所示。图2.1 ZSL750内爬式塔吊结构反力示意图对比塔吊工作状态与非工作状态的荷载值可以得到以下结论：工作状态下H1荷载值与非工作状态下H1荷载值较为接近，而工作状态下H2、Mk及V荷载值均大于非工作状态下对应荷载值，工作状态下荷载为不利荷载，故本验算中只取塔吊工作状态下的荷载进行分析。分析荷载取值如下：H1 = 720 kN，H2 = 630 kN，Mk = 300 kNm，V = 2300 kN2.2.2分析工况1 水平荷载工况水平力H1、H2的方向与塔吊动臂转动的角度有关，故定义塔吊动臂转动的角度为动臂中心线与

5、计算模型X轴正向的夹角，如图2.2所示。根据设计，水平荷载H1、H2分别由上支撑架和下支撑架承担，且H2合力作用线方向与X轴正向夹角也为，H1合力作用线方向与X轴正向夹角为 + 180，考虑到H1、H2着力点均为四个，故将H1、H2分别分解为四个同向等大的分力，如图2.3所示。图2.2 塔吊动臂转动的角度 平面示意图a 上支撑架水平荷载 b 下支撑架水平荷载图2.3 塔吊动臂转动角度为时水平荷载作用示意图塔吊动臂转动的角度取不同值时，支撑架各构件的内力及支撑架支座反力将有所不同，考虑到支撑架结构对称性，分别取值为0，19，38，45，68，90，113，135，142，161，180 时的水平

6、荷载参与工况组合，分析支撑架支座最大反力以确定预埋件设计荷载。2 竖向荷载工况根据设计，竖向荷载V仅由下支撑架承担，且竖向荷载V着力点为四个，故亦将V分解为四个同向等大的分力，如图2.4所示。图2.4 塔吊下支撑架竖向荷载3 塔吊动臂转动的启动或刹车荷载工况塔吊动臂转动的启动或刹车荷载Mk包含顺时针和逆时针两个方向，主要由塔吊上支撑架承担。将Mk在上支撑架四个着力点沿旋转切线分解为2对力偶，如图2.5所示。a 上支撑架逆时针Mk荷载 b 上支撑架顺时针Mk荷载图2.5 塔吊动臂转动的启动或刹车荷载作用示意图4 荷载组合工况附着式塔吊支撑架支座位于建筑核心筒剪力墙上，随着楼层增高，结构上部剪力墙

7、厚度减小，塔吊C型框与墙体支座的距离将逐步增加，C型框（形心）距墙体最近距离3500mm，最远距离4400mm，故本验算选取C型框（形心）距墙体支座3500mm，3950mm，4400mm三个代表位置，进行建模加载分析，三个分析模型示意图如图2.6所示。a C型框位置一b C型框位置二c 型框位置三图2.6 塔吊动臂转动的启动或刹车荷载作用示意图（图中表示荷载作用点，单位：mm）分别考虑C型框在位置一、位置二及位置三的荷载组合，并考虑荷载组合系数，可以得到以下66种塔吊支撑架荷载组合工况，如表2.3所示。荷载组合名称采用1.2D+1.4(V+H+Mkx)，D为支撑架自重荷载，由软件自动计算；V

8、为竖向荷载工况；H为水平荷载工况，下标 表示塔吊动臂转动的角度，也即H2方向角；Mkx 为塔吊动臂转动的启动或刹车荷载工况，下标x=1时表示Mk沿逆时针方向，x=2时表示Mk沿顺时针方向。表2.3 塔吊的荷载组合工况荷载组合编号荷载组合名称荷载组合说明H2方向角Mk方向C型框位置11.2D+1.4(V+H0+Mk1)0逆时针位置一21.2D+1.4(V+H19+Mk1)19逆时针位置一31.2D+1.4(V+H38+Mk1)38逆时针位置一41.2D+1.4(V+H45+Mk1)45逆时针位置一51.2D+1.4(V+H68+Mk1)68逆时针位置一61.2D+1.4(V+H90+Mk1)90

9、逆时针位置一71.2D+1.4(V+H113+Mk1)113逆时针位置一81.2D+1.4(V+H135+Mk1)135逆时针位置一91.2D+1.4(V+H142+Mk1)142逆时针位置一101.2D+1.4(V+H161+Mk1)161逆时针位置一111.2D+1.4(V+H180+Mk1)180逆时针位置一121.2D+1.4(V+H0+Mk2)0顺时针位置一131.2D+1.4(V+H19+Mk2)19顺时针位置一141.2D+1.4(V+H38+Mk2)38顺时针位置一151.2D+1.4(V+H45+Mk2)45顺时针位置一161.2D+1.4(V+H68+Mk2)68顺时针位置

