抗剪块在塔机附着装置锚固支座上的应用

赵京运，王汉建，孙延春

（1.山东中诚机械租赁有限公司，山东 济南 250010；2.中建八局第一建设有限公司，上海 200120；3.济南晟睿工程机械有限公司，山东 济南 250014）

1 塔机附着装置常见结构

塔机附着装置的常见结构形式如图1～图4。图1 中A处，图2 中B和C处，图3 中D和E处，图4 中F 和G 处均为附着装置与建筑物连接的锚固支座。在塔机自重荷载、吊物重力以及风荷载的作用下，在锚固支座与建筑物的结合面处，存在着平行于建筑物表面的剪力Fx，以及垂直于建筑物表面的拉力Fy（或者压力）。

图1 外挂式

图2 内爬式

图3 外附式

图4 临时结构式

塔机附着装置是直接承受动力荷载的构件，当锚固支座与建筑物的连接采用螺栓连接时，应采用摩擦型高强度螺栓。通过对高强度螺栓施加预紧力，将锚固支座紧紧地压在建筑物表面，依靠两者接触面间的摩擦力来传递剪力，同时螺栓群承受拉力。这就要求锚固支座和建筑物表面要有良好的接触面。

在工程施工中，锚固支座采用焊接成型，必然存在着焊接变形，其底板一般不进行机械切削加工，因此无法保证其平面度；建筑物一般为混凝土结构，其表面也很难保证平面度。因此施工中很难保证锚固支座和建筑物表面有良好的接触面（图5），从而造成结构实际承载能力远远小于计算结果的状况，造成重大安全隐患的存在。

图5 接触面示意

普通螺栓的连接是螺栓杆在承受拉力的同时也承受剪力。受构造要求（螺栓杆和连接孔之间有间隙）和加工精度（螺栓孔中心距存在加工误差）的影响，无法保证所有螺栓均匀受力，特别是无法保证所有螺栓共同承受剪力，因此存在螺栓群剪力状况不明确的情况，给计算和施工造成很大的困难。

为解决以上问题，本文在锚固支座结构中增加抗剪块，在附着装置安装完毕后，锚固支座处的剪力由抗剪块承受，螺栓仅承受拉力，从而使锚固支座与建筑物连接处的受力状况更明确，使受力计算更加反映工程实际受力状况，从而消除安全隐患。

2 抗剪块在塔机附着装置上的应用分析

本文在某工程中的实例进行计算比较两方案，图6 为采用高强螺栓式，图7 为采用抗剪块式。

图6 采用高强螺栓式

图7 采用抗剪块式

2.1 高强度螺栓式

图8 为采用高强度螺栓式载荷。

图8 采用高强度螺栓式载荷

锚固支座底板采用t30×800×1 000／Q355B；采用12 根M33／8.8 级的高强度螺栓，螺栓有效计算面积Al=694mm2，螺栓的名义屈服极限σsl≥640MPa。

2.1.1 单个螺栓拉力计算

γm——抗力系数，取1.1；

β——载荷分配系数，取0.472。

故FN

2.1.2 承受剪力和拉力组合载荷的计算

式中μ——抗滑移系数，取0.7；

Fl——螺栓的预紧力，310000N；

Zs——接头摩擦面数，取1；

γs——连接孔影响系数，取1.14；

γm——抗力系数，取1.1。

故Flt≤limFlt。

2.2 抗剪块式

图9 为抗剪块式载荷。

图9 抗剪块式载荷

此种方式抗剪块承受剪力，螺栓仅承受拉力。锚固支座底板采用t30×800×800／Q355B；抗剪块采用∅120 的圆钢，Q355B，计算面积A=11309mm2，抗剪块屈服极限σ≥355MPa。

用8 根M33／8.8 级的高强螺栓，螺栓有效计算面积为Al=694mm2，螺栓的名义屈服极限σsl≥640MPa。

2.2.1 单个螺栓拉力计算

2.2.2 抗剪块剪应力计算

2.2.3 抗剪块处混凝土受压承载能力计算

图10 为抗剪块示意图。

图10 抗剪块示意图

抗剪块所受剪力Nv=950500N，爬锥处混凝土局部受压承载能力

式中fc——混凝土轴心抗压强度设计值，C50 混凝土对应数值为23.1MPa；

βc——混凝土强度影响系数，取0.9；

βl——混凝土局部受压时的强度提高系数，取1.732；

Aln——混凝土局部受压净面积。

结论：Nv<1166668N。

2.3 比较分析

首先，引入抗剪块后，剪力和拉力的承受体明确，从而使受力计算更加符合工程实际情况，消除了安全隐患。其次，引入抗剪块后，螺栓的数量减少，锚板面积减小，降低了对加工精度的要求，降低了加工、预埋以及安装的难度，从而提升了工作效率。

3 结语

通过引入抗剪块，对塔机附着装置和建筑物的连接进行了改进和优化，明确了其受力状况，改善了其使用安全性。本方法对于超大型塔机，特别是用于超高层建筑的爬升式塔机和用于斜拉索大桥索塔施工的外附式塔机更加适用。