塔式起重機倒塌事故分析

袁 煖

（山西省機電設計研究院，山西太原 030009）

0 概述

塔式起重機在建筑施工中應用越來越廣泛，但是在使用過程中出現(xiàn)的安全事故也越來越多，尤其以塔式起重機坍塌事故造成的損失、傷害最為嚴重。塔式起重機倒塌原因一般有：①拆裝方面的問題。②使用方面的問題。③塔機本身質(zhì)量問題。解決了這些問題，使用塔吊的安全系數(shù)也將大大上升。在拆裝方面，拆裝隊伍無資質(zhì)，無證承攬拆裝任務、拆裝單位不編制拆裝方案，不進行安全技術交底，憑經(jīng)驗違章蠻干；拆裝單位人員、設備、技術等方面均不具備條件的要求，圖省事，憑想象進行相關工作，等等，都是導致事故的重要原因。

在使用方面，操作和指揮人員無證上崗。塔機操作和指揮人員未按規(guī)定經(jīng)過專業(yè)培訓取得資格證書上崗作業(yè)，不具備相應專業(yè)技能和知識。操作和指揮人員違章操作，違章指揮。如超載起吊、斜吊，在施工現(xiàn)場用塔機吊住砼泵輸送管打砼且隨意回轉等等。另外，設備日常檢查、保養(yǎng)不夠，致使塔機存在機械方面的安全隱患也是造成事故的原因。

而在塔機本身質(zhì)量上，鋼結構焊接達不到要求。焊縫的高度不夠，存在氣孔、夾渣甚至虛焊等缺陷，特別是塔帽、大臂、平衡臂等部件上的重要連接部位存在焊接質(zhì)量問題。零部件結構幾何尺寸與要求不符。下料未按要求，鋼材截面尺寸達不到國家標準規(guī)定，都可能導致慘重的事故。下面就以一臺塔式起重機在施工過程中突然倒塌的事故為例進行分析。

1 事故現(xiàn)場

1.1 現(xiàn)場概況

塔式起重機塔身倒塌，起重臂、平衡臂、配重翻倒，司機室被砸中。塔身共安裝12節(jié)標準節(jié)。塔式起重機標準節(jié)與斜撐桿連接的支撐連接耳座以上部位、第二標準節(jié)主肢角鋼呈斷裂狀，與主肢角鋼斷裂部位連接的腹桿角鋼呈斷開、彎曲狀，其余主肢角鋼呈折彎狀。該事故中在起重機上作業(yè)的一名工人當場死亡，起重臂砸中面包車，事故性質(zhì)非常嚴重。塔式起重機倒塌現(xiàn)場平面位置見圖1。

圖1 塔式起重機倒塌現(xiàn)場平面位置

1.2 拆解的塔式起重機機件狀況

連接斜撐桿的支撐連接耳座安裝于第二標準節(jié)主肢角鋼上中部，連接安裝斜撐桿支撐連接耳座部位對應的第二標準節(jié)的4個主肢角鋼上中部內(nèi)側均未見有加強板；第三第三標準節(jié)的4個主肢角鋼上中部內(nèi)側均焊接有加強板。與斜撐桿連接的支撐連接耳座以上部位、第二第二標準節(jié)主肢角鋼呈斷裂狀，斷裂位于主肢角鋼上焊接的標準節(jié)主肢連接套管內(nèi)側端，與主肢角鋼斷裂部位連接的腹桿角鋼呈斷開、彎曲狀，其余主肢角鋼呈折彎狀。斜撐桿斷裂，斷裂位于靠支撐連接耳座端的斜撐桿方形管與斜撐桿連接耳板焊接部位。第三第三標準節(jié)上角部的主肢角鋼角部端面可見開裂紋，角部端面有開裂紋的第三第三標準節(jié)主肢角鋼與第二標準節(jié)斷裂的主肢角鋼為第二第二、三標準節(jié)同一方位的主肢角鋼。第三第三標準節(jié)以上的9節(jié)標準節(jié)中部分標準節(jié)主肢角鋼角部內(nèi)圓弧面可見縱向開裂紋。塔式起重機起重臂、塔帽及部分平衡臂，第一、三節(jié)起重臂明顯受損；起重臂上弦桿連接單耳板孔水平方向不同程度拉長變形。塔式起重機回轉臺，回轉限位器安裝位置未見回轉限位器。塔帽，力矩限制器彈簧板下端安裝塊與塔帽弦桿上的下位連接板連接；塔帽弦桿上的上位連接板已彎曲變形，力矩限制器彈簧板上端安裝塊與塔帽弦桿上的上位連接板之間呈分開狀態(tài)。

