稿件-塔吊VS台风

中建二局深圳南方实业公司 郭寒竹 陈向平

近年来，台风派比安、珍珠、碧利斯、桑美、韦帕、圣帕正面袭击我国沿海大陆，造成严重经济损失。建筑施工用塔式起重机（塔吊），由于其体型庞大、安装位置高、结构重量大，特别是由于其主要在城市建设中使用，所覆盖范围内环境非常复杂，因此塔吊抗台风始终是塔吊制造厂商、建筑施工企业以及建设行政主管部门高度重视的课题。本文主要探讨：塔吊倒塌原因、抗台风能力及防台风预案。 一 、塔吊倒塌原因

针对塔吊在台风中倒塌问题，我们收集了有关媒体报道中比较典型的案例。其中包括：

。2007年3月4日大连风暴潮塔吊倒塌事故，风暴潮共造成市区建筑工程施工现场8台塔吊和4台物料提升机倒塌，直接经济损失700余万元。

。2004年14号台风中，台州市塔吊倒塌9台，井字架扭曲倒塌18台，铝合金彩钢板工棚倒塌8.83万平方米，施工围墙倒塌2.86万米，另加上建筑材料和机械设备损失，合计直接损失达1.24亿元。 。其他地区台风塔吊倒塌事故。

塔吊倒塌事故直接原因主要分布于以下几个方面，呈现的倒塌状态如图（1）所示：

。塔吊基础抗倾翻稳定性或基础持力层强度不满足设计条件13％（图1a）； 。塔身标准节弦杆焊缝脱焊或弦杆端部连接螺栓拉断7％（图1b）； 。附墙杆及连接不符合使用要求导致破坏倒塌占７５％（图1c）； 。其他5％

统计结果表明，塔吊倒塌相对集中的出现在塔吊基础抗倾翻稳定性或基础持力层强度不满足设计条件、附墙杆及连接不符合使用要求。更值得注意的是，在我们统计分析的案例中，塔吊独立高度或附墙杆以上悬臂高度全部接近、达到或超过设计允许值。 二 、塔吊抗台风能力

1。台风分级（热带气旋分类）

2006年5月15日， 中国气象局修订后的国家标准《热带气旋等级》正式下发，热带气旋等级划分的原则是以其底层中心附近最大平均风速为标准，划分为热带低压、热带风暴、强热带风暴、台风、强台风和超强台风6个等级。

达到10.8m/s——17.1m/s（风力6——7级）为热带低压； 达到17.2m/s——24.4m/s（风力8——9级）为热带风暴； 达到24.5m/s——32.6m/s（风力10——11级）为强热带风暴； 达到32.7m/s——41.4m/s（风力12——13级）为台风； 达到41.5m/s——50.9m/s（风力14——15级）为强台风； 达到或大于51.0m/s（风力16级或以上）为超强台风。

据统计，按照上述标准能够正面袭击城乡建筑施工用塔吊的多为热带低压、热带风暴，偶为强热带风暴，台风是罕见的。

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2。塔吊抗台风能力

自八十年代初我国引进法国技术以来，塔吊的设计水平和制造工艺得到进一步提高，相关的行政法规和技术标准现已构成比较完整的体系并逐渐与国际接轨。塔吊抗台风能力是塔吊主体结构重要性能，主要体现在产品技术标准和产品的技术参数之中。 （1） 产品技术标准中的抗台风能力

《塔式起重机技术条件》（GB/T 9462-1999）规定了塔吊的非工作状态，是已安装架设完毕的塔机，不吊重，所有机构停止运动，切断动力电源，并采取防风保护措施的状态。《塔式起重机设计规范》(GB/T 13752-92)规定了非工作状态风，是设计起重机在非工作状态承受的从最不利方向吹来的最大风力（暴风），其作用在塔吊结构上的风载荷按下式计算：

FW＝CW pW A 式中：FW─作用在塔式起重机上的风载荷；CW──风力系数；pW──计算风压；A──垂直于风向的迎风面积。并明确规定了非工作状态计算风压（pW），如下表所示：

