选择语言:
5月20日海口一则灯架事故引起业内哗然，昨日聪聪抛砖引玉地发布了一篇文章：520变120!关于海口灯架事故的几个疑点……无证经营?豆腐渣工程?提出的几个疑点虽仅是从媒体目前公布出来的新闻里挑出来的一些疑惑，但之后在一些行业群里看到了大家的热烈讨论，这才正是聪聪的初衷，每一个安全事故也许涉及了很多利益链，但是能引起大家一些更加理性的思考，从专业的角度去分析事故背后的技术问题，促进体制监管的更加健全才真正能吃一堑长一智。
521海口灯架事故现场
下面是聪聪在行业群里截取的一些讨论截图，事件没有在现场调查研究，谁也不能完全准确地下结论，但是其中讨论的一些内容也正是目前行业舞台安全频发的一些不可避免的现实问题，也许对大家也会有所启发。这其中大家对于此次事件有几种事故原因的猜测：“厂家没有按照标准设计施工”、“灯光架感觉不错，可能是焊接和现场安装问题”、“和动静荷载计算、施工质量有关，可能没有施工措施和进行论证”、“安装问题、承载点出现问题”、“社会文明程度不够”、“小机械厂家依靠集成商存活靠降价降质量降安全系数”……
从舞台机械安全层面来说，舞台上或者各种娱乐文化场所中充满了各种机械化的活动舞台和吊挂设备，吊挂有灯具、幕布、布景等，如果不对这些舞台设备提供相应的安全防护装置和措施，就会出现安全隐患，造成舞台安全演出事故。聪聪今天推荐一篇文章《吊杆载荷标称分析》，这是北京工业大学历史建筑保护工程技术研究中心徐啸龙的一篇文章，由北京工业大学剧场设计与舞台技术研究所李国棋指导，这虽是2015年的一篇论文，是从毕节大剧院的升降台垮塌事故热点出发分析了吊杆载荷标称，但依然对目前很多舞台机械安全的问题具有启示。
下面是文章正文：
舞台机械设备的安全设计是安全措施之本。舞台机械设计人员不仅要按照国家标准和规范严格把控安全要求，设计好设备的各种安全防护装置，还要明确提供给使用者舞台设备的基本信息和使用要求，告知操作者正确的使用和操作方法。“但当设计者和采用安全防护手段也不能完全避免风险时，就需要给予使用者在使用时一定的安全警告和标识，明确设备的使用信息和注意事宜。譬如，在设计文件中，机械设备上给出文字警告或者在现场贴出安全使用下设备的各项荷载限值图。”[1]
吊杆作为舞台最常用的台上机械设备，更需要相应的安全防护措施，防止飞杆或冲顶事故的发生。张贴在舞台附近的吊杆荷载限值图，不仅可以明确吊杆工作时所承受的不同的载荷标称，而且针对不同的荷载条件给出了最大承受值。但是，由于国内对荷载限值图没有统一的规定，各个舞台设备生产厂商以及不同剧场舞台技术人员对荷载限值图以及载荷标称含义的定义不同，导致了舞台技术人员和使用操作人员对荷载限值图以及载荷标称的认识不一致，甚至出现了同一套舞台机械吊挂设备竣工验收前后不同荷载限值图的现象。如图1、图2。
只要在使用时确保不同荷载条件下的最大值不超过极限值，就可以保证吊杆在一定的安全状态下正常运行使用。如果吊杆荷载超过标称值时，吊杆使用中存在着安全隐患，必然会对演员人员产生威胁，甚至造成严重的安全事故。因此有必要对吊杆载荷标称进行必要的分析和深入地研究。
图1 吊杆荷载限值图1
图2 同一舞台吊杆荷载限值图2
在确立吊杆载荷标称之前，为了保证吊杆的正常工作，先要进行吊杆倾覆计算，对吊杆的失稳性进行分析。
所有计算条件按大型剧院常用吊杆的设计条件考虑，见图3。
初始条件：吊杆长L=27m;总载荷G=7.5kN;6吊点、两吊点间距为4.2m;钢丝绳直径φ=6mm，最大拉断力30kN，按照1/10使用系数计算为3kN;吊体为“梯子杆”形式，自重Fg=1.8kN;杆体悬臂端s≤3m(包括伸缩杆最大长度);倾覆力为Fd(单位：kN)。
