第３７卷第９期 ２０１５年９月 华电技术 Ｈｕａｄｉａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ＿３７ Ｎｏ．９ Ｓｅｐ．２０１５ 塔式起重机底架改造设计 张晓兵 （江苏省电力建设第三工程公司，江苏镇江２１２００３） 摘要：针对传统塔机固定式基础存在的较多弊端，采用钢梁式底架代替承台桩式基础对其进行改造。通过计算，改造 后的底架一字梁和原有的环梁强度满足要求，整体刚度也满足要求。实践证明，钢梁式底架具有很多优点，改造具有较 高的可行性和实用性。 关键词：塔式起重机；钢梁式底架；基础固定式底架；改造设计 中图分类号：ＴＨ ２１８ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４—１９５１（２０１５）０９—０００５—０３ Ｏ 引言 塔式起重机（以下简称塔机）不仅能垂直起吊 重物，而且能水平移动重物，因此，在大型重物吊运 筑和振捣下部一半高度混凝土，安装塔机预埋脚； （７）浇筑和振捣上部一半高度混凝土；（８）养护至设 计强度；（９）安装。 １．２固定式塔机基础缺点 从上述基础安装方式可以看出，固定式塔机基 础施工程序较多，过程较复杂，不足之处主要有以下 ３个方面。 中，塔机的应用最为广泛。塔机一般较高，需要在很 大空间内升降和搬运物品，属于高空危险作业设备。 底架承受着上部的所有载荷，在设计、制造、安装等 环节上稍有疏忽，就可能造成人员伤亡和设备损毁， 因此，底架显得至关重要 』。 （１）浪费资源。据统计，普通的塔机基础使用 不足半年就要被拆除，大量消耗钢筋混凝土，不仅造 成资源浪费，也需要更多经费投入。 １基础固定式钢筋混凝土塔机基础概述 Ｊ 某公司ＦＺＱ２０００ＩＩ型自升塔机的底架基础为基 础固定式（如图１所示），该塔机基础由基础台和数 根基础桩共同组成，底架通过地脚螺栓与基础台 连接。 （２）污染环境。拆除塔机时，往往将上部基础 凿掉，取出预埋脚，而留下下部基础成为永久性地下 障碍物，会对地下管线架设、植物生长等造成不利 影响。 （３）耗时较长。据统计，塔机基础浇捣的施工 周期大约为１个月，如果受到恶劣天气影响则会更 长，混凝土浇捣完毕后按标准温度（２０℃）养护约２８ ｄ才能达到设计强度，耗费了大量时间，不利于加快 工程进度，增加了工程成本。 鉴于固定式塔机基础存在的不足，作者拟对其 进行技术改造，采用钢梁式底架替代承台桩式基础。 ２钢梁式塔机底架技术改造设计计算 如图２所示，将传统的承台桩基础去掉，保持底 架中心环梁不动，采用钢梁式一字梁和支腿代替固 定式基础及其底架一字梁，通过螺栓将原来的环梁 与４个改造后的一字梁及其支腿进行连接，一字梁 与支腿通过球铰连接，底架下平面即４个支腿置于 坚实平整的混凝土基础或路基板上，支腿的接地面 图１塔式起重机方形承台基础 １．１ 固定式塔机基础安装方式 通常情况下，固定式塔机采用现浇式钢筋混凝 土基础，体积较大，混凝土和钢筋用量较多，施工程 序为：（１）打桩；（２）土方开挖；（３）破桩头；（４）浇筑 和振捣混凝土垫层；（５）绑扎基础底部钢筋；（６）浇 收稿日期：２０１４—１２—２９；修回日期：２０１５—０８—１１ 积可以根据接地比压进行调整。 ２．