黄李诚 （安徽建筑机械有限责任公司，安徽 合肥 230601）

1 引言

塔式起重机（以下简称塔机）在施工现场使用时，如遇大风天气，当风速超过12m/s时应停止作业。因此本文所研究强风设定为风速超过12m/s，风力等级6级以上。内陆地区塔机使用时强风天气较少，因此塔机所受影响较小。但我国沿海地区，不仅平时风速较大，当台风季节来临时，风速可达到12级甚至更高等级。因此，沿海地区塔机的日常使用需更加注意强风的影响。

2 规范依据

从上文可知，当风力超过12m/s时塔机应停止作业，因此本文主要研究的是塔机停止使用后非工作状态塔机所受风力影响。本文根据国家现行塔机设计、安全标准，对塔机独立高度和附着使用高度进行计算研究。

塔机非工作状态的计算风压为空旷平坦地面离地高10m处风压。非台风影响季节（岛屿、高地除外）：计算风压为800N/m，相应计算风速为 35.8m/s；台风影响季节（岛屿、高地除外）：计算风压为1000N/m，相应计算风速为40m/s；上述计算风压均考虑风压高度变化系数kH（详见塔式起重机设计规范（GB/T13752-2017）表21规定）。

3 塔机非工作状态分类

塔机状态一：塔机独立高度使用，爬升架安装在下支座下方。

塔机状态二：塔机独立高度使用，爬升架降落至地面。

塔机状态三：塔机已安装附着，爬升架安装在下支座下方。

塔机状态四：塔机已安装附着，爬升架降至最上面一道附着处。

上述降落爬升架是将塔机爬升架降至离地面最近的高度或降至最上面一道附着处，且爬升架必须可靠地固定在塔身上，爬升架底部两侧爬爪必须可靠固定在标准节支撑块上，调节爬升架滚轮靠紧标准节主弦杆，同时需采取措施将爬升架与塔身固定，保证爬升架不产生晃动。爬升架下降前，将爬升架可靠固定，拆除与下支座的连接销轴，参照随机使用说明书降节的步骤操作，将爬升架降至地面或塔机最上面一道附着处。

4 计算

因塔机塔身承受上部结构传递载荷、弯矩、扭矩较为复杂，且受风载荷作用，本文计算围绕塔身和附着展开。以下计算为塔机最不利状态，即塔身与风向呈45°夹角，此时塔身所受复合应力最大。

4.1 独立高度状态下标准节校核

根据上文状态分类，需计算状态一和状态二下标准节所受载荷。通过计算在非工作状态下塔机最不利情况下所受压力、风载荷等各种应力，可计算得出任意一节标准节所受压力N、水平力Q、Q，弯矩 M、M及扭矩 T（非工作状态下扭矩为零）。因正常情况下塔机塔身由基础节和标准节组成，则需验算最底层基础节和标准节稳定性，验算公式如下：

①基础节和标准节整体稳定性

，其中φ为结构整体稳定系数，A为基础节或标准节截面面积。

②主杆单肢稳定性

③斜腹杆稳定性

通过以上公式可校核基础节和标准节稳定性，若满足则可在某一独立高度下使用，若不满足则需降低独立高度，继续校核验证。

4.2 附着状态下标准节校核

通过以上方法和公式可校核塔机在附着状态时最上面一道附着位置标准节稳定性。

4.3 附着状态下支撑反力计算

塔机在附着状态时，附着对墙面施加载荷是校核附着撑杆和建筑物接触面强度的关键参数，因此附着状态下附着支撑反力亦需详细计算。塔机在附着状态下由多道附着装置将塔机与建筑物墙面连接，为简化计算模型，可将塔机的各道附着简化为同一个平面内多个铰支座（图1所示），由图1可看出附着受到塔机上部结构传递的弯矩M、拉力（或压力）Q，以及标准节传递至附着的风载荷q、q,根据上述模型和载荷将其转化为同一个平面内超静定连续梁结构（图2所示）。根据力法方程计算在互相垂直平面内的附着支撑反力。

图1 简化计算模型

图2 简化连续梁模型

力法方程：

其中δ是与各道附着之间距离L有关的系数，△是与各道附着之间距离L，所受风载荷 q、q、q，弯矩 M 相关的系数。

4.4 附着距离对支撑反力的影响

通过4.3所述可计算得出附着支撑反力。但需注意的是，各道附着支撑反力并不会随附着距离减小而减少，当附着之间距离增加后其支撑反力反而会减小，下面以QTZ6013塔机144m塔机使用高度为例

图3为144m塔机使用高度时附着布置，其中实心黑点表示附着与塔机塔身牢固连接，空心圆点表示此位置附着松开。

图3 144m附着简化受力图

从上述计算结果可看出：在最上层两道附着之间增加一道附着后，最上层附着支撑反力增加17.6%,第五道附着支撑反力增加91.4%，然后随着附着往下支撑反力变化较小。因此，在设置附着之间距离时，可适当增加，但不可过度。

根据上述对塔机分析计算，以QTZ6013塔机为例，当塔机爬升架不降落时，其独立高度和附着高度方案如下：

最大独立高度为36m，附着原则为：

第一次附着后，附着装置以下塔身高度h：21m≤ h≤27m

附着装置以上的塔身悬出高度h：h≤27m

第二道附着装置与第一道附着装置间距h：15m≤ h≤18m

附着装置以上的塔身悬出高度h：h≤24m

第三道附着装置与第二道附着装置间距h：12m ≤ h≤15m

附着装置以上的塔身悬出高度h：h≤24m

第四次附着及以后

附着装置以上的塔身悬出高度h：h≤24m

附着装置之间的距离h：24m≤h≤30m

第八次附着

附着装置以上的塔身悬出高度h：h≤21m

为保证附着装置之间的距离不小于24m的要求，可采用松开附着的措施；松开附着不是取消该处附着，而是将附着框架四角圆弧顶块与塔身主弦杆松开，且附着框架应可靠支撑，保证不向下滑移。

四道附着计算结果 表1

五道附着计算结果 表2

5 防强风安全措施

除了上述理论计算外，在施工现场还需增加一些安全措施抵御强风来袭。首先，在强风来临之前应对各塔机部件进行严格检查（特别是部件的连接部位），确保塔机各个部位无破损、无明显变形、无开裂等不利情况，塔机能360°自由回转无障碍；保持塔机回转机构减速机、回转支承等旋转部件，处在良好的润滑状态下；另外需保证起重臂所处的空间在安全半径范围内。

当施工现场实际风速超过塔机设计风速时，保证塔机安全的应对措施为降低独立高度或附着以上塔身悬出高度，这是最为保险的方法，几乎适用于所有施工现场的情况。除此之外，可在下支座四角连接缆风绳，固定塔身。上述所有防风措施中，除降低塔机高度外，其他方案都需要根据实际情况，由计算确定具体方案，不能随意实施。

强风特别是台风过后，还需对塔机做如下检查：检查塔机所有构件，并及时进行维修保养；对塔机的接地与防雷系统进行全面检查；

对塔身的垂直度重新进行测量，查看有无结构变形；最后必须试运行正常后才能工作。

6 结语

塔式起重机的安全使用关乎生命和财产，对于沿海地区塔机的使用更是应谨慎对待。本文针对性研究了非工作状态下塔机各工况计算方法，并指出一些防强风安全措施，希望对塔机行业从业者有所帮助。