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1、建筑工程施工方案验算技能培训 塔吊、吊装机械及混凝土泵送机械 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第五章第五章 塔吊、吊装机械及混凝土泵送机械塔吊、吊装机械及混凝土泵送机械 概述：概述：建筑施工中，建筑材料的垂直运输和施工人员的上下，需要依靠垂直运输设施。塔式起重机、施工升降机和龙门架(井架)物料提升机是建筑施工中最为常见的垂直运输设备。本章主要介绍塔吊、吊装机械以及混凝土泵送机械的计算。塔吊塔吊1吊装机械吊装机械2混凝土泵送机械混凝土泵送机械3计算内容
2、计算内容 塔式起重机混凝土基础工程技术规范JGJT187-2009验算内容：1、地基计算 （地基承载力、地基变形、地基稳定性）2、板式和十字形基础计算3、桩基础 （桩基计算：桩基竖向承载力计算、桩的抗拔承载力、桩身承载力；承台计算：受弯和受剪计算、受冲切计算；）4、组合式基础计算 （格构式钢柱整体稳定性验算、缀件设计计算）概述：概述：塔机的基础形式应根据工程地质、荷载大小与塔机稳定性要求、现场条件、技术经济指标，并结合塔机制造商提供的塔机使用说明书的要求确定。塔机基础的设计应按独立状态下的工作状态和非工作状态的荷载分别计算。塔机基础工作状态的荷载应包括塔机和基础的自重荷载、起重荷载、风荷载，并
3、应计入可变荷载的组合系数，其中起重荷载不应计入动力系数；非工作状态下的荷载应包括塔机和基础的自重荷载、风荷载。塔机工作状态的基本风压应按0.2KN/m2取用，风荷载作用方向应按起重力矩同向计算；非工作状态的基本风压应按现行国家标准建筑结构荷载规范50年一遇的风压取用，且不小于0.35KN/m2，风荷载作用方向应从平衡臂吹向起重臂。1 1塔吊塔吊塔机基础和地基应分别按下列规定进行计算：塔机基础及地基均应满足承载力计算的有关规定。地基主要受力层的承载力特征值不小于130Kpa或小于130Kpa但有地区经验，且粘性土的状态不低于可塑（液性指数IL不大于0.75）、砂土的密实度不低于稍密时，可不进行塔
4、机基础的天然地基变形验算。但当塔机基础符合下列情况之一时，应进行地基变形验算：基础附近地面有堆载可能引起地基产生过大的不均匀沉降;地基持力层下有软弱下卧层或厚度较大的填土。其他塔机基础的天然地基均应进行变形验算。当塔机基础底标高接近边坡底或基坑底部，且符合下列要求之一时，可不作地基稳定性验算:a不小于2.0m，c不大于1.0m，fak不小于130KN/m2，且地基持力层下无软弱下卧层;或采用桩基础。图5-11）概述：）概述：天然地基塔吊基础适用于地基条件好的塔吊基础工程，塔吊直接落在天然基础上。塔吊天然基础设计参数包括两部分，塔吊的基本参数和塔吊基础设计参数。塔吊的基本参数由塔吊的说明书给出，
5、塔吊基础设计参数包括基础混凝土强度等级、基础承台埋深、基础的宽度和厚度，以及基础的承载力设计值、承台所用钢筋的类型。（1 1）天然地基塔吊基础设计）天然地基塔吊基础设计 2）技术条件）技术条件 a、依据建筑地基基础设计规范GB 50007-2002第5.2条承载力计算。图5-2 塔吊计算简图 当不考虑附着时的基础设计值计算公式：（5-1）当考虑附着时的基础设计值计算公式：（5-2）式中 F 塔吊作用于基础的竖向力，它包括塔吊自重，压重 和最大起重荷载；G 基础自重与基础上面土自重，G=25.0BcBcHc+20.0BcBcD，Bc 基础底面的宽度；W 基础底面的抵抗矩，W=BcBcBc/6；M
