1、 工程設計 建筑施工中大型塔吊支撐架的設計及驗算 李 毅 楊正軍 呂黃兵 吳洪濤 龔光寧 （中建鋼構有限公司北京分公司，北京 ） 摘 要：某大型鋼結構工程中樁基位置偏離，須安裝塔吊轉換支撐桁架。為此，進行了塔吊支撐桁架的設計、驗算以及 和 數(shù)值模擬分析，分析轉換桁架和塔吊支撐桁架在工作情況和非工作情況下，節(jié)點水平位移、桿件應力比，驗證其是否滿足強度要求以及施工精度要求。通過對某大型鋼結構工程中大型塔吊支撐的數(shù)值 模擬后可知：承載的實際值與數(shù)值模擬的理論值相當接近。該方法可在類似大型塔吊支撐架的設計中推廣運用。關鍵詞：支撐架；數(shù)值模擬分析；理論值；節(jié)點水平位移；桿件應力比： （，） ：， ， ，

2、 ， ， ：； ； 鋼結構 年第期第卷總第期 工程概況 天津現(xiàn)代城（二期） 地塊 區(qū)項目位于天津市和平區(qū)南京路北側，是集酒店公寓、辦公、商業(yè)于一體的大型綜合體，主要由辦公、酒店公寓兩幢超高層塔樓及商業(yè)裙房組成，設計外觀氣勢恢宏，輪廓分明，總建筑面積 ，辦公樓高 ，酒店公寓高 ，建成后將成為天津市地標性建筑。 塔吊樁基已施工完畢，但其樁基被混凝土支撐梁擋住，導致塔吊無法在樁基直接升起，必須做轉換桁架以保證塔吊的正常安裝。塔吊平面布置如圖 所示。 號 塔吊基礎位于 軸線與 和軸線之間， 號塔吊 基礎被混凝土梁擋住，故在樁頂做一個鋼平臺以輔助圓管柱避開混凝土支撐梁，定位見圖。 圖 某工程塔吊平面布置

3、 用倒鏈將構件牽引到位， 個構件安裝就位后，安裝另根構件，同時將構件用螺栓進行連接，整體校正 * 鋼平面的制作與處理 鋼平臺高度為 ，由于鋼架被混凝土支撐梁擋住，故用汽車吊將構件吊至水平標高位置，再 第一作者：李毅，男，年出生，碩士，工程師。 ： 收稿日期： 圖 號塔吊轉換桁架平面定位 后，進行焊接。鋼平臺平面效果如圖所示。 計算模型 立體； 立面根據(jù)前述結構計算依據(jù)及條件，采用 建立空間有限元模型進行計算分析。結構中格構樁（柱）采用方鋼管柱模擬，根據(jù)剛度等 效原則，等效鋼管截面選用。桁架柱、格 構樁（柱）、混凝土支撐節(jié)間的腹桿采用梁單元模擬， 其他腹桿采用桁架單元模擬，柱底約束為全約束。其模

4、型如圖所示。 分析要點 圖 鋼平臺整體效果 鋼平臺橫截面為不規(guī)則四邊形，塔吊承受自重和工作載荷時各個節(jié)點，構件應力狀態(tài)復雜，且將產 生水平應力、位移，須進行數(shù)值模擬校核薄弱環(huán)節(jié)， 并進行局部加強作業(yè)；塔吊作業(yè)時吊臂與塔身的角 邊界條件 圖 桁架模型示意 度不斷變化，塔吊支撐與塔身的受力狀態(tài)也將發(fā)生變化，須分析種工況。 工況（吊臂平行于塔身方向）：剪力對應于彎 矩，平行于塔身方向分配到塔吊與頂部鋼平臺連接的個節(jié)點上，彎矩分解為兩組力加在相鄰節(jié)點上。由于轉換支承桁架不規(guī)則，此工況又分為 ， ，共種子工況。 工況（吊臂與塔身方向成）：剪力對應于彎）柱腳邊界約束。在計算時柱腳約束取完全剛 接。 ）構件

5、邊界條件。鋼平臺梁之間，鋼平臺梁與柱間、有混凝土支撐區(qū)域的水平腹桿與柱之間、鋼平臺梁與格構樁（柱）之間約束視為剛接；其他腹桿與柱、鋼平臺梁、格構樁（柱）之間的連接為鉸接；構件連接實際構造應盡可能接近設計約定，做到基本一致。 矩，沿吊臂與塔身方向成的方向分配到塔吊與頂部鋼平臺連接的 個節(jié)點上，彎矩分解為一組力加在對角節(jié)點上。由于轉換支承桁架不規(guī)則，此工況又分為，共種子工況。 載荷情況 塔吊傳給轉換支撐桁架和各節(jié)點的荷載值分別如表所示，其中 、 分別為塔吊傳給轉換支承桁架的軸力、剪力、彎矩值；、 分別為對 工程設計 應的傳到各設計節(jié)點的荷載值。 表 各處載荷分布情況 工況一荷載匯總 塔吊狀態(tài) （）

