塔吊除了承受吊重（額定荷重）之外，仍承受著許多看不見的外力，像是風力、地震力、機具旋轉時的離心力，或是吊掛瞬間產生的衝擊效應。塔吊的幾何、吊裝方式、固定方式及所受外力等皆是決定塔吊安全性的重要因素。
這篇文章會說明塔吊載重的細節，以及如何考量各項設計載重的組合，幫助讀者了解所有潛在的風險。
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一、塔吊設計載重
根據 CNS 6426《起重機鋼結構部分之計算標準》，在設計與計算塔吊（及其他起重機）結構時，必須考量的載重主要分為以下幾大類：
1、垂直載重
捲揚載重 (Hoisting Load)： 這是指額定載重（吊掛物重量）加上吊鉤、抓斗、吊樑、電磁吸盤等吊具的重量。特別注意的是，如果揚程（吊升高度）在 50公尺以上，則必須將鋼索的重量也加入計算。
本身重量 (Self-weight)： 指起重機結構本身的重量（扣除上述捲揚載重部分）。若有移動的吊運車（Trolley），其上的零組件重量也視為起重機的本身重量。
人行道等之載重： 對於設有人行道或梯子的部分，需考慮一個可移動的 300 kgf (3 kN) 集中載重，扶手則需考慮 30 kgf (300 N) 的水平推力。
2、水平載重
由於起重機運作時會有加速、減速及旋轉動作，因此會產生水平方向的慣性力與離心力：
慣性力： 由橫行（小車移動）、直行（大車移動）、平動與轉動動作因加減速度所產生的力。計算時通常視為運動部分重量與捲揚載重總和的 β 倍（β 值依移動速度與方式而定）。
離心力： 當起重機進行隨轉（旋轉）動作時，作用於旋轉半徑向外端的力。
3、環境與外力載重
風力載重 (Wind Load)： 需分別計算作用於「起重機結構體」以及「被吊物體」上的風力。
- 結構體風力依據受風面積、風力係數與速度壓計算。
- 被吊物體若形狀不固定，25噸以下載重通常依據投影面積概括值計算。
地震載重 (Seismic Load)： 考慮移動式或固定式起重機在地震時受到的影響，通常應考慮其自身重量 20% 之水平載重。但在計算地震載重時，不需考慮「額定鋼索懸吊之被吊物」的水平載重。
熱引起之載重 (Thermal Load)： 若構件因溫度變化（通常考慮溫差 ±25∘C∼45∘C）且熱膨脹受阻礙時，需計算其產生的熱應力。
4、特殊載重
衝擊載重 (Impact Load)：
- 捲揚衝擊：吊掛作業時產生的垂直衝擊，計算時會使用衝擊係數 Ψ（依據起重機種類與捲揚速度查表）來增加捲揚載重的數值。
- 緩衝器衝擊：若起重機設有緩衝器，需考慮以額定速度 70% 碰撞時的衝擊載重。
其他載重：如積雪載重或特殊作業產生的載重
二、塔吊動態載重效應
指起重機在運作過程中，因速度變化、振動、加減速或碰撞所產生的額外載重影響。在結構計算中，這些效應主要透過衝擊係數與慣性力的形式反映在設計載重上。
1、垂直方向：捲揚衝擊 (Hoisting Impact)
當起重機吊起重物時，由於捲揚速度、結構架的撓度（變形）以及鋼索的彈性伸長，會產生垂直方向的振動與衝擊，使得實際受力大於靜止時的重量。
- 應力計算時，會使用衝擊係數Ψ來考量捲揚衝擊的效應。但在計算構件的撓度（變形量）時，則不需考量此係數。
- 係數大小： 依據起重機的分類（I~IV類），Ψ 值介於 1.1 至 1.6 之間（見表 7）。捲揚速度越快或使用頻率越高（如第 IV 類），係數越大。
2、水平方向：慣性力 (Inertial Force)
起重機的各個部分（如吊運車、大車橋架、旋轉臂）在啟動或停止時，會因加速或減速產生水平方向的慣性力。
公式：慣性力 =（移動總重）× β
- 慣性力視為一種「水平載重」加在結構上。
- 係數 β： 取決於運動方式與速度 V (m/min)
