第一章 起重基础知识
在大型工程建设中，设备的组合吊装、搬运及装卸等作业是经常进行的，这一类作业的专业操作人员就是起重工。
作为起重工，必须熟知诸如被吊件的外形尺寸、重量、重心、工机具选用，能应用现有的工具设备，结合自己的经验采取合理的方法进行施工。
一、重心
（一）重心的定义与求法
重心就是物体各部分重力的合力中心。地球对物体各个部分的吸引力为各个部分的重力，这些重力是彼此平行且垂直于地平面。这些平行力的合力就是物体的重量。它们的共同作用点就叫做物体的重心，如图1-1所示。
图1-1 物体重心示意图
质量均匀、形状规则的物体的重心与它的几何中心重合。例如：
[1]棒的重心在其全长的1/2处。
[2]薄圆板和圆环的重心在圆心处。
[3]正多边形薄板的重心在它的内切圆或外接圆的圆心处。
[4]正方形、长方形、平行四边形薄板的重心在它们的对角线交点处。
[5]三角形薄板的重心在它的三根中线的交点处。
[6]球的重心在它的球心处。
如果物体的形状是不规则的，可将其分割成几个规则的部分，分别求出各部分的重心位置，然后根据“力的合成”的方法求出整个物体的重心位置。
一个物体无论是什么形状，处在什么位置，其重心在物体中的位置是不变的。
（二）重心与起重作业的关系
重心就是物体分割成许多微小体积的重力的合力中心。重心与起重作业的安全关系重大，在起重安全施工规范中明确地规定，吊钩作用线与重物的重心必须在同一条垂直线上。
物体的重心位置是进行起重施工所必须掌握的重要技术数据之一。
重心与起重作业的关系如下。
1．重心的位置关系着重物被吊离地面后的水平程度
在一般的起重作业中吊钩到各捆绑点的距离相等。这时，要求物体的重心处于各个捆绑点的中心位置。若捆绑点不合适，重心偏离中心位置，重物起吊后就会倾斜。图1-2所示是对子绳两点卡绳捆绑起吊一根管子的情景。由于捆绑点所在的截面到重心的距离不等（如图中实线所示），所以，重物被吊起后经过自身摆动虽达到平衡，但物体的水平度受到较大影响（如图中虚线所示）。
图1-2 对子绳两点卡绳吊管子
图1-3所示为用带子绳进行捆绑起吊（捆绑点的位置与图1-2相同）一根管子的情景。因为捆绑绳是单根带子绳，在两个捆绑点上的绳股受力不同，捆绑绳在吊钩上产生窜动，所以当重物吊离地面后，可能因为倾斜而导致失稳（如图中虚线所示）。
图1-3 单绳两点卡绳管子
在起重施工中，物体吊成倾斜状态，往往不利于设备的安装就位，也不利于施工安全。
2．重心决定着受力捆绑绳的负荷分配
在吊装外形不规则的设备、组合件或钢筋混凝土构件时，由于重心到捆绑绳各股的垂直距离不同，因此捆绑绳各股的受力也不相同。
3．重心的位置关系着重物起吊时的受力平衡，决定着重物的捆绑方法
重心低于捆绑点时，重物的捆绑一般比较容易达到平衡。当重物的重心高于捆绑点时，重物吊装的捆绑方法往往比较特殊。重心高于捆绑点的设备，如果所采取的捆绑方法不合适，重物起吊后就容易失去平衡而造成事故。
4．设备场内搬运时的重心关系着重物的捆绑方法、运输方法和运输过程的稳定性
设备场内运输时的重心高度是指重物支撑面的高与设备在支撑面上接触宽度之比值。重心偏高的设备，在对其进行操作时，起重施工人员必须给予充分的重视。它们的重量虽然不大，但重心很高，在现场内拖运时，被拖拉翻倒的事故时有发生。因此，重心偏高的设备在运输操作中同样存在着倾覆危险。
5．设备翻身时重心关系着捆绑绳受力的变化
