張有國

ZHANG You-guo

(煙建集團(tuán)有限公司，山東 煙臺 264000)

風(fēng)力對塔機(jī)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(tuán)有限公司，山東 煙臺 264000)

通過了解塔機(jī)的一些國家標(biāo)準(zhǔn)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(fēng)力規(guī)定，再結(jié)合塔機(jī)風(fēng)載荷分析，從而給塔機(jī)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(jì)效益等具有重要意義。

塔式起重機(jī)；安裝；使用；風(fēng)力

塔式起重機(jī)（以下簡稱“塔機(jī)”）是建筑施工中不可或缺的垂直運(yùn)輸機(jī)械，也是施工企業(yè)安全風(fēng)險管理的重中之重。由于塔機(jī)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(fù)雜。為了實現(xiàn)設(shè)備的本質(zhì)安全，有必要探討風(fēng)力對塔機(jī)安裝使用的影響。

1 塔機(jī)安裝使用風(fēng)級規(guī)定

1.1 國家標(biāo)準(zhǔn)

GB 5144-2006《塔式起重機(jī)安全規(guī)程》3.6條規(guī)定，對于塔機(jī)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(jī)主要承載結(jié)構(gòu)件使用材料的低溫力學(xué)性能、機(jī)構(gòu)的使用環(huán)境溫度范圍及有關(guān)因素決定塔機(jī)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(fēng)壓。6.7條規(guī)定，起重臂根部鉸點(diǎn)高度大于50m的塔機(jī)，應(yīng)配備風(fēng)速儀。當(dāng)風(fēng)速大于工作極限風(fēng)速時，應(yīng)能發(fā)出停止作業(yè)的警報。風(fēng)速儀應(yīng)設(shè)在塔機(jī)頂部的不擋風(fēng)處。10.2條規(guī)定，安裝、拆卸、加節(jié)或降節(jié)作業(yè)時，塔機(jī)的最大安裝高度處的風(fēng)速不應(yīng)大于13m/s,當(dāng)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(jī)》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(jī)頂部風(fēng)速不大于12m/s,工作狀態(tài)時塔機(jī)頂部風(fēng)速不大于20m/s,非工作狀態(tài)時風(fēng)壓按GB/T 13752-1992規(guī)定。5.6.13規(guī)定，對臂根鉸點(diǎn)高度超過50m的塔機(jī)，應(yīng)配備風(fēng)速儀，當(dāng)風(fēng)速大于工作允許風(fēng)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(fēng)速。10.3.6條規(guī)定，塔機(jī)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(fēng)速、雨、雪、大霧和塔機(jī)結(jié)構(gòu)上結(jié)冰等氣候條件下進(jìn)行。

1.2 使用說明書

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

使用規(guī)定：表述一，當(dāng)起重機(jī)臂根鉸點(diǎn)高度超過50m時，應(yīng)在塔機(jī)頂部設(shè)風(fēng)速儀，當(dāng)工作狀態(tài)風(fēng)速達(dá)到6級（10.8m/s）時，風(fēng)速儀報警，此時塔機(jī)應(yīng)立即停止使用。表述二，起重機(jī)風(fēng)力大于6級（13.9m/s）時，應(yīng)停止工作。表述三，起重機(jī)工作時，風(fēng)速應(yīng)低于20m/s，當(dāng)風(fēng)速大于20m/s時，則風(fēng)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(jī)制造商有關(guān)風(fēng)力對塔機(jī)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(fēng)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(fēng)力的前后表述不統(tǒng)一，風(fēng)級和風(fēng)速混合表述，風(fēng)級與對應(yīng)風(fēng)速還不一致，而且風(fēng)級或是風(fēng)速包含關(guān)系不明確，照搬照抄現(xiàn)象突出。

2 塔機(jī)風(fēng)載荷分析

作用在塔機(jī)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(fēng)載荷為附加載荷，風(fēng)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(jī)上和物品上的風(fēng)載荷，N;

CW——風(fēng)力系數(shù);

pW——計算風(fēng)壓，Pa;

A——垂直于風(fēng)向的迎風(fēng)面積，m2。

再看計算風(fēng)壓與計算風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)，采用pW＝0.625VW2，其中VW為計算風(fēng)速，指平坦地面離地高10m處或海拔10m處的陣風(fēng)風(fēng)速，即3s時距平均瞬時風(fēng)速，取為同樣情況和高度處10min時距平均風(fēng)速VP的1.5倍，即VW＝1.5VP。

