聲明：本系列文章經作者 圓周率 授權發于本公眾號，關于文章任何疑問可加作者QQ65986956進行交流溝通。

 （一）

        在建筑工程施工過程中，塔吊成為必不可少的施工起重機械。隨著塔吊高度的增加，需要不斷的增設附墻以防塔吊失穩傾覆。隨塔機出廠時，塔機制造廠家均會配置一本使用說明書告之客戶附墻的安裝尺寸及安裝方式，可惜的是，說明書中的尺寸和方式一般比較單一且不可改變，然而實際工程中的建筑結構形式千變萬化，不能因為附墻的安裝形式單一而改變結構的構造，反之，需要使用者隨建筑物結構的形式變化合理布置塔機附墻的安裝方式。

        本系列文章的目的就是探討筆者在工程檢測過程中遇到的各類問題和附墻的特殊安裝形式與各位網友做溝通和探討，共同研究附墻安裝形式的合理性及可行性。

直角附墻撐桿是否可行？

        眾所周知，附墻撐桿在安裝時均會與建筑物結構保持一定夾角，且角度均小于90°（如下圖節點1和節點6的夾角）。

工程中偶爾因為建筑結構附著點限制，導致與建筑結構的附著點處撐桿夾角約等于90°

        不管是圖1和圖2，附墻撐桿都已經構成了幾何不變體系，也就是說，載荷傳遞給附墻撐桿并不會令其產生運動，載荷傳遞給附墻撐桿后，附墻撐桿可以將載荷順利傳遞至建筑結構表面。

        那么答案顯而易見，圖2是可以作為結構形式使用到工程中的，但是值得注意的是，因為附墻撐桿與建筑物角度的變化，使用圖2這種方式其撐桿的受力大小自然也發生了重大變化，所以，實際在使用中，我們需要對撐桿受力進行校核，確保前文提到的結構強度、剛度、穩定性均能滿足設計要求。

    關于受力計算，撐桿受力大小隨著塔機大臂360旋轉呈正弦變化（具體可見本人以前寫過的日志）。

----2017.09.18

 （二）

       今晚我想拋出一個附墻安裝結構問題，這也是在DGJ32/65-2015規范出來以前曾經碰到過的，詳見下圖。

      從圖1紅色長方形框出的區域可知，撐桿與附墻框之間不僅有豎向的鉸接，還有一根橫向的鉸接， 當初筆者錯以為，多了一根橫向鉸接的銷軸后，整個附墻系統會由結構變更成機構。

        其后江蘇省新出的起重機械檢驗規范DGJ32/J65-2015中也明確提出，附墻撐桿只允許有豎向鉸接，不允許采用橫向鉸接（非保證項目）。然而過往的工程經驗告訴我們，即使附墻撐桿加了一根橫向鉸接，也未造成事故的發生，換句話講，此類結構并未對塔機的整個體系造成致命的影響，這讓我對此類結構產生了一探究竟的興趣。

         首先筆者通過solidworks軟件建立三維模型，將其導入至ansys workbench平臺進行相應設置，如下圖

得到其自由度數量為-3，說明即使每根撐桿加了1根橫向鉸接，其結構也是幾何不變體系。

        既然是幾何不變體系，符合結構設計的最基本要求，那省規范為何提出應采用豎向鉸接，不能有橫向鉸接，兩者不是相違背嗎？理論和規范，誰錯了嗎？

       下面筆者談一談自己的看法。規范中針對橫向鉸接的子項判定是非保證項目，專家制定該子項時應該也是不推薦用戶使用橫向鉸接（我自己猜測專家是這么考慮的，不一定正確）也就說，如果附墻檢測中保證項目全部合格，非保證項目不合格數量在規范要求內，附墻報告是可以判定為合格的。 千言萬語匯成一句話，筆者也不建議用戶使用橫向鉸接。

