台风又来了,还记得前年上百台塔吊倒塌的惨景吗?
再贴2015年的一篇文章，已提醒大家：台风又来了，不要忘记强台风所造成的危害。防范与管理最重要！
不能忘记的那场强台风
安全讲坛第072期
又进入6、7月份了，希望人们不要忘记了2014年7月海南遭受强台风造成大量塔机倒塌那场事故,绷好安全管理那个神经,做好塔机安全防范工作。为此，选择一篇文章供大家阅读。
【文章阅读】
海南强台风塔式起重机倾覆原因分析与建议
江苏省建筑科学研究院有限公司 李 明
江苏省建筑安全与设备管理协会 李钢强
南京工业大学机械学院 殷承波
[摘 要]本文通过2014年7月海南遭受强台风中大量塔机倒塌的事故现象，分析了塔机产品构造、使用、管理方面的原因，并提出塔机在常遇台风区域使用的技术措施与管理对策。
[主题词] 塔机 台风 附着 超高 超远
1. 风灾概况
2014年7月18日至19日，超强台风“威马逊”先后在海南、广东、广西三次登陆，造成23人死亡，近500万人受灾，其中海南为重灾区。根据海口气象台报道，该台风的最大风力达18级，风速达65m/s。据事后统计，海南省在本次台风中至少有119台塔式起重机与33台其他类型的起重机械倒塌、110台塔式起重机受到不同程度损伤，造成严重的经济损失。在台风肆虐中，城市道路指引牌、郊区电线杆被吹倒（见图1、图2）、海滨楼盘绿化带被摧毁（见图3），高层建筑外脚手架被吹歪、吹垮（见图4），脚手架安全网被撕碎、剥光（见图5），显示了超强台风的巨大威力。
图1 海口市城市道路指引牌被吹倒
图2 文昌县公路旁电线杆被吹倒
图3 文昌县海滨楼盘绿化带被摧毁
图4 众多高层建筑外脚手架被吹歪、吹倒
图5 施工塔吊倒塌、脚手架安全网被撕碎剥光
台风过后，海南省建筑机械协会邀请江苏省、广东省建筑安全与设备管理协会到琼协助调查。调查组走访了台风登陆的海口市、文昌县，在座谈会上发言，对施工设备在海南省的气象环境中塔机倒塌原因的意见基本一致，并从技术上、管理上提出诸多建议，得到了海南省建筑安全管理部门的重视。
2. 塔机倒塌状态
2.1 塔机受损概况
调查组对七个事故现场20台倒塌、受损塔机现场查勘，主要有以下五个方面的表现形式：
（1）螺栓连接失效（含连接套焊缝脱落）：倒塌6台，占调查事故塔机的30%。
（2）主肢失稳：6台，占调查事故塔机的30%。
（3）附墙链接失效：5台，占调查事故塔机的25%。
（4）回转半径范围障碍碰撞：共2台，占调查事故塔机的10%。
（5）基础失效：1台，占调查事故塔机的5%。
在调查组对事故现场查勘过程中，还观察到三个现象：
（1）同一个区域半径内，平台塔机基本上一台未倒塌，但尖头式塔机成片倒塌。
（2）同一个工地上，自由高度较高的塔机倒塌而自由高度较低的塔机未受损。
（3）几乎所有倒塌或受损塔机在台风来临前均未作降塔、下降套架或塔身做缆绳加固处理，而在相同区域内甚至同一个工地内未发生倒塌和严重变形的的塔吊都在台风前采取了相应的措施，且这些施工单位或租赁单位在日常塔机管理中都有相应的制度和配备了专人管理。
另有一现象也值得深思，即绝大部分塔机倒塌的租赁单位都未交设备财产保险，个别交过设备财产保险的租赁企业由于资金暂时困难没有续保，因而后悔不已。
2.2 塔机倒塌案例介绍
2.2.1 中国移动海南分公司大楼塔机倒塌
中国移动海南分公司大楼为34层混凝土核心筒+钢结构建筑，在台风到达时,核心筒已施工24层，钢结构已施工14层，之间高差约35m未安装钢结构，塔机最高附着装置以上悬高超过40m。塔机附着在在建筑物迎风面外围钢临边柱上。在强烈的台风中，塔身最高附着装置处发生折弯现象，塔机倒塌在建筑物14层施工平面内，配重坠落到地面，起重臂、平衡臂根部销轴未脱落，垂挂在建筑物临边立面上，见图6、图7。
