关于台风季塔式起重机安全作业管理的一篇文章

起重设别 | 2018-09-19 23:34

针对台风季塔式起重机安全作业管理的几点建议

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自2014年以来,我国东南沿海地区受“威马逊”等超强台风影响,损毁塔机500余台,造成的直接和间接损失令人触目惊心。面对严峻局面,各地政府监管部门和行业协会纷纷行动起来,组织专家深入现场广泛调研,提出很多有效的整改、预防措施。年初两个沿海省市颁布了有关建筑起重机械防台风的地方标准(征求意见稿),其中部分条款在行业内引起热议,有些内容确实值得商榷,下面提出几点意见供各方参考。

笔者看到某省市塔机防台风地标的相关报道后,想把工作中的一些经验体会写出来,希望能有助于加强起重机械防台风安全管理工作,以尽一名企业设备管理工作者的一点责任。本人管理经验和专业知识水平有限,文中难免存在谬误和不准确之处,欢迎同行批评指正。

一、相关地标中塔机限制使用条件规定的合理性讨论

1、据某市政府监管部门工作人员解释,“公称起重力矩较小的塔机,由于重量、钢构件大小等自身因素,其抗风能力通常都较差,提高该市使用的塔机抗风能力要求后,此类塔机很难适应,故禁止在本地使用。”

而据中房报记者采访报道,租赁企业的经营者认为,“塔机的设计生产是经过国家相关技术标准部门许可,不论型号大小,其设计风压值都是相同的,与塔机起重力矩大小无关。真正造成台风灾害的与设备本身的产品质量、使用方式、安装质量(如位置、附墙方式及附墙件材质制作工艺、自由高度等)以及施工单位、监理单位、租赁单位和建筑安全主管部门等单位的管理力度有极大的关系”。

租赁企业经营者的看法很有道理,据行业协会统计,受台风影响倒塌的500余台塔机中,中小型塔机约占85%,这个比例和当地中小型塔机市场占有率基本一致。因此中小型塔机在台风中的损毁率并不明显比大型塔机高,以塔机参数作为市场准入的依据并不合理。

2、中小型塔机因抗风能力低而被禁止使用,但台风季只有4个月(每年6月1日至10月31日),其它8个月能否使用?采取措施、通过降低中小型塔机使用高度来提高抗风能力后,能否使用?旧塔机不可靠,新出厂的中小型塔机能否使用?新地标没有明确。据中房报记者采访报道,“据不完全统计,某省市场存量塔机超过3000台(注:经过某省建设主管部门备案许可的),其中占主导地位的约80%以上为中小型塔机(约2700台)”,如新政采用简单的“一刀切”的办法,势必浪费大量社会资源,同时使大批租赁公司陷入生存困境,新政颁布务必慎重。

3、对于市场存量塔机(其中95%左右都是按《设计规范》(92版)设计生产的),租赁公司(产权单位)向原生产制造厂商咨询降低塔机独立高度或锚固环梁以上悬臂高度与提高抗风能力的关系并提供补充使用说明书、符合抗台风要求的应允许使用,某市地标中已考虑了这种可能。实施新政时多措并举可以更严谨一些,毕竟不能一竹竿打翻一船人。

二、针对台风损毁塔机倒塌原因确定合理应对措施

1、目前建筑起重机制造全行业约70%的中小塔机生产商生产了约70%的中小型塔机,其中鱼龙混杂,一些产品存在设计缺陷和质量问题,如设计时安全系数和抗风能力取值偏低、结构设计不合理、制造质量不稳定、安全防护不完善等,是事故塔机中的主体。建议对于存在某些设计缺陷和质量问题并有事故不良记录的塔机和超龄服役的塔机应严格限制使用

2、据行业协会统计,受台风影响倒塌的500余台塔机中,锚固塔机占75%,具体原因分析及建议如下:

