風力對塔機安裝使用的影響

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符合GB/ T 9462-1999中7.2.6的規(guī)定外，還應包括以下內(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，應配備風速儀。當風速大于工作極限風速時，應能發(fā)出停止作業(yè)的警報。風速儀應設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)品應能在以下條件下安全正常使用：安裝架設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，應配備風速儀，當風速大于工作允許風速時，應能發(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，應在塔機頂部設風速儀，當工作狀態(tài)風速達到6級（10.8m/s）時，風速儀報警，此時塔機應立即停止使用。表述二，起重機風力大于6級（13.9m/s）時，應停止工作。表述三，起重機工作時，風速應低于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，塔機設計時安裝拆卸的計算風壓應取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比設計值低。

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)。若塔機設計者本來是按內(nèi)陸工作條件設計的，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

在設計制造方面，進一步完善國內(nèi)塔機設計標準和規(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，應在起重機設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，在塔機設計制造階段，就應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，塔式起重機設計規(guī)范[S].

（編輯 賈澤輝）

TH212；TH213.3

C

1001-1366(2015)01-0081-03

2014-11-03