汽車起重機吊裝作業前如何計算

文/馬杰

汽車起重機是工程建設項目施工現場最常見的吊裝設備，使用頻繁，危險性較大。近年來，許多施工現場發生了多起吊裝事故，本文就重點對常見汽車起重機在吊裝作業前如何根據實際情況進行計算，以在工程建設施工現場根據吊物情況正確選擇合適的起重機型號與索具。

近年來，施工現場發生汽車起重機翻車致使人員傷亡的事故屢見報端，這些事故中除了因操作不當所導致外，部分事故是由于吊裝前未根據實際情況進行計算，甚至僅憑經驗來判斷選擇起重機型號和索具。

汽車起重機是裝在普通汽車底盤或特制汽車底盤上的一種起重機，其駕駛室與起重操縱室分開設置。目前國內常用的起重機噸位從8 t到1 000 t，噸位是指該起重機使用基本臂且處于最小幅度時所吊重物的最大質量值，在實際使用過程中，所吊重物往往都會小于所用起重機的噸位值。

起重機選型

起重機選型主要根據起重機最大受力、起重機站位、重物提升高度來綜合判斷，其中起重機最大受力要綜合吊物、索具以及相關荷載因素，起重機站位需要核算起重機的工作半徑，重物所要提升的高度需要考慮起重機臂長的計算，如圖1為國內常見汽車起重機吊裝過程尺寸示意圖。以下就上述三個判斷因素分別進行探討。

起重機最大受力計算

圖1 國內常見汽車起重機吊裝過程尺寸示意圖

起重機在吊裝時所計算的最大受力不僅要考慮吊物本身的質量，還要將所使用的索具也計算進去，索具包含鋼絲繩、吊鉤、卡環、吊裝扁擔等，并且一些設備在吊裝過程中需要預先安裝一些配管、作業平臺等附件，這些在計算過程中都需要考慮，不要遺漏，計算公式如下：

其中：

P—起重機最大載質量，單位：t；

K—動載系數，取1.1；

Q—吊物本體質量，單位：t；

Q1—吊物附件質量，若沒有，則為0，單位：t；

Q3— 索具質量，含鉤頭、鋼絲繩、吊裝扁擔、卡環、梯子、保溫管等質量之和，單位：t；

Qn— 吊鉤所承受的其他物體質量，單位 ：t。

起重機工作半徑計算

起重機站位的選擇應該根據吊物就位時的施工環境來綜合判斷，根據現場的作業面位置，考慮設備質量、外形尺寸等因素，選擇適合于吊裝的工作半徑。這里的工作半徑是指起重機回轉中心線到吊鉤中心線的水平距離，計算工作半徑的公式如下：

其中：

R— 工作半徑，單位：m；

R0— 吊臂根部與吊鉤中心線之間的水平距離，單位：m；

E— 起重機回轉中心與吊臂根部的水平距離，可從起重機性能表中查詢，單位：m。

在實際施工中發現，吊臂根部的位置與起重機回轉中心線的位置并不重合，而且大部分吊臂根部位置都較起重機回轉中心線距離吊物方向靠后。如果將吊臂根部與吊鉤中心線的水平距離理解為工作半徑，就會錯誤判斷起重機的工作半徑較大。由于工作半徑越大，汽車吊的吊裝能力越小，對起重機的實際工況所對應的吊載能力判斷偏小，進而出現“大車小吊”情況的出現，導致資源浪費。

相反，如果吊臂根部較起重機回轉中心距離吊物方向靠前，若將吊臂根部與吊鉤中心線水平距離作為工作半徑的話，就會錯誤判斷起重機的工作半徑較小，過高估計了起重機的吊載能力，尤其是當在計算中安全系數預留不足時，容易導致吊裝過程中由于超載而發生事故。

起重機臂長計算

起重機臂長根據吊物就位過程中吊臂達到最大仰角和預定工況時，吊臂最頂端距離水平地面的距離與工作半徑共同決定。吊臂最頂端距離水平地面的距離，不僅包含設備本體的長度，還要將設備基礎的高度、索具長度、吊鉤長度、預埋螺栓高度都計算進去，此外還要預留吊裝間隙。

當吊臂達到最大仰角位置時，吊臂最頂端距離水平地面距離的計算公式如下：

其中：

H— 吊臂最頂端距離水平地面距離，單位：m；

h1—吊物本體高度，單位：m；

h2—吊裝空隙，一般取0.2～0.5，單位：m；

h3— 索具長度，單位：m；

h4— 吊鉤長度，單位：m；

hn—影響吊臂最頂端高度的其他因素，如吊物基礎的高度、預埋螺栓高度、吊物放置地點阻礙物高度等，需要根據實際情況增加，使之符合現場吊裝實際過程，單位：m。

當吊臂達到最大仰角和預定工況時，吊臂長、吊臂最頂端與吊臂根部水平線垂直距離與工作半徑三者構成一個直角三角形，根據勾股定理可得吊臂達到最大仰角時，吊臂長度計算公式如下：

