塔吊支撑系统设计计算以及塔吊抗风研究

1.塔吊附着

（1）固定基础附着式塔机以平臂式居多，随着塔机塔身标准节的增加，需要固定在楼层中的预埋件以及附着杆件的数量都需要增加，与此相应的施工成本以及施工风险也在增加，因此这类塔机主要适用于高层建筑(100m 以下)。

（2）附着装置一般由附着框、附着杆、附着支座、预埋件等组成，常见的刚性附着装置有三杆式、单侧四杆式与双侧四杆式等型式。除特别设计外，附着杆宜水平布置。

以WA7527-16D 型315t.m塔式起重机为例，以下部分内容摘自《WA7527-16D 型315t.m塔式起重机操作手册》。当塔机工作高度超过最大独立高度时，须对塔身进行附着，与建筑物连接。

（3）计算软件可选择：Midas Gen、品茗等，品茗有专门的计算板块，可以直接输入参数获得计算书。

2.外挂式塔吊支撑系统

（1）外挂式塔吊支撑系统有三种模式可以选择：上拉杆式、上拉杆与下撑杆结合式和下撑杆式。

（2）外挂式塔吊一般应用于超高层建筑，对台风、地震等非常敏感。由于外挂式塔吊只能通过支撑框架附着在建筑物上，因此支撑系统的可靠性对外挂塔机整体的安全尤为重要。

（3）外挂式塔吊支撑系统的核算也比较复杂，复杂、重大建筑应通过有限元验算来保证其施工安全。计算软件可选择：ABAQUS、ANSYS、Sap2000、Midas Gen等。

（4）计算内容

1）塔吊支撑架在各荷载组合下支座反力最大值、节点位移最大值以及构件强度及稳定性计算。

2）最不利荷载组合下的支撑架主梁、水平撑杆、斜向拉杆件节点对应预埋件验算。

（5）荷载取值：验算支撑架时，恒荷载为支撑架自重，组合系数取1.2；活荷载为塔吊荷载（由塔吊厂商提供），组合系数取1.4。

（6）荷载工况分析

应分析工作状态和非工作状态，启动或刹车荷载工况。

塔吊处于工作状态时，吊臂可在360°范围吊装重物。在计算外挂架支座反力时，选取具有典型代表性的8 种工况计算分析以代表整个外挂架的受力情况，这8 种工况分别为塔吊吊臂与外挂架主梁夹角成0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°。

竖向荷载工况：

塔吊支撑整体受偏心荷载所产生的弯矩作用的影响，4个基础支点竖向受力并不均衡，而且存在很大的差异。

可以通过有限元计算得到塔吊荷载分配比例变化曲线：

水平荷载工况：

如果横梁是刚性的，或者采取措施限制水平面钢梁的变形保证整体刚性，那么水平荷载可以均值分配，否则也要像竖向荷载一样计算不同角度下的工况。

塔吊动臂转动的启动或刹车荷载工况：

塔吊动臂转动的启动或刹车荷载Mk包含顺时针和逆时针两个方向，主要由塔吊上支撑架承担。将Mk在上支撑架四个着力点沿旋转切线分解为2对力偶。

（7）优化与加固

根据计算结果对支撑系统杆件截面、埋件尺寸、锚筋长度等进行优化。

加固方式：结构内增加钢筋、结构内增加型钢结构、结构内增加内支撑钢梁等。

3. 塔吊抗风研究

海南省海口市建筑业受台风影响较大。海南省对塔吊抗风也是比较重视的，组织编写了两本规范，对台风防范区、抗风措施、灾后评定等都有规定。

4.关于塔吊有限元计算的一点想法

一个项目采用的塔吊形式在投标阶段或者设计阶段就会被定下来，这方面土建工程师没有太大的话语权，所以更多的是根据现有工程概况进行计算分析。

塔吊附着一般应用于建筑高度100m以下的高层建筑，而塔吊支撑系统应用于对台风、地震敏感的超高层系统，塔吊支撑系统更复杂同时也需要额外的计算来保证安全可靠，所以塔吊支撑系统一般多为有限元计算。相比于地震，台风的频率更高（基本每年都有），塔吊的抗风研究（有限元计算）也是一个值得考虑的研究方向。

塔吊支撑系统有限元模拟：

[1]赵闯.外挂内爬式塔吊附着支撑体系及周边墙体分析[D].武汉理工大学,2015.DOI:10.7666/d.D794149.

b站视频：https://space.bilibili.com/347789015/lists/4459221?type=series1

塔吊支撑架与墙体的有限元模拟：

[1]赵闯.外挂内爬式塔吊附着支撑体系及周边墙体分析[D].武汉理工大学,2015.DOI:10.7666/d.D794149.

[2]韩龙,田稳苓,姚雄,等.施工荷载对高层钢板剪力墙结构影响分析[J].工业建筑, 2016, 46(1):7.DOI:10.13204/j.gyjz201601027.

[3]季节.附着式塔吊起吊引起高层剪力墙结构动力响应研究[D].武汉理工大学[2025-01-09].

 参考文献

[1]潘寒,刘飞,周锦昌,等.外挂塔吊支撑系统设计的简化算法研究[J].建筑施工, 2017, 39(12):4.DOI:CNKI:SUN:JZSG.0.2017-12-038.

[2]唐云峰.外挂动臂塔吊附着结构加固方案技术经济分析[D].湖南大学.DOI:CNKI:CDMD:2.1018.100691.

[3]TASC 09-2020 塔式起重机附着安全技术规程.