一起施工升降機(jī)吊籠墜落事故技術(shù)分析

段治斌/DUAN Zhi-bin

（山西省檢驗(yàn)檢測中心（山西省標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量研究院)，山西 太原 030012）

隨著我國高層建筑的快速發(fā)展，建筑工地的重要設(shè)備施工升降機(jī)頻頻發(fā)生人員傷亡的惡性事故[1]，嚴(yán)重危害人民生命安全的同時，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣社會影響。當(dāng)前我國以人民生命財(cái)產(chǎn)安全為目標(biāo)的發(fā)展理念迫切要求為此類事故監(jiān)管提供科學(xué)有力的技術(shù)支持。本文通過對一起施工升降機(jī)的典型事故進(jìn)行技術(shù)分析，還原事故發(fā)生經(jīng)過，指出關(guān)鍵零部件高強(qiáng)螺栓預(yù)緊力失效是導(dǎo)致該事故的直接原因，為監(jiān)管部門監(jiān)督管理指明技術(shù)重點(diǎn)方向，對預(yù)防類似事故的發(fā)生有重要實(shí)踐意義。

1 事故經(jīng)過描述

2020 年11 月，某工地3 名工地防水作業(yè)（均無特種設(shè)備作業(yè)人員資格）工人進(jìn)入施工現(xiàn)場，自行操作施工升降機(jī)西側(cè)吊籠向上運(yùn)行，前往樓頂進(jìn)行防水作業(yè)。施工升降機(jī)運(yùn)行至24 層以上，越過最頂端一道附著固定的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)時（從上往下數(shù)第8節(jié)，距離地面72m），升降機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)第7、8 節(jié)間東側(cè)兩條螺栓預(yù)緊力失效，轎廂連同7 個標(biāo)準(zhǔn)節(jié)向西升降機(jī)轎廂一側(cè)傾斜（圖1），標(biāo)準(zhǔn)節(jié)齒條受力變形反彈，轎廂連同7 節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)回位后，向轎廂對側(cè)傾斜（圖2），最終因重心向西傾覆，西側(cè)吊籠連同7節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)墜落至地面爐渣堆上，施工升降機(jī)吊籠墜落地面后變形，施工升降機(jī)吊籠門變形脫落，3 名工人隨施工升降機(jī)吊籠墜落地面，3人全部身亡。

圖1 施工升降機(jī)附著以上標(biāo)準(zhǔn)節(jié)及轎廂向轎廂側(cè)傾斜

圖2 施工升降機(jī)附著以上標(biāo)準(zhǔn)節(jié)及轎廂向轎廂對側(cè)傾斜

2 事故現(xiàn)場勘查

事故施工升降機(jī)型號為SC200/200 的齒輪齒條式施工升降機(jī)，分別對事故施工升降機(jī)的墜落地面部分、未墜落部分、關(guān)鍵零部件（連接用高強(qiáng)螺栓）進(jìn)行勘察、收集[2]。

2.1 墜落地面部件情況

施工升降機(jī)上部7 個標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連同西側(cè)吊籠、驅(qū)動裝置、電控柜墜落至地面爐渣堆上，吊籠結(jié)構(gòu)框架已變形，吊籠門脫落如圖3 所示。

圖3 墜落損壞的升降機(jī)西側(cè)吊籠

2.2 未墜落部件情況

從上往下第8 節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)通過扶墻與建筑固定，第8 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)為與墜落部分原來相連標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。該標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上的齒條變形，如圖4 所示。

圖4 第8節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上變形的齒條

第8 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上端面4 個螺栓連接孔，西側(cè)（吊籠側(cè)）的連接螺栓孔外側(cè)的金屬結(jié)構(gòu)母材可見明顯的新撕裂變形，東側(cè)螺栓連接孔母材無明顯損傷。

2.3 關(guān)鍵部件情況

施工升降機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接面由4 個高強(qiáng)螺栓連接，未墜落標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上的4 個螺栓孔均無螺栓殘留。墜落部分標(biāo)準(zhǔn)節(jié)靠近吊籠側(cè)有2 個高強(qiáng)螺栓并帶有螺母，吊籠對側(cè)2 個高強(qiáng)螺栓上沒有螺母（圖5）?，F(xiàn)場附近尋找，也未發(fā)現(xiàn)匹配螺母。有螺母的2 個螺栓的螺紋上有新鮮金屬碎屑刮擦痕跡。無螺母的2 個高強(qiáng)螺栓上無明顯痕跡。

圖5 墜落標(biāo)準(zhǔn)節(jié)及連接高強(qiáng)螺栓

3 計(jì)算分析

3.1 各部件參數(shù)數(shù)據(jù)

事故發(fā)生施工升降機(jī)安裝到頂，頂端自由高度11m（7.5 個標(biāo)準(zhǔn)節(jié)高度），查閱相關(guān)設(shè)計(jì)文件技術(shù)資料[3～4]，施工升降機(jī)各主要部件參數(shù)如表1所示。