2 關鍵件的分析說明

根據(jù)拆解的塔式起重機機件狀況，重點從幾個斷裂處以及開裂處分析說明。

（1）連接斜撐桿的支撐連接耳座安裝于第二第二標準節(jié)主肢角鋼上中部，連接安裝斜撐桿支撐連接耳座部位對應的第二第二標準節(jié)的4個主肢角鋼上中部內(nèi)側均未見有加強板；第三第三標準節(jié)的4個主肢角鋼上中部內(nèi)側均焊接有加強板。說明安裝塔式起重機時，將第二第二標準節(jié)與第三第三標準節(jié)的安裝順序裝反；主肢角鋼內(nèi)側未焊接加強板的第二第二標準節(jié)主肢角鋼部位承載能力較小，造成斜撐桿支撐連接耳座部位主肢角鋼承載能力不足。

（2）第二第二、三標準節(jié)主肢角鋼、橫腹桿角鋼、斜腹桿角鋼邊寬度及邊厚度尺寸符合GB/T 706—2008《熱軋型鋼》標準中外形尺寸允許偏差的要求。第二第二、三標準節(jié)主肢角鋼、橫腹桿角鋼、斜腹桿角鋼內(nèi)圓弧半徑分別為10 mm，5 mm，7 mm、均小于GB/T 706—2008《熱軋型鋼》標準規(guī)定的內(nèi)圓弧半徑14 mm，7 mm，9 mm的尺寸要求。角鋼內(nèi)圓弧半徑過小，導致角鋼內(nèi)圓弧處應力集中程度較大，對塔身標準節(jié)承受載荷能力產(chǎn)生不利影響。

（3）標準節(jié)主肢角鋼、橫腹桿角鋼、斜腹桿角鋼材料化學成分均符合GB/T 700—2006《碳素結構鋼》標準中Q235B材料化學成分要求，力學性能均符合GB/T 700—2006《碳素結構鋼》標準要求。

（4）通過低倍酸浸試驗表明，第二第二標準節(jié)主肢角鋼斷裂部位及第三三標準節(jié)主肢角鋼開裂部位的橫向面均可見細小而分散的縮孔，為一般疏松1.0級，級別在允許范圍，符合要求。并通過顯微組織試驗（圖2～圖7）表明，主肢角鋼顯微組織為鐵素體+珠光體，主肢角鋼組織中存在非金屬夾雜，C類夾雜相對較多，其中橫截面上達到1.5級，晶粒度為7.0級；級別在允許范圍。

（5）制造廠家提供的主肢圖明細表中明示：加強角鋼∠63 mm×5 mm，數(shù)量為2件，材料為Q235B，單件重量為0.6 kg，備注欄注明為無圖；主肢圖視圖中明示：標注的加強角鋼的長度尺寸為120 mm，主肢角鋼兩端焊接的2件加強角鋼外端面分別與主肢角鋼安裝端面齊平，2件加強角鋼里端面均與主肢角鋼兩端焊接的連接套管內(nèi)端面相距一定尺寸。

（6）主肢角鋼角部有開裂紋的第三第三標準節(jié)上角部中，連接套管長度均為98 mm；主肢角鋼內(nèi)側焊接的加強角鋼邊寬度均為75 mm、邊厚度均為6 mm、長度為98 mm，該加強角鋼型號尺寸為∠75 mm×75 mm×6 mm；加強角鋼外端面與主肢角鋼安裝端面之間相距尺寸為19 mm；該加強角鋼長度尺寸為原制造狀態(tài)尺寸。