6、 塔吊 非工作狀態(tài) 工作狀態(tài) 工況二荷載匯總 塔吊狀態(tài) （） 塔吊 非工作狀態(tài) 工作狀態(tài) 風荷載取風壓高度變化系數(shù)為，風載體型系數(shù)為，風振系數(shù)為，基本風壓取天津地區(qū) 圖 包絡工況下桁架單元組合應力 年一遇的風壓值， ，體現(xiàn)在塔架 與格構樁（柱）連接的 的腹桿處。 上為節(jié)點施加節(jié)點力。 此種現(xiàn)象可能是由于下部樁與對應上部的桁架柱有偏心，相應腹桿截面不夠所致。所以應再增加 根 計算結果 鋼框架應力結果 種基本荷載組合見表。梁單元在包絡工況下的組合應力如圖所示。桁架單元在包絡工況下 的組合應力如圖所示。 表 包絡工況下結構所有組合荷載 的腹桿，加強對上部的支撐作用。桁架柱的最大應力比為，應力比超限

7、的腹桿有 根，出現(xiàn)在第 道、第 道和第 道混 凝土支撐穿過的節(jié)間以及第 道支撐之上的節(jié)間。造成此種現(xiàn)象的原因是由于有混凝土支撐穿過的節(jié)間無法設置斜腹桿，造成局部弱化?？梢酝ㄟ^加大 編號 各工況荷載組合系數(shù) 塔吊工作所有混凝土支撐穿過節(jié)間桁架柱的截面，并采用套 （橫荷載） （活荷載） 角度（） 圖 包絡工況下梁單元組合應力 通過試驗可知，腹桿的最大應力比為 ，應力比超限的腹桿只有 根，出現(xiàn)在底部鋼平臺 管焊接來彌補。 鋼平臺梁正應力最大應力比為，滿足 鋼結構設計規(guī)范要求。剪應力最大應力比為，超限的有根，出現(xiàn)在上部塔吊和 鋼平臺連接的節(jié)點（即集中荷載處）和懸挑出樁的鋼 平臺處。這是由于上部鋼平臺梁

8、跨中承受塔吊傳來的集中荷載導致局部剪應力過大。下部鋼平臺處， 由于下部樁與對應上部的桁架柱有偏心，造成懸挑 處鋼平臺梁局部剪應力過大。可以在相應節(jié)點或平臺梁處加密橫向加勁肋或支撐加勁肋。 格構樁（柱）的最大應力比為 ，超限的有根樁。這是由于格構樁（柱）的截面較小所致?？梢酝ㄟ^加大格構樁（柱）截面，在格構樁與底部平臺梁間設置人字形支撐。 支承桁架整體變形結果 鋼框架最大位移約 ，出現(xiàn)在頂部鋼平臺上，該處距地面 。根據(jù) 高聳結構設計規(guī)范表 ，對 以風為主的荷載標準組合作用下自立塔架按線性分析的結構水平位移限值的規(guī)定，取 位移限值為 ，故變形滿足要求。 鋼結構 年第期第卷總第期 在基本荷載組合包絡工

9、況下，提取柱腳反力最大值，如圖所示。 數(shù)值與模擬數(shù)值接近，實際工程中取得滿意的效果。 現(xiàn)場效果 圖 格構樁（柱）反力 圖 現(xiàn)場柱的施工效果 參考文獻 中國鋼結構協(xié)會建筑鋼結構施工手冊北京：中國建筑工業(yè) ， 建筑結構荷載規(guī)范 鋼結構設計規(guī)范 鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范 丁陽，劉濤 天津奧林匹克中心體育場大跨度鋼屋蓋臨時支撐計算與分析工業(yè)建筑，（增刊）： 張愛林 飛，劉學春 考慮臨時支撐的弦支穹頂結構施工仿真分析工業(yè)建筑，（）： 施工現(xiàn)場梁柱如圖、圖所 示 。承 載的實際 圖 現(xiàn)場梁的施工效果 羅堯治，婁榮，劉海峰 空間鋼結構臨時支撐布置的應變能跟蹤算法 浙 江大學學報 ：工 學版，（）： 郭彥林

10、，郭宇飛，劉學武 大跨度鋼結構屋蓋落架分析方法 建筑科學與工程學報，（）： 洛陽新區(qū)體育場罩棚工程臨時支撐設計鋼結構， ，（）： 栗懷廣，鄭凱鋒，茍超 大跨橋梁鋼主梁抗風性能的高效計算方法研究鋼結構，（）： （上接第頁） 鐵路 （公 路）橋梁用不銹鋼復合鋼板 鐵路鋼橋制造規(guī)范 鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范 楊峰，齊 金朋 合 肥鐵路樞紐南環(huán)線 （ ） 鋼桁柔性拱焊接工藝試驗研究鐵道標準設計， （）： 小知識 不銹鋼復合鋼板焊接技術要求 夏陽 新搓浦中橋鐵路 鋼桁梁制造技術鐵道標準設計，（）： 田桂旺，楊峰，齊金朋 合 肥鐵路樞紐南環(huán)線 （ ） 鋼桁柔性拱鋼梁制造工藝鐵道標準設計，（）： 預應力鋼結構適用范圍：凡是鋼結構適用的地方都可以用預應力鋼結構取代，以改善其結構性能，降低鋼材的使用量。 在跨度大、荷載重的情況下，采用預應力的經濟效益更為顯著。目前，預應力鋼結構應用廣泛的領域是大跨度建筑結構，譬 如： 體育場館、會展中心、劇院、商場、飛機庫、候機樓等大型公共建筑。在高層建筑中也有采用預