表1 施工升降機(jī)各主要部件參數(shù)

3.2 危險截面受力計(jì)算

事故施工升降機(jī)最高附著點(diǎn)以上共有7 節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，據(jù)現(xiàn)場照片，事故可初步推斷為吊籠整體升高至附著點(diǎn)以上后，塔身在附著點(diǎn)以上標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接位置斷開，吊籠隨上端7 節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)一同墜落，系施工升降機(jī)整體升高至附著點(diǎn)以上后由于吊籠自身偏載導(dǎo)致斷開位置處受力增大，進(jìn)而發(fā)生墜落。故以附著點(diǎn)以上斷開位置（螺栓連接位置）作為計(jì)算截面。

導(dǎo)致附著點(diǎn)以上塔身產(chǎn)生偏載的外因有吊籠、驅(qū)動系統(tǒng)以及吊籠里面的人員重量。危險截面上主要承受由于偏載產(chǎn)生的彎矩與截面以上負(fù)載的重力，均由標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主肢及連接螺栓承擔(dān)[5]。危險截面如圖6 所示。

圖6 施工升降機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)截面示意圖

在遠(yuǎn)離吊籠側(cè)主肢均未擰螺栓情況下，危險截面以上總的傾覆力矩為正，危險截面以上部件將朝吊籠側(cè)傾翻，要保證不發(fā)生傾翻，需要遠(yuǎn)離吊籠側(cè)螺栓至少提供-8 434.25Nm 的力矩，此時遠(yuǎn)離吊籠側(cè)螺栓承受拉力。

單個螺栓拉力

式中M——吊籠傾翻力矩；

a——螺栓間距。

在吊籠升至危險截面以上后，需要遠(yuǎn)離吊籠一側(cè)的螺栓至少提供4 534N 拉力，如果螺栓沒有擰螺母，螺栓無法提供拉力，將導(dǎo)致危險截面以上塔身沿受壓一側(cè)傾翻，隨著傾翻角度的增大，傾翻部件對吊籠側(cè)主肢形成的力矩越來越大，此時主肢附近的螺栓連接位置受力也越來越大，直至達(dá)到極限，撕裂標(biāo)準(zhǔn)節(jié)螺栓孔附近母材發(fā)生墜落。

4 事故原因分析

從現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，吊籠對側(cè)邊兩螺栓有受力彎曲痕跡，螺紋部分無擦傷痕跡，該側(cè)墜落和未墜落兩標(biāo)準(zhǔn)節(jié)螺栓孔均完好無損，因此，可以推斷該側(cè)兩螺栓在事故時兩螺栓螺母已經(jīng)脫落，事故發(fā)生前，高強(qiáng)螺栓預(yù)緊力已經(jīng)失效。

靠近吊籠側(cè)的兩螺栓均帶有螺母，事發(fā)后仍在墜落標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的相應(yīng)螺栓孔內(nèi)。螺栓上有新鮮的金屬刮擦碎屑，未墜落標(biāo)準(zhǔn)節(jié)相應(yīng)螺栓孔有新鮮撕裂痕跡，事發(fā)4 個高強(qiáng)螺栓均未有明顯可見縮頸或斷裂跡象，可知該施工升降機(jī)所用螺栓的強(qiáng)度不是導(dǎo)致事故的原因。

施工升降機(jī)在運(yùn)行中受到不固定的工作動、靜載荷及外力作用的影響[6]，有較大的振動，連接標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的高強(qiáng)螺栓需要有足夠的預(yù)緊力，并定期檢查緊固保持螺栓預(yù)緊力[7]，才能保證施工升降機(jī)結(jié)構(gòu)的連接牢固可靠，保證使用安全。

5 結(jié)語

施工升降機(jī)上部第7、8 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間東側(cè)兩條連接螺栓的螺母缺失，是造成西側(cè)吊籠上升超過最高一道附墻后失穩(wěn)，連同最上端7 個標(biāo)準(zhǔn)節(jié)一起傾覆墜落的直接原因。

高強(qiáng)螺栓是施工升降機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)聯(lián)接的關(guān)鍵零部件，直接影響著施工升降機(jī)的使用安全，在使用過程中由于，安裝預(yù)緊力不足，使用中沖擊載荷等因素，會導(dǎo)致高強(qiáng)螺栓預(yù)緊力降低甚至螺栓脫落。因此，嚴(yán)格的日常檢查和定期維護(hù)保養(yǎng)對施工升降機(jī)的安全使用有著關(guān)鍵作用。

監(jiān)管部門監(jiān)督使用單位日常檢查和定期維護(hù)保養(yǎng)責(zé)任的有效落實(shí)到位，是監(jiān)管工作的一個重點(diǎn)。