6、 倾覆力矩，包括风荷载产生的力距和最大起重力距；b、地基承载力的验算根据地基承载力设计值要求 Pkmax fa（kPa）（5-3）当偏心距较大时要求 Pkmax 1.2fa（kPa）（5-4）偏心距 eB/4Pmax荷载效应标准组合时，基础底面边缘最大压力值；fa修正后的地基承载力特征值。1）概述）概述a、附着类型：附着搭接形式目前提供了三种，都是三杆的附着搭 接形式；图5-3 三杆附着受力简图（2 2）塔吊三附着设计计算）塔吊三附着设计计算 b、注意事项:附着高度必须是递增的，而且最后一层的高度必须小于塔吊的总高度h；a2必须大于a1,如果塔吊类型是第三类，则a3必须大于a2；要考虑预埋件，
7、应依据实际锚筋的型号、钢筋的布置层数、锚筋直径、锚板厚度和是否有可靠的措施等对预埋件进行计算并保证锚板不发生弯曲变形的措施。2）技术条件）技术条件计算依据塔吊使用说明书和钢结构设计规范(GB50017-2003)。a、计算要求支座力计算附着杆内力计算附着杆强度验算附着支座连接的计算图5-4 三附着式塔机塔身计算简图3）附着杆内力计算）附着杆内力计算 计算简图:图5-5附着杆计算简图计算单元的平衡方程为:（5-5）其中:（5-6）4）第一种工况的计算）第一种工况的计算塔机满载工作，风向垂直于起重臂，考虑塔身在最上层截面的回转惯性力产生的扭矩和风荷载扭矩。分别取不同值，的将上面的方程组求解，分别求
8、得各附着最大的轴压力和轴拉力。5）第二种工况的计算）第二种工况的计算塔机非工作状态，风向顺着起重臂，不考虑扭矩的影响。将上面的方程组求解，其中=45，135，225，315，Mw=0，分别求得各附着最大轴压力和轴拉力。6）附着杆强度验算）附着杆强度验算 a、杆件轴心受拉强度验算 验算公式:=NAn f （5-7）式中 N为杆件的最大轴向拉力；为杆件的受拉应力；An为杆件的的截面面积；b、杆件轴心受压强度验算 验算公式:（5-8）式中 为杆件的受压应力；N为杆件的轴向压力；An为杆件的的截面面积；为杆件的受压稳定系数,是根据 查钢结构设计规范 附录C计算得,7）焊缝强度计算）焊缝强度计算附着杆如
9、果采用焊接方式加长，对接焊缝强度计算公式如下:式中 N附着杆的最大拉力或压力；lw 附着杆的周长；t 焊缝厚度；ft或fc 对接焊缝的抗拉或抗压强度，8）预埋件计算预埋件计算依据混凝土结构设计规范GB 50010-2002第10.9条。杆件轴心受拉时，验算公式:（5-10）式中 As预埋件锚钢的总截面面积：N为杆件的最大轴向拉力,b锚板的弯曲变折减系数b=0.6+0.25t/d，当采取防止 锚板弯曲变形的措施时，可取b=1.0（5-9）9）附着支座连接的计算）附着支座连接的计算 附着支座与建筑物的连接多采用与预埋件在建筑物构件上的螺栓连接。预埋螺栓的规格和施工要求如果说明书没有规定，应该按照下
10、面要求确定：a、预埋螺栓必须用Q235钢制作；b、附着的建筑物构件混凝土强度等级不应低于C20；c、预埋螺栓的直径大于24mm；d、埋螺栓的埋入长度和数量满足下面要求：（5-11）其中：n预埋螺栓数量；d预埋螺栓直径；l预埋螺栓埋入长度；f预埋螺栓与混凝土粘接强度（C20为1.5N/mm2，C30 为3.0N/mm2）；N 附着杆的轴向力。e、预埋螺栓数量，单耳支座不少于4只，双耳支座不少于8只；预埋螺栓埋入长度不少于15d；螺栓埋入端应作弯钩并加横向锚固钢筋。1）概述：）概述：a、附着布置形式：附着搭接形式目前提供了三种，都是四杆的附着搭接形式；图5-6 四杆附着受力简图（3 3）塔吊四附着
11、设计计算）塔吊四附着设计计算 图5-7 四附着式塔机塔身计算简图2）技术条件）技术条件计算依据塔吊使用说明书和钢结构设计规范(GB50017-2003)。a 计算要求支座力计算附着杆内力计算附着杆强度验算附着支座连接的计算图5-8附着杆的计算简图3）附着杆内力计算）附着杆内力计算塔吊四附着杆件的计算属于一次超静定问题,采用结构力学中的力法计算个杆件内力，计算简图见图5-8。计算过程如下：（5-12）（5-13）（5-14）得：各杆件的轴向力为 附着杆强度验算、焊缝强度计算、预埋件计算、附着支座连接的计算 参照三附着式计算。（此处略）塔吊的稳定性验算包括塔吊在有荷载和无荷载下的倾覆稳定性验算。1
