張有國

ZHANG You-guo

(煙建集團有限公司，山東 煙臺 264000)

風力對塔機安裝使用的影響

The in fl uence of wind power on tower crane installing and operating

張有國

ZHANG You-guo

(煙建集團有限公司，山東 煙臺 264000)

通過了解塔機的一些國家標準以及制造商提供的使用說明書中有關(guān)安裝、拆卸、頂升和使用時的風力規(guī)定，再結(jié)合塔機風載荷分析，從而給塔機設(shè)計、制造、使用和管理者提供有價值的參考意見和建議，對保證施工企業(yè)安全生產(chǎn)和提高經(jīng)濟效益等具有重要意義。

塔式起重機；安裝；使用；風力

塔式起重機（以下簡稱“塔機”）是建筑施工中不可或缺的垂直運輸機械，也是施工企業(yè)安全風險管理的重中之重。由于塔機安全涉及到設(shè)計、制造、安裝及使用諸多環(huán)節(jié)，往往每一起安全事故背后原因較復雜。為了實現(xiàn)設(shè)備的本質(zhì)安全，有必要探討風力對塔機安裝使用的影響。

1 塔機安裝使用風級規(guī)定

1.1 國家標準

GB 5144-2006《塔式起重機安全規(guī)程》3.6條規(guī)定，對于塔機使用說明書除應(yīng)符合GB/ T 9462-1999中7.2.6的規(guī)定外，還應(yīng)包括以下內(nèi)容：根據(jù)塔機主要承載結(jié)構(gòu)件使用材料的低溫力學性能、機構(gòu)的使用環(huán)境溫度范圍及有關(guān)因素決定塔機的使用溫度、正常工作年限或者利用等級、載荷狀態(tài)、工作級別以及各種工況的許用風壓。6.7條規(guī)定，起重臂根部鉸點高度大于50m的塔機，應(yīng)配備風速儀。當風速大于工作極限風速時，應(yīng)能發(fā)出停止作業(yè)的警報。風速儀應(yīng)設(shè)在塔機頂部的不擋風處。10.2條規(guī)定，安裝、拆卸、加節(jié)或降節(jié)作業(yè)時，塔機的最大安裝高度處的風速不應(yīng)大于13m/s,當有特殊要求時，按用戶和制造廠的協(xié)議執(zhí)行。

GB/T 5031-2008《塔式起重機》5.1.2條規(guī)定，未作特殊申明時,產(chǎn)品應(yīng)能在以下條件下安全正常使用：安裝架設(shè)時塔機頂部風速不大于12m/s,工作狀態(tài)時塔機頂部風速不大于20m/s,非工作狀態(tài)時風壓按GB/T 13752-1992規(guī)定。5.6.13規(guī)定，對臂根鉸點高度超過50m的塔機，應(yīng)配備風速儀，當風速大于工作允許風速時，應(yīng)能發(fā)出停止作業(yè)的警報。8.1.2條規(guī)定，額定能力信息包括最大允許工作風速。10.3.6條規(guī)定，塔機的安裝、拆卸和爬升（降）不應(yīng)在超過制造商規(guī)定的允許最大風速、雨、雪、大霧和塔機結(jié)構(gòu)上結(jié)冰等氣候條件下進行。

1.2 使用說明書

安裝規(guī)定：表述一，塔機安裝、頂升和拆卸工作應(yīng)在塔機最高處風速大于4級（8m/s）時停止作業(yè)。表述二，塔機安裝、頂升和拆卸工作風速超過13m/s時嚴禁作業(yè)。表述三，塔機安裝、頂升和拆卸時最高處風速不大于14m/s時進行。

使用規(guī)定：表述一，當起重機臂根鉸點高度超過50m時，應(yīng)在塔機頂部設(shè)風速儀，當工作狀態(tài)風速達到6級（10.8m/s）時，風速儀報警，此時塔機應(yīng)立即停止使用。表述二，起重機風力大于6級（13.9m/s）時，應(yīng)停止工作。表述三，起重機工作時，風速應(yīng)低于20m/s，當風速大于20m/s時，則風速儀發(fā)出紅色燈光報警，此時要停止使用。

綜上可以看出，不同塔機制造商有關(guān)風力對塔機安裝使用的規(guī)定各不相同，還有安裝規(guī)定中出現(xiàn)最高風速14m/s（大于13m/s），若理解為有特殊要求時，可按用戶和制造廠的協(xié)議執(zhí)行，符合GB 5144-2006規(guī)定。但是，出現(xiàn)的一些不規(guī)范甚至不正確的表述需要指出來，同一本使用說明書中對風力的前后表述不統(tǒng)一，風級和風速混合表述，風級與對應(yīng)風速還不一致，而且風級或是風速包含關(guān)系不明確，照搬照抄現(xiàn)象突出。

2 塔機風載荷分析

作用在塔機上的載荷有基本載荷、附加載荷、特殊載荷和其他載荷，而工作狀態(tài)下的風載荷為附加載荷，風載荷是可沿任意方向作用的水平力，其計算公式如下

式中 FW—— 作用在塔機上和物品上的風載荷，N;

CW——風力系數(shù);

pW——計算風壓，Pa;