其中：

L—吊臂達到最大仰角和預定工況時，吊臂伸出長度，單位：m；

R—工作半徑，單位：m；

H—吊臂最頂端距離水平地面距離，單位：m ；

h0— 起重機回轉中心與水平地面之間的垂直距離，單位：m。

起重機噸位初選

經過計算得出的工作半徑與吊臂最大仰角和預定工況時的臂長，可查詢起重機性能表，確定所選起重機噸位。例如，表1為100 t汽車起重機主臂起重性能表（不同制造廠、型號、噸位的性能表均不同，本性能表僅作為范例，實際工作中應找出所用起重機自帶的性能表進行查詢）。

假如計算起重機工作半徑為15 m，吊臂最大仰角和預定工況時的臂長為38 m，那么從表1中可以查出（如性能表中沒有計算數值，則取高一級數值）這臺起重機就位時額定起重量為15.1 t，但目前使用的汽車起重機都裝有起重量限制器，即在達到性能表中所設定工況對應的額定起重量的一定比例就會報警（通常為額定起重量的90%以上，有些起重機設定為80%）或鎖死（通常為額定起重量的110%以上，有些起重機設定為100%），所以在選擇起重機時，應根據性能表中對應額定起重量，取其80%～90%來選擇。例如，依據表1，工作半徑15 m，吊臂臂長38 m對應的額定起重量為15.1 t，則在實際吊裝作業中，起重機最大受力應控制在12.08 t（15.1×80%）～13.59 t（15.1×90%）之間，如果起重機最大受力超過了性能表所顯示的范圍，則再選擇更高噸位的起重機，查詢性能表如同上述過程。

另外，起重機性能表中還含有起重機在各種工況下的最大與最小仰角，可根據吊臂預定臂長與工作半徑來計算起重機實際仰角，進而與最大與最小仰角進行比較，數值應位于二者之間。即如下公式：

表1 100 t汽車起重機主臂起重性能表

其中：

L— 吊臂達到最大仰角和預定工況時，吊臂伸出長度，單位：m；

H— 吊臂最頂端距離水平地面距離，單位：m；

h0— 起重機回轉中心與水平地面之間的垂直距離，單位：m。

此外，在選擇起重機時，還須考慮吊物尤其是長度較長的吊物的頂端與吊臂之間的間距，否則就有可能在吊裝過程中吊物觸碰吊臂，在SH/T 3515-2017《石油化工大型設備吊裝工程施工技術規范》中對C（C是吊裝間距，指吊物與設備的安全距離）有具體要求，C≥500 mm。此間距可依據吊臂長度L、回轉半徑R、吊臂頂端距離吊臂根部水平線之間的垂直距離（h1+h2+h3+h4）與吊臂頂端與吊物頂端垂直距離（h2+h3+h4）、吊臂與吊物頂端之間水平距離C所構成的相似比進行計算，公式如下：

其中：

C—吊物頂端與吊臂水平距離，單位：m；

R—工作半徑，單位：m；

h1—吊物本體高度，單位：m；

h2—吊裝空隙，一般取0.2～0.5，單位：m；

h3—索具長度，單位：m；

h4— 吊鉤長度，單位：m。

起重機索具選擇

起重機在吊裝前除了需要對所選起重機車型進行計算選擇外，還要對所用的吊裝索具進行計算選擇。目前現場在使用汽車起重機吊裝過程中，一般會使用鋼絲繩、吊帶，個別地區還會使用麻繩、鎖鏈，最常使用的是鋼絲繩和吊帶。

鋼絲繩

鋼絲繩是國內施工現場使用率最高的吊裝索具，鋼絲繩一般多采用高強度碳素鋼絲捻絲而成，常見規格有6×19，6×37，6×61三種，其中6指的是股數，19、37、61指的是每股中含有的鋼絲數。作為起重吊裝使用的鋼絲繩，多選用6×37，6×61這兩種規格，其中6×37較6×61更柔軟，多用于在吊裝過程中鋼絲繩需要彎曲的場合。此外，鋼絲繩在捻制過程中有5種捻制方式：左同向捻、右同向捻、左交互捻、右交互捻、混合捻，為了考慮避免在吊裝過程中，吊物發生旋轉的情況，所以吊裝所采用的索具不使用易卷曲扭結的同相捻鋼絲繩，即采用左交互捻、右交互捻、混合捻這3種捻制方式之一。