10、一171.2D+1.4(V+H90+Mk2)90顺时针位置一181.2D+1.4(V+H113+Mk2)113顺时针位置一191.2D+1.4(V+H135+Mk2)135顺时针位置一201.2D+1.4(V+H142+Mk2)142顺时针位置一211.2D+1.4(V+H161+Mk2)161顺时针位置一221.2D+1.4(V+H180+Mk2)180顺时针位置一231.2D+1.4(V+H0+Mk1)0逆时针位置二241.2D+1.4(V+H19+Mk1)19逆时针位置二251.2D+1.4(V+H38+Mk1)38逆时针位置二261.2D+1.4(V+H45+Mk1)45逆时针位置二2

11、71.2D+1.4(V+H68+Mk1)68逆时针位置二281.2D+1.4(V+H90+Mk1)90逆时针位置二291.2D+1.4(V+H113+Mk1)113逆时针位置二301.2D+1.4(V+H135+Mk1)135逆时针位置二311.2D+1.4(V+H142+Mk1)142逆时针位置二321.2D+1.4(V+H161+Mk1)161逆时针位置二331.2D+1.4(V+H180+Mk1)180逆时针位置二341.2D+1.4(V+H0+Mk2)0顺时针位置二351.2D+1.4(V+H19+Mk2)19顺时针位置二361.2D+1.4(V+H38+Mk2)38顺时针位置二371

12、.2D+1.4(V+H45+Mk2)45顺时针位置二381.2D+1.4(V+H68+Mk2)68顺时针位置二391.2D+1.4(V+H90+Mk2)90顺时针位置二401.2D+1.4(V+H113+Mk2)113顺时针位置二411.2D+1.4(V+H135+Mk2)135顺时针位置二421.2D+1.4(V+H142+Mk2)142顺时针位置二431.2D+1.4(V+H161+Mk2)161顺时针位置二441.2D+1.4(V+H180+Mk2)180顺时针位置二451.2D+1.4(V+H0+Mk1)0逆时针位置三461.2D+1.4(V+H19+Mk1)19逆时针位置三471.2

13、D+1.4(V+H38+Mk1)38逆时针位置三481.2D+1.4(V+H45+Mk1)45逆时针位置三491.2D+1.4(V+H68+Mk1)68逆时针位置三501.2D+1.4(V+H90+Mk1)90逆时针位置三511.2D+1.4(V+H113+Mk1)113逆时针位置三521.2D+1.4(V+H135+Mk1)135逆时针位置三531.2D+1.4(V+H142+Mk1)142逆时针位置三541.2D+1.4(V+H161+Mk1)161逆时针位置三551.2D+1.4(V+H180+Mk1)180逆时针位置三561.2D+1.4(V+H0+Mk2)0顺时针位置三571.2D+

14、1.4(V+H19+Mk2)19顺时针位置三581.2D+1.4(V+H38+Mk2)38顺时针位置三591.2D+1.4(V+H45+Mk2)45顺时针位置三601.2D+1.4(V+H68+Mk2)68顺时针位置三611.2D+1.4(V+H90+Mk2)90顺时针位置三621.2D+1.4(V+H113+Mk2)113顺时针位置三631.2D+1.4(V+H135+Mk2)135顺时针位置三641.2D+1.4(V+H142+Mk2)142顺时针位置三651.2D+1.4(V+H161+Mk2)161顺时针位置三661.2D+1.4(V+H180+Mk2)180顺时针位置三2.3塔吊支撑

15、架支座反力计算结果2.3.1计算模型节点编号及其坐标系C型框在位置一、位置二及位置三时塔吊支撑架各计算模型节点编号与坐标系如图2.7所示。a C型框位置一 b C型框位置二 c 型框位置三图2.7塔吊整体计算模型节点编号与坐标系2.3.2支座节点 (112号节点) 反力计算结果对于塔吊支撑架支座各个节点（112号节点），对比分析当C型框在位置一、位置二及位置三时计算得到的节点反力Fx，Fy，Fz，选取较大值绘制各节点三个反力Fx，Fy，Fz随塔吊动臂转动的角度从0至180的变化曲线，当塔吊动臂转动的启动或刹车荷载Mk沿逆时针方向时112号节点反力如图2.8a2.8l所示，塔吊动臂转动的启动或刹

16、车荷载Mk沿顺时针方向时112号节点反力如图2.9a2.9l所示。图2.8a 节点1 三向反力随 变化曲线图2.8b 节点2 三向反力随 变化曲线图2.8c 节点3 三向反力随 变化曲线图2.8d 节点4 三向反力随 变化曲线图2.8e 节点5 三向反力随 变化曲线图2.8f 节点6 三向反力随 变化曲线图2.8g 节点7 三向反力随 变化曲线图2.8h 节点8 三向反力随 变化曲线图2.8i 节点9三向反力随 变化曲线图2.8j 节点10三向反力随 变化曲线图2.8k 节点11三向反力随 变化曲线图2.8l 节点12三向反力随 变化曲线图2.9a 节点1 三向反力随 变化曲线图2.9b 节点

