塔機附著裝置連接銷軸的軸向位移與預防措施

朱俊成，郭泗賓，張 虎，左 驍

（1.中國建筑第二工程局有限公司，北京 101101；2.山東筑龍安全技術有限公司，山東 濟南 250013）

塔機作為一種起重機械設備，在當今建筑施工現(xiàn)場發(fā)揮著重要的作用。隨著高層或超高層建筑的大量出現(xiàn)，塔機的安裝使用高度一般多在100m 以上。不斷加節(jié)增高的塔身需要及時安裝一定數(shù)量的附著裝置并保證其使用安全可靠，才能實現(xiàn)塔機在各種承載條件下的穩(wěn)定性。在日常塔機安全管控過程中，發(fā)現(xiàn)了很多附著裝置連接銷軸發(fā)生軸向竄動位移甚至脫落的安全隱患情況。為避免較重大倒塌事故的發(fā)生，引起足夠重視，現(xiàn)就相關情況進行闡述并提出相關預防措施。

1 軸向位移案例

自2016 年～2019 年期間，經(jīng)統(tǒng)計所監(jiān)管檢查的建筑施工現(xiàn)場在用塔機217 臺次中，累計發(fā)現(xiàn)附著裝置重點部位連接銷軸發(fā)生軸向位移現(xiàn)象的情況有14 臺次，平均占比6.45%。其中，附著裝置連接銷軸存在竄動位移擠斷開口銷或代用鐵絲的現(xiàn)象比較多。因軸向約束零件失效而引起銷軸脫落導致設備整機失穩(wěn)倒塌的事故也曾發(fā)生過。圖1、圖2 為近兩年來在項目現(xiàn)場檢查所拍攝的附著銷軸沿軸向位移的可怕情況，有的已出現(xiàn)連接失效，存在嚴重安全隱患。

2 附著裝置連接的重要性

圖1 附著裝置附墻支座處銷軸沿軸向位移

圖2 附著裝置附著框架處銷軸沿軸向位移

塔機塔身標準節(jié)高度超過獨立使用高度，或者超過特殊使用場所需要限定高度的一定數(shù)據(jù)時，及時安裝附著裝置十分必要。無論是采用原制造廠家配備的標準規(guī)格尺寸的塔機附著裝置，或是采用具有相應資質(zhì)單位自行設計制作的非標準規(guī)格尺寸的附著裝置，其構(gòu)造形式多采用不對稱三撐桿式和對稱四撐桿式兩種?，F(xiàn)場實際觀察發(fā)現(xiàn)，QTZ80 及以下中小型塔機常采用三撐桿系，QTZ100 及以上塔機多采用四撐桿系。附著裝置組成部件一般有附著撐桿、拉桿（包括兩端部的可調(diào)節(jié)雙頭螺栓）、箍緊塔身的附著框架、附墻支座（一般與建筑主體預埋件焊接或采用穿墻螺栓連接）和連接螺栓或連接銷軸。附著撐桿與拉桿一般由圓管、槽鋼、角鋼等型材拼裝焊接而成。較大的附著裝置為了減輕自重帶來的撓度，采用空間桁架格構(gòu)柱的結(jié)構(gòu)形式。

1）抵抗傾覆力矩，增強機身穩(wěn)定性 塔身承受的載荷比較復雜，當塔機設計的獨立高度不滿足施工高度要求時，應及時安裝附著裝置來保證使用過程中塔身剛度要求和安全穩(wěn)定。附著框架宜設置在兩標準節(jié)帶有橫撐桿的結(jié)合部位，箍緊塔身，內(nèi)對角處應加設抗扭支撐桿。附著支座錨固點處承受載荷較大，預埋件或穿墻螺栓所在的現(xiàn)澆混凝土框架梁柱處，鋼筋設置應進行加密處理。塔機附著裝置的連接銷軸和螺栓的材質(zhì)和熱處理工藝，應符合安全技術標準規(guī)定，滿足足夠的強度和剛度要求。

2）調(diào)節(jié)塔身的垂直度 塔機附著裝置的適當調(diào)節(jié)，可以保證塔機在無風、無荷載的情況下，最上一道附著錨固點以上塔身與基礎平面垂直度偏差在4‰以內(nèi)；最上一道錨固點以下的塔身垂直度在2‰以內(nèi)。

