文|九鼎鉴史
编辑|九鼎鉴史
前言在高空作业时，起重机的力学性能和稳定性对于保证工人的安全和工程的顺利进行至关重要，伸缩附着杆作为塔式起重机的关键部件之一，其设计与应用具有重要的意义。
塔式起重机伸缩附着杆原理
塔式起重机伸缩附着杆的设计原理基于两个关键要素：连接杆和接头。
连接杆是构成伸缩附着杆的基本组成部分，连接杆通常由高强度钢制成，具有承载能力和耐久性，它们的数量和长度会根据起重机的高度需求和工作环境进行调整和配置，连接杆通过螺纹、销钉或者其他连接装置与接头相互连接，形成一个整体。
接头是实现连接杆之间连接和伸缩调整的关键，接头通常由金属制成，能够承受起重机的重量和受力，根据设计需要，接头可能具有滑动或旋转功能，以便在伸缩过程中实现平滑的移动和调整。
通过增加或减少连接杆的数量，从而改变塔体和起重臂之间的距离，一般来说，伸缩附着杆由多个钢制连接杆组成，这些连接杆通过特殊的接头相互连接，根据工作需求，操作人员可以在附着杆上增加或移除部分连接杆，以实现起重机的高度调整。
塔式起重机伸缩附着杆的作用具有重要意义，首先，它可以使起重机适应不同高度的工作环境，在建筑施工中，建筑物的高度会随着施工进展逐渐增加，而通过调整伸缩附着杆的长度，起重机可以随着建筑物的高度变化而进行高度调整，确保施工进度的顺利进行。
伸缩附着杆还可以提供额外的支撑和稳定性，塔式起重机在高空工作时需要承受巨大的重力和力矩，而伸缩附着杆的存在可以有效地增加塔体和起重臂之间的支撑点，分散并稳定力的传递，从而保证起重机的安全运行。
当然，塔式起重机伸缩附着杆的使用也有一些限制，首先，它的高度调整范围有一定的限制，受制于连接杆的长度和杆塔的设计高度，其次，在进行高度调整时，需要特别注意起重机的平衡和稳定性，以避免倾斜或其他不安全情况发生。
在实际应用中，塔式起重机伸缩附着杆被广泛应用于建筑、桥梁、核电站、港口等工程领域，在这些行业中，塔式起重机承担着重要的起重和搬运任务，而伸缩附着杆的使用使得起重机能够适应各种工作要求，提高施工效率和安全性。
施工现场塔机选型及布置
塔式起重机是建筑工地必不可少的一种起重设备，用来吊运施工用的钢筋、混凝土、钢管等施工材料，当塔机的工作高度超过独立高度的情况下，需要附着后才能继续加节顶升，通常是使用塔机附着杆进行加固。
当前，塔机附着杆在使用过程中存在着许多问题：附着杆通常为槽钢格构式、槽钢对扣式或角铁拼接式等。
由于塔机机动性强，现场很难做到附着距离、角度、长度一致，因此杆件为满足二次使用必须进行二次改造或加工，造成材料浪费，使用效果很差。
设计出伸缩式附着杆，并应用于浙江德英5512型号塔机，取得了良好的使用效果，为今后不同塔机型号设计不同尺寸伸缩附着杆积累了经验。
沙县来龙居小区15#楼建筑结构总高度为58.7m，其中地下室一层，高5.1m，地上共18层，除地上一层为3.2m以外，其余地上楼层均为2.95m的标准层，塔机的基础标高为-3.8m，现场塔机中心距建筑物的距离为5.21m。
（1）测量附墙装置安装位置的砼标号及各杆件的实测长度，塔机附着杆采用三拉杆形式。
（2）附着杆采用伸缩式附着杆：外杆采用截面为160mm×160mm矩形方管结构，厚度8mm；内套采用截面为140mm×140mm矩形方管结构，厚度10mm；内、外矩形方管采用3根直径40mm销轴连接。
（3）杆件与建筑物一端的端部设置可调螺杆M56mm，可调螺杆需有止退螺母，且保证有4牙；杆件端部含可调螺杆一侧的连接耳板设计为双耳板(耳板厚16mm，耳板宽度160公分)，销轴50mm。
根据说明书，当塔机附着在施工的建筑物上面时，其最顶端的那一道附着设备承受着最大的荷载，因此在设计或者查验附着设备界面过程中，通常将该处的附着设备的承受荷载作为参考指标。
附着式塔机的塔身装置，在力学分析中可简化近似为一个自带悬臂的刚性支撑连续梁结构，因此附着式塔机塔身装置的内力和支座反力，可采用如下计算方式计算。
（1）当塔机处于施工工作时，塔身截面对角线方向所受风荷载标准值计算，可以采用此种状态下风的均布线荷载标准值为基数，其中风的均布线荷载标准值：
则工作状态下
（2）当塔机处于非施工工作时，塔身截面对角线方向所受风荷载标准值计算，可以采用此种状态下风的均布线荷载标准值为基数，经查验，本地风的均布线荷载标准值：
