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[摘 要]福清核电站塔机中有10多台在安装时基础顶高在地面以下，而塔机生产厂家提供的塔机抗风能力是根据基础顶面位于地面时的标准情况下考虑的，而现场塔机基础顶面实际高度多数低于地面，本文通过计算基础顶面在零米以下的塔机的实际抗风能力，与厂家提供的标准情况下的塔机抗风能力的数据进行对比，探讨基础位置对塔机抗风能力的影响。
[关键词]塔机；塔机抗风；塔机基础
中图分类号：TP719 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0320-01
引言：塔机是核电建设中重要的建筑施工机械，核电站选址多临近海边，塔机的抗台风等级是需要重点考虑的性能。在核电施工初期塔机基础位置安装较低，随着周边厂房施工进展，塔机周边都已回填，塔机露出的塔身的迎风面明显低于标准情况下相同标准节的塔机，塔身露出地面越少相应的抗风能力应该越高，本文通过计算塔身实际抗风能力来探讨基础位置对塔机实际抗风能力的影响。
1.工程概况
根据工程实况选择一台独立塔机，塔机型号为STT293，安装17节标准，塔身为圆钢桁架结构，塔身桁架结构宽度2m，基础顶标高-2.5m，独立状态塔机计算高度55.8m，臂长70m，根据塔机生产厂家提供的数据17节标准节时能够抵抗14级风。
2.抗风能力计算
2.1塔机风荷载计算
本塔机为独立状态塔机，抗台风能力计算是属于非工作状态，根据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》JGJ/T187-2009附录A第A.3项可知，非工作状态时塔机风载荷的等效均布线荷载标准值计算公式：
q’sk=ω’kA/H ω’k=βzμsμzω’0 A=α0BH/H
式中：q’sk—非工作状态时，风荷载的等效均布线载荷标准值（KN/m）；
ω’k—非工作状态时，风荷载标准值（KN/m?）；
βz—塔机风振系数；
μs—塔身桁架迎风净投影面积的体积系数；
μz—风压等效高度变化系数；
ω’0—非工作状态时的基本风压（KN/m?）；
A—塔身单片桁架结构迎风面积（m?）；
α0—塔身前后片桁架的平均充实率；
H—塔机独立状态下计算高度（m）。
2.1.1计算塔机风振系数（βz）：
根据《高耸结构设计规范》GB50135-2006中的4.2.9公式：
βz=1+ζε1ε2
式中：ζ—脉动增大系数
ε1—考虑风压脉动和风压高度变化的影响系数
ε2—考虑振型和结构外形的影响系数
其中ζ可按照《高耸結构设计规范》GB50135-2006中的4.2.9-1查出，需计算ω0T?：
以基本风压（ω0）和基本自振周期（T）带入公式ω0T?，按照《高耸结构设计规范》GB50135-2006中的表4.2.9-1查表：
ω0按照《建筑结构荷载规范》GB50009-2012附录E第E.2.4条公式：
ω0=0.5ρv0?
由于空气密度（ρ）和重度（r）的关系为r=ρ·g
得到：ω0=0.5·r·v?/g
在标准状态下（气压为1013hPa，温度为15℃），空气重度r=0.1225[KN/m?]。纬度为45°处的重力加速度g=9.8[m/s?]，得到：
ω0=v?/1600
此时取15级风（46.2-50.9m/s）的风速上限50.9m，计算出：
ω0=1.62KN/m?
