主厂房钢吊车梁系统设计

王芳 隋春光 刘洋

摘要：本工程吊车梁系统由吊车梁、制动结构（包括制动板和制动桁架）组成。重点介绍了厂房中吊车梁的选型、制动系统以及连接节点的设计情况。最后提出了一些设计想法。

关键词：钢结构；吊车梁；制动结构

中图分类号：TU391文献标识码： A 文章编号：

1 工程概况

某设备主厂房，抗震设防烈度7度，涉及基本地震加速度值0.1g，设计地震分组为第一组，基本风压0.6kN/m2,地面粗糙度类别A类。根据甲方提出的要求和提供用地条件，纵向长度223.2m，基本柱距9m，局部因工艺布置要求将柱距扩大为12m，在纵向近1/2处设置一条温度缝。横向长度115.7m共四跨。厂房内吊车设置情况如下：

跨度30m设有起重机50/10t两台、32/5t各两台，轨顶标高13.00m；

跨度36m设双层行车，上层设起重机150/32t两台，轨顶标高19.000m；下层起重机50/10t轨顶标高13.00m；

跨度24m设有起重机32/5t两台、20/5t各两台，轨顶标高13.00m；

跨度24m设有起重机50t两台与10/3.2t各两台，轨顶标高13.00m；其中两台50t和两台10/3.2t的起重机分别运行在温度缝的两侧，不通过温度缝。

以上吊车均为中级工作制（A5）。厂房剖面图见图1

带双层吊车的中列排架柱（BC、DE轴线）为钢管混凝土柱，其余各列为预制混凝土柱。

图1

2 荷载与材料

2.1荷载

经过计算，本工程中地震荷载不起控制作用。吊车梁主要承受的竖向荷载有走道板自重和活荷载、吊车梁自重及吊车荷载；纵向水平荷载有抗风桁架传来的风荷载、厂房端部传来的风荷载和吊车纵向水平刹车荷载；横向水平荷载有吊车横向刹车荷载。走道板活荷载取2.0KN/m2；吊车荷载有相关工种提供的吊车样本，由程序导入。

对于风荷载，《机械工厂结构设计规范》和《建筑结构荷载规范》中风荷载体型系数的选取有所不同，本工程风荷载取值按前者进行计算。

2.2材料选用

由于Q345钢市场价格与Q235钢相差不大，而强度比Q235钢强度高约40%，同时Q345钢又具有良好的可焊性及可加工等工艺性能，所以本工程吊车梁系统中，吊车梁采用Q345-B钢材，其他如制动桁架、边列制动梁槽钢、走道板、支座板等采用Q235-B钢材。

3吊车梁及制动结构的设计

3.1吊车梁的特点和选型

本工程吊车梁按简支结构设计，由于吊车吨位较大，横向水平刹车荷载较大，吊车梁设计为实腹式焊接工字形钢截面梁。选取吊车梁高度时，除了考虑吊车吨位外，要综合考虑各种因素。

（1）相邻两跨的柱距和吊车的吨位均不相同，考虑便于钢管混凝土柱柱肩的制作和预制混凝土柱子的制作安装，有利于车间内管道通过，将钢管混凝土柱柱阶处两分肢顶面的标高设计为相同标高，并与预制混凝土柱子的牛腿顶面标高取为一致。

（2）相邻两跨吊车梁高不同的处理：即起重量50t吊车和起重量10t吊车梁高度不同，对10t吊车梁进行局部修改，加大支座高度，见图2

图2

（3）局部扩大柱距为12m的吊车梁的设计：9m柱距和12m柱距的吊车梁高度不同，由于大部分的柱距为9m，因此将12m柱距的吊车梁做成高度不等、腹板截面变化的梁，即在支座处将梁高度取与9m跨吊车梁的高度相等，见图3。

设计变截面吊车梁时，要考虑经济高度还应充分满足强度、稳定和挠度等方面的要求，以及端部高度和相邻两吊车梁高保持一致。当吊车梁承载力不满足时，增加吊车梁的翼缘厚度比增加腹板厚度更加明显，并且为了减少吊车梁的用钢量，相对而言腹板厚度不宜太厚。

图3

（4）对于9m柱距起重量为150t/32t的吊车梁则没有现成的标准图可用，考虑与12m柱距的变截面梁的端部梁高统一，梁高取1.8m。上翼缘宽度的选取除了满足强度、稳定等要求外，还要满足固定吊车轨道和连接制动结构的所需要的尺寸，取520mm。

（5）对于支撑在钢管混凝土柱上的吊车梁，横向加劲肋的设置除了满足腹板的局部稳定外，在吊车梁端部，对应钢管混凝土柱柱肩加劲肋的位置也相应增加了吊车梁的横向加劲肋，以保证荷载传递明确。