则非工作状态下
施工状态时，标准组合的倾覆力矩标准值：
非施工状态时，标准组合的倾覆力矩标准值：
注：此处塔机的倾覆力矩不包含风荷载产生的力矩，风荷载的作用体现在塔身受力计算中。
2.6塔机附着力Nw计算施工状态时，塔机附着力可表示为：
非施工状态时，塔机附着力可表示为：
附着杆内力计算
在工程施工中，附着式塔式起重机是最常见的垂直运输机械，当塔身接高到使用说明的独立高度后，须使用附着框架、附着支座和附着杆将塔身与建筑物相连接，以减少塔身的自由高度，减少塔身内力，提高起重能力，保持塔机的稳定性。
随着建筑物高度的不断增加，附着的数量也在增加，塔式起重机安装位置至建筑物距离超过使用说明的规定，需要增长附着杆；附着杆与建筑物相连的两支座间距改变时，需要计算附着杆的内力并对附着杆进行设计。
计算单元的平衡方程为：
其中：
塔机在施工工作时，塔机附着力为：
此时风荷载的方向垂直作用在塔机起重臂上，考虑塔身在最顶端截面的回转惯性力产生的扭矩和风荷载扭矩，对平衡方程组求解，其中θ从0°～360°之间进行循环，分别取正负两种情况，分别求得各附着杆轴向最大的压力和轴向拉力。
伸缩杆1最大的轴向压力为：173.63kN；伸缩杆2最大的轴向压力为：96.83kN；伸缩杆3最大的轴向压力为：195.80kN；伸缩杆1最大的轴向拉力为：173.63kN；伸缩杆2最大的轴向拉力为：96.83kN；伸缩杆3最大的轴向拉力为：195.8kN。
3.2第二种工况的计算塔机非施工工作时，塔机附着力为：
此时风荷载的方向平行作用在塔机起重臂上，此时不考虑扭矩对塔机起重臂的影响，对平衡方程组求解，其中θ=45°，135°，225°，315°，Mw=0，分别求得各附着杆最大的轴压力和轴拉力。
伸缩杆1轴向的最大压力为：242.31kN；伸缩杆2轴向的最大压力为：29.14kN；伸缩杆3轴向的最大压力为：213.11kN；伸缩杆1轴向的最大拉力为：242.31kN；伸缩杆2轴向的最大拉力为：29.14kN；伸缩杆3轴向的最大拉力为：213.11kN。
(1)伸缩杆轴心受拉强度验算
验算公式：
其中N──为伸缩杆的最大轴向拉力，取N=242.31KN；σ──为伸缩杆的受拉应力；An──为伸缩杆的截面面积，An=5200.00mm2。
经计算，伸缩杆的最大受拉应力
最大拉应力不大于伸缩杆的允许拉应力170N/mm2，满足要求。
(2)伸缩杆轴心受压强度验算
验算公式：
其中σ──为杆件的受压应力；N──为杆件的轴向压力。
杆1：取
杆2：取
杆3：取
An──为杆件的截面面积，An=5200.00mm2；φ──为杆件的受压稳定系数。
表计算得：
杆1：
杆2：
杆3：
λ──杆件长细比
杆1：
杆2：
杆3：
经计算，杆件的最大受压应力，附着杆受最大压应力不大于附着杆的允许压应力170N/mm2，满足要求。
（3）连接销轴强度验算
销轴是一类标准化的紧固件，既可静态固定连接，亦可与被连接件做相对运动，主要用于两零件的铰接处，构成连接销轴，销轴通常用开口销锁定，工作可靠、拆卸方便，连接销轴采用3*φ40，材料45号钢，许用剪切应力=150MPa。
（4）销轴抗剪强度验算
式中Q──把销轴当作简支梁分析求得的最大剪力，45号钢=150MPa，伸缩式附着杆与传统槽钢格构式、槽钢对扣式或角铁拼接式等具有6大优势：
①杆件可重复使用，节约加工成本，节省材料；②采用固定内杆，通用性和互换性强；③能够快速的调节附着杆的整体长度，增加了使用的便捷性；④应用了调整螺栓和定位板，能够小规模的调节附着杆的长度，提高了安装的效率；⑤应用了止动螺母，增加了附着杆使用时的稳定性；⑥杆件采用矩形方管，易于生产和加工。
基于以上6大优势，伸缩式附着杆在塔机上应用是发展的必然结果，也与当下国家提倡建筑节能的研发与推广，降低能耗相吻合。
结论
塔式起重机伸缩附着杆作为重要的起重机构件，其设计与应用对于保证起重机的安全稳定和工程施工效率具有重要影响，通过合理的设计和先进的控制系统，伸缩附着杆能够适应不同高度作业需求，广泛应用于建筑工地、桥梁施工、船坞作业以及风电场建设等领域，为工程施工提供了可靠的支持。
参考文献
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