塔式起重機的防強臺風措施淺談

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從塔式起重機的結(jié)構(gòu)強度、穩(wěn)定性分析強臺風對其影響，并從風載等方面具體分析設計和使用過程存在的抗風問題。最后，提出塔式起重機防強臺風對策和措施。

　　塔式起重機是廣泛應用于工礦企業(yè)、建筑工地的一種特殊機械。近年來，起重機的事故頻繁，給國家財產(chǎn)和人身安全造成了很大的損失，也延誤了生產(chǎn)和施工的如期完成。從事故的調(diào)查結(jié)果來看，部分事故是因受強臺風影響而造成的，因此塔式起重機能有效抵御風害，是促進安全生產(chǎn)和保證作業(yè)順利開展的一項重要工作。

　　一、風對塔式起重機的影響

　?。ㄒ唬╋L對塔式起重機結(jié)構(gòu)強度的影響

　　當風垂直吹向起重機臂架時，作用在臂架上和吊重上的風載荷使起重機機身產(chǎn)生一個扭矩M，把這個扭矩分解到機身的四邊平面桁架上，四片平面桁架的腹桿將產(chǎn)生一個應力σ1與風載荷的大小、風心的作用點距機身的水平距離成正比，很顯然，風載越大，臂架所處的幅度越大，腹桿中的σ1就越大。另外，臂架自重力、吊重力及回轉(zhuǎn)慣性力也將使塔身腹桿產(chǎn)生一個應力σ1，σ2也與幅度大小成正比。在實際設計計算時可以發(fā)現(xiàn)，在某一風載時，σ1已經(jīng)遠遠大于σ2.這就說明此時控制腹桿應力值的主要因素為風載。因此，在臂架處于大幅度位置時，要特別注意垂直風造成的機身腹桿的失穩(wěn)而導致起重機破壞。

　　當風順起重機臂架迎面吹時，起重機在最小幅度時，風載將使起重機臂架繞臂架根鉸產(chǎn)生后傾彎距。如果風載超過一定值，并且起重機正好是空鉤，這個后傾彎矩將克服臂架自重力的前傾彎矩，使臂架向后傾翻。對于沒有設置臂架防后傾裝置的起重機，臂架的后傾將導致整機破壞。故應設有臂架防后傾裝置。

　　（二）風對塔式起重機穩(wěn)定性的影響

　　若作用在起重機上的各項載荷對傾覆邊的力矩之和大于零時，則起重機是穩(wěn)定的。對于起吊額定起重量的起重機而言，起重機自重力對傾覆邊的力矩Ml為穩(wěn)定力矩，起升載荷以及從臂架后方吹的風載荷對傾覆邊的力矩之和M2為傾覆力矩。對于某一風載F1w有Ml + M2= 0，則起重機的穩(wěn)定處于臨界狀態(tài)，如F1w > Fw，起重機將傾翻[1].（計算公式詳見起重機設計規(guī)范GB38Ⅱ和GB/T13752）

　　對空載狀態(tài)的起重機，起重機的自重力對傾覆邊的力矩為穩(wěn)定力矩，迎面風載產(chǎn)生的力矩為傾覆力矩。在設計起重機時為了滿足最大限度起吊額定起重量時對整機穩(wěn)定性的要求，常常將起重機自重力的合力中心偏后布置，這樣必然帶來空載時起重機有后傾趨勢的結(jié)果，假若迎面風載加大到一定程度，重心后置的起重機自重力產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩不足以克服風載產(chǎn)生的傾覆力矩，從而會發(fā)生整機傾覆。

　?。ㄈ╋L載對吊臂后傾與整機后傾的影響

　　對仰俯變幅起重機，當風順起重機臂架迎面吹來時，起重機在較小幅度時，風載將使起重機臂架繞臂架根部鉸點產(chǎn)生后傾力矩。架防后傾裝置的起重機或防后傾裝置失效，會使臂架向后傾覆、臂架的后傾將導致整機破壞，對于固定撐臂的起重機或水平小車變幅起重機，受迎面風時，會有整機后傾的危險。在設計起重機時，為了滿足最大額定起重量時整機不至于前傾倒塌，常常將自重力的合力重心偏后布置，這將導致空鉤時起重機有后傾的趨勢。

　?。ㄋ模娕_風對非工作狀態(tài)起重機的影響

　　非工作狀態(tài)下風荷載對起重機的鋼結(jié)構(gòu)設計、抗傾覆穩(wěn)定性和防風抗滑安全裝置起決定作用。起重機安全規(guī)程中規(guī)定：在軌道上露天作業(yè)的起重機，當遇強臺風停止工作時，應將起重機錨定住。此時，風對起重機的作用，就同一般的建筑結(jié)構(gòu)相似了。但仍有不同，不同之處在于，一般建筑物與基礎的連接是永久的，而起重機與地面（或稱基礎）為臨時連接，田需考慮連接裝置場地的限制與操作的方便性。

