附录A 塔机风荷载计算
A.1 风荷载标准值计算
A.1.1 0.8为风压修正系数。一般塔机在单位工程上的使用时间为2年~3年,按10年一遇的基本风压已属安全,行业标准《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ 130-2011和《建筑施工模板安全技术规范》JGJ 162-2008也规定按10年一遇的基本风压取值。本标准取50年一遇的基本风压,同时考虑风荷载的风振动力作用传至基础时将会削弱,故此对风压进行折减修正,修正系数取0.8。本条公式中其他系数可查现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009以及《高耸结构设计规范》GB 50135的有关规定,可按本附录查表取值。按本标准第3.0.3条规定,工作状态下的基本风压0.20kN/m2;非工作状态下取当地50年一遇的基本风压,但不小于0.35kN/m2。
A.1.2 制定塔机风振系数βz说明如下:
根据国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012和《高耸结构设计规范》GB 50135-2006的规定,按照不同的基本风压ω0、塔机的计算高度H以及地面粗糙度类别,计算出不同的塔机风振系数βz,以方便应用。
1 混凝土基础的塔机桁架结构的基本自振周期T
根据国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012的附录F简化计算:
式中:H——塔机的计算高度。
2 脉动增大系数ξ
以基本风压ω0和基本自震周期T代入公式ω0T2,且按《高耸结构设计规范》GB 50135-2006第4.2.9条的规定,对于A、B、C、D类地面的基本风压分别乘以粗糙度系数1.38、1.00、0.62、0.32,按《高耸结构设计规范》GB 50135-2006表4.2.9-1查出无维护钢结构的脉动增大系数ξ。
3 根据国家标准《高耸结构设计规范》GB 50135-2006规定的公式计算:
式中:βz——风振系数;
ξ——脉动增大系数;
ε1——考虑风压脉动和风压高度变化的影响系数,按塔机独立计算高度H和相应的地面粗糙度查国家标准《高耸结构设计规范》GB 50135-2006表4.2.9-2确定;
ε2——考虑振型和结构外形的影响系数,按塔机重心的相对高度Z/H=0.65,塔身顶部和底部的宽度比为1,且考虑国家标准《高耸结构设计规范》GB 50135-2006第4.2.9条的规定,查《高耸结构设计规范》GB 50135-2006表4.2.9-3确定。
4 地面粗糙度可分为A、B、C、D四类:A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区;B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇;C类指有密集建筑群的城市市区;D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。
A.1.3 制定塔机风荷载体形系数μz说明如下:
根据国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012的规定,按照塔身为前后片桁架式结构,并分别考虑桁架由钢管或型钢组成,计算出不同的风荷载体形(简化)系数,以方便应用。μs均指塔机桁架杆件净迎风投影面积的风荷载体形系数。
根据国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012表8.3.1的规定:
单榀桁架的整体体形系数:
n榀桁架的整体体形系数:
式中:μst——单榀桁架的整体体形系数;
μ's——桁架构件的体形系数,对方钢管或型钢杆件按国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012表8.3.1第32项采用;对圆钢管杆件按第37(b)项采用;
φ——桁架的挡风系数φ=,即本标准的结构充实率α0;
n——塔机的塔身前后桁架相数,取n=2;
η——查国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012表8.3.1第33项,取η=0.5;
μstw——n榀桁架的整体体形系数。
1 型钢或方钢管杆件桁架
单榀桁架的整体体形系数:
塔身的整体体形系数:
塔身桁架迎风面净投影面积的体形系数:
2 圆钢管杆件桁架
塔机的计算高度为30m~50m,塔机立杆、横杆、斜腹杆的钢管加权平均直径取90mm。考虑塔身立杆、横杆、腹杆表面均无凸出高度,即表面凸出高度△≈0。
根据不同的计算高度及地面粗糙度类别,按本标准表A.1.4查取风压等效高度变化系数μz;按风压等效高度变化系数μz、塔身杆件表面情况△≈0、杆件高宽比>25以及基本风压ω0,根据《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012表8.3.1第37(b)项,插入法查出μ's,然后根据上述公式(1)、公式(2)计算塔身桁架迎风净投影面积的体形系数μs。
A.1.4 本条规定说明可以通过塔机独立计算高度H和地面粗糙度类别查表确定塔机的风压等效高度变化系数,以便简化计算。
风压等效高度变化系数μz编制过程如下:按国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012第8.2.1条和《高耸结构设计规范》GB 50135-2006第4.2.6条规定,分别查出A、B、C、D类地面在不同高度处的风压高度变化系数,并画出以ω0为单位的实际风压图(图9),然后根据风荷载作用于基础顶面的合力相等原则,计算出均布线荷载的等效系数μz1;再根据风荷载作用于基础顶面的力矩相等原则,计算出均布线荷载的等效系数μz2,最终取系数μz1和μz2的平均值作为该塔机风荷载的等效高度变化系数μz,如图10所示。
取μz1与μz2的平均值作为塔机风荷载的等效高度变化系数,经分析表明,虽然风荷载作用于基础顶面的力矩少了4.0%,但风荷载的合力增大了5.0%,故风荷载合力乘以基础高度的力矩增大值可弥补前者至基本相等。
A.1.5 本条文取自国家标准《塔式起重机设计规范》GB/T 13752-2017第4.2节、第4.3节的规定,应按矩形基础或十字形基础上塔机的实际布置情况,决定是否乘以风向系数α。
A.1.6 塔机桁架结构的平均充实率α0已考虑塔身桁架、爬梯、爬升架、司机室、平衡重及电器箱等迎风面积。扩大系数1.1系考虑型钢肢宽及节点板等影响。