塔式起重机倒塌撞击荷载与台风灾害相关

建筑结构产生偶然荷载的因素很多，如由飞行器、机动车、电梯等运动物体引起的撞击，燃气、炸药、压力容器、粉尘等引起的爆炸，以及雪、风、洪水等自然灾害等。在建筑结构设计中偶然荷载越来越重要。

欧洲规范从三个方面来考虑偶然荷载：①荷载的机理，包括偶然荷载形成的原因、短暂时间内建筑结构的动力响应、计算模型等；②偶然荷载出现的概率，从概率的观点对偶然荷载发生的后果进行分析；③偶然荷载响应后果定量分析与优化的协调，针对不同后果采取措施从经济上考虑优化设计的问题。然而从上述三方面综合确定偶然荷载代表值相当困难，因此提出当缺乏后果定量分析及经济优化设计数据时，对偶然荷载可以按导致失效概率万年一遇确定，相当于偶然荷载年失效概率万分之一。假设在偶然荷载设计状况下结构的可靠指标为β=3.8，其取值的超越概率为

这是对设计基准期是50年而言，对1年的超越概率则为0.003/50=0.00006，近似取万分之一。

我国目前对偶然荷载的研究和认知水平以及设计经验有限，《建筑结构荷载规范：GB 50009—2012》[1]仅对炸药及燃气爆炸、电梯及汽车撞击等较为常见且有一定研究资料和设计经验的偶然荷载作出规定，对其他建筑结构偶然荷载，由有关权威机构或主管工程人员根据经济和社会政策、结构设计和使用经验、结合实际情况或参考有关资料确定偶然荷载代表值，设计人员可以参考。

设计人员在结构分析和构件设计中是否需要考虑偶然荷载作用，要根据结构的重要性、复杂程度及结构类型等因素由经验决定。避免因偶然荷载作用引起结构的连续倒塌，增加结构冗余度、强化结构构造、优化结构方案等措施是偶然荷载的设计原则。

设计人员在建筑结构设计中计算荷载偶然组合的效应设计值Sd时，应考虑偶然荷载发生时和偶然荷载发生后两种设计状况。首先，在偶然事件发生时，应保证某些特殊部位的构件具备一定的抵抗偶然荷载的承载能力，防止结构构件受损。此时结构承受荷载有偶然荷载、永久荷载、活荷载或其他荷载，偶然荷载组合的效应设计值，应按下式计算：

式中：——按第j个永久荷载标准值Gjk计算的荷载效应值；

　　　——按偶然荷载标准值Ad计算的荷载效应值；

　　　——第1个可变荷载的频遇值系数；

　　　——按第i个可变荷载标准值Qik计算的荷载效应值，其中为诸可变荷载效应中起控制作用者；(www.xing528.com)

　　　ψqi——第i个可变荷载的准永久值系数。

其次，要保证在偶然事件发生后，对于对应于偶然设计状况的永久荷载和可变荷载，受损结构能够承担，保证结构有足够的整体稳固性，偶然荷载不至于引起结构连续倒塌，此时应采用结构整体稳固验算的偶然荷载效应组合：

2017年“天鸽”强台风中，珠海市有138台塔式起重机风致损坏，其中倒塌110台，受损变形28台，物料提升机倒塌1台，损失十分惨重，给灾后抢险与重建带来巨大的工作量和负担。经过统计，平均每台塔式起重机倒塌的损失包括购买塔式起重机费用、大型吊车费用、撞击破坏后结构鉴定费用、结构加固费用共150万元，全市138台塔式起重机总损失约2亿元。塔式起重机倒塌时的下坠物主要是配重块，对建筑结构产生很大的撞击荷载，属于偶然荷载的一种。受台风过境影响，根据塔式起重机倒塌全过程监控视频显示，分析高度较高处于附着状态塔式起重机倒塌特征，往往在最后一道附墙处塔身标准节段倾斜、弯曲、断裂，见图4.1.1-1。塔机回转以上部分臂架配重块较重倾覆时朝下先坠落，标准节段后坠落，见图4.1.1-2。塔机回转以上部分臂架配重块撞击地面后标准节段横倒在地面，见图4.1.1-3。

图4.1.1-1　标准节段倾斜、弯曲（视频截图）

图4.1.1-2　臂架配重块朝下先坠落（视频截图）

图4.1.1-3　臂架配重块撞击地面（视频截图）

其中某项目中联重科塔式起重机［QTZ 100（TC6513-6型）］目前配重是：2.85 t×6+1.4t×1=15.5 t，最大配重块重2.85 t。目前建筑总高度为100 m已封顶的建筑结构，塔式起重机坠落高度为110 m，自由落体速度：=46.432m/s。 撞击时间取t=0.5s，基于动量定理给出了撞击力的一般公式，配重块的撞击集中荷载标准值：°设塔式起重机配重块撞击楼面的最不利状态下集中平面尺寸约为3 m×3 m=9 m2，如配重块散落在楼面上时撞击荷载不集中，因此取最不利状态下撞击荷载在地下室顶板产生的等效均布静荷载标准值：。普通住宅人防地下室顶板设计考虑荷载标准值有：①按照《人民防空地下室设计规范：GB 50038—2005》[2]第4.7.2条，防常规武器抗力级别6级时，单层人防地下室顶板设计考虑常规武器爆炸人防等效静荷载标准值qcel=30～15 kPa。②人防地下室顶板覆盖土厚度一般为1.0 m＜h≤1.5 m，设计考虑覆盖土自重荷载18 kPa＜qQ≤27 kPa。③乙类人防地下室结构应分别按平时使用状态的结构设计荷载、战时常规武器爆炸等效静荷载与静荷载同时作用两种情况的荷载（效应）组合进行设计，并取最不利的效应组合作为设计依据。其中静荷载主要为覆盖土重量。④塔式起重机倒塌撞击荷载在地下室顶板产生的均布荷载远远大于人防地下室顶板等效静荷载标准值qk＞qcel +qQ，导致单层人防地下室顶板破坏，少数项目击穿2层地下室。