畢業(yè)論文：基于安全效益的塔吊可靠性研究

基于安全效益的塔吊可靠性研究
麥景成
（中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)，湖北 武漢 430037）
摘要：建筑業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中的重要組成部分，隨著項(xiàng)目規(guī)模日益增大，管理難度也隨之提高。城市高層建筑不斷涌現(xiàn)，塔吊的使用日益頻繁，成為工程施工中最常用的垂直運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備。塔吊是施工中的重大危險(xiǎn)性工程，如何保證塔吊能可靠工作是建筑企業(yè)要解決的重大技術(shù)問題。同時(shí)，為了達(dá)到安全施工的目標(biāo)，又要降低安全經(jīng)費(fèi)的投入，以安全效益的原則來保證經(jīng)濟(jì)性。本文將基于安全效益對(duì)塔吊安全投入進(jìn)行研究，尋找最佳的安全投資點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：安全效益；塔吊；可靠性；安全投資點(diǎn)

Abstract：The construction industry is an important part of the national economy in China, there are more difficulties due to the increasing scale of engineering projects, especially the security problems, which always trouble the construction
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提高效率和產(chǎn)出的方法，但在追求最佳投入產(chǎn)出比和利潤最大化的同時(shí)，施工安全是要面對(duì)的最大問題，其中施工人員的安全意識(shí)、技能和投入是影響安全的三個(gè)重要因素。然而，在建筑企業(yè)不斷增加安全投入的同時(shí)，事故卻依然頻繁發(fā)生，這讓我們不得不思考：是否更多的安全投入就能改善施工的安全狀況？怎樣的安全投入是合理的？目前的文獻(xiàn)都單獨(dú)研究安全效益或者塔吊可靠性分析，而把兩者結(jié)合起來進(jìn)行研究的尚且不多。本文以塔吊為例，引入安全效益原則對(duì)塔吊可靠性進(jìn)行分析，從而說明合理的投入與安全的關(guān)系，尋找最佳的安全投資點(diǎn)。

2 安全投資效益
2.1 安全效益
安全經(jīng)濟(jì)效益是指通過安全投資實(shí)現(xiàn)的安全條件，在生產(chǎn)和生活過程中保障技術(shù)、環(huán)境及人員的能力和功能，并提高其潛能，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所帶來的利益 [7]。
假如安全功能函數(shù)以F（s）表示，安全成本函數(shù)以C（s）表示，則安全效益函數(shù)E（s）的表達(dá)式為式（1），函數(shù)圖如圖1所示。
E（s）=F（s）—E（s） （1）


圖1 安全成本及效益函數(shù)
從圖上可以看出，在S0點(diǎn)ES取得最大值，SL和SU是安全經(jīng)濟(jì)盈虧點(diǎn)，它們決定了S的理論上下限，在S0點(diǎn)附近，能取得最佳安全效益。

2.2 邊際投資技術(shù)
邊際投資（或邊際成本）指生產(chǎn)中安全度增加一個(gè)單位時(shí)，安全投資的增量。進(jìn)行邊際投資分析，離不開邊際效益的概念。從圖2可以看出，邊際投資隨著安全度的提高而上升，而邊際損失隨著安全度的提高，呈遞減趨勢(shì)。在低水平的安全度條件下，邊際損失很高；當(dāng)安全較高時(shí)，此時(shí)邊際損失則很低，而邊際投資正好相反。

圖2 邊際效益與邊際投資的關(guān)系
圖中反映在最佳安全度S0，邊際投資量等于邊際損失量，即安全投資的增加量等于事故損失的減少量，此時(shí)安全效益反映在間接效益和潛在效益上。因此，從經(jīng)濟(jì)效益的角度，通常以最佳的安全效益點(diǎn)作為安全投資的參考基點(diǎn)，用于指導(dǎo)安全投資的決策。

3 案例分析
以武漢某在建高層住宅為例，該項(xiàng)目地下1層，地上20層，地上高度為68米，總建筑面積14780㎡。結(jié)構(gòu)為柱下墩式基礎(chǔ)，基礎(chǔ)承臺(tái)底標(biāo)高為-10.00m。假設(shè)現(xiàn)場(chǎng)最大起重構(gòu)件為5t，現(xiàn)使用型號(hào)為QTZ63的塔吊作為起吊設(shè)備，其具體參數(shù)如下：
自重F1（KN）：450.8；最大起重荷載F2（KN）：60；塔吊傾覆力矩M（KN.m）：630；塔吊起升高度H（m）：101；塔身寬度B（m）：1.6。
本案例中的塔吊工程采用的是天然基礎(chǔ)，主要設(shè)計(jì)參數(shù)有基礎(chǔ)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)、基礎(chǔ)以上土的厚度D（m）、基礎(chǔ)承臺(tái)厚度h（m）、基礎(chǔ)承臺(tái)寬度BC（m）、地基承載力設(shè)計(jì)值（kPa）和鋼筋級(jí)別。為簡化計(jì)算，本研究中天然基礎(chǔ)混凝土等級(jí)統(tǒng)一使用C20，地基承載力設(shè)計(jì)值為193kPa，鋼筋級(jí)別是Ⅱ級(jí)鋼。

3.1可靠性分析
取基礎(chǔ)以上土厚度D為2 m，基礎(chǔ)承臺(tái)厚度h為1.65 m，基礎(chǔ)承臺(tái)寬度BC為5 m，對(duì)塔吊進(jìn)行可靠性驗(yàn)算，結(jié)果如下：
（1）塔吊承載力計(jì)算
依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2002)第5.2條承載力計(jì)算。
計(jì)算簡圖:

當(dāng)不考慮附著時(shí)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)值計(jì)算公式：

當(dāng)考慮附著時(shí)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)值計(jì)算公式：

當(dāng)考慮偏心矩較大時(shí)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)值計(jì)算公式：

式中：
F──塔吊作用于基礎(chǔ)的豎向力，F(xiàn)=304.30kN；
G──基礎(chǔ)自重與基礎(chǔ)上面的土的自重：
G=1.2*(25.0*Bc*Bc*Hc+γm *Bc*Bc*D) =2437.50kN；
γm──土的加權(quán)平均重度
Bc──基礎(chǔ)底的寬度，取Bc=5.00m；
W──基礎(chǔ)底面抵抗矩，W=Bc*Bc*Bc/6=20.83m3；
M──傾覆力矩，包括風(fēng)荷載產(chǎn)生的力矩和最大起重力矩，M=1.4*630.00=882.00kN.m；
a──合力作用點(diǎn)至基礎(chǔ)底面最大壓力邊緣距離(m)，按下式計(jì)算：

a= Bc / 2-M / (F ……（未完，全文共6483字，當(dāng)前僅顯示2276字，請(qǐng)閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文：基于安全效益的塔吊可靠性研究》）