塔机附着装置连接销轴的轴向位移与预防措施

朱俊成，郭泗宾，张 虎，左 骁

（1.中国建筑第二工程局有限公司，北京 101101；2.山东筑龙安全技术有限公司，山东 济南 250013）

塔机作为一种起重机械设备，在当今建筑施工现场发挥着重要的作用。随着高层或超高层建筑的大量出现，塔机的安装使用高度一般多在100m 以上。不断加节增高的塔身需要及时安装一定数量的附着装置并保证其使用安全可靠，才能实现塔机在各种承载条件下的稳定性。在日常塔机安全管控过程中，发现了很多附着装置连接销轴发生轴向窜动位移甚至脱落的安全隐患情况。为避免较重大倒塌事故的发生，引起足够重视，现就相关情况进行阐述并提出相关预防措施。

1 轴向位移案例

自2016 年～2019 年期间，经统计所监管检查的建筑施工现场在用塔机217 台次中，累计发现附着装置重点部位连接销轴发生轴向位移现象的情况有14 台次，平均占比6.45%。其中，附着装置连接销轴存在窜动位移挤断开口销或代用铁丝的现象比较多。因轴向约束零件失效而引起销轴脱落导致设备整机失稳倒塌的事故也曾发生过。图1、图2 为近两年来在项目现场检查所拍摄的附着销轴沿轴向位移的可怕情况，有的已出现连接失效，存在严重安全隐患。

2 附着装置连接的重要性

图1 附着装置附墙支座处销轴沿轴向位移

图2 附着装置附着框架处销轴沿轴向位移

塔机塔身标准节高度超过独立使用高度，或者超过特殊使用场所需要限定高度的一定数据时，及时安装附着装置十分必要。无论是采用原制造厂家配备的标准规格尺寸的塔机附着装置，或是采用具有相应资质单位自行设计制作的非标准规格尺寸的附着装置，其构造形式多采用不对称三撑杆式和对称四撑杆式两种。现场实际观察发现，QTZ80 及以下中小型塔机常采用三撑杆系，QTZ100 及以上塔机多采用四撑杆系。附着装置组成部件一般有附着撑杆、拉杆（包括两端部的可调节双头螺栓）、箍紧塔身的附着框架、附墙支座（一般与建筑主体预埋件焊接或采用穿墙螺栓连接）和连接螺栓或连接销轴。附着撑杆与拉杆一般由圆管、槽钢、角钢等型材拼装焊接而成。较大的附着装置为了减轻自重带来的挠度，采用空间桁架格构柱的结构形式。

1）抵抗倾覆力矩，增强机身稳定性 塔身承受的载荷比较复杂，当塔机设计的独立高度不满足施工高度要求时，应及时安装附着装置来保证使用过程中塔身刚度要求和安全稳定。附着框架宜设置在两标准节带有横撑杆的结合部位，箍紧塔身，内对角处应加设抗扭支撑杆。附着支座锚固点处承受载荷较大，预埋件或穿墙螺栓所在的现浇混凝土框架梁柱处，钢筋设置应进行加密处理。塔机附着装置的连接销轴和螺栓的材质和热处理工艺，应符合安全技术标准规定，满足足够的强度和刚度要求。

2）调节塔身的垂直度 塔机附着装置的适当调节，可以保证塔机在无风、无荷载的情况下，最上一道附着锚固点以上塔身与基础平面垂直度偏差在4‰以内；最上一道锚固点以下的塔身垂直度在2‰以内。

3）减轻基础部位标准节的承载压力 通过附墙装置将塔机运行中的部分动和静载荷转移到建筑主体上，减少下部结构件受力，降低基础的不均匀沉降程度。

3 附着装置连接销轴位移产生原因

塔机附着框架、拉撑杆系、锚固支座与建筑物之间必须连接牢固。建筑物穿墙孔与螺栓的直径必须相匹配，附着杆件分段拼接加长的连接销轴或螺栓要牢固可靠，以保证塔机作业时各结构件之间不产生较大的相对运动。塔机附着装置的支座与附着杆件及与框架之间的连接销轴，之所以会产生窜动位移，是因为该处连接销轴在使用过程中受到了轴向分力的作用，而销轴与连接孔的间隙配合连接的摩擦力和销轴的轴向定位措施不足以抵抗轴向分力拉动，造成了连接销轴沿分力的方向慢慢移动，在无人为及时干涉校正的情况下，这种状态持续直至销轴脱落导致连接失效，原因分析如下。

1）轴向定位约束方式不可靠 塔机附着装置连接销轴一般会选择一端带有轴端台阶而另一端加开口销定位安装方式的销轴，而很少采用同一截面尺寸并两端加开口销定位安装方式的光轴。所以，只需控制销轴轴头一侧轴向移动的一个自由度，便可以保证安全使用。现场检查常见开口销规格较小、单脚片使用、违规采用电焊条、螺纹钢或铁丝代用，销轴窜动位移时很容易造成轴向定位件受挤压断裂缺失，导致连接性能失效。

