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無論設計哪種型式的塔身，都必須計算其強度、剛度和穩定性等。目前應用較多的是格構式，
其計算可以采用平麵靜力方法或空間杆係有限元方法來完成。以最大起重量20t、最大工作幅度70m、臂端最大起重量5t 的塔機塔身設計為例，分別采用平麵分析方法和有限元分析方法進行設計分析、比較兩種設計方法的不同和有限元分析法的優越性。
1塔身設計思路
無(wu)論(lun)是(shi)采(cai)用(yong)平(ping)麵(mian)靜(jing)力(li)分(fen)析(xi)的(de)方(fang)法(fa)，還(hai)是(shi)采(cai)用(yong)空(kong)間(jian)杆(gan)係(xi)有(you)限(xian)元(yuan)分(fen)析(xi)方(fang)法(fa)進(jin)行(xing)設(she)計(ji)計(ji)算(suan)，都(dou)要(yao)考(kao)慮(lv)塔(ta)身(shen)結(jie)構(gou)的(de)確(que)定(ding)和(he)塔(ta)身(shen)受(shou)力(li)分(fen)析(xi)這(zhe)兩(liang)個(ge)難(nan)題(ti)。
首先對塔身結構進行分析，塔身的結構設計與塔機的類型和所采用的頂升方式有關，同時還要考慮塔身結構中是否有基礎節、加重節、加強節或過渡節。其次是塔身的受力分析，塔身受力分工作和非工作兩種狀態。塔身上的載荷有：塔身自重，上部臂架和平衡臂上的各種載荷對塔身產生的作用力；塔機運行、回(hui)轉(zhuan)機(ji)構(gou)起(qi)製(zhi)動(dong)時(shi)，由(you)塔(ta)身(shen)質(zhi)量(liang)產(chan)生(sheng)的(de)水(shui)平(ping)慣(guan)性(xing)載(zai)荷(he)及(ji)作(zuo)用(yong)於(yu)塔(ta)身(shen)上(shang)的(de)風(feng)載(zai)荷(he)等(deng)。塔(ta)身(shen)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)時(shi)，以(yi)上(shang)各(ge)種(zhong)載(zai)荷(he)要(yao)按(an)最(zui)不(bu)利(li)的(de)載(zai)荷(he)位(wei)置(zhi)和(he)載(zai)荷(he)組(zu)合(he)進(jin)行(xing)計(ji)算(suan)，作(zuo)為(wei)塔(ta)身(shen)計(ji)算(suan)的(de)基(ji)本(ben)依(yi)據(ju)。一(yi)般(ban)取(qu)最(zui)不(bu)利(li)工(gong)況(kuang)進(jin)行(xing)計(ji)算(suan)－工作狀態變幅小車在最大幅度時，非工作狀態主要是計算最大允許風壓產生的風載荷作用。
2 平麵靜力分析
采用平麵靜力分析時，在分析塔身的4 個最不利的工況中，不能每一種工況都對塔身的所有
杆件進行設計分析，一般是根據經驗，一種工況下對應設計計算一種或兩種塔身杆件。
2.1 塔身主弦杆的校核
2.1.1 技術參數
1）工況 吊臂位於塔身橫截麵的對角線上；
塔機位於行走和回轉的啟、製動狀態；風向平行於吊臂的縱向中心線，並由配重方向吹向吊臂方向；最大起重量為20 000kg 及其所在的工作幅度為22.4m；材料為Q235、Q345 和16Mn。
2）自重 下回轉支座及其以上自重(不包括吊重)GD ＝ 950 000N，下回轉支座及其以上彎矩( 不包括風載和慣性產生的彎矩) M D ＝950 000Nm，內塔節的自重GN ＝ 114 800N，標準節自重GB ＝ 7 0 0 0 0 N ，頂升機構自重GS ＝52 530N，吊臂自重GBJ ＝ 196 000N 和平衡臂的自重(含配重)Gp ＝430 000N。
3）運動係數 小車加速度ax ＝ 0.5m/s2，回轉轉數n ＝0.6r/min，回轉加速度ah ＝ 0.01 和大車行走加速度ad ＝ 0.07m/s2。
4）風載 計算得內塔節的風載Fw ＝2 740N，標準節所受的風載Fwb ＝ 2 740N，配重的風載Fwp＝ 1 542N，塔頂撐杆的風載Fwc ＝ 866N，司機室的風載Fws ＝ 960N 和吊重的風載Fwz ＝ 6 000N。
