分体式塔机基础转换座技术研究

彭琳琳 （安徽建筑机械有限责任公司，安徽 合肥 230001）

1 引言

塔机是建筑施工中重要的起重机械之一。塔机的塔身一般包含基础节、标准节，塔机基础节下端设置有连接底板，与塔机基础上提前预埋的地脚螺栓连接，上端设置有连接套，与标准节相连。由于塔机基础起到固定整个塔机的作用，关系着整个塔机的安全性和稳定性，是塔机一个至关重要的组成部分。目前，工地上最为常见的塔机基础是混凝土基础，由混凝土和钢筋浇筑而成，这种基础施工周期长，且成本较高。

在实际工程施工中，常会遇到不同施工阶段需使用不同型号塔机的情况，这就面临着需要在原塔吊基础上安装另一种型号塔机的问题。由于不同型号的塔机基础尺寸及预埋地脚螺栓位置尺寸、螺栓规格都有所不同，若将原塔机基础拆除，再重新浇筑新的基础，不仅工期长，而且需耗费大量的人力、物力、财力，不是最佳施工方案。因此本文提供了一种新的钢结构——分体式塔机基础转换座，可解决上述问题。

2 分体式塔机基础转换座结构设计

众所周知，常见塔机的混凝土基础为预埋地脚螺栓混凝土基础、十字梁或井字梁底架混凝土基础、预埋小标准节混凝土基础、预埋锚柱式混凝土基础等。其中，预埋地脚螺栓混凝土基础和十字梁或井字梁底架混凝土基础，均需在混凝土浇筑前按塔机说明书要求预埋地脚螺栓，然后在其上安装基础节、标准节或十字梁、井字梁底架，双螺母紧固。

2.1 预埋地脚螺栓式混凝土基础转换座

当原塔机基础为预埋地脚螺栓式混凝土基础时，可使用图1结构的基础转换座。主要由顶板、连接立柱、底板以及筋板拼焊而成。底板和顶板上均设置有孔，底板孔位置与原塔机基础预埋地脚螺栓位置相匹配，顶板孔与将要安装的塔机基础节或者标准节下端孔位置相匹配。

图1 预埋地脚螺栓式混凝土基础转换座

2.2 井字梁底架式混凝土基础转换座

当原塔机配置的是井字梁底架式混凝土基础时，由于原底架自身结构原因，预埋的地脚螺栓数量较多，露出混凝土表面也较高，且与新安装的塔机基础节或标准节腹杆干涉，故采用双层压板结构。上层结构与将要安装的基础节或标准节连接，顶板上设置有与之连接的标准节或基础节相匹配的孔；下层结构与地脚螺栓连接，通过压板压紧，上下层结构均设置有筋板及连接立柱。压板外侧设置有挡板，防止转换座窜动。

图2 井字梁底架式混凝土基础转换座

每套转换座由4个分体式转换座组成，分别安装在塔机底部4个基础节底板或标准节连接套上。相比较整体式结构，分体式结构体积较小，重量较轻，方便加工制作，安装也较灵活，可适度进行位置微调。

3 分体式塔机基础转换座受力验算

以合肥某建筑工地为例，该项目原使用的是安徽建筑机械有限责任公司生产的QTZ6013塔机，已拆除，现需要在此基础上安装安徽建筑机械有限责任公司QTZ5610塔机。

经分析：QTZ6013塔机配置的是标准预埋地脚螺栓混凝土基础，其尺寸为5.3m×5.3m×1.3m，预埋地脚螺栓规格M42，基础节截面尺寸1.7m×1.7m，基础节连接底板的螺栓孔位置尺寸350mm×350mm,地脚螺栓露出混凝土表面高度150mm。QTZ5610塔机标配的预埋地脚螺栓混凝土基础尺寸为5.0m×5.0m×1.25m，预埋地脚螺栓规格 M39,基础节截面尺寸1.6m×1.6m。由此可知，QTZ6013塔机基础尺寸比QTZ5610塔机大，满足QTZ5610塔机使用要求。将QTZ5610基础节放在QTZ6013塔机基础上进行模拟，设计出分体式预埋地脚螺栓式混凝土基础转换座，如图3所示。

