建筑工程施工起重设备重大事故原因分析及其对策1

1、224四川建筑科学研究SichuanBuildingScience第36卷第5期2010年10月建筑工程施工起重设备重大事故原因分析及其对策秦定龙（四川电力职业技术学院水利水电与建筑工程系，四川成都610072）摘要：由于我国住房分配制度的改革和城镇居民住宅商品化进程的加快，使中国的建筑施工企业获得了生机。许多建筑施许多高楼大厦拔地而起。但是，在房屋建筑的施工过程中，由于高层工企业应运而生。全国的房屋如雨后春笋般地冒出来，建筑施工需要诸如大量的塔式起重机和吊篮等升降设备等，由于使用起重设备的不当，发生了大量的人身伤亡和设备损坏事对人们的生命和财产造成了不可估量的损失。列举血的教训，分析事故原因

2、，找出杜绝建筑工程施工起重设备事故的对故，策，让人们在享受住宅商品化所带来的高质量的生活的同时，不要忽略人的生命价值。关键词：塔式起重机；倒塌；吊篮；升降设备；坠落；原因分析与对策中图分类号：TU974文献标识码：A文章编号：10081933（2010）0522406CauseanalysisandcountermeasuresagainstmajoraccidentscausedbyliftingapparatusinconstructionQINDinglong（DepartmentofIrrigationWorksandHydroelectricConstructionSichuanEl

3、ectricalVocationalandTechnicalCollege，Chengdu610072，China）Abstract：WiththehighlydevelopmentofurbanizationinChina，numerousofhousesandbuildingsemergednationwidelikebambooshootsafterspringrainHowever，duringtheprocessofconstruction，especiallyfortheconstructionofhigh-risebuildings，alargenumberofliftingap

4、paratusesliketowercranesandnacellesareneededDuetotheirowndefectsandimproperuseoftheseapparatuses，uncountableaccidentshappenedandcausedlotsofseriouscasualtyandequipmentdamageandthereforeledtoimmeasurablelossofpeople'slivesandpropertyThisarticlediscussescasesofmajoraccidentscausedbythecollapseofli

5、ftingapparatusesandlessonswecanlearnfromthem；consequently，putsforwardcountermeasuresagainstthemsothatsothatpeoplecancherishthevalueoflifeandatthesametimeenjoytheirqualitylifebroughtaboutbythecommercializationofresidenceKeywords：towercrane；collapse；nacelle；liftingapparatus；falling；causeanalysisandcou

6、ntermeasures0引言对人们的生命和财产造成了不可估量的损失。事故，远的不说，在最近半年以来，在新闻媒体中公开报道的建筑工程施工过程中由于塔吊倒塌等发生的重大安全事故就有多起，血的教训，值得大家深思。本文的目的，就是从各方面去分析发生建筑施工塔吊倒塌等重大事故的深层次原因，以引起人们的高度重视，以防止和杜绝诸如塔吊倒塌等建筑施工严重事故的发生。1996年中央经济工作会议指出，要把住宅建设作为国民经济新的经济增长点。围绕住房消费成为国家住房分配制度改革新的经济增长点这个中心，取得了历史性突破，停止了住房实物分配，逐步实行住房分配货币化。住房市场化进程的加速，使中国的建筑施工企业获得了生机

7、。许多建筑施工企业应运而生。全国的房屋如雨后春笋般地冒出来，许多在房屋建筑施工过程中，高楼大厦拔地而起。但是，由于高层建筑施工需要诸如大量的塔式起重机和吊篮等升降设备，由于在使用塔式起重机和吊篮等升发生了大量的人身伤亡和设备损坏降设备过程中，02-09收稿日期：2010-作者简介：秦定龙（1952），男，四川剑阁人，副教授，主要从事建筑、。力学和建筑结构的研究教学和管理工作Email：qdlong126com1建筑工程施工事故重大案例近年来，在建筑工程施工过程中发生的重大安全责任事故层出不穷，有的是建筑工地上的施工升降机发生坠落，有的是在建筑工地上的塔机倒塌和脚手架垮塌，有的是在建筑施工过程中

8、建筑物垮塌，有的是在开挖建筑物的基坑时由于边坡塌滑等。由于工地现场施工者施工组织失调和机械操作不当造而一般的工程事故则成的重大安全事故屡见不鲜，2010No.5秦定龙：建筑工程施工起重设备重大事故原因分析及其对策225比比皆是。下面，是近半年来在建筑工地上，仅就塔吊倒塌等起重设备发生的一些重大安全事故案例。（1）2008年10月5日，成都发生一起施工电梯轿厢坠落事故，造成7人死亡，1人重伤。（2）2008年10月510日，山东省淄博和青岛3处在建工程相继发生塔机倒塌和脚手架垮塌事故，造成8人死亡，其中包括5名幼儿。其中，最为严重的是2008年10月10日10时20分，位于山东省淄博市张店区沣水

