某厂房12m实腹式钢吊车梁设计计算

摘 要：某钢结构厂房内设3台吊车，吊车标志跨度为S=40m，吊车梁跨度12m。吊车梁按简支设计，选用实腹式焊接工字形吊车梁，由吊车梁上翼缘、制动板和边梁组成制动梁。由于吊车的技术参数及基本尺寸与图集计算所依据的吊车样本差别较大，故按计算出的内力，参照图集选用吊车梁以及车挡，同时按图集的要求及《钢结构设计规范》对所选吊车梁的强度、稳定等进行必要的验算与校核，并根据本工程具体情况对所选吊车梁作局部修改。本文阐述了实腹式钢吊车梁选用图集进行设计计算的过程，可作为吊车梁设计的参考。

关键词：钢吊车梁；设计；

计算中图分类号：S611 文献标识码： A

在钢结构工业厂房设计中，吊车梁系统是重要的组成部分，主要承受吊车的竖向荷载和水平荷载。虽然连续吊车梁在支座处无变形转折，竖向刚度较好，并且比简支吊车梁节省钢材，但连续吊车梁对支座沉陷非常敏感，对施工要求也较高，所以一般排架厂房中，简支吊车梁应用较多。钢吊车梁截面形式一般选择实腹式焊接工字形吊车梁，该种梁制作简单、施工方便、抗疲劳能力强。相比之下虽然桁架式吊车梁用钢量较实腹式节约钢材15%～30%，但是制作较费工，抗疲劳性能比较低，连接节点处疲劳较敏感（构件和连接类别高，容许应力幅值小）；而箱形吊车梁即使具有刚度大和抗扭能力强的特点，但制作也相对复杂、施焊操作条件较差，焊接变形不易控制和校正[1]。钢吊车梁的设计内容主要包括：钢吊车梁、制动结构、辅助桁架、下部支撑、垂直支撑、吊车轨道和车挡等，不但应满足本身强度、稳定性和挠度的要求，还应注意其细部构造。下面以具体的工程实例，来说明实腹式钢吊车梁选用图集进行设计计算的过程。

1 工程概况

某钢结构厂房，结构形式为单跨钢排架，跨度46m，总长120m，纵向柱距为12m。根据工艺需求，厂房内设3台吊车，其中2台起重量为50t/10t，1台起重量为32t/5t，均为电动双梁桥式起重机，吊车工作级别A5，吊车标志跨度为S=40m，吊车轨顶标高为31.06m，厂家提供的吊车参数见表1。

表1 吊车技术参数

2 荷载及内力计算

在不能确定两台50t是否相邻的情况下，荷载计算时若考虑多台吊车组合，按两台50t吊车考虑。计算吊车梁的强度、稳定及连接的强度时荷载采用设计值，吊车荷载按两台组合考虑且竖向荷载乘以动力系数1.05；计算吊车梁的疲劳和挠度时荷载采用标准值，吊车荷载按一台吊车考虑且竖向荷载不乘以动力系数。

2.2.1竖向荷载作用

1）吊车竖向荷载作用下的内力计算见表2。

表2 吊车竖向荷载作用下内力计算 单位：，

2）结构自重及其他荷载作用

考虑轨道及其固定件、吊车梁、制动梁自重等，将求得的弯矩和剪力值乘以系数1.05[2]。制动板竖向均布活荷载标准值取2.0kN/m2，传至吊车梁的均布线荷载标准值为2.8kN/m（吊车梁中线距制动梁边梁外边缘2812mm，荷载分布宽度按2800mm计算）。则：，

3）竖向荷载下内力计算

其中、为吊车梁在两台吊车竖向荷载、结构自重及其它荷载作用下所产生的跨内最大弯矩和支座最大剪力设计值（吊车荷载已乘动力系数1.05），为吊车梁在一台吊车竖向荷载、结构自重及其它荷载作用下所产生的跨内最大弯矩标准值（用于吊车梁挠度计算）。

2.2.2吊车水平荷载作用

吊车横向水平荷载按《建筑结构荷载规范》6.1.2节2、3条计算[3]，，式中Q为吊车额定起重量50t，g为横行小车重量，由于厂家提供的吊车方案无小车重量，参照《钢结构设计手册（上册）》（第三版）吊车技术资料，取g=17t。

