不同類型吊車的支撐結構選型

馮新珍

（巴特勒（天津）有限公司，天津 300457）

1 概述

隨著我國工業的迅速發展，帶吊車的鋼結構廠房也隨之增多，與其他的廠房相比，在有吊車的建筑中由于吊車不停地震動而產生動力荷載。過多的運行和震動可能會在支撐系統的各個部位產生疲勞應力，而支撐系統又決定著結構的壽命，過多的建筑變形將導致產生不緊密的屋面，使屋面過早被破壞，還會產生漏雨等現象。故而在有吊車廠房的設計中支撐結構的剛度成為主要考慮的因素。如何對此類建筑中吊車的支撐結構系統進行選型對設計者來說則尤為重要，本文將闡述吊車的支撐類型及如何進行選型。

2 支撐類型

支撐結構類型通常包括吊車牛腿、獨立柱、階梯柱、屋面梁支撐及室外吊車走道。以下將分別對這幾種類型進行介紹。

2.1 吊車牛腿

把牛腿放在廠房柱上，這種方式通常是支撐吊車軌道最經濟的方式，對于軌頂橋式吊車的最大牛腿荷載不超過245kN時對廠房柱是沒有影響的。僅僅由吊車產生的豎向荷載允許作用在牛腿上。由于和牛腿連接的廠房柱承擔著吊車的偏心荷載，所以廠房柱必須保證有足夠的強度，高度小的腹板柱經常被用在中柱上，不僅是強度問題，而且也有承擔由吊車的偏心負載引起的剪力問題，在多跨廠房中通常有吊車牛腿的廠房柱的最小的腹板高度為300mm。如圖1所示。

圖1 軌頂式吊車

2.2 獨立柱

當來自未產生沖擊影響的吊車軌道系統的最大豎向荷載超過245kN，并且廠房框架的強度能夠承受吊車的橫向荷載，此時主要用獨立柱來承擔吊車的豎向荷載，和廠房柱連接的吊車的獨立柱通常用熱軋的H型鋼，廠房柱和獨立柱通過水平方向的系緊構件連接，廠房柱可以是變斷面的也可以是等斷面的。由于這種支撐系統不需要對主剛架進行特別的加強，所以獨立柱通常被用于吊車是后加在已建建筑上的情況，通過對原來剛架進行較小的修改就可以了。

2.3 階梯柱

當未產生任何影響的吊車軌道系統產生的最大懸臂荷載超過245kN，并且給出的建筑尺寸和吊車需要較強的剛架時選用階梯柱，由于在上部和基礎很高的造價，用這種類型的柱通常是有較大噸位的吊車（大于等于30t）而且是較高的建筑（大于等于9m）。

階梯柱包括兩個或多個不同腹板高度的階梯部分組成，階梯部分提供一個臺階使吊車梁作用其上。上部的柱是由腹板較小的H型鋼組成，下部的柱腹板較高，在吊車那側的翼緣斷面被替換為熱軋型寬翼緣或角鋼來承擔較重的吊車荷載。不同高度由橫向凈控需要或吊車梁上翼緣的側向連接情況而決定。在強軸方向柱腳剛接；弱軸方向可以鉸接也可以剛接，柱的上端大多數是外部剛接內部鉸接。

支撐系統通常在結構中將提供足夠的強度，但是給定的建筑寬度必須大于最大的吊車的寬度。然而，此系統的選擇應該預先和業主討論，因他的基礎需要很高的花費并且在某種情況下由于在建筑地點很差的土壤條件甚至是不能實施的。

2.4 屋面梁支撐——懸掛吊車和電動葫蘆

懸掛吊車和電動葫蘆通過彈性吊架或剛性懸掛裝置懸掛在屋面梁下。在大多數情況下這是支撐輕型吊車最經濟的方法。

當選擇這種類型的吊車，支撐架的位置是非常關鍵的，因他將影響剛架的設計。當支撐架放在跨中，豎向撓度的控制就成為了主要考慮的因素并且一般在前期應該考慮到剛架的造價會有明顯增加。

考慮作用在剛架上的豎向支架荷載后，計算結果應該使各限制不應超限，在彈性吊架中，由于懸掛系統是彈性的，所以橫向和縱向的力不必考慮，為了限制吊車移動，將安裝搖擺的支撐。

