关于钢结构吊车梁设计分析

关于钢结构吊车梁设计的分析

摘要：本文作者结合钢吊车梁及制动结构设计和施工管理的实践经验，分析了在钢吊车梁及制动结构设计过程中应注意的几个问题。

关键词：钢结构吊车梁；设计；分析

中图分类号：tu391文献标识码：a文章编号：2095-2104（2012）吊车梁是工业厂房的重要组成部分，吊车梁及制动结构如不严格按照规范进行设计施工，将会导致一系列问题，如资金浪费、工期拖延，甚至埋下严重的安全隐患，影响生产。可以说吊车梁能否正常工作直接影响着生产的正常进行。现今的工程绝大部分均采用钢结构吊车梁。

1 钢吊车梁及制动系统简介与设计流程

钢吊车梁及制动结构一般由吊车梁、制动梁（桁架）、辅助桁架、垂直支撑、下翼缘水平支撑以及吊车轨道和轨道联结件组成。吊车梁直接承受吊车的竖向荷载，一般设计为简支结构，可采用型钢梁或焊接 h 型钢梁。当厂房柱距小且吊车起重量不大时，可不设置制动结构，但须经过计算使吊车梁有足够的侧向抗弯刚度。对于跨度或起重量较大的吊车梁，应设置制动系统，制动结构承受吊车的水平制动力，保证吊车梁的整体稳定，并且可作为检修走道，须通过计算保证其强度，同时也要采取必要的构造措施。

2 钢吊车梁及制动系统设计分析

2.1 关于吊车梁计算的荷载取值：《建筑结构荷载规范》

（gb2009-2001）中第五章已进行了详述，须注意的是，5.1.2 条中规定吊车横向水平荷载标准值是根据小车重量和额定起重量之

和乘以不同的百分数确定的，但在《钢结构设计规范》（gb50017- 2003）中 3.2.2 条规定，验算重级工作制吊车梁及制动结构的强度、稳定性及连接的强度时，应考虑吊车摆动引起的水平力，并给出了计算公式，并且与《荷载规范》中的水平力不同时考虑，此时应取其中大值进行计算，当遇到重级别工作制吊车梁设计时应引起注意。

《荷载规范》5.3.1 条中规定动力系数的取法，但并不是所有计算中都要乘动力系数，《钢结构规范》3.1.6 条中规定只有在计算强度和稳定性时，动力荷载设计值应乘以动力系数；在计算疲劳和变形时，动力荷载标准值不乘动力系数。《钢结构规范》中规定计算吊车梁及其制动结构的疲劳和挠度时，吊车荷载应按作用在跨间内荷载效应最大的一台吊车确定，而在计算强度和稳定时，一般按两台最大吊车的最不利组合考虑；并且只有在重级工作制吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架才进行疲劳验算。

2.2 关于吊车梁翼缘板与腹板的焊接连接及吊车梁与制动结构连接：首先，《钢结构规范》中 7.1.1中规定重级工作制和起重量大于 50t 的中级工作制吊车梁的腹板和上翼缘之间采用焊透的 t 形接头，质量等级不应低于二级，而对于下翼缘与腹板的的焊缝并未作此要求。很多设计人员误认为这是由于疲劳问题，但其实疲劳现象在结构的受拉区比受压区要敏感得多，《钢结构规范》6.1.3 条

规定在应力循环中不出现拉应力的部位可不计算疲劳。故应该验算疲劳的部位是受拉翼缘与腹板连接处的主体金属，受拉区加劲肋的端部和受拉翼缘与支撑的连接处的主体金属以及角焊缝连接处。同时在构造上，受拉翼缘除与腹板焊接外，不得焊接其他任何零件且不得打火，而且吊车梁的中间加劲肋不得与受拉翼缘焊接。这就是为什么加劲肋可以与受压翼缘顶紧焊接但在距受拉翼缘一定距离

断开的原因，在设计中一定要注意。其次，上翼缘要与腹板采用 t 型焊透的对接焊缝。这是由于此处的焊缝除受剪应力外，尚承受轮压产生的局部压应力且轨道偏心也给连接焊缝带来很不利的影响。尤其是重级工作制吊车梁，操作频繁，此处焊缝也容易疲劳，故采用 t 型对接焊缝，并要求二级焊缝标准，可认为与腹板等强而无需验算其强度。