混凝土基础的塔机桁架结构的基本自振周期（T）根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012附录F简化计算：
T=0.012H
式中：H-塔机的计算高度
T=0.012×55.8=0.67
此时ω0T?=0.73，按照《高耸结构设计规范》GB50135-2006中的4.2.9-1查出15级风时无维护钢结构的脉动系数：
ζ=2.40
ε1按照塔机独立高度H和地面粗糙度A查《高耸结构设计规范》GB50135-2006表4.2.9-2可知为：
ε1=0.42
ε2按照塔机重心的相对高度 =0.65，塔身顶部和底部的宽度比为1，考虑《高耸结构设计规范》GB50135-2006第4.2.9条注5的规定，查表4.2.9-3可知为：ε2=0.65
根据以上数据可以计算得出塔机风振系数（βz）：
βz=1+ζε1ε2=1+2.40×0.42×0.65=1.66
2.1.2计算风压等效高度变化系数μz：
μz风压等效高度变化系数，根据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》JGJ/T187-2009附录A第A.1.4条查表可知：μz=1.73
2.1.3计算塔身桁架迎风净投影面积的体积系数μs：
μs塔身桁架迎风净投影面积的体积系数，根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012表8.3.1第33项可知：
单榀桁架的整体体型系数：μst=φμ’s
n榀桁架的整体体型系数：μstw=μst
式中：μst—单榀桁架的整体体型系数；
μ’s—桁架构件的体型系数，按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012表8.3.1第37（b）项可知为0.6；
φ—桁架的挡风系数即塔机的结构充实率α0，由于本塔机为无加强标准节的塔机，根据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》JGJ/T187-2009中附录A.1.6知，α0=0.35； n—塔机的塔身前后桁架榀数，取n=2；
η—查《建筑结构荷载规范》GB50009-2012表8.3.1第33项，取η=0.5；
塔身桁架迎风面净投影面积的体型系数：
μs= =0.9
非工作状态时塔机风载荷的等效均布线荷载标准值计算：
q’sk=βzμsμzω’0α0BH/H=1.66×0.9×1.73×1.62×0.35×2=2.93KN/m
2.2非工作状态时塔机风荷载的水平合力计算：
F’sk=α·q’sk·H1
在台风时，塔吊在台风前受到的风力风向与台风后受到的风力风向相反，在台风过程中存在着风沿着塔机塔身方向截面的对角线方向吹的情况，风荷载应乘以风向系数（α），根据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》JGJ/T187-2009中附录A第A.1.6可知α=1.2；H1为地面以上高度。
F’sk=1.2×2.93×55.8=196.19KN
2.3非工作状态时风荷载作用在基础顶面的力矩：
Msk=0.5F’sk·H2=0.5×196.19×58.3=5718.94KN·m
H2为塔身实际高度，通过查询说明书17节标准70米臂时倾翻力矩为3908KN·m，小于非工作状态时15级风荷载作用在基础顶面的力矩。
分别计算基础顶高在-6m、-9m、-12m（标准节高度3m）时，Msk分别为4835.07KN·m、4387.28KN·m、3458.21KN·m。
在塔身受风高度比实际塔身高度低12m（地面以上13节标准）时能够达到抗15級风。而根据厂家提供的数据，标准情况下该塔吊塔身高度减少2节标准节（共15节）时能够抵抗15级风。塔机不同型号、不同高度时情况不一样，就不再一一计算。
3.结论
在实际工作中，塔机基础位置高度比标准情况下低1个标准节左右高度时不必考虑其抗风能力的提高，只有在基础位置比标准情况低较多时，才有可能使其比标准情况下的塔吊抗风能力高，这种时候才有必要通过计算了解塔机实际抗风能力。
参考文献
[1]JGJ/T187-2009，塔式起重机混凝土基础工程技术规程，中国建筑工业出版社，2009
[2]GB50135-2006，高耸结构设计规范，中国计划出版社，2007
[3]GB5009-2012，建筑结构荷载规范，中国建筑工业出版社，2012
[4]STT293塔式起重机安装使用说明，抚顺永茂建筑机械有限公司，2008
[关键词]塔机；塔机抗风；塔机基础
中图分类号：TP719 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0320-01
引言：塔机是核电建设中重要的建筑施工机械，核电站选址多临近海边，塔机的抗台风等级是需要重点考虑的性能。在核电施工初期塔机基础位置安装较低，随着周边厂房施工进展，塔机周边都已回填，塔机露出的塔身的迎风面明显低于标准情况下相同标准节的塔机，塔身露出地面越少相应的抗风能力应该越高，本文通过计算塔身实际抗风能力来探讨基础位置对塔机实际抗风能力的影响。
1.工程概况
根据工程实况选择一台独立塔机，塔机型号为STT293，安装17节标准，塔身为圆钢桁架结构，塔身桁架结构宽度2m，基础顶标高-2.5m，独立状态塔机计算高度55.8m，臂长70m，根据塔机生产厂家提供的数据17节标准节时能够抵抗14级风。
2.抗风能力计算
2.1塔机风荷载计算
本塔机为独立状态塔机，抗台风能力计算是属于非工作状态，根据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》JGJ/T187-2009附录A第A.3项可知，非工作状态时塔机风载荷的等效均布线荷载标准值计算公式：
q’sk=ω’kA/H ω’k=βzμsμzω’0 A=α0BH/H
式中：q’sk—非工作状态时，风荷载的等效均布线载荷标准值（KN/m）；
ω’k—非工作状态时，风荷载标准值（KN/m?）；
βz—塔机风振系数；
μs—塔身桁架迎风净投影面积的体积系数；
μz—风压等效高度变化系数；
ω’0—非工作状态时的基本风压（KN/m?）；
A—塔身单片桁架结构迎风面积（m?）；
α0—塔身前后片桁架的平均充实率；
H—塔机独立状态下计算高度（m）。
2.1.1计算塔机风振系数（βz）：
根据《高耸结构设计规范》GB50135-2006中的4.2.9公式：
βz=1+ζε1ε2
式中：ζ—脉动增大系数
ε1—考虑风压脉动和风压高度变化的影响系数
ε2—考虑振型和结构外形的影响系数
其中ζ可按照《高耸結构设计规范》GB50135-2006中的4.2.9-1查出，需计算ω0T?：
以基本风压（ω0）和基本自振周期（T）带入公式ω0T?，按照《高耸结构设计规范》GB50135-2006中的表4.2.9-1查表：
ω0按照《建筑结构荷载规范》GB50009-2012附录E第E.2.4条公式：
ω0=0.5ρv0?
