外掛于巨型框架的動臂式塔機穩定性分析
熊自強 侯汝兵 劉慶天 賓春強 張超
摘要：本文以實際工程為背景，對于一種外進于巨型桓架結構巨柱的塔式超重機穩定性問題,通過建立一體化計算模型,確定塔式起重機附著原統的所附著巨柱的反力對巨柱進行加固及增大支虛截面。采取的加圖指施解決了隨著巨柱裁西尺寸變小引起的承栽
力不足、變形過大等問題,為類似的工程提供了借鑒和依據。
關鍵詞:巨型框架結構;塔式起重機;加固;穩定性
1工程概況
1.1結構概況
廣州市廣商中心超高層項目占地面積6909.2 m2,建筑高度375.5m。地上60層，地下5層；總建筑面積207011.2m2。主體結構部分采用鋼結構框架，偏置核心簡結構，為全國首列超高層偏置核心簡設計方案，建成后將成為全球最高的純鋼結構建筑。
由于該工程與傳統的核心簡鋼框架結構形式不同，工程采用了非典型的非對稱偏心純鋼結構形式，塔樓中心未設計有剪力墻核心簡。依托8根巨柱作為主受力結構，所以建筑施工過程中用的動臂塔式起重機ZSL850只能掛于巨柱上。隨著建筑主體結構的升高，巨柱的截面尺寸也隨之變小。最小截面尺寸為600X1900。需要對塔機附著系統附著的巨柱穩定性進行分析，以保證結構的安全。
1.2塔機及支撐體系概況
塔式起重機附著系統主要構件為水平支撐主梁、水平斜梁、水平連系梁及水平斜梁斜撐，施工過程中至少有兩道支撐系統附著于巨柱上，上部支撐系統主要提供水平力，下部支撐架主要提供水平力和豎向力。支撐系統通過銷軸與焊接在巨柱上的鋼牛腿連接。如圖1、2所示。
圖1支撐系統俯視圖
由于支座反力的分配與塔吊動臂轉動的角度有關，因此，根據塔吊定位平面圖，選取8種工況計算塔吊支架的反力。塔吊ZSL850計算工況如圖3所示。塔機反力參數如圖4和表1所示。
2有限元模型
為分析巨柱的受力情況，采用大型通用有限元軟件ABAOUS對支座受力性能進行分析。實體單元建模。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。計算中的鋼材屈服強度為355MPa,彈性模量為206000MPa,泊松比為0.3。鋼材本構關系采用理想彈塑性模型，不考慮鋼材的強化作用。
圖4鋼材本構關系示意圖
考慮到塔吊支座的對稱性，對于STL850僅核算173、335、339、109、
333、337六個連接支座的受力情況。塔機ZSL850安裝的巨柱最小截面為600X1900mm,用于計算的立柱高度取為3000mm,支座驗算均按照此截面尺寸進行驗算。173、109連接支座計算模型如圖6所示，335、339、
333、337連接支座計算模型如圖7所示。按照塔機計算提取的支座反力，考慮8種不同工況，取工作狀態和非工作狀態中的較大合力進行驗算。將連接支座上的銷軸孔于孔中點位置耦合，在耦合點處施加集中荷載。并約束立柱上下段的三個平動自由度。
圖5STL850支座編號圖6173、109連接支座
圖7335等連接支座
圖8邊界條件設置
3計算結果及加固措施
3.1計算結果分析
塔機ZSL850連接支座的驗算結果統計如表2、3所示，8種工況下，最大變形和應力均是在工況八時出現，為最不利工況。連接支座最大變形
為5.47mm,最大應力為420Mpa,應力超限，需要采取加固措施。