9、镇刘家村一处施工工地的建筑塔吊突然倒塌，不幸砸上与其相邻的村办幼儿园，事故造成5名儿童遇难，2名儿童受伤，1名塔吊司机受伤。（3）2008年10月29日，山东省东营市恒宇橡胶有限公司全钢密炼工业厂房扩建工程发生一起模板支撑系统坍塌事故，造成4人死亡，13人受伤。（4）2008年10月30日，在福建省宁德市霞浦县迪鑫阳光城3号楼工程项目施工现场，一座建筑工地的施工升降机坠落，导致12人当场死亡。（5）2008年11月25日12时40分左右，浙江省宁波市象山县石浦神洲造船厂由于塔吊倒塌，造成4死1伤的严重事故。（6）2008年12月27日上午7时30分时许，位于湖南省长沙市韶山南路643号湖南东方

10、红建设集团上海城19栋项目部发生一起建筑施工升降机挂篮坠落事故。事故造成吊篮内17人死亡，1人重伤，后在升降机坠落处的下部发现有1人被落下的吊篮砸死，事故共造成18人死亡，1人重伤。（7）2009年3月19日13时35分，位于青海省西宁市商业巷南市场的佳豪广场4号楼施工现场发生坍塌事故，造成8人死亡。（8）据莱钢集团介绍，2009年4月2日16时左右，山东省显通安装有限公司在承包莱芜钢铁集团银山型钢有限公司工程施工过程中，进行吊盘提升作业时，由于高空作业的吊盘导链发生断裂，致使在吊盘上作业的5人从高空坠落，造成5人死亡的严重事故。（9）据中新社石家庄电，2009年4月11日9时左右，河北省廊坊

11、市三河燕郊开发区一建筑工地发生活动板房倒塌事故，造成5人死亡，8人受伤严重。（10）据2009年3月18日浙江在线新闻网站资料，在过去的一年中，浙江省共发生建筑施工安全事故71起，死亡100人。其中，重大事故1起死亡21人；较大事故3起死亡9人，相比2007年，事故起数上升200%，死亡人数上升125%。建筑工程施工起重设备重大事故发生频繁，限于篇幅，在此就不一一列举事故案例了。以上是我国近半年来在新闻媒体中公开报道的在建筑工程施工过程中发生的重大安全事故，有的事故还没有报道。管中窥豹，略见一斑，可见我国在建筑工程施工过程中存在的安全隐患是多么的严重啊，以上事实，应该足以引起与建筑工程施工过程

12、相关的方方面面的各类人员的重视。最近笔者统计了15起重大施工安全事故，其中由于升降设备高空突然坠落造成重大事故的共6起，占统计事故事件的40%；由于塔吊倒塌造成重大事故的共4起，占统计事故事件的27%；由于建筑物（构筑物）坍塌造成重大事故的共5起，占统计事故事件的33%。说明升降设备高空突然坠落和塔吊倒塌造成重大事故的概率（73%）大于建筑物（构筑物）坍塌的概率（27%）。2建筑工程施工事故原因分析如此之多的建筑工程事故不时发生，必须究明原因，采取相应的对策，防止事故的频繁发生。21在建筑工程技术专业教学计划的制定上存在着一定偏差从1999年高等教育大规模扩大招生以来，我国的教育机制发生了翻天

13、覆地的变化。特别是在各个专业教学计划的制定上，表现特别突出。就是以前的中职教育，其专业教学计划甚至小到一门课程的教学大纲，也是由教育行政主管部门组织专家制定并审定后再颁布各专业执行。在现今，各类职业院校的专业教学计划，基本上由各专业系主任组织教师制定。例如，同样的一个建筑工程技术专业，在不同的职业技术学院，由于担任的专业系主任的教育背景、工作经历和学识水平不同，可能制定出的专业实施性教学计划也就不同了。一些职业技术学院的一些专业，在制定教学计划时，可能对专业课程的设置和课程学时数把握不准，在以就业为导向和基础课以“必须、够用”为度的花环下，把一些支持学生将来职业能力可持续成长的课程内容减少了。