2）轴孔配合间隙过大 塔机附着装置杆系与框架和附墙支座之间的销轴连接属于间隙配合，多见采用基孔制和IT11 级公差尺寸配合特性，选用优先配合代号H11/h11。常见的QTZ80 型号塔机附着装置连接销轴，图纸显示具体尺寸为孔∅50（+0.16/0），轴∅50（0/-0.16）时，最大配合间隙为0.32mm，最小配合间隙为0。实际上，现场附着装置安装做法极不规范，私自加工制作轴与孔的现象很普遍，很多安装间隙都在0.5mm 以上，有的直接采取可燃气体热切割方式形成孔，造成孔内径形位公差及表面质量特别差，有的连接间隙甚至达5mm 左右。一旦安装角度处理不好，很容易发生轴向窜动位移，带来重大安全隐患。

3）现场安装位置角度不合适 塔机附着装置现场安装设置的间距、角度、长度及杆系平面布置形式等因素，对附着连接杆件的强度、刚度和内应力影响非常大，不容忽视。由于施工现场具体建筑结构形式不一，安装设置位置各异，造成附着装置横向、纵向或水平安装角度产生较大偏差。塔机附墙布置随意性比较大，撑杆或连杆任意私自切割焊接更改尺寸长短，附着角度和间距不合理现象普遍存在。这些不严格按照附着设计图纸制作安装施工的行为，容易造成附着连接杆系的实际承载情况远离设计计算的理想状态，致使连接销轴存在初装完成即承受轴向分力作用的状态。

4）轴与孔加工精度过低且单双耳板圆孔的同轴度超标 加工完毕的轴和孔尺寸偏差、形位偏差和表面粗糙度等精度较低。有的轴因为缺少精车削工序，也有附着撑杆连接耳板的孔经钻床打孔后，未到镗床进行镗削精加工，造成加工完成的轴与单双耳板的圆孔表面粗糙，圆度与圆柱度等形状公差超标，垂直度与同轴度等位置公差超标。最终导致装配完成的轴孔间隙配合连接出现偏斜、配合不良等质量缺陷，极易诱发销轴异常轴向位移。

5）检查管控校正不及时 塔机附墙装置安装连接存在质量缺陷后，在使用过程中很快会呈现出销轴窜动的异常现象，现场的及时检查校正很重要。对于出现窜动甚至脱落的安全隐患，及时发现并采取更换零部件、更改安装方向和安装位置与改变连接方式等，可以有效避免连接失效。

4 预防措施

为有效避免及预防因销轴产生轴向位移可能造成塔机结构失稳严重安全隐患的出现，特提出以下几个针对性措施。

1）适当调整安装位置和角度，消除产生轴向分力 塔机附着框架、附墙支座、拉撑连杆布置方式、空间尺寸和安装角度，应按制造厂家安装使用说明书规定执行。特殊情况应请具备相应设计制造资质的单位制作并提供现场安装指导技术服务，实际施工时不可擅自改变空间尺寸和安装角度，以防出现轴向分力让销轴异常位移脱落。塔机附着框架和附着支座布设时，附着杆及支座与水平面的倾斜角不得超过±5°。

2）选择精确机加工，减小配合间隙，降低形位偏差，增大摩擦力 连接销轴零件应严格按厂家技术图纸要求的工艺标准和工序流程，选择满足精度要求的机床进行加工，提升表面加工质量，控制合理配合间隙，增大连接面摩擦力，确保销轴符合连接固定要求，彻底防止出现轴向位移。

3）提高检查频率，出现位移窜动异常时及时整改 塔机附着装置安装后，应由具有检测资质单位的专业人员进行验收，合格后方可使用。施工现场应按照“安全风险分级管控和安全隐患排查治理”双体系建设的相关文件精神要求，在塔机附着装置连接重点部位设置相应等级的安全风险管控标识牌，严格落实监控检查工作。塔机作业过程中，应有相应专业人员和安全管理人员经常对附着装置的构件进行检查、调整和维护。提高日常检查频率，加强销轴连接异常窜动的风险预控。

4）反向更换安装，改变轴端位置 对于安装位置角度不合适且连接销轴已出现窜动位移的迹象，现场又不便于调整安装位置、角度和有效消除位移的时候，可以立即采取改变销轴安装方向，更换轴端台阶位置，使原来开口销定位的轴头改变到相反的方向，效果明显良好。

5）完善专项安装方案，加强安全技术交底，落实现场旁站监督 塔机附着装置各钢结构部件及连接紧固零件，进场后应根据专项安装方案要求，逐个检查、测量、验收和整理，保证规格尺寸、材质、参数与偏差，符合设计图纸技术要求，严禁异常变形、严重磨损和随意违规代用的销轴等零部件安装使用。充分落实安装工艺、严格安装步骤，妥善实施验收程序，确保塔机附着装置安装处于层层把关和有效受控状态。

6）建立BIM 技术模型，仿真模拟安装附着 根据塔机附着装置设计安装技术图纸参数要求，利用BIM 信息技术，通过采用品茗等相关软件，对拟安装的附着装置进行BIM 建模、检查和校验；提前预防不良安装质量的出现。逐步提升附着装置设计、制作和安装精度，确保塔机组装服役期间附着装置连接销轴的安全有效和可靠运行。

5 结语

销轴作为2 个及以上零部件铰接处的连接紧固零件，已形成标准化、系列化，工作可靠，拆卸方便，互换性较强。塔机作为高架建筑施工设施，附着装置的装设质量影响着机身的抗倾覆稳定性。附墙装置钢结构部件之间的销轴连接对于保障设备整体稳定性具有关键性作用。通过优化设计、改进加工工艺、提高安装装配质量和加强日常安全隐患检查整改，确保销轴连接可靠，保障塔机安全顺利运行。