5）行走慣性力 回轉支座及其以上部分(包括吊重)的行走慣性力HD ＝Gaj/g， 其中，G為回轉支座及其以上部分的重力，j 為行走慣性力計算的載荷係數，計算得HD ＝8 200N，內塔節慣性力HN ＝ 820N，標準節慣性力HB ＝ 500N。
6）整個塔身承受的軸向力 NZ ＝GD ＋GN＋nGB ＋ GS ＋ Q ＝ 2 157 000N，其中n 為標準節的個數。
7）對塔身根部的彎矩 M總＝MD ＋M慣力＋M風力＋M離心力= 6 132 067Nm。
2.1.2 對標準節主弦杆的校核
單根主弦杆受力Nmax ＝ NZ/ n ＋ M總/ L ＝2 345 000N，其中n 為標準節的主弦杆的個數，L為標準節截麵的對角線的長度。
主弦杆的穩定係數w ＝ 0.967，主弦杆的應力s ＝Nmax/(wA)＝ 165.7MPa ＜[s]，滿足條件。
2.1.3 內塔節主弦杆的校核
同標準節主弦杆的校核，其中的M 總＝3 403 000Nm 為對內塔節根部的彎矩，且L ＝ 3m
為內塔節截麵的對角線的長度。
2.1.4 連接接頭的強度校核
標準節之間的連接接頭最大應力P ＝ Nmax ＝2 345 000N，再求出最小斷麵麵積A＝ 91cm2，最大應力s ＝ 157.7MPa，並進行校核。
2.1.5 標準節之間連接銷軸的強度校核
銷軸的最大剪力P ＝ Nmax/2 ＝ 1 172 500N，受力麵積A ＝ 28.2cm2，許用剪應力[t]＝ 387.7MPa。剪應力t ＝ P/2A ＝ 208.7MPa<[t]，滿足條件。
2.2 塔身腹杆的校核
2.2.1 技術參數
1）工況 吊臂位於塔身橫截麵的對角線上(即與軌道夾角成45°);塔機位於回轉的啟、製動狀態；風向與回轉方向一致；最大起重量為200 000N 及其所在的工作幅度為22.4m。
2）風載 每節吊臂的風載Fwb ＝ 3 212N，吊重風載Fwz ＝6 000N，配重塊的風載Fwg ＝2 062N，平衡臂風載Fwp ＝ 34 500N 和起升機構風載Fwq ＝850N 。
3）行走慣性力 配重塊的行走慣性力Hpz ＝6 270N,起升機構的行走慣性力Hq ＝ 200N，平橫臂的行走慣性力Hp＝1 940N，每節吊臂的行走慣性力Hn ＝ 171.5N、383N、628.5N、688.5N、906N、922.8N、1 009.6N、196N，短拉杆行走慣性力Hdl ＝ 96N，長拉杆行走慣性力Hcl ＝920N，變幅機構行走慣性力Hbj ＝ 98N，吊重的行走慣性力Hdz ＝ 4.8N。
4）整機扭矩 M總=MF+Mg ＝ 693 650Nm ， 其中風載的扭矩MF ＝ 507 330Nm，行走慣性力的扭矩Mg ＝ 186 320Nm。
5 ）求內塔節腹杆受力 應用庫德裏亞切夫計算法，求出內塔節的水平腹杆以及斜腹杆的受力，T ＝ 161 300N。
2.2.2 內塔節主弦杆的校核
腹杆的穩定係數w＝0.931，內塔節腹杆s1＝N1max/(wA)＝ 126.8MPa ＜[s]，滿足條件。
標準節腹杆s2 ＝ N2max/ (wA)＝ 72.8MPa ＜[s]，滿足條件。
2.3 非工作狀態下塔身主弦杆的校核
2.3.1 工況
吊臂位於塔身橫截麵的對角線上； 風向平行於吊臂的縱向中心線，並由配重方向吹向吊臂方向，風載為1 100Pa。
2.3.2 校核內塔節主弦杆的強度
內塔節風載Fwn ＝ 14 630N，配重風載Hwp ＝6785N，塔頂撐杆風載Hwc ＝ 2200N，司機室風載H ws ＝ 4224 N 。內塔節受的總軸向力Nz ＝1120000 N ，對內塔節根部的彎矩M 總＝3 500 000Nm，內塔節主弦杆的受力及應力Nmax＝1 446 000N，s ＝ 126.2MPa ＜[s]，滿足條件。
2.3.3 校核標準節主弦杆的強度
每節標準節風載FWB ＝ 7 600N，標準節受的總軸向力Nz= 1 960 000N，對標準節根部的彎矩M總＝8 785 650Nm，標準節主弦杆的受力以及應力Nmax ＝ 3 000 000N，s ＝ 250MPa ＜[s]，滿足條件。
2.4 塔身疲勞的校核
2.4.1 技術參數
吊臂位於塔身橫截麵的對角線上；塔機位於回轉的啟、製動狀態；不考慮風載；整個塔身受的軸向力Nz ＝2157000N，對塔身根部的彎矩 M總＝ 3397000Nm。