图3 6吊点吊杆图
如图3，将最容易产生倾覆的情况，即：最右端吊点O为转动中心，Fd加载于最大悬臂端s的条件带入，得到：
(L/2 - s)Fg - s Fd = 0 (1)
将数值代入，
(27/2 - 3)m *1.8kN - 3m*Fd = 0
解方程，此时可得：
Fd=6.3kN
由此可以得出结论：倾覆力Fd=6.3kN远远大于O点上直径φ=6mm钢丝绳的可用最大拉断力3kN。当O点上加载大于3kN力时，超出钢丝绳准许使用规定，先于倾覆而出现问题或断裂损坏。
对于景杆和灯杆来说，无论重量轻重，倾覆的可能性都受制于O点上钢丝绳的可用最大拉断力，而钢丝绳可用最大拉断力往往小于计算倾覆力。也就是说：一般情况下还未等到发生倾覆，钢丝绳已经出现问题或断裂损坏，所以吊杆不应该发生倾覆现象。另外，钢丝绳吊点处以及最大悬臂端点处的载荷限值也远远小于倾覆力，后文详述。
如图4，国家大剧院戏剧场吊杆荷载限值图(德国SBS舞台机械设备厂商提供)。
图4 国家大剧院戏剧场吊杆荷载限值图
目前，大剧院舞台上使用的吊杆荷载限值图中的载荷标称分为总荷载、A、B、C、D五种情况，这五中情况为并列条件，正常使用时应同时遵守。但是，由于荷载限值图中的载荷标称没有统一的标准和规范，不同厂商的产品标称含义不同，造成使用者的理解不同，容易产生混乱甚至出现违规操作，存在极大的舞台安全隐患。这里除了对吊杆载荷分析以及数值计算外，更重要的是正确理解吊杆荷载限值图中总荷载、A、B、C、D的含义。如图5所示。
总荷载：加载在吊杆上的总重量(不含杆体自重)，一般与卷扬系统性能相关;
A：表示位于吊点下方的集中载荷，一般与钢丝绳性能和杆体自重相关;
B：表示两吊点间跨中荷载，受限于2根钢丝绳的荷载，反映了杆体的结构性能;
C：表示相邻两吊点间的均布荷载，一般受限于杆体结构和2根钢丝绳的荷载以及总载荷;
D：表示吊杆端点的集中载荷，受限于端点钢丝绳的可用最大拉断力。
吊杆正常使用时，必须同时满足以上五个要求。
图5 吊杆图载荷限值图
初始条件：使用要求吊杆长L(m);使用要求吊杆总载荷(净载)G(kN);设计要求吊点数n;钢丝绳直径φ，最大拉断力F(kN);默认钢丝绳绳头锁定强度大于钢丝绳的拉断力;设计要求吊体为“梯子杆”形式，自重g(kg/m)。
3.1 荷载A值的计算
A值与钢丝绳的可用最大拉断力及杆体自重相关。
一般情况下“梯子杆”腹杆的强度远远大于钢丝绳，保证腹杆断裂迟于钢丝绳(按照机械设计规范要求钢丝绳安全系数为10)。于是可知：
A=F/10(kN)-g*L/n(kg) [2] (2)
分析杆体变形时可知，集中荷载A对杆体的变形没有影响。
3.2 荷载B值的计算
分析杆体变形得出的结论：当B点位于两吊点跨中时，挠度最大。形变量满足规范所要求的挠度小于两吊点间距的1/200。
根据从实际工作中反馈回来的经验，以及青岛大剧院工作人员的所提供的数据，得到;
B=0.8m/(n-1) [3] (3)
景杆极限条件B=0.8*10/(5-1)=2KN,对其在CAD中进行力学分析(杆体采用48X3的双杆，两根圆钢管之间的间距为300mm)，可得杆体最大变形量数值为0.8cm，作用位置为两吊点跨中，形变量满足规范所要求的挠度小于两吊点间距的1/200。
3.3 荷载C值的计算
C点表示相邻两吊点间均布荷载，但C值在众多剧场实际使用时被理解成总荷载作用于总长度上。C值的大小与A值及吊杆尺寸有关，根据从实际工作中反馈回来的经验，以及青岛大剧院工作人员的所提供的数据，得到;