3.2制动结构设计

根据吊车梁位置及吊车梁中心线距制动梁的距离不同，本工程中分别设置了制动梁和制动桁架两种制动结构。制动结构既承受吊车横向水平荷载和由于其他因素所产生的水平力，又保证吊车梁的侧向稳定性，增加吊车梁的侧向刚度。

起重量为10t的吊车梁顶面不需设置走道板，采用无制动结构的吊车梁设计。

13.00米轨顶标高边列柱中心线距离吊车梁中心线距离为1.150米，制动结构采用由吊车梁上翼缘、制动边梁（槽钢）以及制动板组成的制动梁，制动板采用花纹钢板，兼做走道板。边梁按双向受弯构件设计，水平方向承受吊车横向水平荷载，竖向承受走道板的竖向荷载。

13.00米轨顶中列柱吊车梁中心线的距离为3米，制动结构采用两邻跨的两吊车梁上翼缘和腹杆系统组成的制动桁架。几何图形为米字形体系，其节间划分与吊车梁的横向加劲肋相对应，走道板设置在腹杆上，腹杆截面采用单角钢。见图4：

图4

19.00米轨顶吊车梁中心线距离钢管混凝土柱一侧钢管中心线距离为2.300米，制动结构采用由吊车梁上翼缘、腹杆系统和边梁组成的制动桁架。几何图形为带竖杆的三角形体系。见图5：

图5

制动桁架腹杆受吊车水平荷载和风荷载，而吊车水平荷载为移动荷载，因此制动桁架的外弦杆（即制动边梁）和腹杆的最大内力用桁架内力影响线方法计算。强度计算时，对于边列柱的吊车桁架，取同跨两台最大吊车所产生的最大横向水平荷载进行计算；对于中列柱的吊车桁架，按同跨两台最大吊车或相邻跨间各一台最大吊车所产生的最大横向水平荷载，取两者中的较大值进行计算。吊车横向水平荷载为反复作用的荷载，各杆的最大内力可能为压力也能为拉力，所以稳定计算时，各杆的截面均按压杆设计。设有走道板的竖腹杆还需要考虑竖向荷载产生的局部弯矩。

本工程中，制动桁架的腹杆中心线的交点交于距吊车梁上翼缘45mm的地方，没有交于吊车上翼缘的中心线上，节点处存在附加弯矩，与桁架的计算假定（桁架的节点为各杆件中心线的交点）不一致，但具有节点板小的优点。

4 连接节点

4.1吊车梁连接

吊车梁上翼缘与柱连接采用标准图集；但需要计算连接板的强度与稳定。在本工程中，有的连接板的宽度160mm而长度达到720mm，于是采取了在连接板下用板条加劲肋加强的办法。并且连接板与吊车梁上翼缘的连接还要考虑吊车梁横向加劲肋的布置，便于连接板的安装。

吊车梁下翼缘与柱的连接，一般采用普通螺栓固定。本工程中吊车梁位于非柱间支撑的柱间时，按构造配置采用普通螺栓2M20，当吊车梁位于设有柱间支撑的柱间时，连接螺栓的直径和数目通过抗剪强度和承压强度计算确定。

吊车梁与吊车梁的端部连接采用高强螺栓，传递的荷载为纵向刹车力、纵向风荷载和纵向地震作用，分别组合计算。螺栓间距除满足计算外，还应满足构造要求。由于吊车梁的支座条件假定为简支，为减小对吊车梁端部转动的约束影响，此螺栓群设置在吊车梁高度范围的下部0.4h内。

4.2制动桁架的连接

制动桁架与柱采用高强螺栓连接。

制动桁架的腹杆与连接板的连接，采用工厂角焊缝焊接；连接板与吊车梁上翼缘的连接，采用M20摩擦型高强螺栓连接；连接板与边梁连接采用焊接连接。对仅有竖杆的节点，连接作用力取竖杆的轴心力。对于同时设有竖杆和斜杆的节点，作用力取单板斜杆在沿吊车梁轴线方向的分力和作用在一个轮子的吊车横向水平荷载的合力。

5 结束语

通过本工程的设计，建议对类似的大吨位双层吊车梁系统设计应注意以下几点：（1）注意吊车系统传递的横向水平荷载，尤其是风荷载的传递；（2）注意一层多台吊车、双层吊车时荷载的组合；（3）注意吊车制动板和制动桁架与柱间支撑的冲突，走道板与双肢柱、柱间支撑的冲突；（4）注意吊车梁上翼缘宽度的确定；（5）注意厂房温度缝处制动板的连接；（6）注意节点设计考虑施工安装因素。

参考文献

[1] 钢结构设计手册，中国建筑工业出版社，2004

[2] 钢结构设计示例，中国计划出版社，2007.3