钢吊车梁在设计中需注意的几个问题总结

韩甜 李娟

中国轻工业长沙工程有限公司 制浆造纸事业部 湖南 长沙 410114

摘要：吊车梁是工业厂房的重要组成部分，吊车梁的设计直接关系到工程设计的安全性，吊车梁及制动结构如不严格按照规范进行设计施工，甚至将造成安全隐患。本文汇总钢吊车梁设计的整个过程及思路，并总结归纳了设计中需要注意的点，以便于设计更合理更优化，为后续同行的设计提供了参考。

关键词：钢吊车梁； 制动系统； 优化。

吊车梁是工业厂房的重要组成部分,造车车间、制浆车间及各仓库基本上都要有吊车运行。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,如设备无法运行、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，钢吊车梁制作简单，安装方便。作为一名工业设计院的设计师，熟练的掌握钢吊车梁的设计是一项必备的技能。本文对钢吊车梁的知识重新梳理学习，并总结归纳设计中需要注意的几个重点。

一、钢吊车梁及制动系统简介

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移动荷载,一般设计为简支结构,可采用型钢梁或焊接H型钢梁；型钢梁是直接利用热轧H 型钢制成，制作简便，但耗钢量稍高。一般适用于梁跨度≦9m, 吊车起重量Q≦20t 的情况。造纸厂房一般设备重量比较大，基本是采用的焊接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即整体稳定性要满足要求。对于跨度或起重量较大的吊车梁,应设置制动系统,可以是制动板或者制动桁架的形式。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。

图1. 吊车梁系列构件组成示意图

(a) 边列吊车梁；（b）中列吊车梁

二、钢吊车梁及制动系统设计要点

1.关于吊车梁计算的荷载取值:

《建筑结构荷载规范》(GB5009-2012)中第六章已进行了详述,须注意的是6.1.2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,注意软钩吊车和硬钩吊车系数是不同的。另外当是重级别工作制吊车梁设计时应注意在《钢结构设计规范》(GB50017-2017)中3.3.2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：摇摆力标准值应按最大轮压标准值乘以系数α计算取值。对一般软钩吊车α=0.1;抓斗或磁盘吊车宜采用α=0.15; 硬钩吊车宜采α=0.2 。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。《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.关于吊车梁的最大、最小轮压计算：

吊车梁的最大，最小轮压计算是比较简单的，首先是要弄清资料中是几轮吊车。作为设计者来说，把吊车的基本参数，业主要求弄清楚是第一步。然后就是一个最简单的公式，最大、小轮压之和就等于起重机总重和额定的起吊量之和除去单侧的轮子个数。吊车资料中都会给出最大轮压，起重量、起重机总重的。另外多台吊车组合时，实际要看同一跨内，是否可以摆放两台，才会对计算结果有影响的。

3.关于吊车梁的截面

3.1上下翼缘宽度:

吊车梁的上下翼缘宽度可以不同，而且一般都不同。由于吊车梁基本上都是简支梁，下部受拉，所以下翼缘的计算容易满足要求，上翼缘一般都比下翼缘宽。吊车梁上翼缘宽度的确定首先要满足一些构造的要求，不同的轨道联结方式，图集中都对应有个最小宽度要求；焊接型和轨道压板连接相比，焊接型要求的宽度更大，这是设计者需要特别注意的一点；其次就是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。

3.2腹板的厚度：

一般腹板的厚度可以薄一点，满足高厚比局部稳定的要求即可，这样更经济；但是当为变截面鱼腹式吊车梁时，尤其是重级制吊车梁需要特别验算腹板的厚度是否满足变截面处的疲劳，此时腹板的厚度对疲劳影响比较大，设计者要注意。

3.3吊车梁的高度：

吊车梁高度的确定要主要是满足挠度的要求。《钢结构手册》对吊车梁挠度的规定：手动吊车、单梁吊车（包括悬挂吊车） L/500；轻级工作制桥式吊车(Al~A3 级）L/750；中级工作制桥式吊车(A4~A5 级）L/900；重级工作制吊车(A6~A8 级）L/1000；单轨吊车L/400，L为吊车梁（桁架）跨度。因此要根据柱距、工作级别及吊车的吨位来确定合适的高度，可以通过软件多次试算，保证挠度满足的条件下调整上下翼缘的宽度厚度。简支吊车梁的梁高h一般可按梁的经济截面要求，参考经济梁高经验公式初步选定，经计算并考虑材料、构造等条件调整后最终确定，并取为5cm 的整倍数。经验公式如下：

4.关于制动系统的设置:

制动系统的作用主要保证吊车梁的侧向稳定性,《钢结构规范》16.3.2第9条中规定吊车桁架和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。

5.关于吊车梁与制动结构连接

吊车梁与制动结构的连接问题,需要注意的是在《钢结构规范》中16.3.2第8条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。钢吊车梁标准图集中采用的是高强螺栓连接,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。既然规范可采取高强度螺栓和焊接两种形式,设计者也是可在业主有要求的情况下采用焊接的。

6.其他要点:

吊车梁的钢材选用时,一般在大跨度、起重量大的厂房中通常采用Q345钢,跨度不大且起重量不大的轻型厂房中,常采用Q235钢，须注意截面的合理经济。因为吊车梁截面高度并不是一定的,上下翼缘和腹板厚度也不是一定的,须经过多次试算,才能确定出既安全又经济的截面。吊车梁计算出合理的截面之后就是画图，图纸中需要注意的就是布置图一定要节点详图对应的。比如上翼缘与柱子的连接的螺栓，在单根的吊车梁详图中都有对应的位置，要一致才能保证安装的时候不会出错；还有吊车梁端部平板加劲肋到轴线的距离要保证布置图中和吊车梁的详图一致。

以上是笔者在工作过程中对钢吊车梁设计的一些体会。虽然吊车梁及制动结构的计算模型相对简单,但由于吊车梁对于生产及结构的重要性,以及容易疏漏很多构造及计算中的小细节导致设计的不合理；故设计者应对其有足够的重视和更加深入的理解。

参考文献

[1]钢结构设计标准(GB 50017-2017)[S].

[2]钢结构设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2018.

[3]陈树华.钢结构设计[M].武汉:华中科技大学出版社,2008.

[4]王元清,等.60m跨度实腹式工形截面重级工作制吊车梁的设计与分析[J].钢结构.2006,21(6).