C=1.3m/(n-1) [4] (4)
因此分析杆体变形得出的结论：当景杆m为10KN，5吊点时，进行力学分析，可得杆体最大变形量为0.81cm，作用位置为两吊点跨中，形变量满足标准要求挠度小于两吊点间距的1/200。
3.4 荷载D值的计算
表 荷载D值计算参照表 [5]
因此分析杆体变形得出的结杆：以双杆配单伸缩杆，对D点施加0.1KN荷载，悬臂长为3m(含伸缩杆长度1m)时，进行力学分析，可得杆体最大变形量为5.3mm。当双杆悬臂长度为3m时，对D点施加0.25KN荷载，悬臂末端处最大变形量1.32cm。[7]
数值条件1：使用要求吊杆长L=27m;使用要求吊杆总载荷(净载)G(kN);设计吊点数6;钢丝绳直径φ=6mm，最大拉断力F=30kN，按照1/10使用系数计算为3kN;默认钢丝绳绳头锁定强度大于钢丝绳的拉断力;设计要求吊体为“梯子杆”形式，自重g=8kg/m。通过以上 A、B、C、D值计算，代入具体数值得出如下吊杆荷载常用数据，见表1。
表1 6吊点吊杆荷载常用数据
数值条件2：使用要求吊杆长L=21m;使用要求吊杆总载荷(净载)G(kN);设计吊点数5;钢丝绳直径φ=6mm，最大拉断力F=30kN，按照1/10使用系数计算为3kN;默认钢丝绳绳头锁定强度大于钢丝绳的拉断力;设计要求吊体为“梯子杆”形式，自重g=8kg/m。通过以上 A、B、C、D值计算，代入具体数值得出如下吊杆荷载常用数据，见表2。
表2 5吊点吊杆荷载常用数据
数值条件3：使用要求吊杆长L=18m;使用要求吊杆总载荷(净载)G(kN);设计吊点数4;钢丝绳直径φ=5.2mm，最大拉断力F=?kN，按照1/10使用系数计算为?kN;默认钢丝绳绳头锁定强度大于钢丝绳的拉断力;设计要求吊体为“梯子杆”形式，自重g=8kg/m。通过以上 A、B、C、D值计算，代入具体数值得出如下吊杆荷载常用数据，见表3。
表4 4吊点吊杆荷载常用数据
通过以上分析，结合实际使用情况，要确保一个舞台当中吊杆的正常工作就要保证吊杆不出现失稳现象，同时A、B、C、D四种荷载形式在施加荷载时的形变满足规范要求。因此根据以上A、B、C、D值的计算，总结出了常用数据表格，供设计人员和实际工作中的舞台技术人员参考查对。见表二，表三，表四。其中表三景杆吊点间距k为4m，杆体长L为24m，表四灯杆吊点间距k为4m，杆体长L为22m，有两个收线框。
因此我们可以得出如下结论：
A点荷载=钢丝绳最大使用荷载-杆体自重/吊点个数;
B点荷载=2x钢丝绳最大使用荷载-杆体自重/吊点个数，与杆体变形1/200时最大荷载的最小值;
C点荷载=(2x钢丝绳最大使用荷载-杆体自重)/吊点间距;
D点荷载=(钢丝绳最大使用荷载-杆体自重)x单边短长度/单边长长度，与单边短长度变形1/200时的最小值
通过计算可以看出荷载A值与吊点所处钢丝绳的最大破断力有关，荷载B值恒小于荷载A值，说明荷载B值与梯子架的性能有关，荷载C值与吊杆载荷电机性能有关，荷载D值与其他吊点计算不同，属于特殊点要求。
对于灯光吊杆，由于杆体重量仅包含收线框及灯杆体重量，收线框内的电缆等其他设备包含在设计荷载中，所以我们估算约为0.3m;分配为每个收线框(长度2m)内电缆附件的重量为0.05m;线槽与线槽内电缆及接插件(均布于杆体的载荷)为0.2m，计算单位为KN。
参考文献：
[1]段慧文等， 舞台机械工程与舞台机械设计[M].北京：中国戏剧出版社，2013.395-397.
[2][3][4][5][6][7][8][9][10]丰其云.吊杆失稳性、载荷及形变分析[J].2014.1-3.