2.4.2 最大應力值
1）單支主杆受力
N=Nz/n±M總/L＝2157000/4±3397000/3.5 其中，正的為Nmax，負的為Nmin。
2）疲勞應力循環特性
Х＝σmin/σmax ＝ -0.287
3）疲勞許用應力值
3 有限元法分析
liyongxianjindeyouxianyuanfenxiruanjianshejijisuanshitongguoxitongderenjijiemianduihua，duimubiaotajidetashenjinxingbiyaocanshudeshuru，duiyubutongxingshidetashen，jiangyaojinrushejiderenjijiemianyeshibutongde，shejizuihoushengchengyigeyigudinggeshihemingchengcunzaideshujuwenjian。jiyuyouxianyuanfadetajishejijisuanxitong，tashenshejimokuaideshejijisuanguochengruxia。
1）通tong過guo主zhu界jie麵mian進jin入ru各ge個ge子zi係xi統tong，塔ta身shen設she計ji是shi在zai進jin入ru主zhu界jie麵mian，並bing建jian立li或huo打da開kai了le一yi個ge工gong程cheng後hou開kai始shi設she計ji的de，要yao先xian進jin入ru總zong體ti結jie構gou設she計ji模mo塊kuai，對dui塔ta機ji的de總zong體ti參can數shu進jin行xing設she計ji，完wan成cheng塔ta機ji主zhu要yao總zong體ti參can數shu的de輸shu入ru、選擇塔機型式、選擇塔身型式等。
2 ）首(shou)先(xian)要(yao)對(dui)這(zhe)種(zhong)結(jie)構(gou)塔(ta)身(shen)的(de)設(she)計(ji)初(chu)參(can)數(shu)進(jin)行(xing)輸(shu)入(ru)。選(xuan)擇(ze)好(hao)塔(ta)身(shen)的(de)結(jie)構(gou)型(xing)式(shi)後(hou)，塔(ta)身(shen)以(yi)後(hou)的(de)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)便(bian)確(que)定(ding)下(xia)來(lai)，不(bu)同(tong)的(de)結(jie)構(gou)型(xing)式(shi)，塔(ta)身(shen)設(she)計(ji)初(chu)參(can)數(shu)有(you)不(bu)同(tong)的(de)參(can)數(shu)輸(shu)入(ru)。
3）塔身的結構參數設計如圖3，塔身結構型式多種多樣，多種結構部分參數的輸入，在係統中是通過幾個界麵完成的，塔身結構設計涉及到的設計界麵主要有：塔身標準節設計、塔身基礎節設計(加強節、重節)、附著框架設計、附著尺寸設計、塔身過渡節設計、塔身內塔節設計等。
4) 塔身結構杆件參數設計完成之後，進入塔身設計的受力分析階段如圖4 ，界麵參數是由塔機的塔頂負荷計算模塊傳遞的，如果特殊情況下需要改變其中的一個或幾個參數，可以點擊圖中的“參數修改”按鈕。當點擊“生成載荷文本”按an鈕niu後hou，係xi統tong會hui自zi動dong生sheng成cheng一yi個ge以yi固gu定ding格ge式shi和he固gu定ding名ming稱cheng以yi及ji固gu定ding路lu徑jing的de數shu據ju文wen件jian，主zhu要yao是shi為wei分fen析xi軟ruan件jian所suo建jian立li的de塔ta身shen模mo型xing提ti供gong加jia載zai荷he條tiao件jian的de，給gei出chu塔ta身shen的de4 種工況下不同的載荷，為塔身的強度、剛度、穩定性的校核提供原始數據。
