地震對塔吊造成損壞的原因及設計、制造和使用的應對策略

　　2008年5月12日是一個令全國人民銘記在心的日子，四川汶川8級大地震，奪去了數萬人的生命。地震烈度達11度；西安地區震感強烈，烈度達5~6度，對西安建筑工地的塔吊造成不同程度的損壞和人員傷亡。據統計，陜西省境內有60余臺塔吊受到不同程度的損壞，其中西安地區損壞嚴重的20余臺，塔吊直接影響建筑工地的正常施工，造成經濟損失約5000萬元人民幣。從地震造成塔吊的損壞情況中，留下一些值得思考的問題。塔吊受損反映了當前塔吊設計和使用中存在一些問題，如何修訂標準和規范，如何整頓市場，值得大家商榷。

1 地震對塔吊造成損壞原因的分析

　　從"5·12"四川汶川地震造成西安地區塔吊損壞情況看，損壞比較嚴重的是安裝高度在80米以上，且起重力矩在80tm以下的塔吊為多，在受損比較嚴重的20余臺塔吊中有13臺是市場占有率低，用戶反映質量較差的廠家生產的，其中一個品牌的塔吊就損壞7臺且受損狀況、損壞部位相同。

　　（1）倒塔的損壞。地震時塔吊的平衡臂失穩后下墜，平衡重砸向塔身標準節致其彎曲變形后，使塔身從最上一道附著件附近斷裂，造成起重臂、塔帽、平衡臂及彎曲塔身以上部件變形損壞，一臺砸在建筑物上，另一臺墜落地面，砸壞過路車輛，致使一人死亡。

　　（2）回轉以上部分墜落的損壞。此次震后西安共有5臺塔吊發生回轉機構以上的過渡節斷裂，損壞的原因，一是設計有缺陷，過渡節的強度不足，二是螺栓聯結部件焊接強度不足而脫焊。

　　（3）"大臂朝天"型損壞。即平衡臂下垂，起重臂上翹，此種損壞有9臺，據現場調查：這種損壞有三種情況，一是平衡臂根部斷裂后平衡臂下垂，平衡臂的拉桿將塔帽拉彎，起重臂拉桿又將起重臂拉起而上翹。從斷口看，焊縫連接方式存在缺陷，且焊接強度不足；二是塔帽下部彎曲而引起平衡臂下垂及"大臂朝天"；三是平衡臂下彎使"大臂朝天"。塔吊空載時，塔吊失穩傾向于平衡臂一側，地震力的作用使塔吊損壞。

　　（4）"折臂"型損壞。即起重臂彎曲變形并下垂，此種損壞共有4臺塔吊，其中三臺在同一施工現場，折臂的形式均為扭曲折臂，部位在靠近塔身第一道拉桿處附近。地震時塔吊先發生了水平彎曲后再向下彎拆，從而出現扭曲拆臂的現象。

　　由于建筑物和塔吊抗震能力不同，受損程度也就不同，而塔吊往往比建筑物高20多米，更容易受到損傷。考察到的一個工地塔吊回轉上部整體掉落過程如下：當時塔吊停放方向是平衡臂朝東，起重臂朝西，在地震震動瞬間，平衡臂先下落，拉倒塔帽和過渡節，使過渡節根部斷開，拉索拉住起重臂，使起重臂旋轉向東，落到地面，并將周圍建筑物一角砸壞，并且塔身附墻桿拉斷兩道。查詢有關資料，我國境內生產、使用的塔吊還沒有考慮地震載荷的影響；因此在地震時，外在的地震載荷作用使塔吊受到損壞。

　　（5）附著件斷裂塔身傾斜。此種損壞的塔吊最多，從調查中看，一是由于附著件在制作和安裝時有缺陷，桿件強度不足，發生了彎曲變形；二是塔身與建筑物的連接固定不牢靠，發生了斷裂、松脫或彎曲。附著件損壞的原因在于地震波傳給建筑物和塔吊的地震動方向和頻率相同，然而建筑物和塔吊各自固有振幅和頻率不同，使他們在相同外力作用下，振動不同，相互之間產生作用力，引起附墻桿拉斷。