12、）塔吊有荷载时稳定性验算）塔吊有荷载时稳定性验算塔吊有荷载时，计算简图:图5-9 塔吊有荷载时计算简图（4 4）塔吊稳定性验算）塔吊稳定性验算 G塔吊自重力（包括配重、压重）c塔吊中心至旋转中心的距离h0塔吊重心至支承平面距离b塔吊旋转中心至倾覆边缘的距离Q最大工作荷载a塔吊转旋中心至悬挂物中心的水平距离W1作用在塔吊上的风力W2作用在荷载上的风力P1自W1作用线至倾覆点的垂直距离P2自W2作用线至倾覆点的垂直距离h吊杆端部至支承平面的垂直距离n塔吊的旋转速度H吊杆端部到重物最低位置时的重心距离塔吊的倾斜角（轨道或道路的坡度）塔吊有荷载时,稳定安全系数按下式验算:塔吊有荷载时稳定安全系数K1，
13、允许稳定安全系数最小取1.15；起升速度v和制动时间t根据塔吊工作要求得到；风荷载W1和W2根据塔吊的迎风面积计算得到。（5-15）图5-10 塔吊无荷载时计算简图K2塔吊无荷载时稳定安全系数，允许 稳定安全系数最小取1.15 G1后倾覆点前面塔吊各部分的重力C1 G1至旋转中心的距离B 塔吊旋转中心至倾覆边缘的距离H1 G1至支承平面的距离G2 使塔吊倾覆部分的重力C2 G2至旋转中心的距离H2 G2至支承平面的距离W3作用在塔吊上的风力，根据计算得 到P3 W3至倾覆点的距离 塔吊的倾斜角（轨道或道路的坡度）2）无荷载时）无荷载时,稳定安全系数按下式验算：稳定安全系数按下式验算：（5-16
14、）塔吊塔吊1吊装机械吊装机械2混凝土泵送机械混凝土泵送机械3计算内容计算内容1）选择依据）选择依据 a、构件最大重量（单个）、数量、外形尺寸、结构特点、安装高度及吊装方法等 b、各类型构件的吊装要求，施工现场条件（道路、地形、临近建筑物、障碍物等）c、选用吊装机械的技术性能（起重量、起重臂杆长、起重高度、回转半径、行走方式等）d、吊装工程量的大小、工程进度要求等 e、现有或租赁到的起重设备 f、施工力量和技术水平 g、构件吊装的安全和质量要求及经济合理性2 2吊装机械吊装机械2）选择原则）选择原则 a、选用时应考虑起重机的性能（工作能力），使用方便、吊装效率、吊装工程量和工期等要求；b、能适应
15、现场道路、吊装平面布置和设备、机具等条件，能充分发挥其技术性能；c、能保证吊装工程质量、安全施工和有一定的经济效益 d、避免使用大起重能力的起重机吊小构件，起重能力小的起重机超负荷吊装大的构件，或选用改装的未经过实际负荷试验的起重机进行吊装，或使用台班费高的设备。3）起重机型式的选择）起重机型式的选择 a、一般吊装多按履带式、轮胎式、汽车式、塔式的顺序选用，通常是：对高度不大的中、小型厂房，应先考虑使用其重量大、可安全回转使用、移动方便的100150KN履带式起重机和轮胎式起重机吊装主体结构合理；大型工业厂房主体结构的高度和跨度较大、构件较重，宜选用塔式起重机和3501000KN的轮胎式起重机
16、吊装，大跨度又很高的重型工业厂房的主体结构吊装，宜选用塔式起重机。b、在选择时，如起重机的起重量不能满足要求，可采取以下措施：增加支腿或增长支腿，以增大倾覆边缘距离，减少倾覆力矩来提高起重能力；后移或增加起重机的配重，以增加抗倾覆力矩，提高起重能力；对于不变幅、不旋转的臂杆，在其上端增设拉绳或格构式龙门件或人字支撑桅杆，以增强稳定性和提高起重性能。4）起重机参数计算）起重机参数计算起重机械主要技术性能包括3个主要参数：起重量Q、起重高度H和回转半径R。其中，起重量Q是指起重机安全工作所允许的最大起重物的重量，起重高度H指起重吊钩中心至停机面的垂直距离，回转半径R指起重机回转轴线至吊钩中垂线的水
