塔式起重機的結構安全性探究

張哲圣

摘要：塔式起重機作為廣泛應用于民用和工業建筑當中的起重設備設施，一旦它在結構設計環節出現了某些大意或疏忽，將會使塔式起重的結構出現不合理等問題，嚴重時甚至還會存在一定的安全威脅。很多生產廠家和科學研究機構單純憑借傳統方式和對比方法來驗算結構進行強度及其可靠性等內容，卻未能切實考慮材料、結構以及荷載等具有不確定性的內容，這無疑給塔式起重機結構設計及其正常使用增加了不安全因素。所以，保證塔式起重機的結構具有安全性至關重要。

關鍵詞：塔式起重機;結構安全性;可靠性

塔式起重機是一種廣泛應用于建筑工程中的起重設備，除了應用于房屋建筑中，還在水利、橋梁等工程中被廣泛使用。從工作形式來看，塔式起重機能分成內爬式、行走式和固定式3種;若是根據結構形式來劃分，則可以分成快裝式、動臂式、平頭式和垂頭式4種，其中垂頭式的結構較多。然而伴隨塔機技術的不斷發展和施工現場要求的逐漸提高，進一步發展了塔機種類，所以，近年來平頭塔機和動臂塔機成為了起重機市場的追捧對象。

1.塔式起重機結構安全性的基本概述

塔式起重機為高空作業的機械設備，同時它的工作空間也相對較大，其起吊高度很高，轉動半徑長，不管在任何環節產生的問題都有可能造成塔機事故，最終對經濟以及人員帶來巨大損害。塔機的安全性對于施工單位以及本身所屬企業的工作效益產生直接影響，所以塔式起重機的安全性是至關重要的。在實際工作中相關工作人員一定要充分了解塔式起重機的安全性設計，最終為其正確使用提供指導作用。

2.塔式起重機結構安全性的計算原則

2.1計算方法

塔式起重機在設計結構時可以按照具體狀況來選擇選用應力法以及極限狀態設計法。然而如果塔機結構處于外荷載影響下出現了一定形變，那么塔機內部各結構桿的內力和外荷載將不是線性，也就是說具體為非線性關系，此時應該使用極限狀態法進行設計，并且針對其結構做出非線性的計算分析。

2.2計算內容

在使用塔式起重機的過程中，通常要對各類狀況進行荷載運算，然而卻要選擇最為不利的狀況來驗算塔機結構件的剛度、強度和穩定性。

在校核塔機整體抗傾翻穩定性時，通常情況下需要進行5個狀況的校核，它們主要是有風動載、無風靜載、非工作狀況風載、忽然卸載、安裝狀況。

2.3材料許用應力

塔式起重機結構構件的彎曲、壓縮、拉伸許用應力取為一定荷載組合來決定的基本許用應力，端面許用應力和剪切許用應力則按照GB/T13752-1992來決定。

當結構材料屈服點和抗拉強度的比值屈強比值低于0.7時，與之對應各類荷載組合安全系數是結構材料屈服強度和安全系數的比值的決定。

3.塔式起重機塔身結構的運算和研究

塔式起重機的塔身是塔機重要的承重構件，在實際工作過程中通常承擔著工作工況以及非工作工況所受到的扭曲、彎矩、水平荷載、垂直荷載及其承受的風荷載，所以它的強度、單肢穩定性、整體穩定性等安全性能便顯得至關重要。

3.1利用校核塔身變截面和塔底位置的強度和穩定性，按照力學模型計算出變截面位置和塔身根部的水平力、彎矩體積上部重力。然后再按照各個截面形式，計算出各位置截面的特點、諸如慣性矩、面積、慣性半徑以及抗彎模量等。

3.1.1使用極限狀態設計法來校核塔式起重機塔身的強度：

其中，Pz是作用于塔身頂部的垂直力，Mx、My是作用于塔身頂部對X軸和Y軸方向的彎矩，Wjx、Wjy是塔身校核位置對強軸的抗彎模量，A，Aj是校核位置塔身截面位置面積，γpi是荷載分項系數，γn是高危系數。

3.1.2校核塔式起重機塔身整體穩定性

其塔身是雙向壓彎構件，其穩定性的校核方法是：

其中，Ni是作用于校核位置以上的軸向垂直力，φ是折減系數，通過構件計算長細比和構件截面類別查處，Ai是校核位置塔身截面處面積，，Mxi、Myi是塔身校核位置對強軸方向彎矩，Wxi、Wyi是塔身校核位置對強軸的抗彎模量。

3.2關于錘頭式塔式起重機的塔身研究

3.2.1錘頭式塔式起重機的強度

按照極限狀態法：

σl表示作用于構建或者部件l上的合應力，σ1l表示有組合荷載FR等于各構件彈性穩定性極限值或者疲勞極限，γm抗力系數。

經過運算：

塔身強度荷載為313兆帕，達到了設計規范中塔身強度荷載大于300兆帕的需要。

3.2.2塔身整體穩定性的運算

塔機5013的獨立升降高度值大多為39米，塔身高度值是36.4米，

歐拉臨界荷載為499噸，計算過程如下：

校核穩定性選用：

這樣便使其穩定性達到有關要求。

處于非工況條件下，其臂長是60米，不吊重，風向自平衡臂向著起重臂吹起。按照及現狀看方法，求出的強度應力是282.5兆帕。

3.2.3塔身斜腹桿的穩定性運算

所以說，塔式起重機的塔身結構穩定性強度值充分達到了相應標準，因而具有安全性。

4.關于起重臂的結構運算及其研究

在塔式起重機中，重要的承重構件之一便是起重臂，它的結構安全性同時也是塔機安全性的主要影響因素，所以，分析、研究塔機起重臂安全性是至關重要的。

起重臂受力情況最差狀態也在起吊各個額定荷載之時，同時風和吊臂回轉互相垂直，且出現一定的慣性沖擊力，把這三種力完成組合，起吊額定荷載一定要充分考慮最大起重量最大幅度，最大幅度吊重，各個變截面位置、吊點位置等荷載運算，與此同時也應該充分考慮起升動荷載。通過上述情況求得支座支承反力，便能夠深入運算、研究起重臂了。

5.結語

綜上所述，塔式起重機具有使用頻率大、重心高、工作負荷強等特點，一旦有所疏忽將會造成重大安全事故，從而給社會和國家帶來極大的經濟損失。鑒于最近幾年塔式起重機安全事故頻發的考慮，因此采取措施處理好其安全性問題顯得至關重要。

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