張曉兵

（江蘇省電力建設第三工程公司，江蘇鎮(zhèn)江 212003）

塔式起重機底架改造設計

張曉兵

（江蘇省電力建設第三工程公司，江蘇鎮(zhèn)江 212003）

針對傳統(tǒng)塔機固定式基礎存在的較多弊端，采用鋼梁式底架代替承臺樁式基礎對其進行改造。通過計算，改造后的底架一字梁和原有的環(huán)梁強度滿足要求，整體剛度也滿足要求。實踐證明，鋼梁式底架具有很多優(yōu)點，改造具有較高的可行性和實用性。

塔式起重機；鋼梁式底架；基礎固定式底架；改造設計

0 引言

塔式起重機（以下簡稱塔機）不僅能垂直起吊重物，而且能水平移動重物，因此，在大型重物吊運中，塔機的應用最為廣泛。塔機一般較高，需要在很大空間內升降和搬運物品，屬于高空危險作業(yè)設備。底架承受著上部的所有載荷，在設計、制造、安裝等環(huán)節(jié)上稍有疏忽，就可能造成人員傷亡和設備損毀，因此，底架顯得至關重要［1-2］。

1 基礎固定式鋼筋混凝土塔機基礎概述［3］

某公司FZQ2000II型自升塔機的底架基礎為基礎固定式（如圖1所示），該塔機基礎由基礎臺和數根基礎樁共同組成，底架通過地腳螺栓與基礎臺連接。

圖1 塔式起重機方形承臺基礎

1.1 固定式塔機基礎安裝方式

通常情況下，固定式塔機采用現(xiàn)澆式鋼筋混凝土基礎，體積較大，混凝土和鋼筋用量較多，施工程序為：（1）打樁；（2）土方開挖；（3）破樁頭；（4）澆筑和振搗混凝土墊層；（5）綁扎基礎底部鋼筋；（6）澆筑和振搗下部一半高度混凝土，安裝塔機預埋腳；（7）澆筑和振搗上部一半高度混凝土；（8）養(yǎng)護至設計強度；（9）安裝。

1.2 固定式塔機基礎缺點

從上述基礎安裝方式可以看出，固定式塔機基礎施工程序較多，過程較復雜，不足之處主要有以下3個方面。

（1）浪費資源。據統(tǒng)計，普通的塔機基礎使用不足半年就要被拆除，大量消耗鋼筋混凝土，不僅造成資源浪費，也需要更多經費投入。

（2）污染環(huán)境。拆除塔機時，往往將上部基礎鑿掉，取出預埋腳，而留下下部基礎成為永久性地下障礙物，會對地下管線架設、植物生長等造成不利影響。

（3）耗時較長。據統(tǒng)計，塔機基礎澆搗的施工周期大約為1個月，如果受到惡劣天氣影響則會更長，混凝土澆搗完畢后按標準溫度（20℃）養(yǎng)護約28 d才能達到設計強度，耗費了大量時間，不利于加快工程進度，增加了工程成本。

鑒于固定式塔機基礎存在的不足，作者擬對其進行技術改造，采用鋼梁式底架替代承臺樁式基礎。

2 鋼梁式塔機底架技術改造設計計算

如圖2所示，將傳統(tǒng)的承臺樁基礎去掉，保持底架中心環(huán)梁不動，采用鋼梁式一字梁和支腿代替固定式基礎及其底架一字梁，通過螺栓將原來的環(huán)梁與4個改造后的一字梁及其支腿進行連接，一字梁與支腿通過球鉸連接，底架下平面即4個支腿置于堅實平整的混凝土基礎或路基板上，支腿的接地面積可以根據接地比壓進行調整。

2.1 鋼梁式底架強度和剛度校核［4］

2.1.1 一字梁強度計算

為了增加底架抗傾覆能力，塔機底架跨度由原來的L1＝10.86m增加到L2＝16.97m，一字梁上放置4個壓重塊，輔以抵抗傾覆力矩。由于底架環(huán)梁及以上部分不發(fā)生變動，因此上部載荷保持不變。在塔機自立狀況下，底架處于最危險工況，此時豎向力Fsx＝5340kN，不平衡力矩M＝19500kN·m，水平載荷Fsp＝800kN，一字梁上的總壓力為720kN。