在剛性懸掛裝置中橫向和縱向的力將和豎向荷載共同作用在支架上，對于柱支撐這些力必須按同樣的方法考慮進去，如圖2所示。

圖2 懸掛吊車和電動葫蘆

2.5 室外吊車走道

當軌頂式吊車的軌道延伸到室外，吊車的支撐系統將和建筑結構脫開，在這種情況下，通常使用A型結構支撐軌道梁。剛接柱腳的階梯柱也可以成為一種替代的解決方案，但是柱的側移應該嚴格控制。由于結構構件被暴露在空氣中，支撐系統設計時應需要特別考慮，吊車軌道的溫度變形必須考慮，材料的最小厚度經常要詳細說明并且必須考慮合適的排水裝置。所有外部的吊車系統應該有一層面漆，如圖3所示。

圖3 室外吊車軌道

3 支撐類型的合理選擇

3.1 不同類型吊車可選方案

由于吊車類型的不同，故而可采用的吊車支撐結構類型也各不相同，具體參見表1。

3.2 支撐結構選型應考慮的因素

3.2.1 吊車的類型和起重量

不同類型的吊車由于結構形式不同，故而影響著吊車支撐系統的選擇，如電動葫蘆，此種吊車結構形式為在屋面梁下設置軌道，故其支撐類型只能為屋面梁，而不是獨立柱和階梯柱等，軌頂式吊車則是吊車荷載作用在柱上，所以不可能選擇屋面梁方案。同時吊車的起重量也是影響支撐結構選型的一個很重要的因素，吊車支撐結構主要承擔吊車豎向荷載，而不同的支撐類型承擔豎向荷載的能力更是大不相同。所以吊車的類型和起重量是決定支撐結構系統的重要因素。

表1 不同吊車支撐類型一覽表

3.2.2 建筑的尺寸和外形

吊車類型相同的情況下，建筑的跨度越大，相應吊車的輪壓，總重越大，對整個結構的要求也就越高，故而建筑尺寸和外形對結構選型的影響也十分顯著。

3.2.3 吊車荷載的大小和方向

吊車荷載相對于鋼架來說作用在強軸還是弱軸方向對吊車支撐結構也有很重要的影響，大多數建筑吊車均垂直于跨度方向運行，此時選擇支撐結構比較容易，如果吊車的運行方向為橫向運行即延跨度方向運行，那么吊車的支撐結構就會受到很大限制。

3.2.4 吊車的臨界尺寸

相同噸位條件下不同吊車寬度及輪距將會產生不同的吊車荷載，而吊車荷載又是支撐結構選型的重要因素。

3.2.5 支撐結構系統的剛度要求

有些吊車為地面操作，此種吊車對支撐結構系統的剛度要求通常較低，而駕駛室操作的吊車則對其剛度要求較高。

3.2.6 產品成本的評估

在設計中不僅要考慮技術上可行，同時也要考慮經濟上合理，所以要綜合考慮各種可行的支撐結構的經濟性。如在軌頂式吊車中噸位小、使用頻率低的建筑通常優先選用牛腿方案。

3.3 工程實例

銀川變壓器項目長144m，寬度24m，高15.6m，柱距12@12m，跨度24m，屋面及墻面均為雙層彩板，內置50t/10t橋式吊車1臺，10t吊車1臺，級別均為A5，駕駛室操作，規定高度11m，屋面活荷載鋼架為0.30kN/m2，附加荷載為0.2kN/m2，風壓0.65kN/m2，地震設防烈度8°（0.2g），丙類，場地類別為II類。

此項目含有50t吊車和10t吊車的組合，由于為軌頂式吊車，故而不可能采用屋面梁方案，經過計算最大豎向荷載超過245kN，故而吊車牛腿方案不可取，只有獨立柱方案和階梯柱方案，此建筑為新建廠房，吊車并不是后加在建筑中的，所以獨立柱方案和階梯柱方案均可采用，然而此吊車的軌頂高度為11m，建筑高度為15.6m，故而采用獨立柱方案不一定經濟。項目用PKPM軟件分別計算出兩種方案的主結構用鋼量分別為階梯柱方案（下柱為格構柱，上柱為實腹柱）73kg/m2，獨立柱方案79kg/m2，約節省投資8%。故而在保證技術上可行，經濟合理的原則上選用階梯柱方案。

4 結語

吊車的支撐系統及結構選型對日益發展的工業廠房建筑顯得尤為重要，首先根據吊車的類型及運行方向選出可以采用的支撐結構，然后根據起重量及軌頂高度等因素比較后，選出技術上可行，經濟上合理的吊車支撐結構。在設計的建筑中要始終做到安全、經濟、適用原則，設計出優秀的項目。

［1］鋼結構設計手冊編委會.鋼結構設計手冊［K］.北京：中國建筑工業出版社，2004.

［2］CECS102—2002，門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程［S］.