1、12016 年 9 月 15 日凌晨 3 点 05 分，第 14 号台风“莫兰蒂”在厦门市翔安区正面登陆，据中央气象台台风网公布，登陆时风力达 15 级，最大风速达 50m/s。全市在建工程受灾严重，不少建筑起重机械倒塌、变形。为掌握全市建筑起重机械的受灾情况，及时消除受损建筑起重机械造成的安全隐患，根据厦门市建设局的工作安排，厦门市建设工程质量安全监督站立即组织调查组开展建筑起重机械受灾调研工作，会同各区监督站及厦门市建筑工程材料设备协会建筑机械分会，通过深入细致的调查，取得了较为完整的资料。据统计，在建工程建筑起重机械受损共计 126 台，其中塔式起重机倒塌 79 台，非倒塌性（指设备明显
2、变形或局部损坏）受损 30 台，施工升降机倒塌 2 台，非倒塌性受损 9 台，门式起重机倒塌 6 台，动 臂式塔式起重机没有受损现象，施工升降机倒塌是被临近倒塌的塔机碰撞所致；非倒塌性受损中，塔机主要损坏形式有标准节变形、起重臂变形、折断等，施工升降机非倒塌性受损主要形式为标准节变形；门式起重机倒塌主要原因为脱轨导致。本文主要对塔机倒塌类型和原因进行分析，总结经验教训，以提高台风中建筑起重机械的安全性能，提升施工重大危险源的防控水平。塔机倒塌型式分类塔机倒塌主要有 6 种形式，分 别为片装式标准节塔身主弦杆屈服变形、整体式标准节塔身连接破坏、附着装置破坏、基础节底板焊缝断裂、地脚螺栓破坏、起重
3、臂掉落等，塔机倒塌各类型数量统计如表 1。表 1 塔机倒塌 类型数量21.1 片装式标准节塔身主弦杆屈服变形片装式标准节塔机倒塌数量为 29 台，破坏部位为 基础处加强节或附着处标准节的主弦杆单角钢屈服变形，未发现主弦杆或连接销轴断裂破坏的现象。案例 1：联发滨 海 D2-1 地 块工程图 1 塔机倒塌（左 图），主弦杆屈服 变形局部（右图）3塔机工况：型号 TC6015，标准节为片装式单角钢结 构，附着处无内撑杆；塔机安装在建筑物西侧被风面，安装高度 155.7m（起重臂架铰点高度），共有7 道附着，悬 臂端高度为 34.5m。破坏情况：塔机附着完好，最高道附着所在标准节主弦杆折弯倒塌，7
4、个塔身标准节倒塌在建筑物 34 层 施工平面上，2 个标准节、回转机构、驾驶室、起重臂及平衡臂悬挂在建筑物南侧脚手架上，平衡重坠落地面，见图 1。案例 2：金都 海尚国际南区 3#地块图 2 塔机倒塌（左 图），主弦杆屈服 变形局部（右图）塔机工况：型号 MC120B，塔机标准节为片装式单角钢结构，附着处设置有内撑杆;塔机安装在建筑物南侧迎风面，安装高度 126m，共有 4 道附着，最高道附着所在高度为 90m，悬臂端高度 36m；在 96m 处准备安装第 5 道附着，附着框已安装，但附着杆尚未安装。4破坏情况：塔机附着完好，90m 附着框上方约 4 米处标准节失稳变形倒塌，部分塔身（约 5
5、标准节）倒塌在建筑物屋面上， 驾驶室以上部分及起重臂折倒，悬挂在建筑物北侧外脚手架上，见图 2。1.2 整体式标准节连接破坏整体式标准节塔机倒塌的数量为 35 台，主要形式有 标准节连接螺栓螺纹破坏、螺栓断裂、标准节连接套旁主弦杆方管断裂、连接套焊缝断裂等，各类型数量统计如表 2。表 2 整体式标 准节塔机倒塌数量 统计：案例 3：东海火炬科技园 SOHO 配套中心工程塔机工况：型号 QTZ63（ 5610-6），整体式标准节，塔身高度 33.6m，未超出说明书塔机独立使用高度 40.5m 的要求。破坏情况：基础上方第二与第三标准节连接螺栓破坏，第三节以上倒塌，见图3；螺栓破坏情况 见图 4。