3）減輕基礎部位標準節(jié)的承載壓力 通過附墻裝置將塔機運行中的部分動和靜載荷轉(zhuǎn)移到建筑主體上，減少下部結(jié)構(gòu)件受力，降低基礎的不均勻沉降程度。

3 附著裝置連接銷軸位移產(chǎn)生原因

塔機附著框架、拉撐桿系、錨固支座與建筑物之間必須連接牢固。建筑物穿墻孔與螺栓的直徑必須相匹配，附著桿件分段拼接加長的連接銷軸或螺栓要牢固可靠，以保證塔機作業(yè)時各結(jié)構(gòu)件之間不產(chǎn)生較大的相對運動。塔機附著裝置的支座與附著桿件及與框架之間的連接銷軸，之所以會產(chǎn)生竄動位移，是因為該處連接銷軸在使用過程中受到了軸向分力的作用，而銷軸與連接孔的間隙配合連接的摩擦力和銷軸的軸向定位措施不足以抵抗軸向分力拉動，造成了連接銷軸沿分力的方向慢慢移動，在無人為及時干涉校正的情況下，這種狀態(tài)持續(xù)直至銷軸脫落導致連接失效，原因分析如下。

1）軸向定位約束方式不可靠 塔機附著裝置連接銷軸一般會選擇一端帶有軸端臺階而另一端加開口銷定位安裝方式的銷軸，而很少采用同一截面尺寸并兩端加開口銷定位安裝方式的光軸。所以，只需控制銷軸軸頭一側(cè)軸向移動的一個自由度，便可以保證安全使用?，F(xiàn)場檢查常見開口銷規(guī)格較小、單腳片使用、違規(guī)采用電焊條、螺紋鋼或鐵絲代用，銷軸竄動位移時很容易造成軸向定位件受擠壓斷裂缺失，導致連接性能失效。

2）軸孔配合間隙過大 塔機附著裝置桿系與框架和附墻支座之間的銷軸連接屬于間隙配合，多見采用基孔制和IT11 級公差尺寸配合特性，選用優(yōu)先配合代號H11/h11。常見的QTZ80 型號塔機附著裝置連接銷軸，圖紙顯示具體尺寸為孔?50（+0.16/0），軸?50（0/-0.16）時，最大配合間隙為0.32mm，最小配合間隙為0。實際上，現(xiàn)場附著裝置安裝做法極不規(guī)范，私自加工制作軸與孔的現(xiàn)象很普遍，很多安裝間隙都在0.5mm 以上，有的直接采取可燃氣體熱切割方式形成孔，造成孔內(nèi)徑形位公差及表面質(zhì)量特別差，有的連接間隙甚至達5mm 左右。一旦安裝角度處理不好，很容易發(fā)生軸向竄動位移，帶來重大安全隱患。

3）現(xiàn)場安裝位置角度不合適 塔機附著裝置現(xiàn)場安裝設置的間距、角度、長度及桿系平面布置形式等因素，對附著連接桿件的強度、剛度和內(nèi)應力影響非常大，不容忽視。由于施工現(xiàn)場具體建筑結(jié)構(gòu)形式不一，安裝設置位置各異，造成附著裝置橫向、縱向或水平安裝角度產(chǎn)生較大偏差。塔機附墻布置隨意性比較大，撐桿或連桿任意私自切割焊接更改尺寸長短，附著角度和間距不合理現(xiàn)象普遍存在。這些不嚴格按照附著設計圖紙制作安裝施工的行為，容易造成附著連接桿系的實際承載情況遠離設計計算的理想狀態(tài)，致使連接銷軸存在初裝完成即承受軸向分力作用的狀態(tài)。

4）軸與孔加工精度過低且單雙耳板圓孔的同軸度超標 加工完畢的軸和孔尺寸偏差、形位偏差和表面粗糙度等精度較低。有的軸因為缺少精車削工序，也有附著撐桿連接耳板的孔經(jīng)鉆床打孔后，未到鏜床進行鏜削精加工，造成加工完成的軸與單雙耳板的圓孔表面粗糙，圓度與圓柱度等形狀公差超標，垂直度與同軸度等位置公差超標。最終導致裝配完成的軸孔間隙配合連接出現(xiàn)偏斜、配合不良等質(zhì)量缺陷，極易誘發(fā)銷軸異常軸向位移。