A——垂直于風向的迎風面積，m2。

再看計算風壓與計算風速的換算公式：GB/T 13752-1992規(guī)定pW＝0.613VW2，GB/T 3811-2008規(guī)定pW＝0.625VW2，選現(xiàn)在的標準，采用pW＝0.625VW2，其中VW為計算風速，指平坦地面離地高10m處或海拔10m處的陣風風速，即3s時距平均瞬時風速，取為同樣情況和高度處10min時距平均風速VP的1.5倍，即VW＝1.5VP。

上述計算公式表明在塔機設(shè)計時，計算零部件和金屬結(jié)構(gòu)的強度、剛度和穩(wěn)定性，驗算傳動裝置過載能力和整體抗傾翻穩(wěn)定性，還是選擇電動機功率的阻力計算和發(fā)熱驗算，工作狀態(tài)計算風壓的取值決定了計算風速。那么，工作狀態(tài)計算風壓的取值如何確定，要明確塔機安裝拆卸狀態(tài)和正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)兩種情況下的計算風壓取值。按使用說明書中安裝時風速8m/s求計算風壓40N/m2，風速13m/s求計算風壓105.6N/ m2，風速14m/s求計算風壓122.5N/m2；使用時風速10.8m/s求計算風壓取值72.9N/m2，風速13.9m/s求計算風壓120.8N/m2，風速20m/ s求計算風壓250N/m2；可見，隨風速不同，風壓差別較大。查閱有關(guān)資料，塔機設(shè)計時安裝拆卸的計算風壓應(yīng)取125N/m2，此時計算風速為14.1m/s；使用時計算風壓按工作條件分輕、通常、強三種情形，計算風壓分別取125N/m2、250N/m2、500N/m2，此時對應(yīng)計算風速分別為14.1、20、28.3m/s，在使用說明書中規(guī)定使用的最大風速應(yīng)比設(shè)計值低。

綜上所述，塔機所受的風載荷或其抗風能力與塔機設(shè)計時計算風壓的取值大小有關(guān)。2014年7月18日，“威馬遜”臺風正面襲擊海南省，臺風中心風力達到或超過17級，大量塔機倒塌或受損，風力過大是導致塔機倒塌或受損的主要原因，實際上就是風力超過了塔機本身的抗風能力。另外，沿海城市常年風大，3～4級或4～5級風居多，5～6級或6～7級時常出現(xiàn)。若塔機設(shè)計者本來是按內(nèi)陸工作條件設(shè)計的，在沿海地區(qū)使用安全風險較大，遇上大風或臺風安全事故難以避免。

3 建 議

在設(shè)計制造方面，進一步完善國內(nèi)塔機設(shè)計標準和規(guī)范，提高制造商產(chǎn)品質(zhì)量。譬如，諸多制造商生產(chǎn)的塔機傳動機構(gòu)是配套件，有些商家為降低成本選用低劣配套產(chǎn)品，結(jié)果塔機使用時傳動裝置因受風載荷影響故障率較高，出現(xiàn)回轉(zhuǎn)電機燒毀、回轉(zhuǎn)減速機斷齒甚至斷軸現(xiàn)象。為此，制造商采用的計算風速和風壓值，應(yīng)在起重機設(shè)計和使用說明書中予以說明，GB 5144-2006中也明確要求使用說明書中應(yīng)包括各種工況的許用風壓。要重視使用說明書的編制工作，應(yīng)明確各種工況下極限風速，盡量不采用風級的表述，做到數(shù)據(jù)可靠、結(jié)構(gòu)嚴謹、層次清楚，使用說明書要具有很強的方向性、指導性和可操作性。

在使用和管理環(huán)節(jié)，塔機使用者和管理者要遵章守規(guī)，要看塔機的使用說明書，特別是事關(guān)塔機技術(shù)性能的重要參數(shù)要掌握。塔機安裝時配備上風速儀，而不是等塔機臂根鉸點高度超過50m時再配備風速儀，風速儀測定的風速值直觀地顯示在司機室顯示屏上，使塔機操作者有章可循，使塔機管理者有據(jù)可查。而很多施工現(xiàn)場作業(yè)塔機未配備風速儀，在進行塔機安裝、頂升和拆卸或塔機運轉(zhuǎn)時憑主觀臆斷或天氣預(yù)報，并不利于塔機的安全運行。實際上，氣象觀測系統(tǒng)中風速的算法是以1s為步長，求3s的滑動平均值；以1s為步長，求1min和2min滑動平均值；以1min為步長，求10min滑動平均值。這個值是平均值、是預(yù)報值，不是塔機工作風速值。塔機工作瞬時風速值除氣象因素外，還因塔機高度、所處的位置不同而有所差異。

4 結(jié) 語

總之，建筑市場競爭激烈，施工企業(yè)發(fā)展是“速度效益型”，而風力對塔機安裝使用的影響直接關(guān)系到施工項目的生產(chǎn)與安全，研究的價值將淋漓盡致地體現(xiàn)出來。塔機安全不僅關(guān)系到施工現(xiàn)場人員的安全，特定區(qū)域還關(guān)系到公共安全。因此，在塔機設(shè)計制造階段，就應(yīng)最大限度地消除使用過程中對安全運行的不利因素，提高產(chǎn)品本身的安全性與可靠性，這樣才能從源頭上消除事故隱患。

[1]GB 5144-2006，塔式起重機安全規(guī)程[S].

[2]GB/T 5031-2008，塔式起重機[S].

[3]GB/T 13752-1992，塔式起重機設(shè)計規(guī)范[S].

（編輯 賈澤輝）

TH212；TH213.3

C

1001-1366(2015)01-0081-03

2014-11-03