风力对塔机安装使用的影响

张有国

ZHANG You-guo

(烟建集团有限公司，山东 烟台 264000)

风力对塔机安装使用的影响

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

张有国

ZHANG You-guo

(烟建集团有限公司，山东 烟台 264000)

通过了解塔机的一些国家标准以及制造商提供的使用说明书中有关安装、拆卸、顶升和使用时的风力规定，再结合塔机风载荷分析，从而给塔机设计、制造、使用和管理者提供有价值的参考意见和建议，对保证施工企业安全生产和提高经济效益等具有重要意义。

塔式起重机；安装；使用；风力

塔式起重机（以下简称“塔机”）是建筑施工中不可或缺的垂直运输机械，也是施工企业安全风险管理的重中之重。由于塔机安全涉及到设计、制造、安装及使用诸多环节，往往每一起安全事故背后原因较复杂。为了实现设备的本质安全，有必要探讨风力对塔机安装使用的影响。

1 塔机安装使用风级规定

1.1 国家标准

GB 5144-2006《塔式起重机安全规程》3.6条规定，对于塔机使用说明书除应符合GB/ T 9462-1999中7.2.6的规定外，还应包括以下内容：根据塔机主要承载结构件使用材料的低温力学性能、机构的使用环境温度范围及有关因素决定塔机的使用温度、正常工作年限或者利用等级、载荷状态、工作级别以及各种工况的许用风压。6.7条规定，起重臂根部铰点高度大于50m的塔机，应配备风速仪。当风速大于工作极限风速时，应能发出停止作业的警报。风速仪应设在塔机顶部的不挡风处。10.2条规定，安装、拆卸、加节或降节作业时，塔机的最大安装高度处的风速不应大于13m/s,当有特殊要求时，按用户和制造厂的协议执行。

GB/T 5031-2008《塔式起重机》5.1.2条规定，未作特殊申明时,产品应能在以下条件下安全正常使用：安装架设时塔机顶部风速不大于12m/s,工作状态时塔机顶部风速不大于20m/s,非工作状态时风压按GB/T 13752-1992规定。5.6.13规定，对臂根铰点高度超过50m的塔机，应配备风速仪，当风速大于工作允许风速时，应能发出停止作业的警报。8.1.2条规定，额定能力信息包括最大允许工作风速。10.3.6条规定，塔机的安装、拆卸和爬升（降）不应在超过制造商规定的允许最大风速、雨、雪、大雾和塔机结构上结冰等气候条件下进行。

1.2 使用说明书

安装规定：表述一，塔机安装、顶升和拆卸工作应在塔机最高处风速大于4级（8m/s）时停止作业。表述二，塔机安装、顶升和拆卸工作风速超过13m/s时严禁作业。表述三，塔机安装、顶升和拆卸时最高处风速不大于14m/s时进行。

使用规定：表述一，当起重机臂根铰点高度超过50m时，应在塔机顶部设风速仪，当工作状态风速达到6级（10.8m/s）时，风速仪报警，此时塔机应立即停止使用。表述二，起重机风力大于6级（13.9m/s）时，应停止工作。表述三，起重机工作时，风速应低于20m/s，当风速大于20m/s时，则风速仪发出红色灯光报警，此时要停止使用。

综上可以看出，不同塔机制造商有关风力对塔机安装使用的规定各不相同，还有安装规定中出现最高风速14m/s（大于13m/s），若理解为有特殊要求时，可按用户和制造厂的协议执行，符合GB 5144-2006规定。但是，出现的一些不规范甚至不正确的表述需要指出来，同一本使用说明书中对风力的前后表述不统一，风级和风速混合表述，风级与对应风速还不一致，而且风级或是风速包含关系不明确，照搬照抄现象突出。

2 塔机风载荷分析

作用在塔机上的载荷有基本载荷、附加载荷、特殊载荷和其他载荷，而工作状态下的风载荷为附加载荷，风载荷是可沿任意方向作用的水平力，其计算公式如下

式中 FW—— 作用在塔机上和物品上的风载荷，N;

CW——风力系数;

pW——计算风压，Pa;

A——垂直于风向的迎风面积，m2。

再看计算风压与计算风速的换算公式：GB/T 13752-1992规定pW＝0.613VW2，GB/T 3811-2008规定pW＝0.625VW2，选现在的标准，采用pW＝0.625VW2，其中VW为计算风速，指平坦地面离地高10m处或海拔10m处的阵风风速，即3s时距平均瞬时风速，取为同样情况和高度处10min时距平均风速VP的1.5倍，即VW＝1.5VP。