5）檢查管控校正不及時 塔機附墻裝置安裝連接存在質(zhì)量缺陷后，在使用過程中很快會呈現(xiàn)出銷軸竄動的異常現(xiàn)象，現(xiàn)場的及時檢查校正很重要。對于出現(xiàn)竄動甚至脫落的安全隱患，及時發(fā)現(xiàn)并采取更換零部件、更改安裝方向和安裝位置與改變連接方式等，可以有效避免連接失效。

4 預防措施

為有效避免及預防因銷軸產(chǎn)生軸向位移可能造成塔機結(jié)構(gòu)失穩(wěn)嚴重安全隱患的出現(xiàn)，特提出以下幾個針對性措施。

1）適當調(diào)整安裝位置和角度，消除產(chǎn)生軸向分力 塔機附著框架、附墻支座、拉撐連桿布置方式、空間尺寸和安裝角度，應按制造廠家安裝使用說明書規(guī)定執(zhí)行。特殊情況應請具備相應設計制造資質(zhì)的單位制作并提供現(xiàn)場安裝指導技術服務，實際施工時不可擅自改變空間尺寸和安裝角度，以防出現(xiàn)軸向分力讓銷軸異常位移脫落。塔機附著框架和附著支座布設時，附著桿及支座與水平面的傾斜角不得超過±5°。

2）選擇精確機加工，減小配合間隙，降低形位偏差，增大摩擦力 連接銷軸零件應嚴格按廠家技術圖紙要求的工藝標準和工序流程，選擇滿足精度要求的機床進行加工，提升表面加工質(zhì)量，控制合理配合間隙，增大連接面摩擦力，確保銷軸符合連接固定要求，徹底防止出現(xiàn)軸向位移。

3）提高檢查頻率，出現(xiàn)位移竄動異常時及時整改 塔機附著裝置安裝后，應由具有檢測資質(zhì)單位的專業(yè)人員進行驗收，合格后方可使用。施工現(xiàn)場應按照“安全風險分級管控和安全隱患排查治理”雙體系建設的相關文件精神要求，在塔機附著裝置連接重點部位設置相應等級的安全風險管控標識牌，嚴格落實監(jiān)控檢查工作。塔機作業(yè)過程中，應有相應專業(yè)人員和安全管理人員經(jīng)常對附著裝置的構(gòu)件進行檢查、調(diào)整和維護。提高日常檢查頻率，加強銷軸連接異常竄動的風險預控。

4）反向更換安裝，改變軸端位置 對于安裝位置角度不合適且連接銷軸已出現(xiàn)竄動位移的跡象，現(xiàn)場又不便于調(diào)整安裝位置、角度和有效消除位移的時候，可以立即采取改變銷軸安裝方向，更換軸端臺階位置，使原來開口銷定位的軸頭改變到相反的方向，效果明顯良好。

5）完善專項安裝方案，加強安全技術交底，落實現(xiàn)場旁站監(jiān)督 塔機附著裝置各鋼結(jié)構(gòu)部件及連接緊固零件，進場后應根據(jù)專項安裝方案要求，逐個檢查、測量、驗收和整理，保證規(guī)格尺寸、材質(zhì)、參數(shù)與偏差，符合設計圖紙技術要求，嚴禁異常變形、嚴重磨損和隨意違規(guī)代用的銷軸等零部件安裝使用。充分落實安裝工藝、嚴格安裝步驟，妥善實施驗收程序，確保塔機附著裝置安裝處于層層把關和有效受控狀態(tài)。

6）建立BIM 技術模型，仿真模擬安裝附著 根據(jù)塔機附著裝置設計安裝技術圖紙參數(shù)要求，利用BIM 信息技術，通過采用品茗等相關軟件，對擬安裝的附著裝置進行BIM 建模、檢查和校驗；提前預防不良安裝質(zhì)量的出現(xiàn)。逐步提升附著裝置設計、制作和安裝精度，確保塔機組裝服役期間附著裝置連接銷軸的安全有效和可靠運行。

5 結(jié)語

銷軸作為2 個及以上零部件鉸接處的連接緊固零件，已形成標準化、系列化，工作可靠，拆卸方便，互換性較強。塔機作為高架建筑施工設施，附著裝置的裝設質(zhì)量影響著機身的抗傾覆穩(wěn)定性。附墻裝置鋼結(jié)構(gòu)部件之間的銷軸連接對于保障設備整體穩(wěn)定性具有關鍵性作用。通過優(yōu)化設計、改進加工工藝、提高安裝裝配質(zhì)量和加強日常安全隱患檢查整改，確保銷軸連接可靠，保障塔機安全順利運行。