吊车横向水平荷载作用下，制动梁水平方向的跨内最大弯矩对应的荷载位置同吊车竖向荷载，故其设计值可按下式计算[2]：

式中 为吊车最大轮压标准值，为吊车最大轮压作用下吊车梁最大弯矩标准值。

3 吊车梁设计

3.1 吊车梁、吊车轨道、车挡等设计

吊车梁材质选用Q345C，从图集《12m实腹式钢吊车梁―中级工作制（A4～A5） 345钢》（05G514-3）选用[4]。本工程中吊车的技术参数及基本尺寸与图集计算所依据的吊车样本差别较大，按计算出的内力、、、，依据本图集第7页表2，吊车梁选用GDLM12-4XX，截面规格为上翼缘板450×22，下翼缘板400×22，腹板1500×14；中间加劲肋为100×8，间距1500mm；支座加劲板中间柱处采用突缘式300×16（此种形式对柱平面外的偏心较小），端柱处采用平板式2-160×16，对应的支座板分别选用CB-1及CB-6。

由吊车资料，吊车轨道型号选为QU100，轨道高150mm，依据图集《吊车轨道联结及车挡》（05G525）[5]，吊车轨道联结选用GDGL-6。车挡根据其承受的吊车纵向水平撞击力设计值F按本图集表2选用GCD-4，其中F按该图集提供计算方法确定：。

3.2 所选吊车梁复核

根据所选用吊车梁、轨道及其固定件，计算吊车梁及轨道实际自重，复核各项内力指标、、、是否满足图集中对所选吊车梁GDLM12-4XX的要求，见表3。

表3 吊车梁内力复核

注：1.制动板厚选为8mm，考虑加劲肋对荷载的贡献，按10mm计算。2.为两台吊车作用产生的纵向水平荷载及厂房端部传来的纵向风荷载的组合设计值（乘以组合系数0.9），按图集及《建筑结构荷载规范》6.1.2节计算。

实际计算的内力中仅超出图集要求2%，但在允许的误差范围内，同时图集中吊车梁的截面是按弯矩分级选用的，另外考虑到两台吊车同时满载且停在最不利位置的几率很小，故仍按GDLM12-4XX进行设计，并按《钢结构设计规范》的规定进行必要的验算[6]，同时根据本工程具体情况对所选吊车梁作局部修改。

3.3 局部修改

车挡位置修改，本厂房抗风柱截面高度为1300mm，比图集中的抗风柱大，为防止吊车与抗风柱发生碰撞，将车挡位置进行调整，使其前部与抗风柱平齐，则边跨吊车梁上对应的加劲肋做相应的修改。

支座板厚度修改，图集支座板CB-1、CB-6的厚度为70mm，是为了满足混凝土柱的局部受压承载力，本工程吊车梁支承在格构柱上，厚度改为40mm。

吊车梁上翼缘与柱子连接板LB-1修改，图集中吊车梁中心线与柱子边缘距离为700mm，本厂房为1750mm，LB-1由160×10的钢板改为等边角钢L180×12（切肢）。

3.4 制动梁设计

制动梁由吊车梁上翼缘、制动板和边梁组成，能承受吊车横向水平荷载及由于其他因素所产生的水平力，保证吊车梁的侧向稳定性，增加吊车梁的侧向刚度，作为检修吊车及轨道的操作平台及人行走道。

参照图集，制动板采用8mm厚花纹钢板，用100×10的加劲肋加强。图集中制动梁宽1600mm，仅采用横向加劲肋，边梁选用C36a。本厂房制动梁宽为2812mm，边梁若选用C36a时，竖向荷载作用下挠度为 ，改为C40a，挠度为；参照图集中中列制动梁的加劲肋布置，增设两道纵向加劲肋。 制动板材质为Q235B，边梁为Q345B。

4吊车梁验算

由于图集所依据的部分规范已经升版，且本工程中吊车最大轮压及吊车梁在两台吊车竖向荷载、结构自重及其它荷载作用下所产生的支座最大剪力设计值超出图集中吊车梁GDLM12-4XX的限值，按规范[6]的规定对所选吊车梁的强度、稳定进行必要的验算与校核。

吊车梁在一台吊车竖向荷载、结构自重及其它荷载作用下所产生的跨内最大弯矩标准值满足图集中对所选吊车梁GDLM12-4XX的要求，故吊车梁竖向挠度不进行验算。

4.1强度验算

钢吊车梁的强度计算包括最大弯矩处的抗弯强度计算、支座处抗剪强度计算、局部承压强度计算和梁腹板计算高度边缘处折算应力计算，荷载选用及内力计算结果同第2、3节，吊车梁系统结构的截面示意见图1。

