某塔式起重機的結構設計計算案例1.1塔機簡圖塔機的簡圖見圖3-1。圖3-11.2塔機自重對塔身校核面產生的軸向壓力對于獨立式塔身結構，如圖3-1所示：在校核時，主要對塔身根部A-A截面和吊臂根部鉸點B-B截面進行校核。表3-1：塔機各部件自重及其對塔身中心線之矩序號部件名稱自重(N)到回轉中心的距離(m)對回轉中心的力矩(N*m)1底座節3438.107658002標準節66145.96616003頂升套架18574.72422004下支座10094005回轉支承3430006上支座5634.02007回轉塔身4627.984115008塔帽7368.9239250.251842.2309819司機室39201.1654566.810吊臂26799.305821.6549695580338.149611平衡臂12420.33676-4.447-55231.2375712吊臂長拉桿2738.551217.59548184.8083613吊臂短拉桿1062.3696.6757091.31307514平衡臂拉桿1222.6676-4.55-5561.1375815配電箱1999.2-9.1-18192.7216起升機構16000-9.1-14560017回轉機構24500018變幅機構23525.77513582.819頂升裝置2940-0.85-249920電氣液壓系統1960-2.365-4635.421平衡重68600-9.595-65821722力矩限制器1200.56023起重量限制器2100.2552.5合計264108.1564-234221.8931由上表可以算出，eq\o\ac(○,1)、塔機對塔身根部B-B截面的軸向壓力：=1.1×(2352+26799.3058)+16000+12420.33676+1222.6676+7000×9.8+1999.2+2738.5512+1062.369+7368.923925+120+210+3920≈147729eq\o\ac(○,2)、獨立式時，塔機對吊臂根部鉸點A-A截面的軸向壓力：=147729+4627.984115+2450+5634.02+3430+10094+18574.72422+2940+4725×14+3438.10765≈2650581.3自重載荷產生的后傾覆力矩：由上表3-1可得：1.4塔身截面內力計算及內力組合1.4.1獨立式內力計算eq\o\ac(○,1)、塔身B-B截面內力計算：1）、工況Ⅱ，方位1：表3-3：塔機回轉部分各部件受力情況表序號部件名稱重量（）重心至回轉中心距離（）風載荷（）慣性力（）風載扭轉力矩（）慣性扭轉力矩（）1塔帽7368.920.2518318.3638345.754.590956619回轉塔身4627.980156.30002司機室39201.16578045.52302908.751.034320893變幅機構23526.77550.1158.8421339.42751076.1554534吊臂26799.321.6552830.55784.96761294.4775125271.46295平衡臂12420.3-4.44756.16-550.579-249.74352-2448.425186吊臂長拉桿2738.5517.5952.6325480.318446.31883758451.2017577吊臂短拉桿1062.376.6752.632570.6880117.5719375471.84246478平衡臂拉桿1222.67-4.551.885-55.4548-8.57675-252.3192789配電箱1999.2-9.179.2-181.35-720.72-1650.2818510電氣液壓系統1960-2.36541.8-46.2068-98.857-109.27918711起升重物3920010.2041683987.271714.27240686.0999112起升機構16000-9.156.16-1451.38-511.056-13207.537813平衡重68600-9.959556.86-6810.19-5545.7687-67822.6375合計4965.231450.81957231.795892032.58303A、軸向力：=147729+58141=205870B、風載：∴4965C、慣性力：這里的慣性力主要是指回轉切向慣性力，可以由下面的公式計算得：（）···············（3-2）∴由表3-3可知：≈1451D、水平力：=4965+1451=5110∴水平分力為：=3612E、傾覆力矩：對于B-B截面，因風載和慣性力產生的傾覆力矩很小，為了簡化計算，在計算傾覆力矩的時候可以忽略不計，下面不再做具體說明。=58141×10.204+（-234222）=359049=359049sin45°≈253758F、扭矩：=57231.7958+92032.58303≈1492642）、工況Ⅱ，方位2：圖3-3圖3-3軸向力：同前，=147729+58141=205870風載：雖然風向方位1不一樣，但是大小是一樣的，∴≈4965慣性力：同方位1，則有：≈1451水平力：≈2486≈4539E、傾覆力矩：=58141×10.204+（-234222）=359049=359049sin45°=253758F、扭矩：≈572323）、非工作工況：圖3-3圖3-3軸向力：-（1.1-1）×(26788+2800）=147729-0.1×29588=144770風載：由總體設計部分表1-21，有：=805.2+3432+247.104+11.583+11.583+8.294+348.48+2450.18≈7314C、慣性力：∵此時的塔機處于非工作狀態，塔機不會因為工作需要而轉動∴=0D、水平力：＝7314＝7314×sin45°=5170E、傾覆力矩：=234222=234222sin45°≈165620F、扭矩：因為此時上回轉塔身沒有被鎖起，所以=0eq\o\ac(○,2)、塔身A-A截面內力計算：AB段長度：=35.7-0.7=351）、工況Ⅱ，方位1：圖3-4圖3-4A、軸向力：=265058+58141=323199B、風載：=4965+156.3+40.5+37.2+42+1546.4+5712+114.3≈12614C、慣性力：同B-B截面，工況Ⅱ，方位1時的情況，≈1451D、水平力：=12614+1451=14065＝14065×sin45°≈9941傾覆力矩：=14065×35=492275=58141×10.204+（-234222）=359049=(492275+359049)×cos(45×1.14/180