上述计算公式表明在塔机设计时，计算零部件和金属结构的强度、刚度和稳定性，验算传动装置过载能力和整体抗倾翻稳定性，还是选择电动机功率的阻力计算和发热验算，工作状态计算风压的取值决定了计算风速。那么，工作状态计算风压的取值如何确定，要明确塔机安装拆卸状态和正常运转状态两种情况下的计算风压取值。按使用说明书中安装时风速8m/s求计算风压40N/m2，风速13m/s求计算风压105.6N/ m2，风速14m/s求计算风压122.5N/m2；使用时风速10.8m/s求计算风压取值72.9N/m2，风速13.9m/s求计算风压120.8N/m2，风速20m/ s求计算风压250N/m2；可见，随风速不同，风压差别较大。查阅有关资料，塔机设计时安装拆卸的计算风压应取125N/m2，此时计算风速为14.1m/s；使用时计算风压按工作条件分轻、通常、强三种情形，计算风压分别取125N/m2、250N/m2、500N/m2，此时对应计算风速分别为14.1、20、28.3m/s，在使用说明书中规定使用的最大风速应比设计值低。

综上所述，塔机所受的风载荷或其抗风能力与塔机设计时计算风压的取值大小有关。2014年7月18日，“威马逊”台风正面袭击海南省，台风中心风力达到或超过17级，大量塔机倒塌或受损，风力过大是导致塔机倒塌或受损的主要原因，实际上就是风力超过了塔机本身的抗风能力。另外，沿海城市常年风大，3～4级或4～5级风居多，5～6级或6～7级时常出现。若塔机设计者本来是按内陆工作条件设计的，在沿海地区使用安全风险较大，遇上大风或台风安全事故难以避免。

3 建 议

在设计制造方面，进一步完善国内塔机设计标准和规范，提高制造商产品质量。譬如，诸多制造商生产的塔机传动机构是配套件，有些商家为降低成本选用低劣配套产品，结果塔机使用时传动装置因受风载荷影响故障率较高，出现回转电机烧毁、回转减速机断齿甚至断轴现象。为此，制造商采用的计算风速和风压值，应在起重机设计和使用说明书中予以说明，GB 5144-2006中也明确要求使用说明书中应包括各种工况的许用风压。要重视使用说明书的编制工作，应明确各种工况下极限风速，尽量不采用风级的表述，做到数据可靠、结构严谨、层次清楚，使用说明书要具有很强的方向性、指导性和可操作性。

在使用和管理环节，塔机使用者和管理者要遵章守规，要看塔机的使用说明书，特别是事关塔机技术性能的重要参数要掌握。塔机安装时配备上风速仪，而不是等塔机臂根铰点高度超过50m时再配备风速仪，风速仪测定的风速值直观地显示在司机室显示屏上，使塔机操作者有章可循，使塔机管理者有据可查。而很多施工现场作业塔机未配备风速仪，在进行塔机安装、顶升和拆卸或塔机运转时凭主观臆断或天气预报，并不利于塔机的安全运行。实际上，气象观测系统中风速的算法是以1s为步长，求3s的滑动平均值；以1s为步长，求1min和2min滑动平均值；以1min为步长，求10min滑动平均值。这个值是平均值、是预报值，不是塔机工作风速值。塔机工作瞬时风速值除气象因素外，还因塔机高度、所处的位置不同而有所差异。

4 结 语

总之，建筑市场竞争激烈，施工企业发展是“速度效益型”，而风力对塔机安装使用的影响直接关系到施工项目的生产与安全，研究的价值将淋漓尽致地体现出来。塔机安全不仅关系到施工现场人员的安全，特定区域还关系到公共安全。因此，在塔机设计制造阶段，就应最大限度地消除使用过程中对安全运行的不利因素，提高产品本身的安全性与可靠性，这样才能从源头上消除事故隐患。

[1]GB 5144-2006，塔式起重机安全规程[S].

[2]GB/T 5031-2008，塔式起重机[S].

[3]GB/T 13752-1992，塔式起重机设计规范[S].

（编辑 贾泽辉）

TH212；TH213.3

C

1001-1366(2015)01-0081-03

2014-11-03