　?。ㄎ澹┙ㄖ镲L場對起重機的影響

　　由于周圍建筑環(huán)境的影響，塔機周圍的風場會出現(xiàn)某些危險的空氣動力學現(xiàn)象，增加起重機傾覆或倒塌的危險[2].起重機安全規(guī)程中規(guī)定，為了抗御強臺風，非工作狀態(tài)的起重機應松開回轉(zhuǎn)機構(gòu)制動器，以使起重機臂架在強臺風來臨時能自動轉(zhuǎn)至與風向平行的平面，降低風載荷。在沒有任何環(huán)境影響的湍流風中，這是具有代表性的。然而，由于周圍建筑的影響，這種情況很少見。還有由于狹管效應，高聳的建筑之間的風速可明顯增加，而使起重機所處環(huán)境的風力加大。

　　二、對策與措施

　?。ㄒ唬┰O計方面

　　起重機的抗風設計包括工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)二種情況。第一不能遺漏，第二風壓取值要準確。工作狀態(tài)最大計算風壓，用于計算金屬結(jié)構(gòu)的強度、剛度及穩(wěn)定性，驗算整機工作狀態(tài)下的抗傾覆穩(wěn)定性；非工作狀態(tài)計算風壓，用于驗算此時起重機金屬結(jié)構(gòu)的強度、整機抗傾覆穩(wěn)定性和起重機的防風抗滑安全裝置的設計計算。注意計算風壓的取值《起重機設計規(guī)范》將實際上沿高度變化的風壓取為定值，規(guī)范規(guī)定的最大計算風壓，相當于當10m高處為5級風的上限和6級風的上限風壓時，高度近100m處的風壓，這對于一般高度的起重機是偏于安全的?！镀鹬貦C設計規(guī)范》規(guī)定：工作狀態(tài)的計算風速按陣風風速（即瞬時風速）考慮，非工作狀態(tài)的計算風速按2min時距平均風速考慮。參考其他規(guī)范給出的風速值時，要注意不同時距風速的正確換算。對于非固定撐臂的起重機，應設置有效的吊臂防后傾裝置。選擇風阻力小的結(jié)構(gòu)形式和截面形式，以降低所受風力。要根據(jù)起重機的特殊性和起重機的具體工作特性明確起重機整機受力情況和鋼結(jié)構(gòu)中各桿的受力情況，使得受力合理，避免因受力分析不清而導致設計錯誤。尤其是改裝起重機時，受力分析一定要全面、準確，計算工況不能遺漏。同時要設置完善、有效、合理的防風裝置，包括風速儀、夾軌器、鐵鞋、錨定裝置、端擋等，防止起重機被風吹跑或吹倒。夾軌器及錨定裝置或鐵鞋應能各自獨立承受非工作狀態(tài)下的最大風力[4].最好采用自動作用的防風抗滑裝置，風速風級報警器應與防風抗滑裝置聯(lián)鎖。

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　　由于《規(guī)范》中對不同地區(qū)的計算風壓規(guī)定不同，因此，購買起重機時一定要確保該起重機設計風壓取值適合當?shù)亍榉乐蛊鹬貦C整機后傾或吊臂后傾，應避免小幅度、輕載、迎風操作，應保證停止工作的起重機所受風力從起重機背后吹來，要正確使用和維護防風抗滑安全裝置，風速風級報警器應安裝在起重機上部不擋風處。起重機停止工作后，要確保防風抗滑安全裝置進入工作狀態(tài)，不能存在僥幸心理。同時要注意天氣變化，對有預報的大風做好充分的防風準備，風力達到一定等級時，應停止工作。停止工作的風力，內(nèi)陸地區(qū)定為大于6級，沿海地區(qū)定為大于7級[5].

　　停止工作后，應將起重機錨定住，停止工作的起重機，應使風從起重機的背后吹來，臂架可回轉(zhuǎn)的起重機在非工作狀態(tài)下，必須松開制動，保證起重機臂架可以隨風向轉(zhuǎn)動。

　　（三）安全管理

　　務必建立起一套完整的體系、制度和規(guī)程作保證，完備應急預案，落實三方面工作：⑴健全和理順指揮決策系統(tǒng)、信息傳遞系統(tǒng)、搶險救災及災后恢復系統(tǒng)；⑵設施到位、人員到位、責任到位、獎懲到位；⑶在每年4月份，布置當年防風工作的要點、總結(jié)過去一年工作得失、保養(yǎng)檢修防風防臺裝置、添置備足易損易耗用品、檢查整改遺留的設施隱患，打有準備之仗；⑷依靠科技進步，不斷應用新技術(shù)、新裝備，夯實抗風抗臺安全保障體系。