圖2 橫截面夾雜×100

圖3 縱截面夾雜×100

圖4 橫截面晶粒度×100

圖5 橫截面組織×500

圖6 縱截面晶粒度×100

圖7 縱截面組織×500

（7）第二第二標準節(jié)上角部斷裂處對應的、仍與第三第三標準節(jié)連接的第二標準節(jié)斷裂部位主肢角鋼與連接套管組件中，連接套管長度均為98 mm；主肢角鋼內(nèi)側焊接的加強角鋼邊寬度均為75 mm、邊厚度均為6 mm、長度為60 mm，該加強角鋼型號尺寸為∠75 mm×75 mm×6 mm；加強角鋼外端面與主肢角鋼安裝端面之間相距尺寸為35 mm；該加強角鋼長度尺寸為原制造狀態(tài)尺寸。

（8）主肢圖中明示的加強角鋼型號為∠63 mm×5 mm，長度尺寸為120 mm。

主肢角鋼角部有開裂紋的第三標準節(jié)上角部中，主肢角鋼內(nèi)側焊接的加強角鋼型號為∠75 mm×75 mm×6 mm、長度尺寸為98 mm。仍與第三標準節(jié)連接的第二標準節(jié)斷裂部位主肢角鋼與連接套管組件中，主肢角鋼內(nèi)側焊接的加強角鋼型號為∠75×75×6、長度尺寸為60 mm。第二、三標準節(jié)主肢角鋼內(nèi)側焊接的加強角鋼型號與制造廠家提供的主肢圖中明示的不符、加強角鋼長度尺寸均小于主肢圖中明示的長度尺寸，第二與3標準節(jié)主肢角鋼內(nèi)側焊接的加強角鋼長度尺寸也不一致，而第二標準節(jié)主肢角鋼內(nèi)側焊接的加強角鋼長度尺寸比圖紙要求的長度尺寸短一倍。說明標準節(jié)未按設計圖紙、加工工藝要求焊接加工制造標準節(jié)主肢加強角鋼。

（9）制造廠家提供的主肢圖中明示主肢角鋼兩端焊接的2件加強角鋼外端面分別與主肢角鋼安裝端面齊平。加強角鋼對主肢角鋼安裝端角部起到加強保護作用。

主肢角鋼角部有開裂紋的第三標準節(jié)上角部中，主肢角鋼內(nèi)側焊接的加強角鋼外端面與主肢角鋼安裝端面之間相距尺寸為19 mm。

仍與第三標準節(jié)連接的第二標準節(jié)斷裂部位主肢角鋼內(nèi)側焊接的加強角鋼外端面與主肢角鋼安裝端面之間相距尺寸為35 mm。第二、三標準節(jié)主肢角鋼內(nèi)側焊接的加強角鋼外端面未與主肢角鋼安裝端面齊平，對主肢角鋼安裝端角部沒有起到足夠的加強保護作用。

（10）制造廠家提供的主肢圖中明示主肢角鋼兩端焊接的2件加強角鋼里端面均與連接套管內(nèi)端面相距一定尺寸。以避免產(chǎn)生標準節(jié)主肢橫截面突變相對較大，實現(xiàn)截面相對連續(xù)過渡，減少應力集中。按實際測量連接套管長度為98 mm及主肢圖中明示加強角鋼的長度尺寸為120 mm進行計算，加強角鋼里端面與連接套管內(nèi)端面相距一定的尺寸為22 mm。

主肢角鋼角部有開裂紋的第三標準節(jié)上角部中，加強角鋼里端面與連接套管內(nèi)端面之間相對尺寸為19 mm。仍與第三標準節(jié)連接的第二標準節(jié)斷裂部位主肢角鋼內(nèi)側焊接的加強角鋼里端2個邊端面與2件連接套管內(nèi)端面之間相對尺寸為3～5 mm。第二標準節(jié)主肢角鋼兩端焊接的加強角鋼里端面與連接套管內(nèi)端面相距尺寸3～5 mm，＜22 mm；沒有起到避免標準節(jié)主肢橫截面產(chǎn)生程度較大突變，實現(xiàn)截面相對連續(xù)過渡，減少應力集中的作用。