6、5图 3 塔机标准 节螺栓破坏倒塌图 4 塔机标准 节连接螺栓破坏案例 4：长安首 饰厂房（ 1#厂房、2#厂房）项目6塔机工况：1#、2#两台塔机为同厂家设备，型号为 TC6010A-6，整体式标准节，独立使用高度 36.4m，符合使用 说明书要求，出厂日期均为 2007 年 5 月。破坏情况：1#塔机破坏位置 为底座上方加强节主弦杆断裂破坏； 2#塔机破坏位置为为第二节标准节的主弦杆断裂，见图 5、图 6、图 7。1.3 附着装置破坏因附着装置破坏导致塔机倒塌的数量为 12 台，附着装置破坏主要形式有附着框破坏、附着杆断裂、附着预埋件破坏等，各类型数量统计如表 3。表 3 附着装置破坏 类
7、型统计1.3.1 附着框破坏案例 5： 厦门软 件园三期一期 A12 工程7图 8 塔机附着框破坏塔机工况：塔机型号 QTZ80（6010-6），整体式标准节，安装高度 112m，悬臂端高度 21m，共 5 道附着，附着间距均为 16.8m。破坏情况：最高道附着框的顶紧螺栓套与半梁焊接处脱离破坏，附着框与塔身间存在间隙，框架梁的连接板受冲击后焊缝断裂，导致附着框破坏，见图 8。1.3.2 附着杆破坏案例 6：海峡旅游服 务中心 旅游博览中心8图 9 塔机附着杆破坏塔机工况：塔机型号 MC120B，整体式标准节，安装高度 131m，悬臂端高度31.5m，共 4 道附着，每道附着含 3 根附着杆，
8、附着杆由两根 220mm 槽钢及缀条组合焊接而成；附着杆连接耳板厚度 20mm，焊缝高度约 10mm，无焊接坡口；附着杆与附着框联接的耳板厚 15mm，焊缝高度约 10mm，无焊接坡口，无加强筋板。9破坏情况：最高道附着的一根附着杆在对焊连接处断裂，另外两根附着杆与附着连接耳环焊缝处被拉断，见图 9、图 10。1.3.3 附着预 埋件破坏案例 7：同安新城酒店图 11 MC480 塔机倒塌10塔机工况：塔机型号 MC480，安装高度 115m，悬臂端高度 63.2m，符合使用说明书要求，共 2 道附着。每道附着含 3 根附着杆及 3 个连墙基座，每个基座由 4 根附着预 埋螺栓固定，附着 预埋
9、螺栓尺寸为 M30mm350mm,锚固长度约为 200mm。破坏情况：最高道附着共 3 处连墙基座，其中两处连墙基座的预埋螺栓被拉出，混凝土结构破坏，一处连墙基座预埋螺栓被拉断，见图 11、图 12。塔机倒塌原因分析2.1 台风风力超过塔机设计标准台风风力超过塔机设计标准是这次塔机大量倒塌的主要原因。我国现行设计相关国家标准起重机设计规范GB3811、塔式起重机 设计规范GB/T13752 等均不同程度地提出了塔机承受非工作状态风荷载的要求，对沿海地区塔机非工作状态的设计计算风压为 1000 N/m2，计算风速为 40m/s，对应风力等级GBT 28591 为 13 级。根据厦门市气象台观测站
10、监测数据，第 1411号超强台风“莫兰蒂” 厦门沿海及各大桥监测点风力为旋转风 1415 级、阵风1617 级以上，最大阵风风速为 64.2m/s，换算后的理 论风压值为 2570 N/m2，远超过塔机设计的计算风压与风速。2.2 塔机设计安全裕度小，制造质量差2.2.1 塔机设计 的安全裕度偏小，设备在非工作状况下抗风荷载能力不足。部分厂家的塔机独立使用高度、悬臂端高度设计值过大，安全裕度偏小，抗台风能力差。通过对比不同品牌的塔机，在相同型号、标准节形式及截面的情况下，塔机独立使用高度设定值差异较大。如型号为 TC6013 的塔机，多数厂家使用说明书中独立使用高度均在 4045m，部分达 4
11、6.7m，个别甚至高达50.5m，远大于大多数同型号塔机的独立使用高度。2.2.2 厂家优 化结构设计，降低安全性能。部分塔机制造厂商通常通过优化设计的形式来降低生产成本和销售价格，优化设计往往以结构质量最小化作为优化目标；有的产品仿制知名品牌生产，所使用的结构材质和生产质量不如知名品牌，甚至对塔机结构进一步优化，但标注的性能参数却相同甚至更高；一些塔机在基础节、附着所在标准节、基础节焊缝、附着杆等受力节点位置未考虑结构加强措施，单角钢片装式标准节在附着装置截面未设置对角腹杆或内撑杆等，这些均降低了塔机的安全性能。如案例1 塔机说明书对 附着框未要求配 备内撑杆，塔身屈服点发生在最高道附着处，
