袁 煖

（山西省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030009）

0 概述

塔式起重機(jī)在建筑施工中應(yīng)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(jī)坍塌事故造成的損失、傷害最為嚴(yán)重。塔式起重機(jī)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(jī)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(duì)伍無資質(zhì)，無證承攬拆裝任務(wù)、拆裝單位不編制拆裝方案，不進(jìn)行安全技術(shù)交底，憑經(jīng)驗(yàn)違章蠻干；拆裝單位人員、設(shè)備、技術(shù)等方面均不具備條件的要求，圖省事，憑想象進(jìn)行相關(guān)工作，等等，都是導(dǎo)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(jī)操作和指揮人員未按規(guī)定經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)取得資格證書上崗作業(yè)，不具備相應(yīng)專業(yè)技能和知識(shí)。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(chǎng)用塔機(jī)吊住砼泵輸送管打砼且隨意回轉(zhuǎn)等等。另外，設(shè)備日常檢查、保養(yǎng)不夠，致使塔機(jī)存在機(jī)械方面的安全隱患也是造成事故的原因。

而在塔機(jī)本身質(zhì)量上，鋼結(jié)構(gòu)焊接達(dá)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(jié)構(gòu)幾何尺寸與要求不符。下料未按要求，鋼材截面尺寸達(dá)不到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，都可能導(dǎo)致慘重的事故。下面就以一臺(tái)塔式起重機(jī)在施工過程中突然倒塌的事故為例進(jìn)行分析。

1 事故現(xiàn)場(chǎng)

1.1 現(xiàn)場(chǎng)概況

塔式起重機(jī)塔身倒塌，起重臂、平衡臂、配重翻倒，司機(jī)室被砸中。塔身共安裝12節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。塔式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與斜撐桿連接的支撐連接耳座以上部位、第二標(biāo)準(zhǔn)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(jī)上作業(yè)的一名工人當(dāng)場(chǎng)死亡，起重臂砸中面包車，事故性質(zhì)非常嚴(yán)重。塔式起重機(jī)倒塌現(xiàn)場(chǎng)平面位置見圖1。

圖1 塔式起重機(jī)倒塌現(xiàn)場(chǎng)平面位置

1.2 拆解的塔式起重機(jī)機(jī)件狀況

連接斜撐桿的支撐連接耳座安裝于第二標(biāo)準(zhǔn)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(duì)應(yīng)的第二標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的4個(gè)主肢角鋼上中部?jī)?nèi)側(cè)均未見有加強(qiáng)板；第三第三標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的4個(gè)主肢角鋼上中部?jī)?nèi)側(cè)均焊接有加強(qiáng)板。與斜撐桿連接的支撐連接耳座以上部位、第二第二標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢角鋼呈斷裂狀，斷裂位于主肢角鋼上焊接的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢連接套管內(nèi)側(cè)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢角鋼與第二標(biāo)準(zhǔn)節(jié)斷裂的主肢角鋼為第二第二、三標(biāo)準(zhǔn)節(jié)同一方位的主肢角鋼。第三第三標(biāo)準(zhǔn)節(jié)以上的9節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)中部分標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢角鋼角部?jī)?nèi)圓弧面可見縱向開裂紋。塔式起重機(jī)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(zhǎng)變形。塔式起重機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)，回轉(zhuǎn)限位器安裝位置未見回轉(zhuǎn)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(guān)鍵件的分析說明

根據(jù)拆解的塔式起重機(jī)機(jī)件狀況，重點(diǎn)從幾個(gè)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(biāo)準(zhǔn)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(duì)應(yīng)的第二第二標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的4個(gè)主肢角鋼上中部?jī)?nèi)側(cè)均未見有加強(qiáng)板；第三第三標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的4個(gè)主肢角鋼上中部?jī)?nèi)側(cè)均焊接有加強(qiáng)板。說明安裝塔式起重機(jī)時(shí)，將第二第二標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與第三第三標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的安裝順序裝反；主肢角鋼內(nèi)側(cè)未焊接加強(qiáng)板的第二第二標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)中外形尺寸允許偏差的要求。第二第二、三標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)致角鋼內(nèi)圓弧處應(yīng)力集中程度較大，對(duì)塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)承受載荷能力產(chǎn)生不利影響。