17、2 三向反力随 变化曲线图2.9c 节点3 三向反力随 变化曲线图2.9d 节点4 三向反力随 变化曲线图2.9e 节点5 三向反力随 变化曲线图2.9f 节点6 三向反力随 变化曲线图2.9g 节点7 三向反力随 变化曲线图2.9h 节点8 三向反力随 变化曲线图2.9i 节点9三向反力随 变化曲线图2.9j 节点10三向反力随 变化曲线图2.9k 节点11三向反力随 变化曲线图2.9l 节点12三向反力随 变化曲线2.3.3 支座节点包络反力塔吊支撑架为对称结构，确定支座节点包络反力时应选取某节点及其对称节点二者反力的较大值作为该位置的节点反力，同时，随着塔吊在施工过程中向上爬升，爬升前的

18、塔吊原上支撑架将转换为塔吊爬升后的下支撑架，故取各荷载组合工况下节点1、4、7、10节点反力的最大值为设计部位A的设计反力，取各荷载组合工况下节点2、3、8、9节点反力中的最大值为设计部位B的设计反力，取各荷载组合工况下节点5、6、11、12节点反力的最大值为设计部位C的设计反力。设计部位A、B、C的位置如图2.10所示。图2.10 塔吊支撑架支座部位划分根据112号节点三向反力最大值，整理得支座部位A、B、C的三向反力设计值，列于下表2.4。表2.4 塔吊支撑架支座部位A、B、C三向反力包络值三向反力包络值Fx（kN）Fy（kN）Fz（kN）支座部位Amax（最大值）1050.278565.

19、8393.011min（最小值）-1044.601-526.3163.011支座部位Bmax（最大值）1315.51647.673782.451min（最小值）-983.771-60.49223.172支座部位Cmax（最大值）-18.2860.0001120.486min（最小值）-564.6650.00044.7002.4塔吊支撑架在不利工况下的位移计算结果分析塔吊支撑架在66种荷载组合工况节点位移，得到Z向最大位移-9.9mm，对应51号荷载组合工况1.2D+1.4(V+H113+Mk1)，如图2.11a所示；X向最大位移-0.6mm，对应51号荷载组合工况1.2D+1.4(V+H113

20、+Mk1)，如图2.11b所示；Y向最大位移-10.1mm，对应61号荷载组合工况1.2D+1.4(V+H90+Mk2) 如图2.11c所示。各最大构件变形均小于L/400,满足钢结构设计规范设计要求。a Z向最大位移b X向最大位移c Y向最大位移图2.11 塔吊支撑架在不利工况下的最大位移值（单位：mm）2.5塔吊支撑架杆件的强度及稳定性计算结果以结构整体模型为基础，对结构进行特征值屈曲分析。根据构件初步分析结果，取不利工况D+V+H90+Mk1进行特征值屈曲分析，对于C型框位于位置一、二、三的塔吊支撑架计算模型，结构均在下支撑架主梁弱轴首次发生屈曲，屈曲模态Mode17，其屈曲变形如图2

21、.14所示。经比较，三计算模型中，C型框位于位置一时主梁具有最小次轴屈曲因子376.3467，最小强轴屈曲因子554.3289 ，根据欧拉公式反推出各单元构件绕强轴计算长度系数18.78或3.09及绕弱轴计算长度系数11.06或1.82，按反推出的构件绕强轴及绕弱轴计算长度系数重新代入模型整体分析并计算，可得各构件设计应力比，如图2.15所示。可看出：主梁最大应力比0.478，各构件的应力比均小于0.500，满足设计要求。 a C型框位置一 b C型框位置二 c 型框位置三图2.14塔吊支撑架屈曲模态a 支撑架杆件应力比b 下支撑架（部分杆件）应力比图2.15塔吊支撑架杆件的强度及稳定应力比第

22、三节 塔吊支撑架支座预埋件设计3.1预埋件设计荷载塔吊支撑架支座预埋件设计荷载采用上节2.3.3部分计算所得支座节点反力包络值，考虑到支座位置处荷载的局部偏心、安装误差等因素，将支座节点反力计算值放大1.5倍作为最终设计荷载，荷载值如表3.1所示。不考虑压力对预埋件的有利作用，故预埋件设计的不利组合为拉力与剪力共同作用，预埋件不利设计荷载如表3.2所示。表3.1塔吊支撑架支座部位A、B、C设计荷载值三向反力包络值Fx（kN）Fy（kN）Fz（kN）支座部位Amin（最小值）-1575.417-848.084-4.517max（最大值）1566.902789.474-4.517支座部位Bmin（

