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

關鍵詞：外掛支撐系統(tǒng)；塔機；超高層建筑

概述

目前國內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構，由于施工時核心筒結構普遍高出外圍鋼柱幾十米，再者考慮到核心筒內允許布置塔機的位置較小，故采用核心筒外掛支撐系統(tǒng)，將塔機座于支撐系統(tǒng)上。本項目采用中昇建機一臺ZSL650塔機和一臺ZSL380塔機施工，均為內爬式動臂塔機，由位于塔身最下端的頂升節(jié)，配合爬帶，使塔機整體能夠隨著建筑物高度的升高而自行升高，此形式塔機統(tǒng)稱為內爬式塔機。在無錫云蝠項目中，核心筒結構一般高出外圍鋼柱約30m，隨著施工進行，核心筒升高，當核心筒爬模頂升接近塔機平衡臂時，就需要進行塔機頂升。

1.外掛支撐構成

外掛支撐系統(tǒng)由三套外掛架構成，塔機正常工作時使用兩道外掛架協同作業(yè)。當塔機進行頂升時，安裝第三道外掛架，懸掛爬帶，進行頂升，以此三道外掛架循環(huán)使用。外掛架由支撐梁、水平撐桿、下壓桿和塔機廠家配套提供的C型框等構成，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通過高強度銷軸連接。墻體預留埋件，埋件上焊接接頭耳板，支撐梁與墻體埋件耳板間通過高強度銷軸連接。外掛架所有部件構成框架結構，塔機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.外掛支撐計算說明

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

2.1 計算內容

計算包含外掛支撐系統(tǒng)、剪力墻預埋件、接頭與埋件焊縫、支撐銷軸計算及設計。

2.2計算參數

根據廠家提供外掛內爬式塔機結構反力表，可知塔機受如下幾個作用力：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，相當于約束了三向位移、和一個方向旋轉，另外兩個方向旋轉自由度釋放。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

選取塔機工作產生的最大載荷1.2*G+1.5*L。其中，1.2*G（自重），考慮節(jié)點構造及加勁措施的影響；塔機荷載的動力系數取 1.5，塔機結構反力表數值中未含系數，需額外施加。在載荷施加時，模擬實際情況，隨著塔機360°轉動，水平力作用于單邊兩點或兩側邊三點，垂直力通過頂升節(jié)四個撐爪將力傳遞給C型框，平均分配至C型框四個點。

2.5計算結果

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

結合后處理文件中的結構反力，進行埋件、銷軸、接頭耳板的應力分析，應力均有一定富余量，滿足國家規(guī)范要求。

3.實際應用

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

4.結語

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

參考文獻：

[1]龔曙光等編著.ANSYS工程應用實例解析[M].機械工業(yè)出版社，2003.

作者簡介：施宇（1987-），漢， 江蘇丹徒，本科，工程機械。