----2017.10.09

 （三）

附墻結構非常簡單，結構上無非就是一個框型梁結構和3根撐桿或4根撐桿，外加幾個墻體支座，構成一個穩定的幾何不變體系來承擔塔身傳遞過來的彎矩、扭矩和集中力。

從受力分析來討論的話，塔身傳遞過來的彎矩、扭矩和集中力首先會經過附著框，通過附著框最終將彎矩、扭矩和集中力轉化成了軸向力傳遞給附著撐桿，其后通過附著撐桿將力傳遞至附墻支座，最終傳遞給建筑結構的剪力墻或者立柱。

筆者之前提到，塔身傳遞過來廣義力（包含彎矩、扭矩、集中力）首先經過的是附墻框，筆者認為，附墻框在附墻結構中受力較為復雜，因為塔機大臂360°可自由回轉，導致塔身傳遞到附墻框的廣義力也較為復雜，通常附墻計算書中將塔身傳遞到附墻框的廣義力簡化到附墻框的中心。

然而筆者認為，廣義力實際并不在中心，因為塔身和附墻框之間的連接通常在附墻框的四根梁端直接和塔身主肢（主肢通常為角鋼或者方鋼）貼身連接（見圖1），受力點應該是這些貼身部位傳遞的，但因為大臂360°可自由回轉的原因導致附墻框受力復雜，所以才做適當簡化，將廣義力移至附墻框中心便于計算。這里由于篇幅有限，附墻框的受力不做進一步討論，今天筆者的主要想聊的是附墻撐桿。

撐桿受力非常簡單，在塔機工作工況下，要么是拉力，要么是壓力，屬于典型的二力桿件。既然作為二力桿計算，那么計算過程中不僅需要計算撐桿的強度，還要計算壓桿穩定性。

一般小型塔機的附著撐桿都是采用圓管制作，當遇到大型塔機時，國標圓管的直徑已經不能滿足其受力要求，需要更加輕巧的結構來作為撐桿。這類結構一般采用大角鋼作為主肢，小角鋼作為綴條（見圖2），亦或使用槽鋼作為主肢，長方形鋼板作為綴板（見圖3）。

圖2 綴條結構

圖3 綴板結構

通常情況下，圓管撐桿和圖2的綴條截面撐桿，不管其撐桿是正著按照還是轉90°安裝，對強度和穩定性都不會改變，但對于圖3綴板結構，如果正著安裝(見圖4)和轉90°（見圖5）安裝將對結構產生影響。

圖4 正著安裝

圖5 旋轉90度安裝

圖4和圖5這兩種安裝方式筆者曾經驗算過，其穩定性相差非常大，其中一種安裝方式相比另一種，其壓桿穩定性降低了近15%！筆者在這里拋出這樣的問題，圖4和圖5，哪種安裝方式才能最大限度的提升結構穩定性？

----2017.11.23

（四）

         上篇文章筆者和大家一起聊了撐桿慣性矩的概念，并在最后拋出了一個問題，今天的文章就來揭曉這個問題的答案。

        眾所周知，慣性矩越大，越能抵抗構件失穩，回到第3篇文章中的圖4和圖5兩個撐桿的安裝方式，使用軟件計算兩根槽鋼所組成的撐桿慣性矩，見圖2。

圖1

        由圖可知，該截面對X軸的慣性矩為18386666mm的4次方，對Y軸的慣性矩為458616666mm的4次方。將模型導入Ansys，進行必要設置，求解結果見下圖

圖2

圖3

         經過計算，圖2的失穩載荷為2.69e6牛，圖3的失穩載荷為3.08e6牛。從結果可以看出，不管是哪種方式，撐桿都是向著綴板方向（弱軸）失穩，既然都是朝綴板方向失穩，那為什么失穩載荷的數值會有差異？

        答案出現在連接附墻支座與撐桿的銷軸和連接附墻框和撐桿的銷軸上。經過筆者通過對圓管撐桿失穩計算發現，第一階失穩容易繞撐桿兩端銷軸軸線方向，正是這個原因，導致圖3的失穩載荷要大于圖2中的失穩載荷。看到這里，我想各位讀者應該知道日后出現槽鋼綴板結構的附墻撐桿應該如何安裝了吧。