图7 中国移动海南总部7035塔机倒塌
图8 7035塔机折弯处局部
2.2.2 海口海岸-费拉城项目
海岸-费拉城为18层小高层住宅楼建筑群，主体结构已经封顶，每座楼使用一台QTZ63型塔机施工，采用两道附着装置，当台风迎风作用下，塔机两道附着装置先后屈曲失稳，塔机倒向建筑物，塔身撞击到建筑物楼顶临边后发生断裂，断落在楼顶上，平衡臂后档杆撞断，平衡块坠落，见图9。
图9 附着在顺风墙面上的QTZ63型塔机附着杆失稳导致整机倒塌
2.2.3海口国瑞项目
海口国瑞项目为高层劲性钢柱混凝土框架结构办公楼建筑群，其中左1、左2楼与右1、右2楼分两家建筑公司施工。台风来临时已施工到30层左右，各塔机均附着在背风墙面上，塔机最高附着装置以上悬高20～30m以上不等。在台风期间，左1、左2楼的7035塔机悬高达30m以上，该塔机最高附着装置因外横杆断裂而解体，塔机在该截面以上部分折断坠落，塔身在该截面以下4～5节因片装节点处腹杆焊缝破坏或腹杆拉断而解体，见图10、图11；
图10 国瑞左1、左2楼两台7035塔机折断坠落
图11 国瑞左2塔机附着框架与塔身解体
2.2.4文昌月亮湾项目
文昌月亮湾项目地处海滨，为（7+1）层现浇剪力墙结构联排别墅群、27层现浇剪力墙结构高层住宅，采用多台QTZ40、QTZ63塔机施工，附着在建筑物背风或迎风墙面上。多层联排别墅塔机安装高度约30米，在超强台风作用下，安装在迎风墙面上的塔机最高附着装置附近的塔身标准节连接螺栓断裂，导致整机倒塌，见图12、图13；
图12 海南文昌海滨月亮湾项目迎风面塔机塔身折断
图13 迎风面塔机塔身主肢杆螺栓拉断
图14 背风面塔机附着框销轴耳板撕裂
图15 文昌海滨月亮湾项目背风面附着框架损坏导致塔机倒塌
3.塔机倒塌原因分析
根据以上各工地塔机倒塌图片显示的形态，可分析原因如下：
3.1 塔机悬高偏大
（1）中国移动海南分公司大厦
现场塔机最高附着装置安装在14层临边钢柱上，而核心筒已经施工到24层，间距10层，而施工中塔机吊钩应超过最高施工作业面至少2个层高，至少悬高12层，该建筑物标准层层高3.6m，塔身悬高已超过40m，虽该高度尚符合7035塔机的允许悬高，但在台风作用下，塔身在最高附着装置截面超载承受了很大的风力矩，导致塔身在顺风面内的水平杆、斜腹杆失稳屈曲，塔身主肢杆间距减小，塔身整体截面变小，使靠建筑物一侧主肢杆承受的轴压力更进一步增加直至失稳、断裂，塔身向建筑物侧倒塌。施工单位认为，形成塔机悬高偏大的原因是钢结构制作单位不能按进度完成钢结构柱、梁的加工，导致现场主体钢结构安装大大滞后于混凝土核心筒施工，两者相差了10层，而该类建筑施工时钢结构通常仅落后核心筒5-6层，因此塔机不得不以大悬高状态吊装钢结构件。
（2）海口国瑞左1、左2楼
从图11国瑞左1、左2楼两台7035塔机折断坠落状态看，塔机的最高附着装置附着在施工楼面向下8层楼面临边，层高3.2m，加上吊装空间约10m，塔身在最高附着装置以上悬高接近40m，且该楼位于楼盘边缘，背风面后即为大片空地，使风力作用更显强劲。虽附着装置为四杆体系，但附着框架外杆在拐角处发生断裂，该拐角附着杆外端拉板断裂，拉杆坠落，图12塔身解体状态看，塔身解除该处约束后向外倾覆，并撕裂下方3-4节塔身而坠落。在常规气象环境中使用，该塔机上述悬高并未超高，即使承受内陆非工作工况的30-40m/s风速下亦能安全，但在本次40m/s风速的超强台风中显然不可能全身而退，必然倒塌。
3.2 附着装置安装处塔身平面结构不稳定