１钢梁式底架强度和刚度校核 ２．１．１一字梁强度计算 为了增加底架抗倾覆能力，塔机底架跨度由原 ・６・ 华电技术 第３７卷 ＼球铰 压重块 １６ ９７１ 一字梁／支腿／ ＬＬ‘ ＼支腿 ：＼压重块 １ １Ａ ７／ —［ 一 Ⅲ 鼎 ）黼 ｝ １． 图２钢梁式塔机底架 来的Ｌ１＝１０．８６ Ｉｌｌ增加到Ｌ２＝１６．９７ １ＴＩ，一字梁上放 置４个压重块，辅以抵抗倾覆力矩。由于底架环梁 及以上部分不发生变动，因此上部载荷保持不变。 在塔机自立状况下，底架处于最危险工况，此时竖向 力Ｆ ＝５ ３４０ ｋＮ，不平衡力矩Ｍ＝１９ ５００ ｋＮ・１３３，水 平载荷Ｆ ＝８００ ｋＮ，一字梁上的总压力为７２０ ｋＮ。 取静定外伸梁简图，约束环梁中心位置处（，和 Ｉ，），载荷施加在一字梁与球铰连接处两点（Ａ和Ｄ）， Ｂ和Ｃ处为压重作用点处，垂直和水平载荷作用下 计算简图如图３和图４所示。 Ｉ，１ ， ，ｄ ，２ Ｊ Ａ Ｇ １『 Ｂ Ｆ Ｅ １ 『Ｄ Ｃ ２９０ｏ １ ９０５ 卿 １９ｏ， ３ １８５一 —’０。０ｆ—ｌ 一…～Ｉ：２ ８００—１： ｒ７ ０８５ 一 一 １６９７０．图３垂直载荷作用下计算简图 图４水平载荷作用下计算简图 当起重臂与一字梁平行时，为底架最不利工况， 计算得Ｆ ＝２ ６６５ ｋＮ，Ｆ２＝３６５ ｋＮ，Ｆ３＝Ｆ４：一１８０ ｋＮ，Ｆ５＝Ｆ６＝２００ｋＮ。 经计算，在垂直和水平载荷作用下，截面为最 危险截面，，截面应力计算如下： ０＂ｚ ： ＋ ：１３３．８（ＭＰｊｊ・ ＭＦａ），）， ／＊ｓ￣ｚｚｖｒｚ ＝１８．７（ＭＰａ）＜ ７ ＝１０１ ＭＰａ， 式中： 为弯曲应力；Ｍ 为支腿，截面垂直方向的 弯矩； 。 为支腿，截面水平方向的弯矩；Ｗｘ 为支腿 垂直方向截面抗弯模量；Ｗｒ 为支腿水平方向截面抗 弯模量；丁 为剪切应力；Ｆ 为支腿垂直方向的剪力； ５ 为支腿截面静矩； 为支腿截面惯性矩；∑６ 为 支腿截面腹板厚度总和。 复合应力为： ∑＝Ｎ／Ｏ＂ ＋３ｒ ＝１３７．６ （ＭＰａ）＜［ ］＝１７５ ＭＰａ，因此一字梁强度满足 要求。 ２．１．２环梁强度计算 由于环梁手算比较复杂，因此采用有限元软件 计算其内力，如图５—８所示。 一一～一＿图５整体结构弯矩（Ｎ・ｍｍ） 。一ⅢⅢ 一一一＿ｍ加 加 加加 ＿豳圆圈圈口圈－ ＩＭＹ ＪＭＹ ¨埘 ＭＩＮ＝一０．１Ｏ４Ｅ＋１１ ＥＬＥＭ＝２９ ＭＡＸ＝－０．２３９Ｅ＋１０ ＥＬＥＭ＝６４ ● 一０．１０４Ｅ＋１ ｌ ■一 －０．９４８Ｅ＋１Ｏ 圈 ０ ８５９Ｅ＋１Ｏ －豳 ０．７７１Ｅ＋１Ｏ 一豳■ ０．６８２Ｅ＋ｌ０ ０．５９４Ｅ＋１０ ０．５０５Ｅ＂４－１Ｏ 口 －０．４１７Ｅ＋１Ｏ 圈 －０．３２８Ｅ＋ｌＯ ＿ －０．２３９Ｅ＋１０ 图６垂直载荷作用Ｆ环梁弯矩（Ｎ‘ｍｍ） 垂直载荷作用下环梁最大弯矩为１．０４×１０ｍ Ｎ・ｍｍ，水平载荷作用下环梁最大弯矩为４．３７× １０ Ｎ・ｍｍ，剪力为３．２６×１０。Ｎ，出于安全考虑，计 算均取最大弯矩计算环梁的强度。 Ｏ＂ｈ ： ＋ ：１３１．２（ＭＰａ），ａＪ’ ７Ｉｈ＝ 一，ｚ ∑６ 一 ＝１４．１（ＭＰａ）， ∑ ＝￣／ ｈ２＋３丁ｈ ＝￣／１３１．２。＋３×１４．１ ： １３３（ＭＰａ）＜［ ］＝１７５ ＭＰａ，