吊车梁与制动结构的连接问题上，需要注意和探讨的是在《钢结构规范》中 8.5.8 中规定重级工作制吊车梁，上翼缘与制动梁的连接可采用高强度螺栓摩擦型连接或焊缝连接。这种连接的目的是传递吊车的水平力到制动梁上，再由制动系统与柱的高强螺栓连接传至柱子。既然规范可采取高强度螺栓和焊接两种形式，需要探讨的是能否在起重量不大的吊车情况下采用焊接。因为在《钢结构规范》8.5.8 的条文说明中说曾经由重庆钢铁设计院和重庆大学进行过专门的研究和静力、疲劳试验，论证了只要保证焊接质量和焊接变形仅用单面角焊缝的可行性，并在多个工程中应用，效果良好，我们今后能否尝试采用此种形式。因为钢吊车梁标准图集采用了高

强螺栓连接，并且螺栓间距 100mm，间距过密，据施工单位反映施工过程十分不便，并且会增加投资，降低工效。当然对于起重量很大的重级工作制吊车仍应采用高强度螺栓连接。

2.3 关于制动系统的设置：制动系统的作用在本文开头已经讲过，《钢结构规范》8.5.9 条中规定重级工作制吊车梁跨度等于或大于 12m，或轻、中级工作制吊车梁跨度等于或大于 18m 时，宜设置辅助桁架和下翼缘（下弦）水平支撑系统。这里所说的是设置辅助桁架和下翼缘水平支撑系统的情况，此时制动梁的边梁为辅助桁架的上弦，而制动结构还有一种形式就是制动边梁为型钢梁。在《钢结构设计手册》上规定：当吊车梁的跨度在 12m 以上（不分吊车工作级别）时，或吊车为重级工作制时，均宜设置制动结构。此时可以选择将制动边梁设计为型钢梁或辅助桁架的上弦。同时手册上还规定：当吊车梁跨度小于或等于 6m，吊车起重量小于或等于 50t 且为中、轻级工作制又不需设安全走道时，可不设制动结构。

2.4 关于吊车梁的上翼缘宽度：吊车梁上翼缘宽度的确定首先要通过计算保证吊车梁的强度和稳定。当设有制动结构时，上翼缘宽度一般不会过宽，故翼缘板的宽厚比容易满足，翼缘板就不会太厚。而在无制动结构时，上翼缘板不但要保证吊车竖向荷载对吊车的强度和稳定要求，还须保证吊车的横向制动力对吊车梁侧向的强度和稳定，故会加宽上翼缘宽度，具体宽度须经过计算确定，同时考虑翼缘板宽厚比的限制，厚度也会增加。需要特别注意的一点是，

上翼缘宽度不但要满足上述要求，还要通过所选轨道联结方式确定。因为不管是采用常用的压轨器联结或是最近比较流行的钢轨弹力紧固装置等联结方法，所需要的最小上翼

缘宽度都是不同的，并且构造上一般要求走道板与吊车梁上翼缘搭接长度为 50mm，设计中须注意这两条对上翼缘宽度的要求。在曾经遇到过的某个工程中，设计人员在选用完吊车轨道联结方式后未考虑上翼缘宽度，导致其所选用的轨道联结方式无法实现，不得不更改成对上翼缘宽度要求不高的其他轨道联结方式，但在有轨道联结件的位置，仍然无法满足走道板与吊车梁上翼缘搭接长度的要求，将走道板的搭接长度在此处变小，甚至无法施焊。

2.5 关于箱形吊车梁：在吊车梁跨度较大，并且吊车起重量较大的重型厂房中，如采用焊接 h 型钢吊车梁，有时吊车梁高度会很大。例如在某工程中，柱距为 18m，吊车跨度为 22m，有两台起重量为125t/50t,a7 级铸造吊，最大轮压达到了 60t，并且每台吊车每侧有 4 个轮子，采用焊接 h 型钢吊车梁计算，吊车梁跨中高度达到 3m，但此时由于吊车轨顶标高无法改变，吊车下部还有很高的设备，导致必须改小吊车梁截面。最好的办法就是采用箱形截面，最终计算结果吊车梁跨中高度只需要 2.2m，满足限高要求，并且抗扭性能好，同时还节省了钢材。但箱形吊车梁截面较 h 形截面构造复杂一些，必须保证梁腹板和上盖板的局部稳定，在梁腹板内侧设置刚性横隔和横向加劲肋，在上盖板下部焊接通长的纵向加劲肋。