圖2 鋼梁式塔機底架

取靜定外伸梁簡圖，約束環(huán)梁中心位置處（I和J），載荷施加在一字梁與球鉸連接處兩點（A和D），B和C處為壓重作用點處，垂直和水平載荷作用下計算簡圖如圖3和圖4所示。

圖3 垂直載荷作用下計算簡圖

圖4 水平載荷作用下計算簡圖

當起重臂與一字梁平行時，為底架最不利工況，計算得F1＝2665kN，F(xiàn)2＝365kN，F(xiàn)3＝F4＝-180 kN，F(xiàn)5＝F6＝200kN。

經計算，在垂直和水平載荷作用下I截面為最危險截面，I截面應力計算如下：

2.1.2 環(huán)梁強度計算［5］

由于環(huán)梁手算比較復雜，因此采用有限元軟件計算其內力，如圖5～8所示。

圖5 整體結構彎矩（N·mm）

圖6 垂直載荷作用下環(huán)梁彎矩（N·mm）

垂直載荷作用下環(huán)梁最大彎矩為1.04×1010N·mm，水平載荷作用下環(huán)梁最大彎矩為4.37× 108N·mm，剪力為3.26×106N，出于安全考慮，計算均取最大彎矩計算環(huán)梁的強度。

圖7 水平載荷作用下環(huán)梁彎矩（N.mm）

圖8 環(huán)梁剪力（N）

式中：σh為環(huán)梁彎曲應力；MF1為環(huán)梁截面垂直方向的彎矩；MF2為環(huán)梁截面水平方向的彎矩；Wxh為環(huán)梁垂直方向截面抗彎模量；Wyh為環(huán)梁水平方向截面抗彎模量；τh為剪切應力；Fp為環(huán)梁垂直方向的剪力；Szh為環(huán)梁截面靜矩；Izh為環(huán)梁截面慣性矩；Σδh為環(huán)梁截面腹板厚度總和。

由以上計算可知，環(huán)梁強度滿足要求。

2.1.3 剛度計算

由有限元計算得：底架變形最大部位在環(huán)梁與一字梁連接部位，其值為16.96mm，有限元計算結果如圖9所示。

由有限元軟件計算相同跨度的，且正在使用的FZQ2000型塔機的底架撓度為18.6mm，因此，改造后的塔機底架剛度滿足要求。

綜上所述，改造后的塔機底架一字梁和原有的環(huán)梁強度滿足要求，底架整體剛度也滿足要求，因此改造具有可行性。

2.2 鋼梁式底架優(yōu)點

（1）適用范圍廣。從構造角度考慮，鋼梁式底架在安裝時是直接放置在平整的地面上，根據地面

所能承受的壓強調整支腿尺寸，適用大部分地基。

圖9 底架剛度計算結果

（2）節(jié)省成本多。首先，這種結構能節(jié)約大量水泥、大沙、石料、鋼筋；其次，受氣象條件影響小，工序簡單，縮短了安裝時間，加快了施工進度，從而有效降低了建設總成本。

（3）社會影響好。對比固定式基礎，底架拆除操作非常簡單、快捷，施工操作人員勞動強度小，消除了傳統(tǒng)混凝土塔機基礎所需的爆破等工序，危險系數低，施工現(xiàn)場不會殘留障礙物，有利于環(huán)保。

3 結束語

采用鋼梁式底架代替承臺樁式基礎，節(jié)省了開支、減少了污染，且改造后的底架接地比壓小，更能適應不同的場地要求，因此，改造設計鋼梁式底架有很大的必要性和可行性。

［1］張質文，王金諾，程文明.起重機設計手冊［M］.2版.北京：中國鐵道出版社，2013.

［2］GB／T3811—2008起重機設計規(guī)范［S］.

［3］曾新云.塔吊基礎研究綜述［J］.工程設計，2009，23（5）：662-664.

［4］陳大軍.鋼十字梁裝配式塔吊基礎理論分析和應用研究［D］.合肥：合肥工業(yè)大學，2010.

［5］劉國慶，楊慶東.ANSYS工程應用教程——機械篇［M］.北京：中國鐵道出版社，2003.

（本文責編：白銀雷）

TH218

A

1674-1951（2015）09-0005-03

張曉兵（1969—），男，江蘇如皋人，工程師，從事電力工程建設方面的工作（E-mail：zhangxiaobing＠powneer.com）。

2014-12-29；

2015-08-11