鋼絲按照國家標準規定分為5級， 即 1 400 MPa、1 550 MPa、1 700 MPa、1 850 MPa和 2 000 MPa,根據工況，選擇不同直徑、不同工程抗拉強度的鋼絲繩作為索具。在吊裝作業前，應根據所吊重物質量選擇鋼絲繩，重物質量總和應控制在鋼絲繩容許拉力之內，鋼絲繩容許拉力應根據如下公式進行計算：

其中：

T— 鋼絲繩容許拉力，單位：N，此數值應不小于所吊重物質量之和；P— 所選用的鋼絲繩破斷拉力，單位：N，如P采用鋼絲繩破斷拉力總和，則須乘“換算系數”c，6×37規格鋼絲繩的換算系數為0.82，6×61規格鋼絲繩的換算系數為0.80；

K— 鋼絲繩的安全系數，鋼絲繩在吊裝過程中如果無彎曲，則取6～7，如果有彎曲則取8～10；

鋼絲繩破斷拉力可以通過查詢標準GB 8918-2006《重要用途鋼絲繩》來獲得，但在施工現場，如何較為快速、安全地判斷鋼絲繩破斷拉力，在此提供一個筆者使用多年的經驗公式

D—鋼絲繩直徑，單位：mm；

P—所選用的鋼絲繩破斷拉力，單位：N。

該公式計算出來的破斷拉力主要針對目前工程建設施工現場常用的1 550～1 885 MPa規格起重用鋼絲繩，計算結果偏保守，可作為現場快速選型時的安全再校核。

在吊裝前，根據吊物質量，結合鋼絲繩破斷拉力數值表，依據公式7進行計算，判斷選擇采用直徑多少的鋼絲繩或者現有的鋼絲繩能否滿足吊裝的需要。特別指出的是，由于鋼絲繩在吊裝過程中磨損嚴重，如果存在斷絲、銹蝕的現象，則根據表2，判斷鋼絲繩是否報廢。

表2 每節距內最多斷絲根數表（超出即為報廢）

吊帶

與鋼絲繩相比，吊裝帶具有攜帶輕便、質地柔軟、不導電、無腐蝕、維護方便和良好的抗化學性，以及具有重量輕、強度高、不易損傷吊裝物體表面等優異特點，越來越受工程現場的青睞并在許多方面逐步替代了鋼絲繩索具。吊裝帶的種類很多，常規吊裝帶（按吊帶外觀）分為4類：環形穿芯、環形扁平、雙眼穿芯和雙眼扁平。

圖2 吊帶吊載能力色標卡

吊帶的強度根據吊帶種類有所不同，扁平吊裝帶一般承受拉力為1 t～30 t，圓型吊裝帶一般承受拉力為1 t～ 300 t。

國際上通用的吊帶以色標來區分承受拉力，見圖2，不同顏色表示吊帶的極限拉力，對于極限拉力大于12 000 kg的均采用橘紅色，同時帶體及標牌均有載荷標識。

起重機索具安全使用注意事項

在索具實際使用過程中，應加強對索具的定期保養和儲存，鋼絲繩要定期涂油，并放置在工具箱等不易受到風吹雨淋和日曬的地方，同時在使用過程中，盡量不放置在沙土地面上，以免沙子進入鋼絲繩，在吊裝受力時，磨損鋼絲。無論是吊帶還是鋼絲繩，在使用時，都要對可能接觸到的尖銳邊角進行有效保護，一旦在吊裝過程中，被尖銳或鋒利邊角摩擦，會很容易被破壞甚至是發生斷裂。從施工經驗來看，鋼絲繩較吊帶的受力安全性比較高，但在使用前，必須對鋼絲繩通身進行安全檢查，發現斷絲、斷股達到報廢標準的，或吊帶邊沿發現有裂口或縱面有嚴重折痕的情況下，要堅決予以報廢，不能降低噸位繼續使用。在施工現場，經常遇到使用手拉葫蘆（或稱倒鏈）進行吊物一端的吊裝，以便在吊裝過程中，調整吊物的安裝姿態，在使用前，一定要確定倒鏈噸位，檢查倒鏈盒內摩擦片、棘爪、鏈條、掛鉤、安全鎖片等是否完好、正常，同鋼絲繩和吊帶不同，鋼絲繩往往安全余量較高，吊帶其次，但倒鏈安全余量很低，一旦超出額定拉力5%～10%，就極有可能發生破斷或損壞，這在使用中尤其需要注意。