14、表现在建筑工程技术专业上，就是把建筑力学内容进行了删减，其教学时间和教学内容比以前的中专少了许多，培养出来的学生的建筑力学基础知识偏低，毕业生在一些基本的力学概念如强度、刚度、稳定和平衡等知识点上掌握的不是很牢靠，表现在建筑施工过程中就是不注重力的作用效应，致使建筑安全事226四川建筑科学研究第36卷故频繁发生也就不足为奇了。工科教育若不重视力学知识的普及，建筑施工过程中由于力学原因引起的工程事故必然会增多。22建筑施工管理和专业技术人员对发生事故的几个力学机理认识不足221对材料的强度机理认识不足强度就是材料抵抗破坏的能力。如果一个构件的强度是足够的，构件就不会破坏，反之，强度不够，构件就会

15、发生破坏。在前述的升降设备高空突然坠落造成重大事故事件中，其主要原因就是由承担升降设备重力的吊绳（或吊杆）的强度不足而造成的。分析构件的强度必须从构件的受力和材料的力学性能两方面入手，才能得到正确的结论。分析的载体是构件，这里可以是吊绳（或吊杆），其分析过程如下。构件的外力分析构件的内力分析构件的应力分析材料的强度指标。最后，得出杆件的强度条件如下：max（1）max（2）式中max，max分别代表构件工作时在简单应力状态下的最大正应力和最大切应力，单位为兆帕（MPa）；，分别代表吊绳（或吊杆）使用材料的许用正应力和许用切应力，单位同样为兆帕（MPa）。升降设备的突然坠落，从力学角度上可以简单

16、地认为是由承担升降设备重力的吊绳（或吊杆）内的最大工作应力超过了材料的许用应力致使吊绳（或吊杆）断裂而造成的。很多建筑工程施工技术人员和管理人员没有充分认识到这一点。例如，发生在湖南省长沙市韶山南路643号建筑施工升降机挂篮坠落事故，就是由于超载引起的。因为设计的施工升降机挂篮，允许承载12人，实际承载17人，超额承载5人，超载率42%，可以简单的得出相应的最大工作应力也超过许用正应力的42%，远远超过建筑设计规定最大工作应力可超过许用应力5%的界限，最终致使吊绳（或吊杆）断裂，造成人身伤亡和设备损坏的重大事故。下面，举例说明吊绳（或吊杆）的强度分析过程。强度分析实例设某起重机以加速度a匀加速

17、吊起重物，如图1（a）所示。设起吊重物的重量为W，吊绳（或吊杆）的横截面面积为A，吊索材料的单位体积质量为，起吊重物时吊绳（或吊杆）的瞬时长度为L。试求吊绳中的应力，并列出吊绳（或吊杆）的强度公式。（1）吊绳（或吊杆）的受力分析作用在吊绳上的重力集度为qs=gA作用在吊绳上的惯性力集度为qd=aA作用在重物上的惯性力为Fd=Wga根据动静法，连同重物的重量W一同加在吊绳上，吊绳（或吊杆）的受力如图1（b）所示。（2）吊绳（或吊杆）的内力分析设吊绳（或吊杆）的内力为轴向拉力，其大小为FNd，如图1（b）所示。由保留部分的平衡条件：Fy=0，得FWNd（W+ga）（Ag+Aa）y=0由此求得FaN

18、d=（1+g）×（W+Agy）（3）式中（W+Agy）为a=0时吊索y截面上的轴力，即静载荷作用下的内力，以FNS表示。则FaNd=（1+g）FNs（4）（3）吊绳（或吊杆）截面上的应力分析吊绳（或吊杆）任意截面上的应力为aFNd（1+g）FNSd=A=A=（1+ag）j（5）式中Wj=（A+gy），为静载荷下（即加速度a=0时）的应力。令kad=（1+g）（6）则d=kdj（7）图1吊绳受力分析Fig1Force-beringanalysisofliftingrope2010No.5秦定龙：建筑工程施工起重设备重大事故原因分析及其对策227式中kd为动荷系数。最大动应力发生在吊索的

19、上端，即y=L截面上，其值为dmax=（1+aWg）×（A+gL）（8）应力沿吊索轴线呈线性分布，如图1（c）所示。（4）吊绳（或吊杆）强度计算公式dmax（9）式中为组成吊绳（或吊杆）材料的许用正应力，单位为MPa。式（9）若不成立，吊绳（或吊杆）必然断裂，造成施工吊篮坠落。222对物体的平衡原理认识不足在上述4起塔吊倒塌造成的重大事故中，还有可能就是塔吊受力不当失去平衡造成塔吊倒塌。现把塔吊受力不当失去平衡造成塔吊倒塌的力学原理分析如下。如图2所示的塔式起重机重力为FG，作用于C点，距轨道右边缘B的距离为e，最大起重量为FP，作用线距B轨的距离为l，平衡锤重FQ，作用线距A轨的距