由于標準節(jié)未按設計圖紙、加工工藝要求加工制造標準節(jié)主肢加強角鋼，加強角鋼長度過短，也就不能既保證加強角鋼外端面與主肢角鋼安裝端面齊平又能保證加強角鋼里端面與連接套管內(nèi)端面相距一定尺寸；也就不能既對主肢角鋼安裝端角部起到足夠的加強保護作用又能起到避免標準節(jié)主肢橫截面產(chǎn)生程度較大突變、實現(xiàn)截面相對連續(xù)過渡、減少應力集中的作用。

（11）第二標準節(jié)主肢角鋼內(nèi)側焊接的加強角鋼長度尺寸比圖紙要求的長度尺寸短一倍，實際的加強角鋼與主肢角鋼的焊接位置，既沒有對主肢角鋼安裝端角部起到足夠的加強保護作用，還造成標準節(jié)主肢橫截面產(chǎn)生程度較大突變，且在主肢角鋼邊部內(nèi)、外形成焊縫匯集不良影響，均導致橫截面突變部位應力集中嚴重程度增加。第二標準節(jié)主肢角鋼橫斷口正是位于主肢截面與主肢其他部位截面產(chǎn)生大程度突變橫截面處。

（12）第二、三標準節(jié)主肢角鋼安裝端角部內(nèi)圓弧面產(chǎn)生縱向斷裂、開裂，與標準節(jié)采用的角鋼內(nèi)圓弧半徑過小、造成應力集中較大，以及未按設計圖紙工藝要求加工主肢加強角鋼、對主肢角鋼安裝端角部沒有起到足夠的加強保護作用有關。

（13）該塔式起重機工作過程中，塔身標準節(jié)承受著方向隨時變化的彎曲載荷，標準節(jié)主肢承受的應力為交變應力；斜撐桿連接的支撐連接耳座以上部位的第二標準節(jié)主肢是承受彎曲載荷最大的部位，也正是第二標準節(jié)主肢橫截面突變程度大、嚴重應力集中的部位，同時也是由于安裝時將第二與第三標準節(jié)的安裝順序裝反，斜撐桿支撐連接耳座部位主肢承載能力不足，造成影響最大的部位。塔身標準節(jié)采用的角鋼內(nèi)圓弧半徑過小，角鋼內(nèi)圓弧處應力集中較大，對塔身標準節(jié)、主肢承受載荷能力也產(chǎn)生不利影響。

3 結論

3.1 塔式起重機存在質(zhì)量問題

（1）標準節(jié)未按設計圖紙、加工工藝要求焊接加工制造標準節(jié)主肢加強角鋼。

（2）標準節(jié)主肢角鋼、橫腹桿角鋼、斜腹桿角鋼內(nèi)圓弧半徑均不符合GB/T 700—2008《熱軋型鋼》標準對應規(guī)格所要求的尺寸。

3.2 造成塔式起重機倒塌原因

（1）標準節(jié)未按設計圖紙、加工工藝要求焊接加工制造標準節(jié)主肢加強角鋼；致使標準節(jié)主肢橫截面突變增大，形成焊縫匯集不良影響，應力集中嚴重。

（2）標準節(jié)主肢角鋼、橫腹桿角鋼、斜腹桿角鋼內(nèi)圓弧半徑均不符合GB/T 706—2008《熱軋型鋼》標準對應規(guī)格所要求的尺寸；內(nèi)圓弧半徑過小，應力集中較大，對塔身、標準節(jié)主肢承受載荷能力產(chǎn)生不利影響。

（3）安裝時將第二與第三標準節(jié)的安裝順序裝反，造成斜撐桿支撐連接耳座部位標準節(jié)主肢承載能力不足。

4 結束語

由上分析印證了塔式起重機必須嚴格按照設計圖紙、加工工藝要求加工制造，嚴格按照使用說明書安裝使用，才能保證塔式起重機安全性，避免人員傷亡、財產(chǎn)損失的事故發(fā)生。

［1］GB/T 706—2008，熱軋型鋼［S］.

［2］GB/T 700—2006，碳素結構鋼［S］.