上述計算公式表明在塔機(jī)設(shè)計時，計算零部件和金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)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(jī)功率的阻力計算和發(fā)熱驗算，工作狀態(tài)計算風(fēng)壓的取值決定了計算風(fēng)速。那么，工作狀態(tài)計算風(fēng)壓的取值如何確定，要明確塔機(jī)安裝拆卸狀態(tài)和正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)兩種情況下的計算風(fēng)壓取值。按使用說明書中安裝時風(fēng)速8m/s求計算風(fēng)壓40N/m2，風(fēng)速13m/s求計算風(fēng)壓105.6N/ m2，風(fēng)速14m/s求計算風(fēng)壓122.5N/m2；使用時風(fēng)速10.8m/s求計算風(fēng)壓取值72.9N/m2，風(fēng)速13.9m/s求計算風(fēng)壓120.8N/m2，風(fēng)速20m/ s求計算風(fēng)壓250N/m2；可見，隨風(fēng)速不同，風(fēng)壓差別較大。查閱有關(guān)資料，塔機(jī)設(shè)計時安裝拆卸的計算風(fēng)壓應(yīng)取125N/m2，此時計算風(fēng)速為14.1m/s；使用時計算風(fēng)壓按工作條件分輕、通常、強(qiáng)三種情形，計算風(fēng)壓分別取125N/m2、250N/m2、500N/m2，此時對應(yīng)計算風(fēng)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(fēng)速應(yīng)比設(shè)計值低。

綜上所述，塔機(jī)所受的風(fēng)載荷或其抗風(fēng)能力與塔機(jī)設(shè)計時計算風(fēng)壓的取值大小有關(guān)。2014年7月18日，“威馬遜”臺風(fēng)正面襲擊海南省，臺風(fēng)中心風(fēng)力達(dá)到或超過17級，大量塔機(jī)倒塌或受損，風(fēng)力過大是導(dǎo)致塔機(jī)倒塌或受損的主要原因，實際上就是風(fēng)力超過了塔機(jī)本身的抗風(fēng)能力。另外，沿海城市常年風(fēng)大，3～4級或4～5級風(fēng)居多，5～6級或6～7級時常出現(xiàn)。若塔機(jī)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(fēng)險較大，遇上大風(fēng)或臺風(fēng)安全事故難以避免。

3 建 議

在設(shè)計制造方面，進(jìn)一步完善國內(nèi)塔機(jī)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)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(jī)傳動機(jī)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(jī)使用時傳動裝置因受風(fēng)載荷影響故障率較高，出現(xiàn)回轉(zhuǎn)電機(jī)燒毀、回轉(zhuǎn)減速機(jī)斷齒甚至斷軸現(xiàn)象。為此，制造商采用的計算風(fēng)速和風(fēng)壓值，應(yīng)在起重機(jī)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(fēng)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(fēng)速，盡量不采用風(fēng)級的表述，做到數(shù)據(jù)可靠、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、層次清楚，使用說明書要具有很強(qiáng)的方向性、指導(dǎo)性和可操作性。

在使用和管理環(huán)節(jié)，塔機(jī)使用者和管理者要遵章守規(guī)，要看塔機(jī)的使用說明書，特別是事關(guān)塔機(jī)技術(shù)性能的重要參數(shù)要掌握。塔機(jī)安裝時配備上風(fēng)速儀，而不是等塔機(jī)臂根鉸點(diǎn)高度超過50m時再配備風(fēng)速儀，風(fēng)速儀測定的風(fēng)速值直觀地顯示在司機(jī)室顯示屏上，使塔機(jī)操作者有章可循，使塔機(jī)管理者有據(jù)可查。而很多施工現(xiàn)場作業(yè)塔機(jī)未配備風(fēng)速儀，在進(jìn)行塔機(jī)安裝、頂升和拆卸或塔機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時憑主觀臆斷或天氣預(yù)報，并不利于塔機(jī)的安全運(yùn)行。實際上，氣象觀測系統(tǒng)中風(fēng)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(jī)工作風(fēng)速值。塔機(jī)工作瞬時風(fēng)速值除氣象因素外，還因塔機(jī)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(fēng)力對塔機(jī)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(jī)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(jī)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(yùn)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(jī)安全規(guī)程[S].

[2]GB/T 5031-2008，塔式起重機(jī)[S].

[3]GB/T 13752-1992，塔式起重機(jī)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