2 對今后塔吊設計、制造和使用的幾點思考

　　2.1塔吊的技術標準和設計規范中應考慮地震載荷的影響

　　我國是一個地震多發國家，在建筑設計時，不同地區均有不同抗震裂度的要求，而我國現行的塔吊技術標準和設計規范中，未考慮地震載荷的影響，這是不科學的。所以，塔吊設計應充分考慮地震的影響因素，根據不同地區的抗震設防烈度等級，設計和銷售塔吊，從而提高塔吊的抗地震能力，保證塔吊使用安全，減少不必要的傷亡和損失。

　　2.2暴露的缺陷亟待改進

　　（1）改進"箱體"型結構連接方式。把平衡臂根部銷孔耳板的對接改為搭接或插接，此次地震損壞的塔吊中，有一廠家的兩臺塔吊均由于平衡臂根部連接耳板的對接焊縫處脫開而導致平衡臂墜落，拉彎塔帽，致使起重臂上翹。

　　（2）增加塔帽的強度。塔帽承載著起重臂、平衡臂及吊物的重力總和，塔帽的強度、剛度應高于起重臂、平衡臂，它的變形損壞應在臂架系統損壞之后。而此次地震中，據現場調查和分析有10臺塔吊由于塔帽先發生變形后，兩端失去了平衡而導致平衡臂下垂或起重臂上翹。因此應借鑒此次地震的經驗改進設計，加強塔帽強度，保證塔吊的使用安全。

　　（3）增加重要構件的剛度、強度。這次地震中有一廠家的三臺塔吊在同一工地發生了起重臂扭彎下垂（如圖6），說明該塔吊設計時起重臂的兩下玄桿在水平方向強度不足；另一家塔吊平衡臂彎曲變形（如圖5）是構成平衡臂的大梁抗彎強度不足，地震中發生了彎曲。所以這兩廠家應吸取教訓，增強起重臂和平衡臂等的重要構件的抗疲勞強度設計。

　　（4）改進焊縫布置，提高焊縫質量。焊縫是塔吊制造中的主要連接形式，焊縫質量應按規范要求連續焊透焊足；另外在受彎和受拉部位上布置焊縫時，應盡量采用縱向焊縫或斜焊縫，避免采用橫向焊縫。

　　（5）附墻的制作和固定應嚴格按廠家要求進行。附墻桿應有充足強度、剛度，與建筑物的連接固定應牢靠，附墻的數量按規定只能增加不得減少，保證塔吊的整體剛性。

　　2.3整頓塔吊制造、租賃和使用市場

　　在市場經濟條件下，塔吊生產有國有企業和民營企業同臺競爭，產品質量良莠不齊，價格高低相差懸殊，使得設計、制造優劣的產品各有市場，其中一些企業自身條件有限，設計和制造能力不足，生產出一些有缺陷的產品，把安全問題交給用戶，給社會留下了安全隱患。加大塔吊市場準入制度，盡快推行和完善塔吊登記備案制度，利用市場機制對塔吊質量進行考核，優勝劣汰，加快淘汰。

　　2.4發展內爬式塔式起重機

　　從日本的應用實踐看，在多地震、多臺風、施工現場狹窄的建筑密度高的城區，內爬式塔式起重機比附著式塔式起重機勝出一籌。因此我國的上述地區，也可考慮采用內爬式塔式起重機進行施工。

　　2.5高層建筑物施工布置塔吊時應考慮抗震因素

　　5度以上烈度設防地區和地震多發地區，塔吊應盡量布置在建筑物短邊方向位置上；以減少地震時建筑物和塔吊左右擺動的不同步，在5·12地震后進行調查，同一馬路兩邊的建筑塔吊高度相近，但布置在建筑物長邊方向位置上塔吊受損，而在短邊方向位置上塔吊完好無損。