塔式起重機碰撞腳手架的防范措施案例分析

李 裴

1 工程概況

揚州樂賓廣場(以下簡稱本項目)是由揚州金陽光房地產開發有限公司開發，無錫市建筑設計研究院有限責任公司設計，江蘇潤揚項目管理公司監理，本項目位于揚州市汽車西站北，邗江大道以西。

本項目長 200.7 m，寬165.2 m，總建筑面積171755 m2，其中地上部分129963 m2，地下部分41792 m2。

本項目分南北各兩棟塔樓，A座(南區)為11層和21層兩座塔樓，B座(北區)為13層和23層兩座塔樓(層高均為3.5 m)。

2 現場發生碰撞腳手架的塔式起重機基本情況和安裝狀況

現場發生碰撞腳手架的2號塔機是江蘇通聯建設機械公司生產的QTZ63B(5511)型號，臂長55 m，該塔機最終安裝高度為32 m，在獨立高度41.82 m的范圍內，未附墻。

現場發生碰撞腳手架的3號塔機是江蘇通聯建設機械公司生產的QTZ40A(4008)型號，臂長37 m，該塔機最終安裝高度為72.5 m，使用3 道附墻。

3 2號和3號塔式起重機碰撞腳手架的基本情況

目前，2號塔式起重機碰B座(北區)13層塔樓的第8層的外腳手架南側和東北角部位，3號塔式起重機碰B座(北區)23層塔樓的第18層的外腳手架東側和西側部位。

4 解決方案

按照GB 5144-2006塔式起重機安全規程第10.3標準要求:“塔式起重機的尾部與周圍建筑物及其外圍施工設施之間的安全距離不小于0.6 m”，根據原來的施工程序，原來2號和3號塔機即將拆除，但是由于設計發生了變更等原因，兩臺塔機尚不能拆除，就出現了以上碰撞的情況，為了確保安全，相關單位提出了以下方案。

4.1 設置緩沖帶

緩沖帶由12號槽鋼為主支框架及直徑15.5mm鋼絲繩組成。其中每個撞擊點設置兩個緩沖帶，其水平間距為0.5 m，垂直間距為設置處樓層高度，鋼絲繩垂直方向纏繞固定，并保證兩個緩沖帶與臂架相撞時同時受力。緩沖帶距防護網距離不小于1 m，2號塔機在被撞建筑物8層～9層之間設置，3號塔機在被撞建筑物18層～19層之間設置。

4.2 回轉限位設置及調整

1)當起重臂架與撞擊點之間形成15°夾角時設置和調定回轉警示(見圖1a))。2)當起重臂架與撞機點之間形成5°夾角時調定回轉限位器，并切斷電源，此時起重臂架向建筑方向無法運行，但反方向可正常操作(見圖1b))。

圖1 回轉限位調整示意圖

4.3 駕駛員操作要求

1)在起重臂架進入警示區域后如需繼續向建筑物方向運動，回轉應采用點動操作，并嚴禁全速運行。如進入警示區域時臂架回轉速度較大應及時采取點動制動措施以降低臂架回轉速度直至停止。2)如遇上6級以上大風應停止使用兩塔機，用軟索鎖定起重臂架。

5 方案計算驗證和理論分析

根據機械振動原理，當塔機帶載荷或不帶載荷運動到緩沖帶時，雖然速度很慢，但對緩沖帶的鋼絲繩系統和塔機都會產生一種強迫振動。

因為緩沖帶是固定在主體結構上，鋼絲繩的受迫振動，最后通過12號槽鋼主支框架傳給了建筑物主體結構，本文對該過程不做詳細的分析，同時由于QTZ40A雖然安裝高度較高，但使用了3道附墻，受迫振動對結構影響不大，所以本文只對QTZ63B塔機的振動進行分析。

5.1 塔機的有限元分析

本文采用Blocklanczos(子空間)方法來進行模型的模態求解。

5.2 有限元模型的建立

QTZ63B塔機有限元網格模型見圖2。

圖2 QTZ63B塔機有限元網格模型

QTZ63B塔機安裝總高為32 m，塔臂長55 m，平衡臂長12.06 m，各部分桿件的截面幾何參數如下:

1)塔身外立柱為140×12的角鋼，水平桿為63×6的角鋼，斜支撐為75×8的角鋼;2)起重臂上弦桿用φ76×5的圓鋼管;起重臂斜腹桿和水平斜腹桿為φ30×3的圓鋼管，下弦外桿用43×80×8的矩形鋼管;3)平衡臂平臺的外框為160×65×5的槽鋼，水平斜腹桿為50×50×5的角鋼;4)設備材料為Q235號結構碳素鋼材，彈性模量200 GPa，泊松比為0.3，密度為7800 kg/m3。

本文采用直接生產單元的方式構建塔式起重機的有限元模型，模型由1463個單元和999個節點組成。

5.3 結果分析

運用ANSYS軟件分析表明，本文采用ANSYS所得到的計算結果與實際試驗基本一致，只要正確和仔細操作，誤差不大(見表1)，證明建模方法和計算方法是正確的。

表1 有限元分析與測試結果對比

6 結語

通過建立模型，可以發現通過理論分析與實際情況相差不大，該工程于2010年9月份竣工驗收，未發生安全生產事故，說明該緩沖帶設置的比較合理。

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