在塔机工作工况或非工作工况中，附着装置的承受起重偏心力矩或风载荷偏心力矩产生的水平载荷。中国移动海南大厦项目倒塌的7035塔机照片显示，该塔机塔身为四片组装式，在附着装置截面未安装对角腹杆。对于具有对角腹杆整体焊接式塔身，附着装置的安装标高往往按照建筑物上附着点的位置设定，即使安装在上，附着装置也难以恰好安装在该截面上。因此，对于整体焊接塔身，具有水平腹杆的塔身连接面外侧焊接了螺栓连接套管，附着装置只能安装在无腹杆处的四根主肢杆外围，对于7035、23B、36B等片装式塔身，如未在附着装置截面安装对角腹杆，即使安装在具有水平腹杆的截面上，由主肢杆、腹杆构成的塔身正方形仍为不稳定结构，承受水平载荷的能力均较差，主肢杆容易发生横向弯曲，水平腹杆、斜腹杆容易发生失稳屈曲。
3.3 附着杆截面偏小
在建筑工程应用中，受现场各种原因制约，塔机经常超远附着，该状态中附着装置的强度控制条件为压杆稳定性，即附着杆承受轴压力时的稳定性承载能力。在海南台风塔机倒塌状况来看，附着在迎风墙面上的塔机多面临该工况。
（1）海口海岸-费拉城项目塔机倒塌
从图9状态看，该塔机附着在建筑物迎风墙面上，附着距离达到8～10m甚至更远，按比例测量，格构式桁架附着杆截面偏细。根据当地业内人士反映，海南很多塔机租赁企业采用的超远附着杆往往只按原先标准距离附着杆的截面加工，与原有标准附着杆连接加长，并未增大截面，因此降低了超远附着杆的长细比，承受轴压力的能力也大为降低.在台风作用下，该塔机的两组附着杆自上而下先后发生失稳，导致塔机倒塌。
（2）文昌月亮湾项目塔机倒塌
从图12状态看，该塔机附着在建筑物迎风墙面上，附着距离仅有3～4m，属标准距离附着，遭受超强台风时，仅有的一道附着装置安然无恙，在附着装置附近的塔身标准节连接螺栓螺纹处被拉断，塔机倒向建筑物。
3.4 在海南气象环境中使用内陆塔机
根据海南建筑机械协会提供的信息，海南省所使用的塔机均由大陆省份生产，均仅适用于大陆的气象环境，海南用户也未对生产厂家提出塔机设计、制造时予以加强的要求。在海南使用的塔机每年要数次面临超出设计强度的台风作用，因此均不同程度地存在安全隐患。
3.5 面临超强台风，塔机未采取避灾措施
（1）侥幸心理导致未作为
海南每年均要经理数次台风，登陆地点不定、风力变化不定，在如此气象环境中施工，必然应考虑塔机的使用安全。正是台风登陆地点、风力强度的不确定性，使施工单位以往屡屡备而无功，因而产生了侥幸心理，避灾准备漫不经心，未尽全力充分准备，当这次发现台风正真“狼来了”，猝不及防，酿成重灾。
（2）塔机避灾经费未落实导致不作为
总包单位或土建施工单位往往认为塔机是租赁来的，塔机租赁公司应承担塔机使用过程中发生的所有费用，包括在台风前为避灾加固塔机或降低塔机悬高的费用，而塔机租赁公司认为抵抗台风的费用在合同中未予专门说明，因此该费用应由用户支付，在拉锯战中，双方均心存侥幸而维持塔机原状，直至按常规使用工况安装的塔机不堪超强台风而倒塌。
4.塔机在强风环境中避灾的建议
建筑机械设备管理应体现全方位的管理，它涉及到从技术标准、产品设计与制造、设备租赁、安装（安装检测）、使用、。塔机在强风环境中的避灾工作应注重各环节的管理，缺一不可。
4.1 技术规程与管理标准
查阅现行塔机设计相关标准GB3811-2008《起重机设计规范》、GB/T13752-1992《塔式起重机设计规范》、GB5144-2006《塔式起重机安全规程》、GB5031-2008《塔式起重机》、GB20304-2006《塔式起重机稳定性要求》等，均不同程度地提出了塔机承受非工作工况风载荷的要求，在管理层面上均未对遇台风所采取对策作出相关规定。
（1）GB3811-2008要求“可根据当地气象资料提供的10m高处50年一遇10min年平均风速来确定瞬时风速（但不大于50m/s）。”并在表5-9中规定“南海诸岛的非工作工况计算风压为1500N/m2（风速50m/s）”，另指出“沿海地区、台湾岛、南海诸岛港口大型起重机防风系统的设计风速VⅢ应不小于55m/s”。