由于空气密度（ρ）和重度（r）的关系为r=ρ·g
得到：ω0=0.5·r·v?/g
在标准状态下（气压为1013hPa，温度为15℃），空气重度r=0.1225[KN/m?]。纬度为45°处的重力加速度g=9.8[m/s?]，得到：
ω0=v?/1600
此时取15级风（46.2-50.9m/s）的风速上限50.9m，计算出：
ω0=1.62KN/m?
混凝土基础的塔机桁架结构的基本自振周期（T）根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012附录F简化计算：
T=0.012H
式中：H-塔机的计算高度
T=0.012×55.8=0.67
此时ω0T?=0.73，按照《高耸结构设计规范》GB50135-2006中的4.2.9-1查出15级风时无维护钢结构的脉动系数：
ζ=2.40
ε1按照塔机独立高度H和地面粗糙度A查《高耸结构设计规范》GB50135-2006表4.2.9-2可知为：
ε1=0.42
ε2按照塔机重心的相对高度 =0.65，塔身顶部和底部的宽度比为1，考虑《高耸结构设计规范》GB50135-2006第4.2.9条注5的规定，查表4.2.9-3可知为：ε2=0.65
根据以上数据可以计算得出塔机风振系数（βz）：
βz=1+ζε1ε2=1+2.40×0.42×0.65=1.66
2.1.2计算风压等效高度变化系数μz：
μz风压等效高度变化系数，根据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》JGJ/T187-2009附录A第A.1.4条查表可知：μz=1.73
2.1.3计算塔身桁架迎风净投影面积的体积系数μs：
μs塔身桁架迎风净投影面积的体积系数，根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012表8.3.1第33项可知：
单榀桁架的整体体型系数：μst=φμ’s
n榀桁架的整体体型系数：μstw=μst
式中：μst—单榀桁架的整体体型系数；
μ’s—桁架构件的体型系数，按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012表8.3.1第37（b）项可知为0.6；
φ—桁架的挡风系数即塔机的结构充实率α0，由于本塔机为无加强标准节的塔机，根据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》JGJ/T187-2009中附录A.1.6知，α0=0.35； n—塔机的塔身前后桁架榀数，取n=2；
η—查《建筑结构荷载规范》GB50009-2012表8.3.1第33项，取η=0.5；
塔身桁架迎风面净投影面积的体型系数：
μs= =0.9
非工作状态时塔机风载荷的等效均布线荷载标准值计算：
q’sk=βzμsμzω’0α0BH/H=1.66×0.9×1.73×1.62×0.35×2=2.93KN/m
2.2非工作状态时塔机风荷载的水平合力计算：
F’sk=α·q’sk·H1
在台风时，塔吊在台风前受到的风力风向与台风后受到的风力风向相反，在台风过程中存在着风沿着塔机塔身方向截面的对角线方向吹的情况，风荷载应乘以风向系数（α），根据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》JGJ/T187-2009中附录A第A.1.6可知α=1.2；H1为地面以上高度。
F’sk=1.2×2.93×55.8=196.19KN
2.3非工作状态时风荷载作用在基础顶面的力矩：
Msk=0.5F’sk·H2=0.5×196.19×58.3=5718.94KN·m
H2为塔身实际高度，通过查询说明书17节标准70米臂时倾翻力矩为3908KN·m，小于非工作状态时15级风荷载作用在基础顶面的力矩。
分别计算基础顶高在-6m、-9m、-12m（标准节高度3m）时，Msk分别为4835.07KN·m、4387.28KN·m、3458.21KN·m。
在塔身受风高度比实际塔身高度低12m（地面以上13节标准）时能够达到抗15級风。而根据厂家提供的数据，标准情况下该塔吊塔身高度减少2节标准节（共15节）时能够抵抗15级风。塔机不同型号、不同高度时情况不一样，就不再一一计算。
3.结论
在实际工作中，塔机基础位置高度比标准情况下低1个标准节左右高度时不必考虑其抗风能力的提高，只有在基础位置比标准情况低较多时，才有可能使其比标准情况下的塔吊抗风能力高，这种时候才有必要通过计算了解塔机实际抗风能力。
参考文献
[1]JGJ/T187-2009，塔式起重机混凝土基础工程技术规程，中国建筑工业出版社，2009
[2]GB50135-2006，高耸结构设计规范，中国计划出版社，2007
[3]GB5009-2012，建筑结构荷载规范，中国建筑工业出版社，2012
[4]STT293塔式起重机安装使用说明，抚顺永茂建筑机械有限公司，2008