12、变形起始点在附着以下约 2m 处，而案例 2 中塔机最高道附着装置配有内撑杆，12变形起始点发生在附着装置以上约 4m 处。通过对 比两者的破坏位置，附着装置是否安装内撑杆，其变形起始点高度差达 46m。如果案例 1 该塔机安装了内撑杆，该塔机可能不会倒塌。2.2.3 设备制造 质量差厦门理工学院项目中倒塌塔机出厂时间为 2015 年，因基础节主弦杆与底板法兰盘焊缝拉裂倒塌。这种形式基础节的主弦杆与水平腹杆在底板法兰盘上组装后焊接，主弦杆外侧焊 2 个接加强筋板，其强度比主弦杆焊接在底板上后再焊接 4 个加强筋板的型式差，再加上主弦杆与法兰盘焊缝存在明显的焊接未融合等质量缺陷，该部位存在安全隐
13、患，见图 13、图 14。图 13 基础节主弦杆与底板法 兰盘焊缝拉裂倒塌132.3 安装、使用问题2.3.1 塔机悬 臂端高度偏大这次台风中塔机安装高度接近使用说明书中的极限值的受损较多，同一项目多台塔机中，独立使用高度或悬臂端高度大的塔机倒塌，而较低的未受损。案例1 中该项目同一建筑物中使用两台相同型号、规格的塔机，因塔机交叉作业，倒塌的塔机悬臂端高度为 34.5m，未受损的塔机为 28.5m，两者仅差了 6m。如果正常使用时将两台塔机悬臂端高度均降低 2 节标准节，也许可以避免倒塌事故的发生。又如距离案例 1 项目 200m 处的华尔顿 1275 项目，共 8 台塔机（含QTZ80，TC
14、5610 ，TC6010 等型号），没有一台发生倒塌或变形，除去塔机所处位置、塔机型式等不同等因素外，该项目的塔机在使用时悬臂端高度与说明书的要求相比留有较大的余量，均比说明书规定值降低了 23 个标准节，其中最高的 2 台塔机安装高度达 180m，附着装置平均 间距约为 11.2m，最高附着的最小间距仅 6m，大大提高了塔身结构的刚度，增 强抗风能力，有效提高整机安全性，见图 15。14图 15 华尔顿项目塔机悬 臂端高度及附着间距均较 小2.3.2 附着装置制作、安装质量差塔机附着框和附着杆通常由塔机制造厂生产，但因安装距离超长、或为省钱、省事等，常有现场自制的现象。现场自制的附着框以及超
15、长、非标的附着杆，不少未经设计计算，存在截面小、抗拉性和抗压性差、连接部位有焊接工艺和质量缺陷等问题，在超强台风产生的倾覆力矩作用下，易发生结构破坏。（1） 附着框 结构、附着杆制作 质量不可靠。案例 5 中：最高 处附着框未使用原厂构件，制造 质量差，在主框架与连接法兰焊接处破坏；内顶撑调节螺杆作为塔身结构与附着框的连接传力点，在强台风时，在内顶撑调节螺栓套与附着框因焊接质量差而先破坏，造成附着装置失效。案例 6 中：附着杆制造 质 量不合格，焊接工艺和焊接质量不达标；附着杆由槽钢多段随意对焊连接，焊缝在同一截面上，未错缝，且未设置加强板；附着杆与附着框联接的耳板板厚达 20mm，焊接时却未
16、开焊接坡口；附着杆上缀条设置随意，未形成有效的格构式结构。（2） 附着装置 预埋螺栓安装 质量不可靠。案例 7 中：附着装置各 连墙 基座仅使用 4 根 M30 预埋螺栓（通常为 68 根），预埋螺栓与主体结构拉结处受力增大；附着预埋螺栓与建筑物主体结构未有效15连接，未固定在结构柱主筋上，仅拉设在 10 箍筋上，箍筋被拉断后预埋螺栓被拉脱；预埋螺栓所在的建筑结构处未采取加固措施，混凝土结构破坏。2.3.3 使用接近 报废年限的塔机或部件案例 4 中两台塔机出厂年限均为 9 年，接近报废年限。其中一台在第一 节标准节下部连接套旁主弦杆断裂，另一台在第二节标准节下部连接套旁主弦杆断裂，且两塔独立