物体的重心在物体内的位置是固定不变的，它与物体在空间所处的位置无关。重物翻身的过程中，重心随着重物的翻转，各捆绑点的受力也随之变化。在进行重物抬吊翻身的起重作业时，各捆绑绳在重物翻转到不同角度时，受力也发生变化，通常要根据其受力最大时的负荷选择捆绑绳。
6．流动重心在起重作业中要采取措施使物体保持平衡状态
流动重心是指装有液体或散粒物料的容器，在吊运过程中由于液体或散粒物料流动，使重物的重心发生变动。这类重物在吊运时，应采取措施以保证物体始终处于受力平衡且能够在暂时失稳时自行恢复到平衡状态。
7．起重施工中改变重心位置的方法——配重法调节重心
当被吊装的设备重心位置不利于起吊捆绑时，往往在设备的某一位置上施加一定重量——配重，使设备和配重的组合重心的位置改变至满足设备吊装的需要。用配重调节重心位置的方法有两种：一种是在重物的水平方向上调整，另一种是在重物的垂直方向上调整。
例如，汽轮发电机转子的穿装作业，当接在转子上的假轴尚未露出静子汽端端面时，重心已经在静子内部，无法满足穿装作业要求，于是在转子的另一端轴头上施加一定重量的配重，使假轴、转子和配重的组合重心移至静子外一定距离，从而完成“接假轴”操作，如图1-4所示。
图1-4 汽轮发电机穿转子
1．转子和假轴组合重心；2．配重重心；3．转子、假轴和配重的整体组合重心
二、捆绑绳、捆绑点和捆绑方法
（一）捆绑绳
将吊钩和重物连接在一起的索具叫做捆绑绳。捆绑绳是连接吊钩与重物的“纽带”，也称为“带子绳”。
最常用的捆绑绳是等长、等径的一对，称为“对子绳”。捆绑绳多由钢丝绳制成，具有强度高、抗拉力大等特点，习惯上又称为“千斤绳”。在吊装重物时可以用一根，也可以用两根、三根、四根，甚至用更多根的捆绑绳来捆绑重物。
最常用的捆绑绳如图1-5所示，在使用的根数上以一对为多。有时为了防止捆绑绳在吊钩上窜动，在绳的两端各插出一个专为挂钩用的绳圈。
图1-5 千斤绳
由于这种绳不易编插出两个绳头（环），而施工中常需要直径较大但使用长度较小的捆绑绳，所以往往插制一个绳圈，如图1-6所示。
图1-6 绳圈
捆绑绳有通用捆绑绳与专用捆绑绳的区别。通用捆绑绳的绳径和绳圈（即绳头）大小都有一定的变化规律。专用捆绑绳则完全根据实际需要专门编插。捆绑绳可以是麻绳、尼龙绳，也可以是钢丝绳。
捆绑绳的选用是一个技术性很强的问题，捆绑绳绳径和长度的选择，需进行相应的计算。在工作中应按照实际需要及安全施工的要求正确选择和使用捆绑绳，避免造成事故和经济损失。
（二）捆绑点
重物的捆绑点是指重物在吊装中捆绑绳与重物相连接并集中受力的点。捆绑点都是为重物起吊而设定的，又称为吊点。
1．捆绑点的确定
设备和钢筋砼构件，一般在加工制造时就配制了吊耳、吊环、吊钩、吊孔等。装箱设备一般标有捆绑点和箱底托板的斜角，供起吊捆绑。这些都是确定的捆绑点，称为指定捆绑点。
重物上没有指定捆绑点时分3种情况来确定捆绑点的位置。
（1）对于外形复杂、柔性较大、体积庞大的重物，如锅炉组合件，必须先经过技术分析和计算来选择捆绑点，并在现场进行必要的试吊来确定。
（2）对于外形简单和经常吊装的重物，按已有的经验和有关规定来选择捆绑点。例如，桁架类重物的捆绑点必须在杆件的结点上，钢筋砼构件类重物的捆绑点必须使主要受力钢筋朝下，捆绑点在构件的两端等。
（3）需要起重施工人员自己确定的捆绑点称为自选捆绑点。