离地面高度，m 0～20 ＞20～100 ＞100 pW，Pa 800 1100 1300 国家标准规定的离地面高度0—20米风压800Pa，可换算成36米/秒的风速，按国家标准《热带气旋等级》，相当于12级台风。离地面高度20～100米及＞100米非工作状态计算风压则取值更高。《塔式起重机设计规范》同时规定，特殊情况下，如在可能出现更大暴风地区使用，可按用户与制造厂协议规定更高计算风压。今年10月1日实施的《塔式起重机安全规程》（GB5144-2006）还进一步要求制造厂商提供：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。

此外，对于塔吊固定式基础抗台风能力，《塔式起重机设计规范》规定，固定式塔式起重机使用的混凝土基础的设计应满足抗倾翻稳定性和强度条件图（2）。 混凝土基础的抗倾翻稳定性按下式验算：

地面压应力按下式验算：

式中：e──偏心距，即地面反力的合力至基础中心的距离，m；

M──作用在基础上的弯矩，N·m； 图（2）抗倾翻稳定性计算简图 FV──作用在基础上的垂直载荷，N； Fh──作用在基础上的水平载荷，N； Fg──混凝土基础的重力，N； pB──地面计算压应力；Pa；

〔pB〕──地面许用压应力，由实地勘探和基础处理情况确定；Pa 。 在上述关系中，作用在基础上的弯矩M包括非工作状态抵御台风工况。

通过以上讨论可见，现行国家标准对于塔吊结构、固定式塔吊基础的抗台风能力均有明确规定。 （2） 塔吊产品的抗台风能力

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非工作状态下，风向按从平衡臂尾部吹向起重臂头部考虑，就是通常所说的塔吊处于顺风状态。此时塔吊结构承受自重载荷和风载荷，塔吊受风状态及等效力学模型如图（3）所示：

基础面倾覆弯矩和塔身结构弯矩M可简按下式计算： M=[q]L/2 +F(L+l)-Mg 或 M=[q]L/2 +F*L-Mg+（F*l）

式中：M—塔吊基础面倾覆弯矩；[q]--非工作状态许用风载荷（由非工作状态设计许用风压qw和塔身结构迎风面积等计算）；L—固定塔身高度；l—转台、回转塔身高度；F—上部结构等效集中风力；Mg—塔吊空载后倾弯距。

当塔吊设计的非工作状态许用风载荷[q] 确定时（抗最大风速能力），基础面倾覆弯矩和塔身结构弯矩M可表述为：M=aL+bL-c 式中：a,b,c均为常数，图（4）。 当L=Lmax 时，有 M=Mmax

由此可见，每一种合格的塔吊产品都具有抵御许用风载荷[q]的塔身高度L极限值，亦即产品使用说明书给出的最大独立安装高度。弯矩极限值M作用在塔身结构底部及固定式基础面上。并且，弯矩值M随塔吊安装高度降低而明显减削。

相同的道理，塔吊按使用说明书规定位置附墙后，

附墙杆以上悬臂高度也有一个塔身高度极限值，亦即产品使用说明书给出的最大悬臂安装高度，集中反力R作用在最上一道附墙杆及相应位置的塔身结构上。并且，集中反力R随塔身悬臂高度L降低而明显减削。 最上一道附墙结构处集中反力R可表述为：R=a′L+b′L+c′ 式中：a′,b′,c′均为常数，L—悬臂高度，如图（5）所示。

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可见，降低塔身高度是提高塔吊抗台风能力最有效的方法 （3） FO/23B塔吊抗台风能力

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FO/23B塔吊产品的技术参数中非工作状态基础面载荷如下表所示：

非工作状态（HS） C H m 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

其中：H—塔吊独立安装状态下起升高度；P—塔吊独立安装状态下自重力；M—塔吊基础面倾覆力矩；ET--塔吊基础面水平载荷；C—标准节数量；R—支座反力；TRACT—拉力；COMP—压力。

由表中可见，该型号塔吊最大独立安装高度是59.8米(17个标准节)，基础倾覆弯矩及塔身底部结构许用弯矩[M]=464686 kg.m （465t.m）, 塔吊基础面水平载荷15620kg(15.6t)。按《塔式起重机设计规范》(GB 13752)规定，塔吊应能抵御的台风风压值为1100 Pa。同时可见，若该型号塔吊起升高度降低为53.8米、47.8米，则塔吊基础倾覆弯矩及塔身底部结构弯矩降低为375732 kg.m、294591 kg.m，比其许用弯矩分别降低19％及37％。其他型号水平臂塔吊也有完全类似特性。