（2）GB/T13752-92要求内地非工作工况风压按800Pa选取，沿海风压按1100Pa选取，未述及南海诸岛的非工作工况风压取值。
（3）GB/T13752-20XX（征求意见稿）要求与GB3811-2008相同。
（4）GB5144-2006未提出非工作工况风压数值要求。
（5）GB5031-2008要求按GB20304-2006《塔式起重机稳定性要求》的规定。
（6）GB20304-2006《塔式起重机稳定性要求》未规定风载荷数值要求。
上述标准、规范述及的非工作工况的设计风压均小于本次海南台风风载荷的强度，并不意味着塔机倒塌全部归咎于台风。在海南省，即使台风频发也要使用塔机。将塔机结构设计成具有超强抗风能力，设备成本必然高昂，也不科学，采取合理构造设计，结合富有成效的管理措施，则可规避风险。因此，GB3811-2008、GB/T13752（征求意见稿）仅要求非工作工况计算风压取1500Pa（风速50m/s）是合理的，在此范围内依靠塔机结构自身抵抗，当风速超过该数值时，可通过管理方法规避风险。海南现有塔机设计多执行GB/T13752-92，抗风能力更显不足，如何在台风中屹立不倒，这是管理问题。新设计的塔机在海南使用，建议编制海南地方标准，制定产品在海南风环境中的设计与使用要求，并在检测中执行。
4.2 对塔机钢结构进行抗风设计
塔机设计单位可采用空气动力学原理优化设计各构件、部件的外形。构件的矩形截面、方角、实心形状风阻显然大于圆截面、圆角、透风构件的风阻，而安装在高处且无使用功能的广告牌等构件，风阻尤为显著，应予以合理规避。
4.3 优选塔机形式
塔机工作参数相等时，平头塔机的迎风面积显然小于塔帽式塔机，故前者的抗风能力显然优于后者。在海南台风中，未见平头塔机倾覆，见图16，可按使用环境要求优选机型。
图16
4.4 适减塔机悬高
在海南气象环境中，用户虽按《使用说明书》规定的参数安装塔机附着装置，但遇台风时塔身最高附着杆支反力可能超载，况且附着装置所在截面多无对角腹杆，在附着框架的水平反力的作用下，塔身标准节近墙侧主肢杆单肢产生了略大的横向变形ΔX并偏离垂线，且有风载在塔身截面上产生的弯矩MX2转换为近墙主肢杆上垂直压力NZ，与上述ΔX的乘积为附加力矩，易使塔身在最高附着装置截面处的内侧主肢杆压应力超载而产生失稳，导致塔身折弯、倾覆。
塔身在最高附着截面上承载最大，该截面为危险截面，向下各道附着杆反力迅速递减。附着间距的大小与下方附着杆反力、塔身结构内力的大小相关，与最高附着反力无关。在非工作工况中决定危险截面是否超载的主要因素是风载荷与塔机悬高。施工钢结构建筑时，但钢结构建筑的施工工艺是先施工现浇核心筒，后安装外围钢结构柱、梁、板结构，两者施工作业面相差３～５层约15～20m，塔机附着点只能设置在钢结构外围的梁或柱上，在核心筒上方还要预留起吊作业空间10～20m，虽然施工钢结构建筑物的塔机均采用大规格起重机，其额定最大悬高可能达到40m左右，钢结构安装稍有滞后，塔机悬高将很可能接近或超过40m，在经常遭遇台风的地区，上述施工工艺使塔机存在极大的安全隐患。反观海口市国瑞工程项目中，左1、左2楼塔机倒塌，在同一工地另一建筑公司施工的右1、右2楼与其并列且建筑结构、施工进度相同，施工所用规格近似的整体塔身式塔机，因及时降低悬高为20多米而成功避灾，见图17。因此塔机在台风前适当降低悬高，可减小迎风面积，减小塔身最高附着装置截面上的结构内力，有效提高安全性。
图17 国瑞项目右1、右2楼塔机及时降高而成功避灾
4.5 保证起重臂随风转功能