一是附着装置结构设计不合理,锚固环梁与标准节连接未形成刚性整体(内部未设刚性支撑,中小型塔身截面较小,设置后影响塔机作业人员攀爬),在风载横向施加于塔身结构时,标准节主肢角钢在水平推力的作用下向内弯曲,挠度过大时,就会在垂直压力和水平推力共同作用下失稳,特别是风载荷沿标准节对角线方向施加时尤其严重,主肢角钢失稳极易引发整机倾斜或倒塌。因此,此类锚固环梁应禁止使用

二是标准节水平腹杆过于单薄,强风来袭承受压力过大时失稳、进一步引发标准节主肢失稳变形导致整机倒塌。因此锚固高度的标准节应采用加强节,否则禁止使用

三是环梁安装高度设置过于随意,未和标准节水平腹杆重合,水平腹杆不能传递锚固水平支反力至其它主肢角钢,导致标准节单肢角钢失稳变形、整机倾斜。此种安装方式应予以禁止

四是锚固拉杆粗制滥造,强风来袭时失稳、断裂,导致塔机倒塌。此类锚固拉杆应禁止使用。

3、降低独立高度、提前锚固、降低悬臂高度、顶升套架降至最低等是最有效的抗台风措施。

在台风袭击后的事故调查中发现,有不少塔机向侧面倾翻,还有的朝平衡臂方向倾翻。为什么?我认为这是符合台风袭击特点的。按抗风能力“工作风速6级,非工作风速11级”设计的塔机抗得住11级季风,不一定抗得住11级台风。台风袭来时的特点是瞬间风速高且无定向并瞬间转向,塔机回转机构如果不能迅速转动以使起重臂顺应风向,则可能会以最有利工况和最不利工况之间的任何一种工况来承载风压。典型工况如台风从塔机后面(配重臂侧)袭来,和设计工况一致(平衡重产生的向后弯矩可以抵消部分风载),应属安全;其余方向均可能使塔机风载超过设计条件、使塔机处于倒塌的危险之中,如台风从塔机侧面袭来,则塔机只能以迎风面积最大的侧面抗击风载,属最不利工况;当台风瞬间从塔机正面来袭时,风载和平衡重载荷(塔机空载时向后弯矩最大)叠加,亦属最不利工况。两种极端工况均远超出设计工况允许的荷载,塔机倒塌实属必然。

以某型1000kNm塔机设计计算为例:额定起重力矩97t·m,起升高度45 m。表中数据未经严格计算,仅供定性分析之用。

塔机风力计算表

工况

风压

风向

风载水平力(kN)

风载弯矩

(kNm)

塔身风载弯矩(kNm)

备注

工作工况

250Pa

从前向后

25

659

488

工作工况

250Pa

从后向前

25

659

488

工作工况

250Pa

侧面

32

1090

406

非工作工况

800Pa

从后向前

31

310

20m以下结构

1100Pa

72

2470

1700

20m以上结构

合计

103

2780

2000

台风条件下塔机风力计算表:

工况

风压

风向

风载水平力(kN)

风载弯矩

(kNm)

塔身风载弯矩(kNm)

备注

台风

800Pa

从前向后

30

300

20m以下结构

1100Pa

73

2480

1700

20m以上结构

合计

103

2780

2000

台风

800Pa

从后向前

30

300

20m以下结构

1100Pa

73

2480

1700

20m以上结构

合计

103

2780

2000

台风

800Pa

侧面

30

300

20m以下结构

1100Pa

80

3500

1700

20m以上结构

合计

110

3800

2000

定性分析表中数据:

  • 台风从后向前袭击,平衡重力矩(500kNm)抵消一部分风载弯矩(2780 kNm),实际设计风载弯矩为2280 kNm,此弯矩和塔机非工作工况弯矩一致,是安全的。

  • 台风从前向后袭击,风载弯矩2780kNm和平衡重力矩(500kNm)叠加,超出设计风载弯矩;而在台风从正面或侧面施压时,尖头塔机起重臂和塔身是铰接,往往瞬间向上浮起而部分失重(起重臂自重5.5t,重心水平距塔中心27m,正常工况时产生的向前弯矩约1480kNm),进一步增加了向后作用的弯矩,倒塌是必然结果,这也是倒塌塔机中尖头塔机远多于平头塔机的主要原因。