20、离为a。欲使起重机在满载和空载时均不翻倒，平衡锤重FQ应满足什么条件呢？（1）选取塔式起重机为研究对象，进行受力分析。根据题设条件，作用在塔式起重机上的力有重力FG，FP，FQ及轨道对轮子的约束反力FA，FB，这些力组成一个平面平行力系，其受力如图2所示。图2塔吊受力平衡分析Fig2Equilibriumanalysisoftowercraneforce-bering（2）计算满载时不翻倒的平衡锤重FQ塔式起重机满载时，要使起重机不绕B点翻倒，作用在起重机上的力必须满足MB（F）=0。在平衡的临界状态，FA=0，平衡锤重FQ为允许的最小值FQmin。由MB（F）=0，FQmin（a+b）FG&

21、#215;eFP×l=0得FFG×e+FP×lQmin=a+b（10）（3）计算空载时不翻倒的平衡锤重FQ空载（FP=0）时，要使起重机不绕A点翻倒，作用在起重机上的力必须满足MA（F）=0。在平衡的临界状态，FB=0，平衡锤重FQ为允许的最大值FQmax。由MA（F）=0，FQmax×aFG×（b+e）=0得FFG×（b+e）Qmax=a（11）（4）结论为保证塔式起重机的安全，平衡锤重FQ的范围应是：FG×e+FP×la+bFFG×（b+e）Qa（12）如果在实际操作时，平衡锤重的重量不满足式（12）

22、的要求，塔式起重机必然会失去平衡而造成倒塌事故，这就是塔式起重机由于失去力的平衡造成倒塌事故的力学机理。223对受压直杆由于失稳造成的破坏机理认识不足塔式起重机的突然倒塌，有可能就是由于组成塔吊的某个受压直杆突然失稳造成塔吊倒塌的。历史上由于对受压直杆突然失稳造成破坏认识不清，造成许多大桥坍塌的事故。例如，1907年北美魁北克圣劳伦斯河上一座长548m的钢桥在施工中突然倒塌；2007年4月5日下午韩国南部一座正在兴建的大桥突然发生坍塌，正在现场工作的10多名工人当场被埋在桥下，造成5死7伤的严重事故，其原因就是某些受压杆件在稳定方面出了问题。所以，塔式起重机的突然倒塌，有可能是压杆失稳造成的。

23、所谓压杆失稳，就是本来挺直的压杆，当其所受的轴向压力超过杆件所能承受的某一极限值（临界力）时，受压直杆将突然弯曲折断，致使塔式起重机的突然倒塌。图3是某塔机中一个受压直杆的计算简图，要使该受压直杆不会由于失去稳定致使塔机突然倒塌，必须要保证该受压直杆的实际受力F小于该杆的临界荷载Fcr，即FFcr（13）临界荷载Fcr就是使受压直杆失去稳定的荷载。细长压杆的临界荷载Fcr，可以用下面的“欧拉公式”计算。228四川建筑科学研究第36卷2Fcr=EI（ul）2（14）式中为压杆的“长度系数”，根据压杆两端的支撑情况可取0.5（两端固定）、0.7（一端固定另一端铰支）、1.0（两端铰支）和2.0（一

24、端固定另一端自由）等不同数值；l为压杆的实际长度；EI为压杆的抗弯刚度；为圆周率，可取3.1416。受压直杆的实际受力F必须小于该杆的临界荷载Fcr，否则，一个受压直杆的失稳破坏就可以导致整个塔式起重机的突然倒塌，在这一点上，很多实际现场的施工技术人员往往认识不足。图3受压直杆失稳分析Fig3Outofstabilityanalysisofcompressionstraightmember在上面列举的10起重大施工安全事故中，从力学角度来说，很多都是由于上述3个方面认识不足而造成重大事故的。23由于违规违章操作致使事故发生假设致使事故发生的力学原因不存在，则很多严重事故就是违规违章操作、强行施

25、工造成的。例如，发生在湖南省长沙市韶山南路643号建筑施工升降机挂篮坠落事故，就是由于严重违规违章操作引起的。因为设计的施工升降机挂篮，允许承载12人，实际承载17人，违规超额承载5人，严重超载，最终致使吊绳（或吊杆）断裂，造成18死1伤和设备损坏的重大事故。有的施工操作人员，为图方便和省事，经常不按照机械使用说明书和操作规程行事，久而久之，事故也就必然会发生。24由于管理落后致使事故发生根据以上事故事后原因分析，施工责任单位行为不规范、施工管理制度落后，施工现场管理不到位，施工从业人员整体素质不高，不按岗位人员岗位要求调配人员、机械设备产品使用管理不到位、部分政府行业主管部门监管不力，也是事