塔机原设计中回转制动器为常开式，工作工况回转中按需要操作制动，非工作工况可随风回转，因起重臂侧的迎风面积及形心距离大于平衡臂侧，起重臂侧产生的风力矩也大于平衡臂侧的风力力矩，塔机上部将自动回转，直至起重臂臂尖指向风向，即起升立面平行于风向，处于平衡稳定状态。在风向改变时，起升立面将自动回转至上述平衡状态。虽上部的回转惯性力矩、回转摩擦阻力矩较大，在一定的风力下才能转动，但飓风肯定能使塔机实现上述平衡状态。虽可能存在风从塔机起重臂吹向平衡臂，从而实现平衡，但该平衡为不稳定平衡，一旦风向变化且风力足够大，塔机即发生回转并趋于上述平衡状态，迎风面积大大减小。但是，塔机上部如不能实现随风转，迎风面积大于设计计算采用的迎风面积，塔身实际承受的风力增加，危险截面承受的弯矩大大增加，受压主肢杆的压力增加，可能产生单肢失稳。不能实现随风转的原因为回转支撑保养缺失，回转阻力矩较大，或有物体卡在齿轮副齿间。
确保起重臂能实现随风转功能，也是有效、重要的抗风避灾方式。
4.6 规范附着杆系的使用
塔机购买时配置的均为标准附着尺寸杆系，使用中多按该尺寸设计塔机与建筑物墙面的间距，但在生产实际中因地基基础、建筑结构以及管理原因，在建筑结构上不能实现标准化安装，导致附着杆加长或缩短、附着杆角度变化等情况，如相关人员对非标准安装会引起附着反力较大变化无清晰认识，盲目使用，将留下巨大的安全隐患。尤其是常见的超远附着应用，附着杆的长度增加、角度的变化，但圆管或格构式附着杆的截面不增加，导致长细比增加，稳定系数减小，结构应力增加，大大降低了安全度。况且，增加附着杆长度，也增加了附着杆结构承受的自重应力、风载应力。租赁商、用户应在海南的气象环境中，对附着装置进行强度、刚度、稳定性复核计算，通不过的应适当增加截面。
4.7 建立有效的管理机制
前面所叙，建筑机械设备管理是全方位的管理，涉及到设备制造、租赁、安装、安装检测、使用（施工单位）、，除设备安装、施工单位外，其他单位的资质管理都不在建设行政主管部门的管理范畴。如何统筹各方面的管理应值得有关部门的思考。
针对这次受灾影响最大的海南省，专家们建议：海南省的施工项目每年必须数次面对台风袭扰，因此可建立台风预警、安全监督管理、用户自觉行动的管理机制，明确各方面的责任、义务与经济关系，才能有效避免风载，减少经济损失，确保设备与人员安全。实际上，这一建议中隐语这两个重要课题的研究。
随着我国改革深入发展，简政放权、减少审批已大势所趋，但并不意味着是要弱化建筑机械设备管理，而是要加强。加强建筑机械设备管理就是要建立一个有效的管理机制，这就是建章立制，以各环节的安全管理责任主体来约束各有关单位，。
首先建筑机械设备安全管理责任主体的研究。要明确各方面的责任、义务与经济关系，才能有效避免风载，减少经济损失，确保设备与人员安全。实际上，在相应的法规及规范中，对设备制造、租赁、安装、安装检测、使用（施工单位）、，只不过是在实施过程中没有严格执行相应的管理总规定和规范而已，有的地方将各相关单位捆绑管理，实行所谓的一体化管理，使得各责任主体的责任更加不明，难以实施。因此建议有关部门应这种研究相关责任主体责任，在原有的基础上更加细化明确，使得各责任主体切实承担起自己应有的责任。
。，而是现代社会化的管理模式包括企业、行业的自律管理模式。如江苏省建筑安全与设备管理协会借助于协会会员来自于设备制造、租赁、安装、安装检测、使用（施工单位）、，正在研究和努力尝试这样一种模式。，要解决这一个问题，，也不是将众多的责任主体捆绑在一起管理。我们可借鉴国外一些先进的管理经验，一方面依法管理、严格执法，另一方面加强监督、发挥社会的力量和行业协会作用。
近期，安全生产法的出台以及党的十八届四中全会的召开，依法治国的理念必将促进建筑机械设备管理理论及水平迈向一个新的台阶。