强度计算过程如下：

上翼缘正应力： ，

下翼缘正应力：

式中 为吊车梁在两台吊车竖向荷载、结构自重及其它荷载作用下所产生的跨内最大弯矩设计值；为吊车横向水平荷载作用下制动梁的跨内最大弯矩设计值；、分别为吊车梁截面对轴的上部、下部纤维的净截面模量；为制动梁（包括吊车梁的上翼缘截面）对 轴的净截面模量。

图1 吊车梁系统结构的截面

平板式支座剪应力：

突缘式支座剪应力：

式中 为吊车梁在两台吊车竖向荷载、结构自重及其它荷载作用下所产生的支座最大剪力设计值；取为吊车梁腹板中部以上毛截面对中和轴的面积矩；为吊车梁毛截面惯性矩；为吊车梁腹板厚度；为腹板厚度。

腹板计算高度上边缘局部压应力：

式中，取1.0，

腹板计算高度上边缘折算应力（取吊车竖向荷载作用下最大弯矩点截面）按下式计算：

式中，，

，=1.1

4.2稳定验算

设有制动梁，无需验算吊车梁的整体稳定。

计算吊车竖向荷载作用下最大弯矩点处吊车梁腹板的局部稳定：

式中，，，，，

5设计过程中应注意的问题

（1）吊车梁支座分为平板式支座和突缘支座。虽然突缘支座对柱平面外的偏心较小，但因突缘支座与支承板之间仅靠突缘支座板连接，接触面积小，在吊车纵向刹车力作用下突缘支座板底部会产生较大的摩擦应力。许多工程实例也表明，吊车梁突缘支座板底端的破损比较明显且严重，它的破损直接影响到吊车梁系统的使用安全。

（2）吊车梁车挡位置的确定。车挡位置的确定应考虑以下因素：a、因吊车梁与混凝土柱的连接板同样位于吊车梁的上翼缘，因此在设置车挡时，车挡位置应避开连接板的位置，二者不能相碰。b、应注意大车运行的极限位置，根据吊车参数算出刹车时大车中心离车挡的水平距离，从而确定吊车死区位置。c、弄清厂房端部需起吊的重物位置，其位置不应位于吊车死区内。车挡的设置必须综合考虑以上三方面的因素，并使之尽量靠近端部，在吊车参数已确定的情况下，尽量减小死区范围，以满足吊装要求。

（3）吊车梁上部区域的受力情况十分复杂，有许多不利因素的作用。比如在吊车移动荷载作用下，在上翼缘连接焊缝及其附近腹板中产生的各种剪应力和疲劳作用；由于轨道偏心而使吊车梁承受偏心扭距作用；横向加劲肋上端未能与上翼缘顶紧而产生的附加应力；焊接残余应力等等，从而使吊车梁发生局部破损现象。因此，在设计时应采取必要的措施，如简支吊车梁端相邻上翼缘应分别用相互独立的连接板，在轨道与吊车梁上翼缘之间铺设专用的弹性垫层以防止连接螺栓松动，减少轨道偏心等，尽量避免或减少这些不利因素的发生。

6结论

条件允许的情况下，钢吊车梁宜选择实腹式焊接工字形，且按简支设计。若通过选用图集进行此类吊车梁的设计，应注意吊车的技术参数与图集计算所依据的吊车样本的差别，并按《钢结构设计规范》的规定进行必要的验算。同时应根据抗风柱截面高度、柱子形式、吊车梁中心线与柱子边缘距离等实际情况，对所选吊车梁的车挡、制作板、连接板、制动边梁等进行局部修改。

参考文献

[1] 王蔓，无制动结构钢吊车梁的整体稳定性分析，湖南：湖南大学硕士毕业论文，2012

[2] 《钢结构设计手册》编辑委员会，钢结构设计手册（上册）（第三版），北京：中国建筑工业出版社，2004

[3] GB 50009-2012，建筑结构荷载规范.

[4] 05G514-3，12m实腹式钢吊车梁―中级工作制（A4～A5） 345钢.

[5] 05G525，吊车轨道联结及车挡.

[6] GB 50017-200，3钢结构设计规范.