17、使用高度均低于说明书要求，标准节钢结构力学性能已明显下降，使用存在较大安全隐患。个别倒塌的塔机标准节外形构造相同，但新旧不一，存在混用现象，图 16 中倒塌的塔机破坏部位发生在标准节连接套主弦杆处的金属结构，该部位锈蚀较严重。按塔式起重机安全规程GB5144 规定，从 2007 年 10 月起塔机塔身标准节、起重臂节等主要结构件应具有可追溯出厂日期的永久性的标志，但不少制造厂未严格执行，而且规程实施前制造无标志的标准节等无法判断是否到达报废期限，对于报废标准节的混用目前尚无有效防范措施。162.3.4 塔身连 接螺栓松动整体式标准节塔机因塔身连接螺栓螺纹破坏、螺栓断裂而倒塌的共 20 台，约占
18、整体式标准节塔机倒塌的 60%。螺栓破坏的原因之一是螺栓松动，主要原因为安装时连接螺栓紧固力矩达不到要求、使用过程中塔身承受频繁变化的力矩作用导致。案例 3 塔机为 2016 年出厂，在第二道与第三道 标准节连接处螺栓螺纹破坏，标准节均未发生明显结构变形，破坏处不是塔身受力最不利位置，其原因明显为标准节连接螺栓松动。另外，高强螺栓多次重复使用也是造成螺栓破坏的重要影响因素，螺栓、螺母出现任何损伤、变形、滑牙、缺牙、锈蚀、螺纹粗糙度变化较大等现象的，力学性能将大大降低，易造成连接破坏。2.4 防台风经验不足17厦门地区每年均要经历数次台风，因其地理位置受台湾岛遮挡的影响，很少发生超强台风正面袭击
19、厦门的情况。工程项目各方防范重大灾害的意识不强，未尽全力作充分准备。本次台风中，几乎没有工程在台风来临前对塔机作降塔、下降套架或对塔身做加固处理。另一方面，使用单位、一体化企业防范强台风经验不足，多数工程应急预案中没有编制建筑起重机械防台风措施，现场设备管理人员不知道如何应对台风，未能及时采取全面检修、加固受力节点等预防措施；个别塔机操作人员未解除塔机回转限位导致塔机倒塌；部分项目塔机上的广告标语未拆除，形成风帆效应，增大了塔机受风面积，见图 17。图 17 塔机上的标语牌未拆除3 塔机防台风 措施目前国内沿海台风频发地区尚无省份针对台风制定建筑起重机械的地方标准，也无塔机制造厂家专门生产可抵
20、抗超强台风的产品，如对塔机提出抗超强台风能力要求，必然大大提高制造成本和使用成本。因此，除选择合适的塔机、确18保塔机安装质量和正确的维护保养外，还可通过采取有效的防台风管理措施，最大限度地减小台风带来的损失。（1）降低塔机 悬臂高度。因台 风来时，在整个地区大面积降低塔机使用高度存在时间紧迫、人员不足以及台风中作业安全的问题，实际操作难度较大，建议在每年 7 月至 10 月的台风高发季节期间，适度降低塔机悬臂端高度或者独立使用高度；（2）塔机标 准节采用片式 结构的，最高道附着框架内必须设置内撑杆；（3）建筑起重机械采用的高强螺栓应采用扭矩扳手按要求预紧，日常维修保养及台风来前应检查紧固；高
21、强螺栓、螺母出现损伤的严禁使用；（4）塔机严 禁擅自安装非原厂、非同一型号的 标准节和附着装置；对非标附着杆的设计、制作须由塔机制造单位或有资质的单位进行；（5）附着装置 预埋件的材 质、数量及预埋处的混凝土强度应符合产品使用说明书要求，预埋件应拉结在建筑物的主要受力结构（结构柱、结构梁等）上，预埋安装应按隐蔽工程验收要求进行；（6）塔机的布置必 须确保起重臂能 360回转，作 业半径内不得有可能与起重臂干涉的建筑物、电缆、树木等；多台塔机作业应有防碰撞措施；非工作状态应解除塔机臂架回转限位，确保塔机起重臂能实现随风回转；（7）建筑起重机械的安全装置应齐全有效，在塔机塔顶部应安装风速仪，当风速大于工作极限风速时，能发出停止作业的警报；（8）对接近 报废年限的塔机宜适当降低技 术指标使用。（9）建议完善建筑起重机械报废制度，采用行业协会监管的模式，防止报废的建筑起重机械及标准节等重要部件再次进入现场。结束语这次台风塔机倒塌除不可抗拒的自然灾害外，也暴露塔机在制造、安装、使用维护等方面存在的问题。只有提高塔机设计制造水平，全方位地加强安装、使用维护及检测等各环节的管理，提升从业人员的素质，才能最大限度地降低台风灾害损失