23、最小值）-1973.274-71.510-1173.677max（最大值）1475.65790.738-34.758支座部位Cmin（最小值）27.4290.000-1680.729max（最大值）846.9980.000-67.05表3.2塔吊支撑架预埋件不利设计荷载取值预埋件名称对应支座Fx（kN）Fy（kN）Fz（kN）水平撑杆预埋件支座部位A1600（拉力）850（水平剪力）5（竖向剪力）箱梁预埋件支座部位B1500（拉力）90（水平剪力）1200（竖向剪力）斜向拉杆预埋件支座部位C850（拉力）0（水平剪力）1700（竖向剪力）3.2预埋件设计水平撑杆预埋件、箱梁预埋件、斜向拉杆预埋

24、件锚板均选用Q345B板，板厚取30mm，锚筋均选用25mm直径HRB400钢筋，与锚板采用穿孔塞焊连接。考虑到塔吊支撑架支座剪力较大，支座预埋件采用抗剪键承担部分或全部支座剪力，抗剪键钢板选用Q345B板。考虑到Q345B钢材的焊接性能，建议不得在锚板同一位置焊接超过两次。3.2.1水平撑杆预埋件设计水平撑杆预埋件设计时，考虑直锚筋承担全部拉力，抗剪键承担全部剪力。按混凝土结构设计规范9.7.2条，锚筋总截面面积应满足As N/0.8bfy，b为锚板弯曲变形折减系数，按规范计算取0.9。计算得As 6173mm2，配置14根25mm钢筋（As = 6888mm2）可满足要求。抗剪键末端设机械

25、锚固措施，采用一侧贴焊锚筋，计算需要锚固长度400mm，设计采用500mm锚固长度，满足要求。水平撑杆预埋件竖向剪力较小，不予考虑，对于水平剪力配置4个焊接H型钢抗剪键，抗剪键平面尺寸如图3.1所示，锚筋及抗剪键平面布置如图3.2所示。图3.1 水平撑杆预埋件的抗剪键平面尺寸图3.2水平撑杆预埋件设计图对于每个H型钢抗剪键，其翼缘承担水平剪力V0 =850/4=212.5 kN，其剪切应力 = V0/Aw = 212.51000/(14260)= 126.5 N/mm2 fv = 180 N/mm2 ，满足要求。每个抗剪键对混凝土局部压力V0，按混凝土结构设计规范6.6.1条： V0 = 21

26、2.5 kN1.35clfcAln =361.2kN ，满足混凝土局部承压要求。式中c为混凝土强度影响系数，按规范取1.0；l为混凝土局部受压强度提高系数，按规范取1.732；fc为支座混凝土强度，据施工实际情况按C30混凝土取值，取14.310-3 kN/mm2；Aln为混凝土局部受压净面积，计算得10800mm2。由于塔楼43层以上塔吊支撑系统构件附着核心筒墙体减薄，厚度不足500mm，对于锚固长度不足500mm的锚筋，应在锚筋末端焊端锚板，保证预埋件的有效锚固，锚筋末端锚板厚度取30mm。3.2.2箱梁预埋件设计箱梁预埋件设计时，考虑直锚筋承担全部拉力，抗剪键承担全部剪力。按混凝土结构设

27、计规范9.7.2条，锚筋总截面面积应满足：AsN/0.8bfy，b为锚板弯曲变形折减系数，按规范计算取0.9。计算得As 5787mm2，设计配置19根25mm钢筋（As = 9348mm2）可满足要求。抗剪键末端设机械锚固措施，采用一侧贴焊锚筋，计算需要锚固长度400mm，设计采用500mm锚固长度，满足要求。对于双向剪力，配置6个焊接H型钢抗剪键，抗剪键平面尺寸如图3.3所示。锚筋及抗剪键平面布置如图3.4所示。图3.3 箱梁预埋件抗剪键平面尺寸图3.4箱梁预埋件设计图对于每个H型钢抗剪键，其翼缘承担竖向剪力Vy0 = 1200/6 = 200 kN，其剪切应力x = Vy0/Aw = 2001000/(14260) = 119.0 N/mm2 fv = 180 N/mm2 ，满足要求； H型钢腹板承担水平剪力Vx0 = 90/6 = 15 kN，其剪切应力y = Vx0/Aw = 151000/(1460) = 17.9 N/mm2 fv = 180 N/mm2 ，满足要求。每个抗剪键对混凝土较大的局部压力V0，按混凝土结构设计规范6.6.1条：V0 = 200 kN 1.35clfcAln = 361.2kN ，满足混凝土局部承压要求