塔式起重机附着杆优化方案分析

赵 欣，王福国，罗 冰，李艳霞，刘光伟

(1.北京永茂建工机械制造有限公司，北京 101300；2.中国建筑科学研究院 建筑机械化研究分院，河北 廊坊 065000)

目前，塔式起重机附着杆布置形式通常采用三杆体系和四杆体系。由于附着杆的内力计算十分繁琐，尤其四杆体系为超静定结构，推导理论公式更加困难。因此如果能通过对影响附着杆内力的各项因素进行定性分析，找出附着杆内力的变化趋势，即不用通过计算，也能对附着杆的内力有大致的了解，对合理布置塔机的位置和选择合适的附着杆布置形式有重要意义，避免造成后期施工的不便。

本文以ST8075塔机为例进行受力分析，附着支反力P=65t；附着框宽度为a；附着框距离墙体距离为h；两侧附着杆与墙体夹角为α；保证附着框距离墙体距离不变的前提下，通过调整附着杆的长度来实现附着角α的变化。

1 三杆体系附着杆的计算模型

三杆体系附着杆计算模型如图1所示，于是可得各附着杆轴力分别为

式中：l1、l2和l3分别为附着杆1、附着杆2和附着杆3的长度。由图1可知

于是可得附着杆随角度α变化的受力曲线，如图2所示。

从公式(1)、(2)、(3)可知，附着杆的长度对附着杆的轴力影响相对较小，角度对附着杆内力影响很大。由图2可知，附着杆轴力随着角度的增加急速减小。当α≥30°时，各附着杆内力变化趋向平稳；附着杆1随着角度的增加，其轴力逐渐减小；附着杆2随着角度的增加，轴力逐渐减小，当α≥50°时，轴力开始逐渐增大；当α=45°时，附着杆3轴力近似为0，而后随着角度的增加而变大；因此为了减小附着杆内力，建议附着角宜控制在40～55°之间。

2 四杆体系附着杆的计算模型

2.1 附着框两侧布置附着杆

四杆体系附着杆两侧布置计算模型如图3所示，因其结构形式为超静定结构，推导理论公式比较繁琐。本文借助通用有限元软件Ansys计算分析四杆体系下各附着杆内力的变化趋势，如图4所示。因其附着杆布置为对称布置，因此只需分析一侧附着杆即可。

由图4可以看出，附着杆的长度对内力的影响很小，附着杆内力的大小受附着角a的影响很大。当附着角α≥65°时，附着杆内力随着角度的增大急剧增大；当附着角α≤20°时，附着杆内力随着角度的减小逐渐增大；当附着角α≈20°时，附着杆1和附着杆2内力基本相等；当附着角20°≤α≤35°时，附着杆1内力逐渐减小，附着杆2内力略有增加，但因为附着杆长度过长，增加了长细比的影响，故其承载能力会降低很多，因此建议附着角α宜控制在35～50°之间。

2.2 附着框单侧布置附着杆

四杆体系附着杆单侧布置计算模型如图5所示，各附着杆内力的变化趋势，如图6所示。因其附着杆布置为对称布置，因此只需分析一侧附着杆即可。

由图6可以看出，附着杆的长度对内力的影响很小，附着杆内力的大小受附着角α的影响很大。当附着角α≥60°时，附着杆内力随着角度的增大急剧增大；当附着角α≤20°时，附着杆内力随着角度的减小逐渐增大，附着杆1和附着杆2内力趋向相等；当附着角20°≤α≤55°时，附着杆2内力急剧减小，附着杆1内力缓慢增加，因此建议附着角α宜控制在35～60°之间。

2.3 附着框对角布置附着杆

四杆体系附着杆对角布置计算模型如图7所示，各附着杆内力的变化趋势如图8所示。因其附着杆布置为对称布置，因此只需分析一侧附着杆即可。

由图8可以看出，附着杆的长度对内力的影响很小，附着杆内力的大小受附着角α的影响很大。当附着角α≥65°时，附着杆内力随着角度的增大逐渐增大；当附着角α≤20°时，附着杆内力随着角度的减小急剧增大；当附着角30°≤α≤60°时，附着杆内力变化平稳，因此建议附着角α宜控制在35～60°之间。

3 结 论

综上所述，设计附着杆时应考虑以下因素。

1）三杆体系结构型式简单便于安装，且易得到通用的附着杆内力公式；四杆体系为超静定结构，安装难度大，需借助有限元软件对附着杆内力进行受力分析。

2）相同外载荷条件下四杆体系附着杆内力比三杆体系附着杆受力小；四杆体系附着杆单侧布置比两侧布置内力变化平稳。

3）塔身和建筑物之间的距离和附着杆的长度，对附着杆内力影响不大。

4）三杆体系附着角α的合理角度在40～55°之间，四杆体系附着角α的合理角度为35～50°之间，附着角α过小，附着杆过长，增加了长细比的影响，故其承载能力会降低很多。因此，当附着角控制在40～55°之间时，建议采用三杆体系布置，其它情况建议采用四杆体系布置。

[1]GB/T 13752-1992，塔式起重机设计规范[S].

[2]宋曼华，柴 昶，武人岱.钢结构设计与计算[M].北京：机械工程出版社，2003.