在钢结构厂房中对钢吊车梁设计的探析

在钢结构厂房中对钢吊车梁设计的探析

摘要：对吊车梁的支座连接构造设计及双层翼缘板焊接工字型吊车梁的某些受

力特征等进行论述，以便作为吊车梁设计时的参考

关键词：节点连接；填板；垂直隔板；双层翼缘板；

引言

近年来，工业厂房设计正向着大跨度、大柱距和大吨位吊车的重型复杂工业厂房发展。

吊车梁系统是工业厂房重要的承重系统之一。吊车梁或吊车桁架一般设计成简支结构（简支

结构具有传力明确、构造简单、施工方便等优点）。同时，钢吊车梁又以其自重小、制作施

工方便而被广泛应用。本文结合近几年我院设计钢结构生产厂房为案例。谈谈对钢结构厂房

钢吊车梁设计中应注意的一些问题，仅供参考。

1钢结构厂房的特点

1.1 从建筑上讲，要求构成较大的空间。

钢结构厂房是冶金、机械等车间的主要形式之一。为了满足在车间中放置尺寸大、较重型的

设备生产重型产品，要求厂房适应不同类型生产的需要，构成较大的空间。

1.2 从结构上讲，要求厂房的结构构件要有足够的承载能力。

由于产品较重且外形尺寸较大。因此作用在钢结构厂房结构上的荷载、厂房的跨度和高度都

往往比较大，并且常受到来自吊车、动力机械设备的荷载的作用，要求厂房的结构构件要有

足够的承载能力。

1.3吊车梁系统是工业厂房重要的承重系统之一。近年来，随着生产工艺和生产规模不断发展变化，吊车的使用频率在不断提高，且人们在吊车梁设计中经常会遇到大跨度、大吊车

吨位的吊车梁。多年来，在使用过程中，吊车梁系统的某些部位总会首先破损，这些容易破

损的连接在设计中如何采取最优的方法来解决，才能保证系统在正常使用状态时的耐久性；

以保证它们共同而协调地工作。下面就工字型焊接钢吊车梁支座节点连接处填板的设置、垂

直横隔板的设置以及双层冀缘等方面的问题进行分析。

1.4吊车梁的设计分类：对吊车梁系统的设计是其功能发挥好坏的重要

保证环节之一（其他保证环节有施工、使用维护等），工业厂房中支承各类型吊车的吊

车梁系统结构，按照吊车生产使用状况和吊车工作制可分为轻级、中级、重级及特重级（冶

金厂房内的夹钳、料耙等硬钩吊车）四级。

2吊车梁中梁与梁间连接填板位置的设想

近年来笔者发现，吊车梁突缘支座板底端的破损较明显且严重。

它的破损直接影响到吊车梁系统的使用安全，一直以来未能找到有效的解决办法。

根据吊车梁的计算分析很容易得到跨中最大弯矩Mmax。由于吊车梁上的荷载是不等距

的集中荷载，由M=ql2/8，得q=8M/l2，即相当于均布荷载为q的外力作用于吊车梁上，这时，很容易算得吊车梁支座处的转角：θ=ql2/（24EI）。由此，可近似地算得吊车梁高度上拟设螺栓处所产生的水平位移δ。如果吊车梁的突缘支座板刚度足够大时，这个变型δ则完全

由螺栓及腹板产生。

连接填板的位置对吊车梁的受力特征也将产生很大影响，尤其对突缘支座板底端与支承

板接触处。当连接填板位于吊车梁高度中部以上时，吊车梁突缘支座板底端与支承板接触处

的水平摩擦力较小，且变化亦不大，对减缓吊车梁突缘支座板底端的破损是有利的。

3吊车梁支座处垂直隔板连接的设想

一般来讲，当吊车梁梁端高度大于或等于1.5m时，对于重级工作制吊车梁，在与柱连接处，宜在梁端高度中部增设与柱连接的垂直隔板。垂直隔板的设置确实加强了梁端的稳定性，改善了梁的横向承载能力。

但在近年来调查中发现，吊车梁系统的破损也时常发生在垂直隔板及上翼缘与柱连接的

连接板处，且垂直隔板和连接板处往往不是同时破损，通常是尺寸较大的垂直隔板先于破损。因此，如何使二者的受力状态协调一致，对结构有利，值得探讨。

目前，设置垂直隔板时往往将其尺寸做得比上翼缘连接板大，以下就如此处理对吊车梁

的受力状态是否有利进行探讨。

将吊车梁横断面简化成一个刚性杆，将垂直隔板及连接板简化成刚度相同的两个连杆，

分别与柱连接，并在吊车梁顶作用吊车横向水平刹车力F。由材料力学的变形协调条件可知，该刚性杆的变形应该是协调且成正比的。

为此，可得出简单的推论：为保证二者的协调工作，垂直隔板的线刚度以小于或等于连

接板的线刚度为好。二者的设置可按变形协调条件所确定的线刚度比例设置，这样对吊车梁

的受力有利，尤其对吊车梁突缘支座板底端的稳定有利。

梁端与柱连接示意

4双层翼缘板吊车梁

（1）按照工业厂房的常规设计，吊车梁一般设计为单层翼缘的工字型焊接形式，但在有

些工程中，由于吊车梁的跨度大、吊车吨位大，不能满足受力要求。因此，除考虑要研究厚

板材质和厚板焊接工艺及桁架梁系外，采用双层及多层翼缘板焊接是解决这一矛盾的有效方

法之一。

双层翼缘板的焊接工字型吊车梁为一种变截面梁，其上下翼缘均由两层钢板组成。其中

除紧靠腹板的翼缘通长与腹板焊接外，其上翼缘的上层（或下翼缘的下层）翼缘板又通长或

非通长地分别与上下翼缘的下上层翼缘板相叠焊成一体。

有关资料分析表明，外层翼缘板无须通长设置，只需设置到理论切断点处再向弯矩较小

的方向延长一段即可。但考虑到制作和使用的实际环境和状态，还是以通长设置为好。因为，双层翼缘板梁有多条焊缝，因而产生较大的焊接应力和焊接变形。同时，在翼缘变截面处应

力突变，出现应力集中现象，使梁处于不利的工作状态。如将外层翼缘板通长设置，可在一

定程度上克服因设置端焊缝而产生的影响，从而使吊车梁处于有利的工作状态。

从屈曲条件考虑，板件屈曲对构件来说虽属局部稳定性问题，但在一定程度上影响构件

的整体承载能力。尤其对这种大跨度、大吨位的吊车梁，局部稳定问题丝毫不容忽视。因此，对双层翼缘板焊接吊车梁受压翼缘板件的宽厚比亦应严格限制。只有保证其局部的稳定，才

可保证其整体使用功能的安全有效，进而充分发挥截面的强度。我国现行“规范”关于“焊接梁

受压翼缘自由外伸宽度”有明确规定。但对双层或多层翼缘板的焊接梁未作具体规定，仅对双层翼缘板的板厚比作了规定。为此，在进行工程设计时，要参考多种资料，并对多组吊车梁

计算数据进行比较分析，以确定焊接梁受压翼缘自由外伸宽度。