地震对塔吊造成损坏的原因及设计、制造和使用的应对策略

　　2008年5月12日是一个令全国人民铭记在心的日子，四川汶川8级大地震，夺去了数万人的生命。地震烈度达11度；西安地区震感强烈，烈度达5~6度，对西安建筑工地的塔吊造成不同程度的损坏和人员伤亡。据统计，陕西省境内有60余台塔吊受到不同程度的损坏，其中西安地区损坏严重的20余台，塔吊直接影响建筑工地的正常施工，造成经济损失约5000万元人民币。从地震造成塔吊的损坏情况中，留下一些值得思考的问题。塔吊受损反映了当前塔吊设计和使用中存在一些问题，如何修订标准和规范，如何整顿市场，值得大家商榷。

1 地震对塔吊造成损坏原因的分析

　　从"5·12"四川汶川地震造成西安地区塔吊损坏情况看，损坏比较严重的是安装高度在80米以上，且起重力矩在80tm以下的塔吊为多，在受损比较严重的20余台塔吊中有13台是市场占有率低，用户反映质量较差的厂家生产的，其中一个品牌的塔吊就损坏7台且受损状况、损坏部位相同。

　　（1）倒塔的损坏。地震时塔吊的平衡臂失稳后下坠，平衡重砸向塔身标准节致其弯曲变形后，使塔身从最上一道附着件附近断裂，造成起重臂、塔帽、平衡臂及弯曲塔身以上部件变形损坏，一台砸在建筑物上，另一台坠落地面，砸坏过路车辆，致使一人死亡。

　　（2）回转以上部分坠落的损坏。此次震后西安共有5台塔吊发生回转机构以上的过渡节断裂，损坏的原因，一是设计有缺陷，过渡节的强度不足，二是螺栓联结部件焊接强度不足而脱焊。

　　（3）"大臂朝天"型损坏。即平衡臂下垂，起重臂上翘，此种损坏有9台，据现场调查：这种损坏有三种情况，一是平衡臂根部断裂后平衡臂下垂，平衡臂的拉杆将塔帽拉弯，起重臂拉杆又将起重臂拉起而上翘。从断口看，焊缝连接方式存在缺陷，且焊接强度不足；二是塔帽下部弯曲而引起平衡臂下垂及"大臂朝天"；三是平衡臂下弯使"大臂朝天"。塔吊空载时，塔吊失稳倾向于平衡臂一侧，地震力的作用使塔吊损坏。

　　（4）"折臂"型损坏。即起重臂弯曲变形并下垂，此种损坏共有4台塔吊，其中三台在同一施工现场，折臂的形式均为扭曲折臂，部位在靠近塔身第一道拉杆处附近。地震时塔吊先发生了水平弯曲后再向下弯拆，从而出现扭曲拆臂的现象。

　　由于建筑物和塔吊抗震能力不同，受损程度也就不同，而塔吊往往比建筑物高20多米，更容易受到损伤。考察到的一个工地塔吊回转上部整体掉落过程如下：当时塔吊停放方向是平衡臂朝东，起重臂朝西，在地震震动瞬间，平衡臂先下落，拉倒塔帽和过渡节，使过渡节根部断开，拉索拉住起重臂，使起重臂旋转向东，落到地面，并将周围建筑物一角砸坏，并且塔身附墙杆拉断两道。查询有关资料，我国境内生产、使用的塔吊还没有考虑地震载荷的影响；因此在地震时，外在的地震载荷作用使塔吊受到损坏。

　　（5）附着件断裂塔身倾斜。此种损坏的塔吊最多，从调查中看，一是由于附着件在制作和安装时有缺陷，杆件强度不足，发生了弯曲变形；二是塔身与建筑物的连接固定不牢靠，发生了断裂、松脱或弯曲。附着件损坏的原因在于地震波传给建筑物和塔吊的地震动方向和频率相同，然而建筑物和塔吊各自固有振幅和频率不同，使他们在相同外力作用下，振动不同，相互之间产生作用力，引起附墙杆拉断。

