塔式起重机碰撞脚手架的防范措施案例分析

李 裴

1 工程概况

扬州乐宾广场(以下简称本项目)是由扬州金阳光房地产开发有限公司开发，无锡市建筑设计研究院有限责任公司设计，江苏润扬项目管理公司监理，本项目位于扬州市汽车西站北，邗江大道以西。

本项目长 200.7 m，宽165.2 m，总建筑面积171755 m2，其中地上部分129963 m2，地下部分41792 m2。

本项目分南北各两栋塔楼，A座(南区)为11层和21层两座塔楼，B座(北区)为13层和23层两座塔楼(层高均为3.5 m)。

2 现场发生碰撞脚手架的塔式起重机基本情况和安装状况

现场发生碰撞脚手架的2号塔机是江苏通联建设机械公司生产的QTZ63B(5511)型号，臂长55 m，该塔机最终安装高度为32 m，在独立高度41.82 m的范围内，未附墙。

现场发生碰撞脚手架的3号塔机是江苏通联建设机械公司生产的QTZ40A(4008)型号，臂长37 m，该塔机最终安装高度为72.5 m，使用3 道附墙。

3 2号和3号塔式起重机碰撞脚手架的基本情况

目前，2号塔式起重机碰B座(北区)13层塔楼的第8层的外脚手架南侧和东北角部位，3号塔式起重机碰B座(北区)23层塔楼的第18层的外脚手架东侧和西侧部位。

4 解决方案

按照GB 5144-2006塔式起重机安全规程第10.3标准要求:“塔式起重机的尾部与周围建筑物及其外围施工设施之间的安全距离不小于0.6 m”，根据原来的施工程序，原来2号和3号塔机即将拆除，但是由于设计发生了变更等原因，两台塔机尚不能拆除，就出现了以上碰撞的情况，为了确保安全，相关单位提出了以下方案。

4.1 设置缓冲带

缓冲带由12号槽钢为主支框架及直径15.5mm钢丝绳组成。其中每个撞击点设置两个缓冲带，其水平间距为0.5 m，垂直间距为设置处楼层高度，钢丝绳垂直方向缠绕固定，并保证两个缓冲带与臂架相撞时同时受力。缓冲带距防护网距离不小于1 m，2号塔机在被撞建筑物8层～9层之间设置，3号塔机在被撞建筑物18层～19层之间设置。

4.2 回转限位设置及调整

1)当起重臂架与撞击点之间形成15°夹角时设置和调定回转警示(见图1a))。2)当起重臂架与撞机点之间形成5°夹角时调定回转限位器，并切断电源，此时起重臂架向建筑方向无法运行，但反方向可正常操作(见图1b))。

图1 回转限位调整示意图

4.3 驾驶员操作要求

1)在起重臂架进入警示区域后如需继续向建筑物方向运动，回转应采用点动操作，并严禁全速运行。如进入警示区域时臂架回转速度较大应及时采取点动制动措施以降低臂架回转速度直至停止。2)如遇上6级以上大风应停止使用两塔机，用软索锁定起重臂架。

5 方案计算验证和理论分析

根据机械振动原理，当塔机带载荷或不带载荷运动到缓冲带时，虽然速度很慢，但对缓冲带的钢丝绳系统和塔机都会产生一种强迫振动。

因为缓冲带是固定在主体结构上，钢丝绳的受迫振动，最后通过12号槽钢主支框架传给了建筑物主体结构，本文对该过程不做详细的分析，同时由于QTZ40A虽然安装高度较高，但使用了3道附墙，受迫振动对结构影响不大，所以本文只对QTZ63B塔机的振动进行分析。

5.1 塔机的有限元分析

本文采用Blocklanczos(子空间)方法来进行模型的模态求解。

5.2 有限元模型的建立

QTZ63B塔机有限元网格模型见图2。

图2 QTZ63B塔机有限元网格模型

QTZ63B塔机安装总高为32 m，塔臂长55 m，平衡臂长12.06 m，各部分杆件的截面几何参数如下:

1)塔身外立柱为140×12的角钢，水平杆为63×6的角钢，斜支撑为75×8的角钢;2)起重臂上弦杆用φ76×5的圆钢管;起重臂斜腹杆和水平斜腹杆为φ30×3的圆钢管，下弦外杆用43×80×8的矩形钢管;3)平衡臂平台的外框为160×65×5的槽钢，水平斜腹杆为50×50×5的角钢;4)设备材料为Q235号结构碳素钢材，弹性模量200 GPa，泊松比为0.3，密度为7800 kg/m3。

本文采用直接生产单元的方式构建塔式起重机的有限元模型，模型由1463个单元和999个节点组成。

5.3 结果分析

运用ANSYS软件分析表明，本文采用ANSYS所得到的计算结果与实际试验基本一致，只要正确和仔细操作，误差不大(见表1)，证明建模方法和计算方法是正确的。

表1 有限元分析与测试结果对比

6 结语

通过建立模型，可以发现通过理论分析与实际情况相差不大，该工程于2010年9月份竣工验收，未发生安全生产事故，说明该缓冲带设置的比较合理。

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