自选捆绑点的选择和使用必须遵循下述原则。
[1]因设备、构件上的捆绑点是应力集中的地方，所以，重物的捆绑点必须满足强度的要求。
[2]重物要有足够的刚度，以保证重物经捆绑起吊后不得产生残余变形。
[3]捆绑点之间的受压处的结构要有足够的稳定性，防止重物受压失稳、破坏。
[4]捆绑点对捆绑绳不得有切割或其他损坏捆绑绳的现象。
[5]捆绑绳不得在捆绑点处发生串动或滑动的现象。重物起吊后，要保证重物的水平度。
在起重施工中，只要按照上述原则并根据具体情况进行选用捆绑点，基本上就可以保证起重作业的安全。
2．捆绑点受力的方向性
重物上的捆绑点受力时，其局部强度和结构强度有时是具有方向性的，一般应使受力方向在强度较大的方向上，这个问题不注意，往往会使捆绑点的强度减弱或遭到破坏。
3．捆绑点的加固
由制造厂装配的设备吊耳已经过周密考虑，一般无需加固。施工现场作业时，自选捆绑点有时是需要加固的。对捆绑点加固应考虑被吊设备在吊装时因形体体位变化而导致的捆绑点受力的变化，以及对捆绑点附近结构强度的影响和要求。
捆绑点的加固有下面几种形式。
（1）扩大受力面积。设备或工件捆绑点处局部承载能力不足，扩大该点处受力面积可减小捆绑点处的局部应力。如薄壁类工件采用在捆绑点处加焊一块较厚且面积较大的钢板，如图1-7（a）所示。
图1-7 扩大面积与支撑加固
1．薄钢板；2．吊耳；3．卡环；4．加固钢板；5．吊索；6．风道；7．半圆钢管；8．加固剪刀撑；9．捆绑绳
（2）支撑加固。有的重物在吊装中，受到捆绑绳的挤压将发生变形。为了防止变形，采用支撑加固，如图1-7（b）所示。
（3）增加捆绑点附近的受力点。在捆绑点附近增加受力点，目的是为了减少捆绑点处的应力集中。例如锅炉水冷壁组件一般需加固捆绑点。在没有密封鳍片的包墙管排上，捆绑绳并不直接与设备相连接，而是捆绑在包墙管下面一根临时增加的φ159 ×6的无缝钢管上。通过钢管，使捆绑点周围的包墙管多根受力，以满足捆绑点处设备局部受力的强度要求，如图1-8（a）所示。
图1-8 增加受力点与改变受力方向
1．水冷壁管；2．卡环；3．捆绑绳；4．捆绑用钢管；5．水冷壁管与捆绑钢管接触点；6．支撑架
（4）改变捆绑点的受力方向。设备进行翻身作业时，捆绑点的受力方向随着设备的翻转而不断变化。对于受力方向性很强的捆绑点，可以通过改变其受力方向的方法，满足设备翻转过程中受力的需要。例如，当水冷壁翻转竖立接近90℃时，为了避免很薄的鳍片受到较大的轴向力，焊制一个捆绑绳支撑架。这样，尽管水冷壁翻转了90℃，由于支撑架的作用，捆绑点局部的受力就基本上保持原来的方向不变，如图1-8（b）所示。
总之，受力的捆绑点加固方法和手段应根据具体的情况确定。
（三）捆绑方法
捆绑方法，是根据吊装运输要求而采取的捆绑绳与重物相连接的方法，是起重作业人员必须掌握的技术。
对同一个重物，采用不同的捆绑方法，使用不同根数的钢丝绳，对作业过程中的方便性、安全性，操作要求是不同的。有些重物只能用某种特定的捆绑方法起吊才能达到吊装目的。在常规起重作业中，往往同时使用几种捆绑方法。
根据具体的施工条件和重物吊装的要求，认真地进行分析、鉴别和计算，以选择最佳的捆绑方法。
复习题
1．什么是重心？在起重作业中对吊钩与重心的相互位置是如何规定的？
2．重心与起重作业有哪几种关系？试述其中的道理。
3．什么是捆绑绳、捆绑点和捆绑方法？
4．捆绑点加固有几种方法？