  • 台风从侧面袭击,风载弯矩达到3800kNm,亦超出设计风载约35%,同样会使塔机倒塌。

定性分析表中数据,还可以发现,因塔机上部结构重心高,承受风载时产生的倾覆力矩急剧增加,说明降低塔机独立工作高度或锚固平面以上悬臂端的高度可大幅提高塔机的抗风能力,可以说是最有效的措施。另外塔机设计计算风载荷时,上部结构中并未计入顶升套架结构的重量和迎风面积,因此为安全起见,实际使用中必须把顶升套架降至最低。显然,采用降低独立高度、提前锚固、降低悬臂高度、顶升套架降至最低等措施,均会对施工进度产生一些不利影响,增加一些成本,但和塔机倒塌事故的损失相比极其微不足道。

三、塔机台风季的技术管理

总承包企业应改进塔机防台风工作的技术管理,配备起重机械管理工程师全程参与施组编制、选型定货、使用管理、拆装作业等管理工作,要让专业的人干专业的事。

1、总承包企业应重视起重机械的技术档案管理工作,特别是在强台风频繁发生的地区,完整的技术档案对提高管理效率非常重要。起重机械管理工程师应全面掌握在用起重机械的型号、厂家、年限、产权单位、使用地点和使用区域气候条件等信息,建立完整的技术档案,施工过程中能提出有针对性的管理措施,发生事故时有助于迅速查明原因。

2、施组编制时起重机械管理工程师应深入研究实际工况,明确工程对起重机械性能的全部要求,把起重吊装施工作业过程中的关键环节和危险源吃透搞清,对防台风措施提出专业审查意见。

3、在选型时,起重机械管理工程师应根据工程项目的实际环境条件提出监管意见。针对目前市场在用塔机的实际情况,比较可靠的作法是选型时考虑实际工况、安全装置综合误差、自然环境、现场周边环境、塔机出厂年限、塔机产品质量等影响因素,取塔机实际载荷不超过额定载荷的70%~90%为宜。实际工况比设计工况恶劣、自然环境差、现场位于城市中心区、塔机出厂年限长、塔机产品质量一般时,取值偏于下限,反之可以取值高一些。

4、起重机械管理工程师应针对租赁公司提供的塔机的实际情况在进场前进行详细的实地考察,对比分析后提出能否满足使用要求的专业结论。对维护保养不到位的塔机应提出鉴定和整改意见,不能满足要求时禁止进场。

5、在使用管理过程中,起重机械管理工程师应深入施工现场,实施全面和全过程监管。特别是在恶劣气候和台风季节来临前尤其重要,一是及时发现安全隐患,二是提前采取措施,杜绝安全事故发生。

6、对拆装和锚固作业,起重机械管理工程师应监管塔机基础和锚固支座的施工过程并参与验收;应审查锚固设计方案、锚固结构构件原厂设计文件及制造合格证明,全程监管锚固作业及验收工作,确保能够满足防台风要求。

7、对于新购置塔机,起重机械管理工程师应根据工程实际工况,按《设计规范》(17版)向制造企业提出明确的设计要求,在必要时应提高塔机设计安全系数取值和抗风能力等级,对于特别重要的工程应考虑“高危险度系数”,进一步提高塔机的安全可靠性。

8、一般情况下,塔机制造厂都是大批生产标准定型的通用产品,用户没有提出特殊订货要求时厂家不会主动提高塔机设计、制造标准,道理很简单,厂商不会主动增加成本、做无人买单的事。用户把通用型塔机用于有特殊工况要求的地区和工程,如频发强台风的地区和超高层建筑,发生事故错在用户而不是制造厂商。建筑起重机械没有“物美价廉”的产品,过分追求“价廉”一定会付出安全生产的代价!

(本文作者:北京建工集团有限责任公司  刘曦明)