特别值得注意的是，若使用单位违反操作规程，增加该型号塔吊独立式起升高度至62.8米 （增加1个标准节），则底部结构弯矩值将超过510 t.m，大大超过许用倾覆弯矩。 三 、 塔吊防台风预案

每当台风登陆之即，各地区建设单位、建筑施工企业、建设行政主管部门均高度重视，紧急动员，塔吊的防台风紧急措施摆到了重要位置。实际上，根据塔吊的结构特点和使用特点，就塔吊的使用单位来说，防台风预案从塔吊产品的采购就开始了。 1。 塔吊采购

依据《塔式起重机技术条件》，制造厂应规定作用在地面或支撑结构上的载荷。提供的资料应说明这些载荷（包括非工作风载荷）的适用工况；依据《塔式起重机安全规程》，制造厂应提供塔吊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。因此，塔吊的使用单位有权利在采购合同中明确塔吊非工作状态的许用风压，掌握塔吊抗台风的能力。特殊地，如果用户需要在可能出现更大级

8.8 11.8 14.8 17.8 20.8 23.8 26.8 29.8 32.8 35.8 38.8 41.8 44.8 47.8 50.8 53.8 56.8 59.8 P kg 44130 45710 47290 48770 50250 51730 53210 54690 56170 57650 59130 60610 62090 63570 65050 66530 68010 69490 M kg.m 72760 72760 72760 72760 72760 72760 72760 98036 125913 155742 187525 221261 256949 294591 334185 375732 419233 464686 ET kg 4628 5133 5638 6862 7335 7809 8460 9111 9762 10413 11063 11714 12365 13016 13667 14318 14969 15620 23083 33165 43979 55525 67803 80814 94556 109031 124238 140178 156849 R TRACT kg COMP kg 38311 38706 39101 39471 39841 40211 40581 50428 61250 72804 85090 98108 111859 126341 141556 157503 174183 191594 第 4 页 共 6 页

别台风地区使用，可与制造厂协议规定更高的许用风压，制造厂可以通过加强塔身结构，增加基础抗倾覆能力等措施解决。

在塔吊产品性能参数中，塔吊独立安装高度是抗台风能力的重要指标。额定起重力矩相同，其抗台风能力并不一定相同；额定起重力矩大，其抗台风能力并不一定强。塔吊产品的抗台风能力主要取决于塔身结构强度，在非工作工况的许用风压一定的条件下，最大独立安装高度较大的优于较小的。因此，用户可以选择独立安装高度较大的产品，留有必要时降低安装高度的余地。 2。 塔吊使用

在相关标准法规和操作使用规程中，保证塔吊能够抵御台风的规定很多，实际上保证塔吊正常工作的能力就是保证塔吊能够抵御台风的能力。按规定保证混凝土基础的抗倾翻稳定性、保证基础持力层地面压应力、保证塔吊非工作状态顺风自由回转、保证独立高度和悬臂高度在限制范围内等等。特别值得重视的是塔吊附墙装置设计、制作和安装，这是事故发生的集中区。其设计必须考虑到塔吊工作状态和非工作状态中最不利载荷组合，并预留足够的安全系数；附墙杆件的张角在制造厂商提供的范围之内；附墙杆件的建筑支撑结构强度应得到建筑设计单位确认。 3。 防台风紧急措施

（案例）某市关于进一步加强建筑工地防御第九号台风的紧急通知（建设部发文转发）

各区、市建设行政主管部门，各施工、建设、监理单位，第九号台风登陆我市之际，塔吊应采取以下紧急措施：

（1）自升式塔吊有附着装置的，在最上一道附着以上自由高度超过说明书设计高度的，应朝建筑物方向设置两根钢丝绳拉结。

（2）自升式塔吊未附着，但已达到设计说明书最大独立高度的，应设置四根钢丝绳对角拉结。 （3）一次性架设的非自升式塔吊，应设置四根钢丝绳对角拉结。

（4）拉结应用Φ15以上的钢丝绳，拉结点应设在转盘以下第一个标准节的根部；拉结点处标准节内侧应采用大于标准节角钢宽度的木方作支撑，以防拉伤塔身钢结构；四根拉结钢丝绳与塔身之间的角度应一致，控制在45。～60。之间；钢丝绳应采用地锚、地锚筐或与建筑物已达到设计强度的混凝土结构联结等形式进行锚固；钢丝绳应用左右丝拉钩进行调整，使钢丝绳松紧适度，确保塔身处于垂直状态。 （5）凡塔身设有标牌、横幅等悬挂物的，应立即清除；塔身上存有易坠物的，必须立即清除。 （6）塔身螺栓必须进行全部紧固，塔身附着装置应全面检查，确保无松动、无开焊、无变形。