5）塔ta身shen結jie構gou的de初chu參can數shu設she計ji完wan成cheng後hou，瀏liu覽lan設she計ji過guo程cheng參can數shu，生sheng成cheng參can數shu設she計ji過guo程cheng說shuo明ming書shu，用yong於yu純chun數shu據ju文wen本ben的de導dao出chu和he下xia一yi次ci設she計ji相xiang同tong數shu據ju導dao入ru的de數shu據ju文wen件jian，為wei軟ruan件jian分fen析xi服fu務wu的de固gu定ding格ge式shi、名稱、路徑的數據流文件等3 個係統文件。
6）係(xi)統(tong)自(zi)動(dong)調(tiao)用(yong)分(fen)析(xi)軟(ruan)件(jian)使(shi)其(qi)進(jin)入(ru)後(hou)台(tai)執(zhi)行(xing)，完(wan)成(cheng)塔(ta)身(shen)的(de)有(you)限(xian)元(yuan)分(fen)析(xi)，自(zi)動(dong)退(tui)出(chu)分(fen)析(xi)軟(ruan)件(jian)並(bing)給(gei)出(chu)結(jie)束(shu)信(xin)息(xi)提(ti)示(shi)有(you)限(xian)元(yuan)分(fen)析(xi)完(wan)成(cheng)，即(ji)可(ke)進(jin)入(ru)下(xia)一(yi)步(bu)的(de)操(cao)作(zuo)，對(dui)有(you)限(xian)元(yuan)分(fen)析(xi)後(hou)的(de)應(ying)力(li)結(jie)果(guo)和(he)數(shu)據(ju)，可(ke)為(wei)塔(ta)機(ji)的(de)其(qi)它(ta)部(bu)分(fen)設(she)計(ji)提(ti)供(gong)必(bi)要(yao)的(de)塔(ta)身(shen)參(can)數(shu)。在(zai)返(fan)回(hui)應(ying)力(li)結(jie)果(guo)和(he)數(shu)據(ju)結(jie)果(guo)同(tong)時(shi)，還(hai)有(you)塔(ta)身(shen)設(she)計(ji)分(fen)析(xi)的(de)具(ju)體(ti)有(you)限(xian)元(yuan)單(dan)元(yuan)的(de)分(fen)布(bu)圖(tu)，使(shi)設(she)計(ji)結(jie)果(guo)更(geng)加(jia)直(zhi)觀(guan)。
7）設計係統的有限元分析結果分4種情況討論，並可通過結果數據的查詢來判斷塔身所有杆件的強度、剛度、穩定性等是否滿足要求條件，再根據不同的需要進行修改優化，這是一個反複的過程，最後得到塔身設計的理想結果。
經過設計分析比較，有限元分析法與傳統分析計算方法具有較明顯的優勢，表現出諸多優點。 節jie省sheng了le設she計ji研yan究jiu人ren員yuan繁fan瑣suo的de計ji算suan及ji校xiao核he，而er且qie使shi設she計ji的de計ji算suan結jie果guo更geng加jia精jing確que，設she計ji過guo程cheng中zhong的de修xiu改gai變bian得de更geng加jia簡jian單dan，不bu會hui由you於yu人ren為wei的de馬ma虎hu而er造zao成cheng整zheng個ge設she計ji的de錯cuo誤wu。設she計ji分fen析xi結jie果guo更geng加jia精jing確que，有you限xian元yuan分fen析xi軟ruan件jian能neng夠gou自zi動dong對dui塔ta身shen進jin行xing建jian模mo、加載荷、求解，並且通過與AutoCAD 連lian接jie，即ji可ke得de到dao塔ta身shen設she計ji的de完wan整zheng結jie構gou圖tu形xing，參can數shu化hua設she計ji軟ruan件jian可ke在zai設she計ji參can數shu不bu同tong的de同tong類lei產chan品pin時shi，根gen據ju用yong戶hu需xu要yao，修xiu改gai少shao量liang的de基ji本ben參can數shu，快kuai速su設she計ji出chu新xin產chan品pin，縮suo短duan產chan品pin的de設she計ji周zhou期qi，實shi現xian市shi場chang的de快kuai速su反fan應ying。
