外挂于巨型框架的动臂式塔机稳定性分析
熊自强 侯汝兵 刘庆天 宾春强 张超
摘要：本文以实际工程为背景，对于一种外进于巨型桓架结构巨柱的塔式超重机稳定性问题,通过建立一体化计算模型,确定塔式起重机附着原统的所附着巨柱的反力对巨柱进行加固及增大支虚截面。采取的加图指施解决了随着巨柱裁西尺寸变小引起的承栽
力不足、变形过大等问题,为类似的工程提供了借鉴和依据。
关键词:巨型框架结构;塔式起重机;加固;稳定性
1工程概况
1.1结构概况
广州市广商中心超高层项目占地面积6909.2 m2,建筑高度375.5m。地上60层，地下5层；总建筑面积207011.2m2。主体结构部分采用钢结构框架，偏置核心简结构，为全国首列超高层偏置核心简设计方案，建成后将成为全球最高的纯钢结构建筑。
由于该工程与传统的核心简钢框架结构形式不同，工程采用了非典型的非对称偏心纯钢结构形式，塔楼中心未设计有剪力墙核心简。依托8根巨柱作为主受力结构，所以建筑施工过程中用的动臂塔式起重机ZSL850只能挂于巨柱上。随着建筑主体结构的升高，巨柱的截面尺寸也随之变小。最小截面尺寸为600X1900。需要对塔机附着系统附着的巨柱稳定性进行分析，以保证结构的安全。
1.2塔机及支撑体系概况
塔式起重机附着系统主要构件为水平支撑主梁、水平斜梁、水平连系梁及水平斜梁斜撑，施工过程中至少有两道支撑系统附着于巨柱上，上部支撑系统主要提供水平力，下部支撑架主要提供水平力和竖向力。支撑系统通过销轴与焊接在巨柱上的钢牛腿连接。如图1、2所示。
图1支撑系统俯视图
由于支座反力的分配与塔吊动臂转动的角度有关，因此，根据塔吊定位平面图，选取8种工况计算塔吊支架的反力。塔吊ZSL850计算工况如图3所示。塔机反力参数如图4和表1所示。
2有限元模型
为分析巨柱的受力情况，采用大型通用有限元软件ABAOUS对支座受力性能进行分析。实体单元建模。计算方法采用二阶弹性大变形算法。
考虑了钢构件几何非线性的影响。计算中的钢材屈服强度为355MPa,弹性模量为206000MPa,泊松比为0.3。钢材本构关系采用理想弹塑性模型，不考虑钢材的强化作用。
图4钢材本构关系示意图
考虑到塔吊支座的对称性，对于STL850仅核算173、335、339、109、
333、337六个连接支座的受力情况。塔机ZSL850安装的巨柱最小截面为600X1900mm,用于计算的立柱高度取为3000mm,支座验算均按照此截面尺寸进行验算。173、109连接支座计算模型如图6所示，335、339、
333、337连接支座计算模型如图7所示。按照塔机计算提取的支座反力，考虑8种不同工况，取工作状态和非工作状态中的较大合力进行验算。将连接支座上的销轴孔于孔中点位置耦合，在耦合点处施加集中荷载。并约束立柱上下段的三个平动自由度。
图5STL850支座编号图6173、109连接支座
图7335等连接支座
图8边界条件设置
3计算结果及加固措施
3.1计算结果分析
塔机ZSL850连接支座的验算结果统计如表2、3所示，8种工况下，最大变形和应力均是在工况八时出现，为最不利工况。连接支座最大变形
为5.47mm,最大应力为420Mpa,应力超限，需要采取加固措施。