（7）严禁对塔吊前后臂进行固定，确保自由旋转。塔机的避雷设施必须确保完好有效，塔吊电源线路必须切断。。。。。。。

以上紧急措施我们认为第（1）条是不合适的，甚至起到相反效果。自升式塔吊附着后，附着以上自由高度超过设计高度是严重的违章操作！其悬臂端部载荷已经不能保证塔吊工作状态或非工作状态的安全性，如果朝建筑物方向设置两根钢丝绳拉结，钢丝绳的张力则更进一步增加悬臂端部载荷，进而增加抵御台风的风险。假设按此措施实施，塔吊使用单位的违章责任则转化为建设行政主管部门的责任风险。

其余紧急措施有的是塔吊正常工作状态必须保证的，有的则不能在全市范围内一概而论。建筑施工现场工程结构、起重设备、周围环境都比较复杂，防台风应急预案最重要莫过于台风信息的迅速传递，包括热带气旋的生成、预计影响我市的时间、在我市登陆的风速。防台风应急预案最有效的措施是降低塔吊的安装高度，达到削减结构载荷的目的。就城市而言有条件组成防台风专家组，公布电话，针对不同的现场情况进行有效的抗台风指导。 4。 塔吊的风险管理

风险的解释是“损失或伤害的可能性”，为什么强调塔吊的风险管理？我们认为风险管理是建筑起重机械重要的管理观念，风险管理就是通过风险的识别、预测和衡量、选择有效的手段，以尽可能低的成本，有计划地处理风险，以获得企业安全生产的经济保障。由于建筑起重机械高、大、重的特殊性，又有复杂多变使用环境，其使用风险是客观存在的，不以人们意志为转移。强调风险管理首要是强调建筑起重机械的日常工作管理，即“紧急情况”发生前的风险管理，避免或减少风险事故发生的机会。从塔吊抗台风的

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角度来讲，我们可以通过提高建筑施工现场塔吊抗台风安全可靠度来达到降低风险的目的，能够在台风多发的沿海地区，通过管理手段控制风险！手段之一是在施工现场塔吊配置时进行综合评价。根据我们的经验，通常使用的水平臂塔吊，综合评价主要涉及塔吊结构、附墙连接、基础、环境，引入可靠度系数ε，且：

ε=ε1*ε2*ε3*ε4≥0.94

ε1：根据塔吊产品品质，使用年限，安装调整等整体情况评价，0.7、0.85、1.0；

ε2：根据附墙连接设计制作安装情况、基础根据抗倾覆稳定性和基础持力层强度评价，1.0； ε3：根据塔吊覆盖范围内环境复杂程度和当地台风风速历史记录评价，0.8、0.9、1.0；

ε4：根据塔吊安装高度取值，设计高度、降低5％、降低10％、降低15％、降低20％、降低25％：1.0、1.11、1.24、1.39、1.58、1.81。

特别强调附墙连接是由于在我们统计中其事故几率最高，而降低风险的成本最低，必须保证高可靠性。塔吊产品品质的可靠度级差比较大是由于其存在较大的不确定性。

假如前3项评价可靠度评价结果都很高，设备有理由按产品使用说明书配置。假如塔吊产品品质一般，塔吊覆盖范围内环境复杂、当地台风有超风速历史记录，必须通过降低塔吊安装高度达到确保安全的目的。

因此，只要掌握风险发生的因果关系，风险是完全可以管理的。 四 、结束语

随着气象预报科学技术水平提高，台风的生成、移动路线、登陆地点、危害程度已能够预测，为塔吊的防台风措施提供了条件。今年实施的《塔式起重机安全规程》（GB5144-2006）对塔吊设计制造和使用提出了更高要求。我们相信只要掌握了塔吊抗台风的客观规律，严格按现行国家及行业标准设计制造塔吊，严格按现行国家及行业标准使用塔吊，坚持塔吊使用日常工作管理、坚持全过程的风险管理，塔吊VS台风的结果完全可以由使用者掌控。

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