［摘要］采用力学方法，从附着结构的稳定性、塔式起重机自由端高度、风力大小等方面计算分析某建筑工地塔式起重机受台风侵袭倒塌的原因，由此思考并得出了一些启示。

［关键词］塔式起重机；台风；附着；附着纠偏；自由端高度

2004年8月，“云娜”台风从浙江登陆，台风经过的某建筑工地一台塔机拦腰向施工建筑物方向折断，折断的上部塔身摔在施工建筑物顶面，其伸出建筑物顶面南缘的部分又将南侧的一台施工升降机撞毁，造成严重的经济损失。事后调查发现，被风吹毁的是一台QTZ60塔机，塔身采用角钢焊接结构。倒塌前的安装高度114m，塔身设有6道附着装置，最上一道位于距基础安装面84m处，附着架以上塔身自由端悬臂高度（以下称自由端高度）28.5m（该塔机说明书要求不超过20.5m），塔身中心位置距附着点4.8m，这次折断部位在高69m的第5道附着处，但第5道附着完好，而第6道附着的4根杆件的调节螺杆均呈弯曲状折断，见图1。据气象资料本次强台风最大风速达58.7m/s，登陆时中心最大风力达45m/s。从折断的位置及现场损坏结构件的状况，初步判定塔机倒塌的过程为：在强风的作用下，最上一道附着装置的调节螺杆首先失稳折断，塔身上部即向南倾斜，在倾斜弯矩和强大风力共同作用下，塔机倾覆。以下计算分析倾覆原因。

1  附着装置稳定性

1.1 附着装置结构

该塔机附着装置结构及杆件尺寸如图2所示，采用4根杆件的超静定结构形式，每根杆件主体采用114*9无缝钢管（Q235），一端焊连接耳板、一端螺纹连接M45调节螺杆（Q390）构件而成，杆件两端采用轴销铰接方式连接；附着框（环梁）用2［16a“［］”形式焊接而成。

1.2 杆件承压能力

从现场杆件破坏情况来看，是由于受压时稳定性不足引起。

1）计算杆件临界荷载，用静力法建立变截面压杆弹性曲线微分特征方程，在平衡条件下为

将杆件各段特征参数代入，建立联立方程组，根据边界条件求得杆件临界荷载Fpcr值。经计算得：长杆（a、d杆）为135.3kN；短杆（b、c杆）为170.6kN.

2）计算调节螺杆极限承载力，以螺杆处的稳定性计算，按公式：

f———螺杆钢材应力设计值

A———螺杆的有效面积

φx———杆件的稳定系数

经计算得：长杆（a、d杆）为101.2kN；短杆(b、c杆）为122.6kN。

3）附着结构的极限承载力。如图3所示，当塔身受风荷载作用，通过8、9（附着环梁调节顶块）两点向附着结构施加压力，环梁参与力的分配，根据材料力学，可算出此超静定结构中各附着杆的受力分配系数。经计算得：长杆（a、d杆）为0.307； 短杆 (b、c杆）为0.363。根据前面的单杆实际极限承载力值，进而算得附着结构的极限承载力为329kN。

2 塔机附着受力

该塔机倒塌前安装高度以及各道附着具体安装位置见图3。

2.1 无风时附着受力

非工作状态下，当起重臂向南、平衡臂向北（塔机倒塌前瞬间位置状态）时，在无任何外力作用情况下，根据当时起重吊钩停靠位置计算得塔身顶端（见图3）存在弯矩M1=408.7kN.m，该弯矩对塔机附着系统产生轴力。该力作用在各道附着上各不同。具体计算结果见表1。

2.2 有风时附着受力

该塔机在非工作状态下，受由北向南的风力作用，根据塔身结构及其质量分布情况，分段计算风荷载后，再计算各附着机构所受作用力。根据GB50009-2001《建筑结构荷载设计规范》规定条件，该塔机处于C类地区。风荷载值计算公式  Pw=Wk*A

Pw——风荷载（kN）

A——迎风面积（m2）

Wk——风荷载标准值（kN/m2）

当由北向南的风力作用塔身时，第6道附着受到了强大的压力，此压力抵消弯矩M1产生拉力的剩余部分超过附着结构的极限承载力时，附着结构被破坏。根据塔身各段所受风力及弯矩M1的作用，按多跨连续梁弹性支座的结构形式计算附着受力大小。受力结构见图2，计算结果见表2。

从表1、2计算数据可以看出，有风时自由端高度增高，附着结构受力增大非常显著，即塔机抗风能力随自由端高度增高显著下降。

3 附着纠偏的影响

据调查了解，该塔机第6道附着后，发现塔机上部（高114m处）向西、向南各偏14cm，于是采用调节附着螺杆纠偏6cm，但各杆件的调整量并没有经过计算，也未合理地制定操作步骤，而且主要采取旋出图2所示的a、b杆调节螺杆方式进行，造成该调节螺杆伸出过长（达280mm）。这不仅导致附着杆实际极限承载力下降，更重要的是由于4根杆件调节不均衡，导致a、b杆杆件产生了强大的预压应力。

4 塔机折断原因总结

若不考虑纠偏因素，按正常附着杆强度和自由端高度计算，该塔机的抗风能力将提高43.5%，即由现在的860N/m2（37.5m/s）提高到1490N/m2（49.3m/s），见图4，超出本次台风登陆时45m/s的最大风速。

综上所述，强风是塔机倒塌的客观原因，而塔机自由端高度超高、附着杆件稳定性不足、纠偏不当，且在台风来临前未采取主动、有效的防台风措施等管理因素是塔机倒塌的主观原因。

5 几点启示

1）要彻底改变对塔机附着结构和稳定性验算不重视的现象，特别是不能忽视其连接件，如调节螺杆、连接轴销、连接板及其焊接强度的验算，并应按安全规范要求合理设计、安装。

2）要按塔机使用说明书的要求，严格控制塔机自由端的高度。

3）慎用附着纠偏方式进行纠偏，必须采用时，一定要根据实际偏差情况，制定详细的施工方案，由理论、实践经验丰富的人员指挥进行，确保附着各杆件受力均衡；而且每道附着的纠偏量不得超过0.15%。

4）重视塔机选型工作。采用角钢结构的塔机塔身实际迎风面积较同类强度的圆钢、方钢结构的大得多，所以，角钢结构塔机不利于防抗台风。

5）塔机防台风工作应积极预防，主动应对。在台风来临前，可以针对性地采取附着结构加固、塔身锚固、临时降低高度等有效预防措施。

［参考文献］

［1］GB50017-2003，《钢结构设计规范》

［2］GB50009-2001，《建筑结构荷载设计规范》

［3］GB/T13752-92，《塔式起重机设计规范》

《建筑机械化》编辑金治勇