3、旋轉產生：離心力 (Centrifugal Force)
當起重機進行旋轉（隨轉）動作時，旋轉半徑外端的物體會受到向外的離心力作用。
公式： 離心力 =（W⋅V2）/（g⋅R）。
其中 W 為捲揚載重，V 為圓周切線速度，R 為迴轉半徑，g 為重力加速度。
4、其他：碰撞衝擊 (Collision/Buffer Impact)
這是指起重機在失控或極端操作下撞擊末端緩衝器時產生的動態力，不屬於常態載重。
- 應力計算時，假設無被吊物之起重機以額定速度之 70% 衝撞緩衝器時，所產生的衝擊載重。
- 此時需考慮緩衝器吸收動能的能力，並將由此減速過程產生的力視為結構載重。
小結：動態效應是為了將動態的物理現象轉化為靜態的設計載重
- 垂直動態 → 乘上 衝擊係數 Ψ。
- 水平動態 → 計算 慣性力 與 離心力。
- 碰撞動態 → 計算 緩衝器衝擊載重。
三、塔吊結構的設計載重組合
根據 CNS 6426《起重機鋼結構部分之計算標準》，為了確保起重機在各種情況下的結構安全，必須將不同性質的載重進行組合，並取其中最不利（產生最大應力）的情況進行設計計算。
規範將載重組合分為三種主要狀態（載重狀態 A、B、C），這些狀態直接影響後續計算容許應力時所選用的安全率。
1、載重狀態 A：常態操作（無風）
這是起重機在日常作業中最基本的載重情況，不考慮風力影響，但需考慮作業頻率與重要性的係數。
公式： M×【（捲揚載重）+（本身重）+（水平載重）】+（熱引起之載重）
- M（作業係數）：依據起重機分類（I~IV類），M 值介於 1.0 ~ 1.2 之間。
- 捲揚載重：含被吊物及吊具重量，通常需包含捲揚衝擊係數 Ψ。
- 水平載重：包含慣性力（加速/減速引起）與離心力（旋轉引起）。
- 熱引起之載重：僅在結構因溫度變化且變形受阻礙時才需計算。
2、載重狀態 B：常態操作（有風）
這是考慮起重機在「作業中」遭遇風力作用的情況。
公式： M×【（捲揚載重）+（本身重）+（水平載重）】+（作業時風力載重）+（熱引起之載重）
- 公式結構與狀態 A 相似，但加入了作業時風力載重。
- 作業時風力：作業風速通常較停止時風速低。
3、載重狀態 C：特殊/極端載重
這是考慮起重機遭遇地震、碰撞或停止時遇到強烈暴風等偶發且極端的情況。
計算時通常分為兩種情況檢核：
情況 1：地震或碰撞
公式：（捲揚載重）+（本身重）+【（地震載重) 或 （衝擊載重）】+（熱引起之載重）
- 地震載重：通常取起重機本身重量的 20% 作為水平載重。計算地震載重時，不需考慮鋼索懸吊之被吊物所產生的水平力。
- 衝擊載重：指起重機衝撞緩衝器時的載重（以額定速度 70% 碰撞計算）。
情況 2：停止時暴風
考慮起重機停止作業（無吊掛物）時，遭遇颱風或強風的情境
公式：（本身重）+（停止時風力載重）+（熱引起之載重）
- 停止時風力：停止風速較高，遠大於作業時風力。
結語：塔吊結構計算書的審查要點
看完本文可以發現，塔吊結構的設計檢核相當繁複，並非只是單純的重量疊加。最危險的情況往往不是發生在吊裝階段，而是在非作業中遇到的強烈颱風，或是緊急煞車時產生的動態慣性力。
相關單位在審閱塔吊計算書時，應特別留意以下幾點：
1. 載重條件與組合的完整性
審查計算書時，首要確認是否已考量所有必要的載重，並依照正確的組合進行最不利狀況的分析。
2. 構件強度與容許應力的正確性
確認計算書中引用的容許應力是否符合規範要求，特別是安全率的選取與挫屈效應的考量。對於受壓構件，不能僅用斷面積除以壓力，必須引入挫屈係數 ω。
3. 抗傾倒安定度之檢核
除了構件本身不被破壞外，整體的抗傾倒穩定性至關重要，確保安定力矩總和大於傾倒力矩總和。
塔吊計算書涉及複雜的力學分析載重組合，如果你有塔吊結構計算檢核需求，歡迎填寫表單與連絡小潔技師。
