超強臺風引發塔機倒塌事故分析
1、事故概況
2006年8月10日超強級臺風“桑美”襲擊了浙江省溫州地區蒼南縣,致使6臺附著式塔式起重機倒塌,其中一臺塔機事故情況如下。
某工程商業商業A樓施工用60tm附著式塔機在“桑美”臺風正面作用下造成倒塌。該塔機實際塔身高度56m,第一道附墻位置在20.7m處,第二道附墻在35.7m處。在臺風的正面作用下,上下兩道附墻環梁破壞后塔機沿商業A樓北面倒下,朝西砸向一期工程B樓6層樓屋面,吊臂彎曲變形倒在8#樓與B樓之間的空地上,平衡臂倒在B樓屋面上,3-6層樓面結構遭到嚴重破壞,且混凝土平衡重塊打在三樓的一根梁和框架異型柱上(見圖1)。
現場工作人員看到連接塔身的上面一道附墻環梁首先解體,隨之附墻撐桿破壞,接著下面一道環梁解體,支撐桿破壞,最后導致塔機倒塌。該環梁不是塔機生產廠家提供的,而是由租賃公司自行設計制造。環梁四邊為2[12槽鋼,4個角處2根槽鋼通過節點板用螺栓連接,見圖2。事故現場情況是有些槽鋼與節點板(δ=8)的連接焊縫已拉開,有的螺栓(目估為M12)已被拉脫,附墻撐桿(目估為Φ120鋼管)已彎折。
塔身4根弦桿為矩形型鋼,弦桿與底架之間采用高強螺栓連接。事故后高強螺栓本身未破壞,高強螺栓連接套與弦桿之間焊縫基本上也未破壞,而是在高強螺栓連接套與弦桿焊接處與焊縫成35°角左右剪切破壞(見圖3)。從破壞現場看,高強螺栓和連接套焊接質量較好,而弦桿處于剪切破壞和脆性破壞,說明弦桿型鋼質量存在一定問題。塔機底架和地腳螺栓未發現較大拉伸與位移,塔機基礎(設有樁基)基本完好,這說明塔機附墻環梁設計與制造問題是造成塔機倒塌的內部主要原因。
2、原因分析
據氣象預報,“桑美”臺風達到17級,風速超過60m/s,按GB/T13752-1992《塔機設計規范》計算,離地面10m處風壓為:
Pw=0.613×602=2207Pa
而按GB5009-2001《建筑結構荷載規范》,在56m處風壓高度變化系數u2=1.73,則在該高度處風壓達到:
Pw=2207×1.73=3800 Pa
《塔機設計規范》中規定在H=56m處塔機的非工作狀態允許風載荷Pω3=1100 Pa。也就是說,臺風在此高度處風壓是塔機設計風壓Pω3的3.45倍,大大超過原塔機設計的能力,這就是“桑美”臺風導致蒼南6臺塔機倒塌的主要外界原因。
同時,通過該次臺風事故,說明該塔機基礎設計完好,如果塔機附墻環梁強度與節點構造能滿足規范要求,再加上采取一些技術措施就不會導致倒塌事故,故引起塔機倒塌主要原因是塔機附墻環梁設計問題造成的,表現為環梁截面偏小,環梁4個轉角處節點構造等設計錯誤。
3、臺風應急措施的建議
(1)在臺風來臨前,利用爬升套架卸去部分標準節,將塔機平衡臂落在建筑物樓面上,可大大減少塔機頂部荷重,減少塔身變形。
(2)提前增加附墻,降低塔機上部自立高度。
(3)未附墻的塔機,可在標準節對角線方向設置4根纜風繩,并在塔身上下設2-3道以增加塔身水平約束。該法效果較好,這次臺風中有1臺塔機采取該法避免了倒塌事故。
(4)檢查各種連接螺栓與焊縫情況并及時補救。