2 对今后塔吊设计、制造和使用的几点思考

　　2.1塔吊的技术标准和设计规范中应考虑地震载荷的影响

　　我国是一个地震多发国家，在建筑设计时，不同地区均有不同抗震裂度的要求，而我国现行的塔吊技术标准和设计规范中，未考虑地震载荷的影响，这是不科学的。所以，塔吊设计应充分考虑地震的影响因素，根据不同地区的抗震设防烈度等级，设计和销售塔吊，从而提高塔吊的抗地震能力，保证塔吊使用安全，减少不必要的伤亡和损失。

　　2.2暴露的缺陷亟待改进

　　（1）改进"箱体"型结构连接方式。把平衡臂根部销孔耳板的对接改为搭接或插接，此次地震损坏的塔吊中，有一厂家的两台塔吊均由于平衡臂根部连接耳板的对接焊缝处脱开而导致平衡臂坠落，拉弯塔帽，致使起重臂上翘。

　　（2）增加塔帽的强度。塔帽承载着起重臂、平衡臂及吊物的重力总和，塔帽的强度、刚度应高于起重臂、平衡臂，它的变形损坏应在臂架系统损坏之后。而此次地震中，据现场调查和分析有10台塔吊由于塔帽先发生变形后，两端失去了平衡而导致平衡臂下垂或起重臂上翘。因此应借鉴此次地震的经验改进设计，加强塔帽强度，保证塔吊的使用安全。

　　（3）增加重要构件的刚度、强度。这次地震中有一厂家的三台塔吊在同一工地发生了起重臂扭弯下垂（如图6），说明该塔吊设计时起重臂的两下玄杆在水平方向强度不足；另一家塔吊平衡臂弯曲变形（如图5）是构成平衡臂的大梁抗弯强度不足，地震中发生了弯曲。所以这两厂家应吸取教训，增强起重臂和平衡臂等的重要构件的抗疲劳强度设计。

　　（4）改进焊缝布置，提高焊缝质量。焊缝是塔吊制造中的主要连接形式，焊缝质量应按规范要求连续焊透焊足；另外在受弯和受拉部位上布置焊缝时，应尽量采用纵向焊缝或斜焊缝，避免采用横向焊缝。

　　（5）附墙的制作和固定应严格按厂家要求进行。附墙杆应有充足强度、刚度，与建筑物的连接固定应牢靠，附墙的数量按规定只能增加不得减少，保证塔吊的整体刚性。

　　2.3整顿塔吊制造、租赁和使用市场

　　在市场经济条件下，塔吊生产有国有企业和民营企业同台竞争，产品质量良莠不齐，价格高低相差悬殊，使得设计、制造优劣的产品各有市场，其中一些企业自身条件有限，设计和制造能力不足，生产出一些有缺陷的产品，把安全问题交给用户，给社会留下了安全隐患。加大塔吊市场准入制度，尽快推行和完善塔吊登记备案制度，利用市场机制对塔吊质量进行考核，优胜劣汰，加快淘汰。

　　2.4发展内爬式塔式起重机

　　从日本的应用实践看，在多地震、多台风、施工现场狭窄的建筑密度高的城区，内爬式塔式起重机比附着式塔式起重机胜出一筹。因此我国的上述地区，也可考虑采用内爬式塔式起重机进行施工。

　　2.5高层建筑物施工布置塔吊时应考虑抗震因素

　　5度以上烈度设防地区和地震多发地区，塔吊应尽量布置在建筑物短边方向位置上；以减少地震时建筑物和塔吊左右摆动的不同步，在5·12地震后进行调查，同一马路两边的建筑塔吊高度相近，但布置在建筑物长边方向位置上塔吊受损，而在短边方向位置上塔吊完好无损。