1.课题背景

塔式起重机简称塔机，亦称塔吊，起源于西欧。1905年 出现了塔身固定装有臂架的起重机，1923年制成了第一台比较完整的近代塔机。中国的塔机行业于20世纪50年代开始起步，相对于中西欧国家由于建筑业疲软造成的塔机业不景气，中国的塔机业正处于一个迅速发展的时期。随着城市化的不断进步和城市人口的不断增加，城市建筑也在向着高层化发展，建设施工的过程中塔吊安全尤为重要，而塔吊的发展和技术的进步则为的发展提供很重要的帮助，成了城市化建设中不可缺少的部分，因而也出现了对塔机的新需求。

附着式塔式起重机是紧靠拟建的建筑物布置，塔身可借助顶升系统自行向上升高，随着建筑物和塔身的升高，每隔20m左右采用附着支架装置，将塔身固定在建筑物上，以保持稳定。附着式塔式起重机在超过独立高度时, 需要安装附着装置, 以确保安全稳定。附着装置是随机部件, 附着距离在设计时就已确定, 在使用说明书中给出。但是根据施工现场的实际情况, 附着距离往往需要加大。附着杆加长后如果仍使用原截面, 附着装置的刚度就会不够, 因此需要重新设计附着杆的截面形式。

2. 国内外研究状况

QTZ40塔式起重机充分利用成组技术、组合设计技术及有限元分析技术，以”塔式起重机微机设计平台”为工具设计的国内最新型的起重运输机械。QTZ40塔吊为水平臂架、小车变幅、上回转液压顶升式起重机，最大有效幅度47m。塔机独立使用时，起升高度27.8m，附着起升高度为120m（2倍率）。该机各项速度指标均达到或优于国家标准。

目前国内对于附着装置的研究处于比较新的阶段，出现了很多新的设计，大都是对于支撑杆材料和截面形式的研究设计和支撑力的计算方法研究和改进，总的来说就是只考虑最上一个附着点，以此来进行设计计算^[1][2][3][4]。此外，设计时大都采用计算机辅助设计，有计算机程序来进行计算模拟，大大提高了设计可靠性和速度[5]。目前采用三杆式或四杆式的支撑形式，固定形式有单侧附着和双侧超静定附着，还有的采用锚固的方式固定，有设计者在研究中指出，撑杆与水平锚固环的仰角小于10#176;，附着杆与塔基中心水平夹角左右各为45#176;^[5][6][7]。支撑杆件的形式则采用钢管，工字钢，角钢，槽钢，等截面桁架结构和变截面桁架结构。此外，还有人涉及超长距离和超高附着装置的附着设计，支撑形式有刚性的还有柔性的支撑形式。^[8][9]采用有限元分析和微分分析的方法对附着装置进行研究，取得了很好的效果。总的来说还在处于发展的阶段。

在塔机附着装置的研究初期，大多采用的是杆件的支撑，并采用焊接形式，这样的接点全为刚性，框架，杆件，支座三者成为一个整体，由于塔吊的偏心矩和受到的弯矩，焊接形成的应力，将使得杆件的受力不均，从而导致接口产生裂纹^[10]。而在王勇玲的《塔式起重机附着结构分析》^[11]中则采用了杆件，框架，支座形成四边形机构，但是附着支座的距离比较小，近似一个三角形结构形式，这样的结构形式能够控制塔身的水平移动。这样的方案杆件受力较小，截面尺寸不大，节省材料并能重复使用。

由西安建筑科技大学机械电子研究所研究的超长距离的附着技术，解决了受压杆过长引起的不稳定问题，也为建筑施工安装超长距离附着提供了参考。场施工需要设计的超长距离附着装置，塔基中心与建筑物外墙之间的附着距离为11.7M,附着点开间跨距为16.34M。在这个设计中，设计者采用三杆式安装形式，附着杆采用缀条连接方式，截面形式为矩形，尺寸为400mm*420mm，附着肢件为等边角钢，钢材为Q235。其设计也是参考德国利勃海尔88HC型塔机附着距离长达11.6m的设计经验^[12]。

江苏食品职业技术学院的储开芳，则是采用了新的设计和支撑形式，采用桁架结构来作为附着装置，这样的设计解决了杆件过长，在稳定性方面容易失稳，还解决了大截面型材制造带来的材料浪费，而且由于支杆材料重量过大，产生过大的挠度。采用桁架结构既满足了强度要求也满足了稳定性要求，只是在计算和校核的过程中比较复杂^[13]。

此外，还有采用柔性附着的方法来达到提高稳定性的设计，主要是基于刚度分配法对塔机附着结构进行受力分析，从而推导静定的三杆式，超静定的四杆单侧式，四杆双侧式附着结构在不同安装形式下内力和刚度的计算公式^[14][15]。在此设计中需要根据Sap84分析软件，建立有限元模型，通过计算和有限元结果进行比较分析，保证设计的安全性和可靠性。在这种研究方法下，能够更清楚地看出，附着距离加大对杆件粗细要求的巨大影响。

上述的每一种方法都对附着装置的研究和发展具有重要的作用，也是现在普遍使用的施工方法，也是现在的建筑领域比较认可的方式。然而每一种方法都存在着各自的问题，要么是稳定性不够，要么是设计，安装复杂，难于保证安装的准确度，还有的是可行性低，造价太高，难以在现实中广泛使用。因此，还需要对附着装置进行综合性的研究，各取所长，提高附着装置的稳定性和经济性能。