（3）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢角鋼、橫腹桿角鋼、斜腹桿角鋼材料化學(xué)成分均符合GB/T 700—2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)中Q235B材料化學(xué)成分要求，力學(xué)性能均符合GB/T 700—2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)要求。

（4）通過低倍酸浸試驗(yàn)表明，第二第二標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢角鋼斷裂部位及第三三標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢角鋼開裂部位的橫向面均可見細(xì)小而分散的縮孔，為一般疏松1.0級(jí)，級(jí)別在允許范圍，符合要求。并通過顯微組織試驗(yàn)（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(duì)較多，其中橫截面上達(dá)到1.5級(jí)，晶粒度為7.0級(jí)；級(jí)別在允許范圍。

（5）制造廠家提供的主肢圖明細(xì)表中明示：加強(qiáng)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(biāo)注的加強(qiáng)角鋼的長(zhǎng)度尺寸為120 mm，主肢角鋼兩端焊接的2件加強(qiáng)角鋼外端面分別與主肢角鋼安裝端面齊平，2件加強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)節(jié)上角部中，連接套管長(zhǎng)度均為98 mm；主肢角鋼內(nèi)側(cè)焊接的加強(qiáng)角鋼邊寬度均為75 mm、邊厚度均為6 mm、長(zhǎng)度為98 mm，該加強(qiáng)角鋼型號(hào)尺寸為∠75 mm×75 mm×6 mm；加強(qiáng)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(qiáng)角鋼長(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)節(jié)上角部斷裂處對(duì)應(yīng)的、仍與第三第三標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接的第二標(biāo)準(zhǔn)節(jié)斷裂部位主肢角鋼與連接套管組件中，連接套管長(zhǎng)度均為98 mm；主肢角鋼內(nèi)側(cè)焊接的加強(qiáng)角鋼邊寬度均為75 mm、邊厚度均為6 mm、長(zhǎng)度為60 mm，該加強(qiáng)角鋼型號(hào)尺寸為∠75 mm×75 mm×6 mm；加強(qiáng)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(qiáng)角鋼長(zhǎng)度尺寸為原制造狀態(tài)尺寸。

（8）主肢圖中明示的加強(qiáng)角鋼型號(hào)為∠63 mm×5 mm，長(zhǎng)度尺寸為120 mm。

主肢角鋼角部有開裂紋的第三標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上角部中，主肢角鋼內(nèi)側(cè)焊接的加強(qiáng)角鋼型號(hào)為∠75 mm×75 mm×6 mm、長(zhǎng)度尺寸為98 mm。仍與第三標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接的第二標(biāo)準(zhǔn)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(cè)焊接的加強(qiáng)角鋼型號(hào)為∠75×75×6、長(zhǎng)度尺寸為60 mm。第二、三標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢角鋼內(nèi)側(cè)焊接的加強(qiáng)角鋼型號(hào)與制造廠家提供的主肢圖中明示的不符、加強(qiáng)角鋼長(zhǎng)度尺寸均小于主肢圖中明示的長(zhǎng)度尺寸，第二與3標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢角鋼內(nèi)側(cè)焊接的加強(qiáng)角鋼長(zhǎng)度尺寸也不一致，而第二標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢角鋼內(nèi)側(cè)焊接的加強(qiáng)角鋼長(zhǎng)度尺寸比圖紙要求的長(zhǎng)度尺寸短一倍。說明標(biāo)準(zhǔn)節(jié)未按設(shè)計(jì)圖紙、加工工藝要求焊接加工制造標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢加強(qiáng)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(qiáng)角鋼外端面分別與主肢角鋼安裝端面齊平。加強(qiáng)角鋼對(duì)主肢角鋼安裝端角部起到加強(qiáng)保護(hù)作用。