17、平距离。a、起重力Q:QQ1+Q2Q起重机的起重力（KN）Q1构件的重力（KN）Q2绑扎索具的重力（KN）b、起重机的起重高度H,可由下式确定：Hh1+h2+h3+hH起重高度；h1安装支座表面高度；h2安装间隙，视具体情况而定，一般去0.5m；h3绑扎点至构件吊起后底面的距离（m）h4吊索高度（m），自绑扎点至吊钩面的具体，视具体绑扎情况定。（5-17）（5-18）c、起重半径RR=b+LcosR起重机的起重半径（m）；b起重机臂杆支点中心至起重机回转中心的距离L所选起重机的臂杆长度起重臂的仰角 d、起重机数量，根据工程量工期及起重机的台班产量定额而定，可用下式计算：N起重机台数(台)T工期
18、C每天工作班数K时间利用系数，取0.80.9Qi每种构件的吊装工程量（件或t）Pi起重机相应的台班产量定额（件/台班或t/台班）（5-19）（5-20）e、起重臂最小杆长的计算当起重机的起重杆须跨过已安装好的结构（或其他障碍）去吊装构件，例如跨过屋架安装屋面板时，为了不与屋架相碰，必须求出起重机的最小杆长。求最小杆长可以由下式计算确定L起重杆的长度（m）h起重杆底铰至构件吊装支座的高度（m）a起重钩需跨过已吊装结构的距离（m）g起重杆轴线与已吊装屋架间的水平距离（m），至少取1mE起重杆底铰至停机面距离（m）起重杆的仰角为了求得最小杆长，可对上式进行微分，并令 ，将 带入第一个公式，即可得到所
19、需起重杆的最小长度。（5-21）（5-22）根据以上计算，选用适当的起重杆长，然后根据实际采用的L及 的值，计算出起重半径R。图5-11 起重杆长计算图5）起重机的稳定性）起重机的稳定性 a、履带式起重机在机身与行驶方向垂直时稳定性最差，此时，履带的轨链中心A为倾覆中心，起重机的安全条件为：当考虑吊装荷载及起重荷载时，稳定安全系数：K1M稳M倾1.5 当仅考虑吊装荷载时，稳定安全系数 K2M稳1.4（5-23）（5-24）式中：按K1验算十分复杂，在施工现场常用K2验算。式中：G0平衡重力；G1起重机机身可转动部分的重力；G2起重机机身不可转动部分的重力；G3起重机臂杆部分的重力；l0，l1，
20、l2，l3上述相应部分的重心到倾覆中心A的距离；Q吊装荷载（包括构件重力和索具重力）；地面倾斜角度，应控制在3以内；R起重机最小回转半径；h0，h1，h2，h3 G0,G1,G2,G3距离地面的高度 2、风载引起的倾覆力矩，可按下式计算 MF=W1h1+W2h3+W3H （5-25）式中 W1作用在起重机机身上的风载（基本风载值W0取 0.25kPa，下同）；W2作用在起重臂上的风载，按荷载规范计算；W3作用在所吊构件上的风载，按构件的实际受风面 积计算；h1机棚后面重心到地面的距离；H起重臂顶面到地面的距离。3、重物下降时突然刹车的惯性力所引起的倾覆力矩 v吊钩下降速度，ms，取为吊钩速度的
21、1.5倍；q重力加速度（9.8ms2）；t从吊钩下降速度v变到0所需的制动时间，取1s；ML起重机回转时的离心力所引起的倾覆力矩 n起重机回转速度，取1 rmin；h所吊构件于最低位置时，其重心至起重臂顶端的距离。塔吊塔吊1吊装机械吊装机械2混凝土泵送机械混凝土泵送机械3计算内容计算内容1）混凝土初凝时间的计算 浇注二层混凝土所需时间的t1(小时)可按下式计算：混凝土初凝时间应满足下例要求：式中 V较大方量一层混凝土体积(m3);q混凝土每小时供应量(或每小时排量)(m3/h);L混凝土流淌长度(m);H混凝土底板厚(m);b混凝土每段(浇注带)宽度(m);3 混凝土泵送机械混凝土泵送机械 h
22、薄层混凝土浇注时每层厚度(m);i混凝土流淌坡度(%);t2混凝土运输、待泵时间。则混凝土的用量为：2）混凝土泵车或泵的最大水平输送距离计算 该时间可由试验确定；或查泵车技术性能表确定，或根据混凝土泵车出口的最大压力、配管情况、混凝土性能指标和输出量按下式计算：其中式中：Lmax混凝土泵车的最大水平输送距离(m);Pmax混凝土泵车的最大出口压力(Pa)，可从泵车的技术性 能表中查得；混凝土在水平输送管内流动每米产生的压力损失 (Pa/m);r0 混凝土输送管半径；混凝土泵分配切换时间与活塞推压混凝土时间 比，一般取0.3；粘着系数(Pa);速度系数(Pa/(m/s);混凝土坍落度(cm);混