26、故发生的原因之一。比如，一些建设单位没有履行建设程序，违法违规发包建设工程；另一方面，工程招投标时，一味追求“最低价”中标，选用施工资质级别低下的建筑施工企业甚至没有建筑施工资质的施工企业。部分建筑企业对分公司以及部分建设项目，以包代管，缺少应有的监管；对施工现场的安全设施管理、设备不符合法规标准管理等情况，把关不严。有的施工单位，为节约施工成本，严重不服从政府监管和现场监理，擅自改变原审批的施工方案，事后惩罚较轻，也是致使恶性事故经常发生的原因之一。在人员素质方面，特种设备的作业人员技能培训、考核工作滞后、无证上岗现象较普遍。25机械故障也可能造成严重事故由于塔式起重机、施工中的升降机，在运

27、行过程中有可能发生机械故障，有的可能发生电气故障，也可能造成塔吊倒塌和升降机坠落的严重事故。例如，2007年4月河北鹿泉一建筑工地塔吊倒塌，造成2名司机不幸身亡。其原因就是塔吊负责升降的液压系统出了问题，塔吊既上不来，也下不去，于是，2名塔吊司机就爬上塔吊进行检修，不料塔吊突然断裂倒塌，2名司机当场身亡。26由于安全意识淡薄，也是造成重大事故发生的主要原因之一从发生事故的客体看，主要是安全生产责任制落实不好，安全经费投入不足，安全检查流于形式，劳动组织不合理，安全教育不到位，施工现场缺乏良好的安全生产环境与生产秩序。对施工现场一线操作工人的安全教育培训不重视；尤其是建筑行业一线作业人员，多是农

28、民工，安全意识淡薄、安全知识缺乏、基本技能低下，规定不能作的事情往往要去作，这也是建筑施工企业作业人员死亡人数居高不下的原因之一。3减少建筑工程施工事故的对策由于建筑行业是国民经济的支柱产业之一，如果一个企业发生了重大的人身伤亡和设备损坏事故，对国家、企业、社会、个人和家庭都会造成深刻的影响，全社会都应该重视和关心建筑施工企业在施工过程中的安全，坚决杜绝建筑施工过程中严重事故的发生，其主要对策如下。（1）在职业技术院校的建筑类专业，应保证建筑力学等支撑专业核心知识和技能课程的教学，从根本上解决建筑事故频繁发生的理论基础问题。近年来，高职高专院校内一些工科专业，过于简单理解高职高专教育“以就业为

29、导向”的实用性原2010No.5秦定龙：建筑工程施工起重设备重大事故原因分析及其对策229则，弱化了工程力学和结构力学等建筑力学内容方面的教学，有的减少了力学课程的教学时数，一些必要的力学实验也被删减了，有的专业甚至连必要的力学课程也不开了，力学类教材越编越简单，力学教师的水平也在下降，力学课程的教学大不如以前中专的力学教学。作者认为，高职高专院校中的一些工科类专业的力学课程很有必要开设，至少要恢复到以前工科类中专的力学教学水平，甚至有待加强。回顾近年来在一些建筑工程中造成的重大的群死群伤安全事故，很多事故都是由于工程建设管理人员、施工人员和建筑工人力学知识贫乏造成的。很多工程建设管理人员、施

30、工人员和建筑工人，连最基本的“强度”和“结构稳定”等概念都没有建立起来，所以，造成众多的建筑工程中的群死群伤安全事故也就会必然发生了。以上仅仅罗列了在2008年4季度以来的10起媒体公开报道的建筑工程安全事故，血的教训足以说明力学对建筑工程的重要性。以上事故，除了管理等方面的原因外，工作人员不大懂得力学和结构方面的知识，也是很重要的原因之一。所以，高职高专工科类教学，凡涉及到与力学知识有关的内容，决不允许轻易放弃。所以，在制定建筑工程类专业的教学计划时，应保证建筑力学等支撑专业核心知识和技能课程的教学，从根本上解决建筑事故频繁发生的理论基础问题。对有些关键课程，如建筑力学的教学，教育行政主管部门应提出明确的教学要求，应该有一个统一的标准，在建筑工人当中，应该加强应用力学的科普教育。（2）加强特种作业人员的职业技术培训，充分认识建筑施工事故深层次的力学原因。对建筑工程施工过程中担负关键岗位上的技术人员、管理人员，适当加大专业技能培训，学习建筑力学基础知识，充分认识建筑施工事故中深层次的力学原因，从理论上弄清楚发生建筑工程事故的根本原因就是力的不合理作用结果，从根本原因上入手，