图3 QTZ6013塔机基础安装QTZ5610塔机基础节转换座

共需图3基础转换座4个，以保证塔机安装。现对基础转换座及连接的M39高强度螺栓进行验算：

3.1 转换座的强度和稳定性校核

根据QTZ5610说明书：

塔机工作状况下：水平力15.8kN，垂直压力472kN，弯矩1265kN·m；

非工作状况下：水平力63.70kN，垂直压力为416.2kN，弯矩为1462kN·m；

因水平力较小，计算时不予考虑。

以上说明书中弯矩数值为塔机对角线方向计算得出的最大值，按QTZ5610塔机塔身截面1.6m×1.6m可得对角线长度为2.26m，以下所有验算都是从对角线方向考虑，并选用非工作状态下载荷进行验算。

3.1.1 转换座整体截面平均压应力

对角线方向转换座最大压力为：

F=416.2+1462/2.26=1063.1kN

垂直方向上基础转换座截面积为：

S=0.18×0.02×4+0.0047 （φ121×14管截面积）=0.0191m

垂直方向平均压应力：

综上所述：φ121×14主管和δ20筋板（Q235）强度满足使用要求。

3.1.2 φ121×14主管单肢压弯稳定性

φ121×14主管单肢的截面特性：A=47cm

I=I=685cm,r=3.82cm

则换算长细比：

查表《塔式起重机设计规范》(GB/T13752)附录H.2得轴心受压结构件的稳定性系数：

φ=0.994

φ121×14圆管压力为：

F=1063.1×0.0047/0.0191

=261.6kN

压弯稳定性:

综上所述：φ121主管稳定性满足要求。

3.1.3 焊缝计算

由图可得转换座角焊缝长度为：

l=230×2×2+180×2×2

=1640mm=164cm

焊缝的厚度：h=14mm

焊缝的计算面积：A=0.7hl=0.7×1.4×164=160.72cm

焊缝的验算公式为:

故焊缝强度足够，安全。

3.2 M39高强度连接螺栓计算

根据《塔式起重机设计规范》（GB/T13752）计算公式,单根高强度螺栓极限拉力：

σ：螺栓屈服点，对于10.9级螺栓，选最低值900N/mm；

A：螺栓有效截面积，M39螺栓查表得976mm；

γ：抗力系数，取为1.1；

β：载荷分配系数，经计算取0.427。

计算可得：

按塔机说明书可得塔机垂直压力为416.2kN，单个转换座承受压力为104.05kN，可得极限状态转换座最大拉力为：

F=1462/2.26-104.05=542.85kN

单根螺栓最大拉力为542.85/4=135.71kN＜374kN

故转换座所用10.9级M39螺栓可满足要求及安全。

注：上述内容里计算公式及相应参数全部取自《塔式起重机设计规范》（GB/T13752-2017）。

综上所述，转换座及螺栓可满足强度或稳定性要求，塔机可安全使用。

4 分体式塔机基础转换座安装工艺

由于塔机基础转换座属于非标件，厂家说明书中不会有此部件的介绍，因此现场安装人员需特别注意，切不可违规操作。具体安装工艺：

①安装前需明确原塔机基础完好无损，塔机预埋地脚螺栓无缺陷；

②将4个转换座对称布置摆好，然后分别通过高强度螺栓安装在塔机基础节下端4块底板下。螺栓安装时螺杆在下，螺母在上，连接紧固；

③吊车将已连接转换座的基础节吊至基础上方，缓慢下降直至地脚螺栓上方；

④人工辅助基础节摆正位置，将转换座底板孔与地脚螺栓相对应。然后缓慢下降，将转换座安装在地脚螺栓上。若地脚螺栓与转换座孔有少许偏差，可轻敲地脚螺栓直至转换座孔对上，双螺母紧固；

⑤安装完成后，务必对塔机进行垂直度检查，待合格后才可进行下一步操作。

需特别注意的是，整机在投入使用时，现场安全员应每天进行转换座安全检查，如有不妥，应立即停止使用，并咨询厂家，以免发生重大安全事故。

5 结束语

经理论和实践证明，分体式塔机基础转换座技术可实现在不变动原塔机基础的前提下，安装另一型号塔机，且生产制作难度小，安装方便快捷，大大节省了工程成本，可为类似的工程安装提供一定参考意见。