)≈602217=(492275-359049)×sin(45×1.14/180)≈94243扭矩：與B-B截面的扭矩一樣，≈149264主弦桿單肢拉力：=136844主弦桿單肢壓力：=298443I、斜腹桿內力：=42542圖3-5圖3-52）、工況Ⅱ，方位2：圖3-6圖3-6軸向力：同前面方位1，=265058+58141=323199風載：方向不同，但是大小與前面方位1的相同，則有：=4965+156.3+40.5+37.2+42+1546.4+5712+114.3≈12614慣性力：同前面方位1，≈1451水平力：=(12614-1451)cos45°≈7346=(12614+1451)sin45°≈9949傾覆力矩：=12614×35=441490=58141×10.204+（-234222）=359049=1451×35=50785=(441490+359049+50785)×cos(45×1.14/180)≈602217=(441490+359049-50785)×cos(45×1.14/180)≈530367扭矩：≈57232主弦桿單肢拉力：=273133主弦桿單肢壓力：圖3-7=434732圖3-7斜腹桿內力：=188413）、非工作工況：圖3-7圖3-7A、軸向力：=265058B、風載：A-A截面的風載由B-B截面的處的風載和塔身部位受到的風載組成，結合前面1.8.3，表1-21的數據可以得到以下結果：=7314+114.3+10444.8+10771.2+6804+184.8+1634+178+687.7≈36663C、慣性力：∵此時的塔機處于非工作狀態，塔機不會因為工作需要而轉動∴=0D、水平力：=36663+0=36663=25935E、傾覆力矩：=944796.814+234222=1179019=1179019×cos45°=834024其中可參考1.8.3，表1-21的數據得到。F、扭矩：因為此時上回轉塔身沒有被鎖起，所以=0G、主弦桿單肢拉力：=455000H、主弦桿單肢壓力：=587530I、斜腹桿內力：=157331.5截面幾何形狀特征參數結合表3-3的數據，經分析后可以知道，塔式起重機塔身的危險截面為A-A和C-C，相比之下，截面B-B的各種內力參數都沒有這兩個的要大，所以在進行危險截面的校核驗算的時候，只需要計算A-A和C-C截面即可。1.5.1主弦桿eq\o\ac(○,1)、規格：（單根）eq\o\ac(○,2)、截面積：eq\o\ac(○,3)、慣性矩：eq\o\ac(○,4)、構件截面對x、y軸的回轉半徑：≈4.282eq\o\ac(○,5)、計算長度：eq\o\ac(○,6)、單肢細長比：≈25.6889由參考資料【1】（P50）表，對Q235鋼軸心受壓結構件的穩定性系數為：=0.9691.5.2斜腹桿eq\o\ac(○,1)、規格：（單根）eq\o\ac(○,2)、截面積：eq\o\ac(○,3)、慣性矩：eq\o\ac(○,4)、構件截面對x、y軸的回轉半徑：≈2.444eq\o\ac(○,5)、計算長度：eq\o\ac(○,6)、單肢細長比：=81.1396由參考資料【1】（P50）表，對Q235鋼軸心受壓結構件的穩定性系數為：=0.6951.5.3整體截面eq\o\ac(○,1)、截面積：eq\o\ac(○,2)、慣性矩：eq\o\ac(○,3)、eq\o\ac(○,4)、回轉半徑：eq\o\ac(○,5)、計算長度：eq\o\ac(○,6)、臂架截面對x、y軸的細長比：eq\o\ac(○,7)、eq\o\ac(○,8)、四肢桿換算長細比由值，再查找參考資料【1】（P50）表，對Q235鋼軸心受壓結構件的穩定性系數為：=0.5631.6塔身強度及穩定性校核1.6.1獨立式塔身校核eq\o\ac(○,1)、工況Ⅱ，方位2塔身校核：1）、整體強度：········································（3-3）=323199；=602217；=530367∴∴塔身的整體強度符合條件。2）、整體穩定性校核：對于塔身的整體穩定性，可以按下面的2個公式進行校核（參考文獻【3】（P141），及參考文獻【1】（P23））：····················································（3-5）式中，——軸向壓力，根據參考文獻【1】附錄G，關于軸向力的確定，可以下面的公式進行計算：·······································（3-6）=205870+（66145.97+18574.72+10094+3430+5634.02+4627.984）÷3=242039；——塔身主弦桿總面積，由前面計算可得：==150.268；——軸心壓桿穩定系數，對空間桁架結構取：=1；、——塔身對x、y軸的歐拉臨界載荷，對于本次設計的四肢格形組合壓桿，有=，其值按下式3-7計算：···················································（3-7）∴≈2817627、——橫向載荷系數，對于均布的橫向載荷，取：==1.0；、——塔身兩端部彎矩不等的折減系數，可以按下式計算：≥0.4，≥0.4··············（3-8）、——所驗算段塔身彎矩較小者，取：、——所驗算段塔身彎矩較大者，取：，∴≈0.76855≥0.4≈0.79138≥0.4、——由橫向載荷在結構件中引起的最大彎矩，由參考文獻【1】（P24）可知，當與反向且時，則取為零。因為此時塔身為獨立式，可以將AB段塔身看作懸臂梁，則可以按下式計算：··············（3-7）∴=-192075=-120105又∵∴取：=0同理，∴取：=0、——結構件截面的彎曲模量，取：==綜上所述，則塔身的整體穩定性校核結果如下：對前面的公式3-5，軸心壓桿穩定系數=1.422(查參考文獻【1】表A3，又，),則有：∴塔機的整體穩定性滿足要求。3）、單肢穩定性校核：·················································（3-8）式中，——截面單肢最大壓力，取：=434732;——中心壓桿穩定系數，取：=0.9559；——單肢面積，取：=37.457∴∴單肢穩定性滿足要求。4）、斜腹桿穩定性校核：·················································（3-9）式中，——截面單肢最大壓力，取：=18841;——中心壓桿穩定系數，取：=0.6179；——單肢面積，取：=12.303∴∴單肢穩定性滿足要求。5）、連接螺栓的校核：按參考文獻【1】P20，5.