23、凝土拌合物在输送管内的平均流速(m/s);径向压力与轴向压力之比，对普通混凝土取0.90。当配管有水平管、向上垂直或弯管等情况时，应先按下式进行换算，然后再用上两式进行计算。式中：L配管水平换算长度(m);l1、l2各段水平配管长度(m);h1、h2各段垂直配管长度(m);m软管根数(根);n1变管个数(个)；n2 变径管个数(个）；K、f、b、t每米垂直管及每根软管、变径管的换算长度，可按表表5-1取用。项次项目管型规格换算成水平管长度/m1向上垂直管K（每1m）管径100mm管径125mm 管径150mm3452软管f每58m长的1根203弯管b（每1个）曲率半径 900 R=0.5m 4
24、5o 30O 15012642曲率半径 900 R=1.0m 45o 30O 15094.531.54变径管t（锥形管）（每1根）l=12管径 175mm50mm 管径 150mm125mm 管径 125mm100mm4816表5-1 各种配管与水平管换算表作业效率，根据混凝土搅拌运输车、混凝土泵车供料的间歇时间、拆装混凝土输送管和布料停歇等情况，可取0.50.7；一台搅拌运输车供料取0.5；两台搅拌运输车同时供料可取0.7。3）混凝土泵车或泵的平均输出量计算 一般是根据泵车最大排出量，结合配管条件系数按下式计算：式中：泵车的平均输出量(m3/h);泵车最大排出量(m3/h),可从技术性能表中
25、查 得，如DC-S115B型泵车为70m3/h;配管条件系数，可取0.80.9；4）混凝土泵车（或泵）需求数量的计算 混凝土输送泵车的需求数量根据混凝土浇筑数量和泵车的最大排量可按下式计算：式中：混凝土输送泵车需用量(台);计划每小时混凝土的需用量(m3/h);每台混凝土输送泵车最大排量(m3/h);泵车作业效率，一般取0.50.7.混凝土输送泵的需用数量计算：式中：N1混凝土输送泵车需用数量(台);qm每台混凝土泵的实际平均输出量(m3/h);qn混凝土的浇筑数量(m3);T混凝土泵送施工作业时间(h).5）混凝土泵车（或泵）生产率计算 混凝土泵车或泵小时生产率按计算：式中：ph 混凝土泵车
26、或泵小时生产率(m3/h);q混凝土缸的容积(m3)；取 D混凝土缸径(m);l混凝土缸内活塞的冲程(m);混凝土泵车或（泵）台班生产率计算：式中：P混凝土泵车或泵台班生产率(m3/台班）；Ph混凝土泵或泵小时生产率(m3/h);KB工作时间利用系数，一般取0.40.8.Z混凝土缸的数量；n每分钟活塞冲程次数；Kc混凝土缸内充盈系数；对普通混凝土；当坍落度为1821cm时，Kc=0.80.9;坍落度为1217时，Kc=0.70.9；对人工轻骨料混凝土：当坍落度为20cm时，Kc=0.60.85;折减系数，按表5-2取用。泵送距离（水平换算距离）/m折减系数泵送距离（水平换算距离）/m折减系数0491.01501790.70.650990.90.81801990.60.51001490.80.72002490.50.4表5-2 混凝土泵产量的折减系数式中：N3每台混凝土泵车（泵）需配备混凝土搅拌运输车台数；QA每台混凝土泵车（泵）的实际平均输出量(m3/h);V 每台混凝土搅拌运输车往返一次运输量(m3);L1混凝土搅拌运输车往返一次行程（距离）(Km);S0混凝土搅拌运输车行车平均速度(km/h),一般取30km/h;T1每台混凝土搅拌运输车一个运输周期总停歇时间 (min),包括装料、卸料、停歇、冲洗等；其他符号意义同前。6）混凝土搅拌运输车需用数量计算