主肢角鋼角部有開裂紋的第三標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上角部中，主肢角鋼內(nèi)側(cè)焊接的加強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接的第二標(biāo)準(zhǔn)節(jié)斷裂部位主肢角鋼內(nèi)側(cè)焊接的加強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢角鋼內(nèi)側(cè)焊接的加強(qiáng)角鋼外端面未與主肢角鋼安裝端面齊平，對(duì)主肢角鋼安裝端角部沒有起到足夠的加強(qiáng)保護(hù)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢橫截面突變相對(duì)較大，實(shí)現(xiàn)截面相對(duì)連續(xù)過渡，減少應(yīng)力集中。按實(shí)際測(cè)量連接套管長(zhǎng)度為98 mm及主肢圖中明示加強(qiáng)角鋼的長(zhǎng)度尺寸為120 mm進(jìn)行計(jì)算，加強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)節(jié)上角部中，加強(qiáng)角鋼里端面與連接套管內(nèi)端面之間相對(duì)尺寸為19 mm。仍與第三標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接的第二標(biāo)準(zhǔn)節(jié)斷裂部位主肢角鋼內(nèi)側(cè)焊接的加強(qiáng)角鋼里端2個(gè)邊端面與2件連接套管內(nèi)端面之間相對(duì)尺寸為3～5 mm。第二標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢角鋼兩端焊接的加強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢橫截面產(chǎn)生程度較大突變，實(shí)現(xiàn)截面相對(duì)連續(xù)過渡，減少應(yīng)力集中的作用。

由于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)未按設(shè)計(jì)圖紙、加工工藝要求加工制造標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢加強(qiáng)角鋼，加強(qiáng)角鋼長(zhǎng)度過短，也就不能既保證加強(qiáng)角鋼外端面與主肢角鋼安裝端面齊平又能保證加強(qiáng)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(duì)主肢角鋼安裝端角部起到足夠的加強(qiáng)保護(hù)作用又能起到避免標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢橫截面產(chǎn)生程度較大突變、實(shí)現(xiàn)截面相對(duì)連續(xù)過渡、減少應(yīng)力集中的作用。

（11）第二標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢角鋼內(nèi)側(cè)焊接的加強(qiáng)角鋼長(zhǎng)度尺寸比圖紙要求的長(zhǎng)度尺寸短一倍，實(shí)際的加強(qiáng)角鋼與主肢角鋼的焊接位置，既沒有對(duì)主肢角鋼安裝端角部起到足夠的加強(qiáng)保護(hù)作用，還造成標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢橫截面產(chǎn)生程度較大突變，且在主肢角鋼邊部?jī)?nèi)、外形成焊縫匯集不良影響，均導(dǎo)致橫截面突變部位應(yīng)力集中嚴(yán)重程度增加。第二標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢角鋼安裝端角部?jī)?nèi)圓弧面產(chǎn)生縱向斷裂、開裂，與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)采用的角鋼內(nèi)圓弧半徑過小、造成應(yīng)力集中較大，以及未按設(shè)計(jì)圖紙工藝要求加工主肢加強(qiáng)角鋼、對(duì)主肢角鋼安裝端角部沒有起到足夠的加強(qiáng)保護(hù)作用有關(guān)。

（13）該塔式起重機(jī)工作過程中，塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)承受著方向隨時(shí)變化的彎曲載荷，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢承受的應(yīng)力為交變應(yīng)力；斜撐桿連接的支撐連接耳座以上部位的第二標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢是承受彎曲載荷最大的部位，也正是第二標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢橫截面突變程度大、嚴(yán)重應(yīng)力集中的部位，同時(shí)也是由于安裝時(shí)將第二與第三標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)節(jié)采用的角鋼內(nèi)圓弧半徑過小，角鋼內(nèi)圓弧處應(yīng)力集中較大，對(duì)塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、主肢承受載荷能力也產(chǎn)生不利影響。

3 結(jié)論

3.1 塔式起重機(jī)存在質(zhì)量問題

（1）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)未按設(shè)計(jì)圖紙、加工工藝要求焊接加工制造標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢加強(qiáng)角鋼。

（2）標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)規(guī)格所要求的尺寸。

3.2 造成塔式起重機(jī)倒塌原因

（1）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)未按設(shè)計(jì)圖紙、加工工藝要求焊接加工制造標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢加強(qiáng)角鋼；致使標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢橫截面突變?cè)龃?，形成焊縫匯集不良影響，應(yīng)力集中嚴(yán)重。

（2）標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)規(guī)格所要求的尺寸；內(nèi)圓弧半徑過小，應(yīng)力集中較大，對(duì)塔身、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢承受載荷能力產(chǎn)生不利影響。

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

4 結(jié)束語(yǔ)

由上分析印證了塔式起重機(jī)必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙、加工工藝要求加工制造，嚴(yán)格按照使用說明書安裝使用，才能保證塔式起重機(jī)安全性，避免人員傷亡、財(cái)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(jié)構(gòu)鋼［S］.