鋼結構廠房的吊車承載方案選擇

王新娥

摘 要：文章對多種吊車荷載作用的鋼結構廠房的吊車承載結構方案選擇及設計方法作了一些介紹，在不同結構方案之間的比較方面作了較為詳盡的講述。

關鍵詞：葫蘆吊；懸掛吊；旋臂吊；階形柱；分離柱

對于有吊車的鋼結構廠房來講，在設計中要求做到既經濟、結構受力又合理，這與結構方案的優劣是密不可分的。對有不同種類吊車作用的鋼結構廠房由于其所承受的吊車荷載產生的機理不同，吊車對廠房結構的要求也不同，因此采用適當的吊車承載結構方案就顯的尤為重要，一般來說這也會影響到整個結構方案的選擇。現將其要點介紹如下：

1 吊車承載結構方案的分類

對于由工藝確定的吊車類型和其起重量，在選定最終的吊車承載結構方案前要考慮以下幾點：（1）建筑物外形及尺寸；（2）吊車的幾何尺寸；（3）吊車荷載的大小和方向；（4）結構造價的高低。

常見的吊車類型和吊車承載結構方案及其相互之間的適配情況詳見下表：

2 牛腿承載結構方案

在所有吊車承載結構方案中，牛腿是最經濟的解決方案。它通常采用截面高度不小于300mm的熱軋或焊接寬翼緣H型鋼直接焊在鋼柱上形成，而與其連接的鋼柱既要承擔豎向吊車荷載產生的軸力和彎距，又要為整個結構提供抗側剛度，因此柱截面高度不得小于300mm。設計中要采取措施僅將豎向力傳至牛腿，吊車縱向剎車力應由支撐系統承受，吊車橫向剎車力則直接傳至框（排）架柱。國內在進行結構設計時牛腿一般用于支承起重量小于等于20t的吊車，國外一般則主要根據吊車梁最大支座反力的大小來判斷是否采用牛腿方案。考慮到不同跨度、不同柱距及不同廠家的20t吊車的吊車梁最大支座反力相差懸殊，所以第二種方法較科學，即當吊車梁最大支座反力（不含動力系數時）小于等于55kips（25t）時才采用牛腿方案，有些吊車因其自重較大，兩臺10t吊車作用時吊車梁最大支座反力就超過25t，此時宜考慮其它承載結構方案。

3 分離柱承載結構方案

當吊車梁最大支座反力超過25t，而結構的抗側剛度仍能滿足要求，可以考慮采用分離柱承載結構方案。分離柱承載結構方案是在框（排）架柱的旁邊另設置一根鋼柱，用其單獨承載豎向吊車荷載產生的軸力和偏心彎距。其弱軸方向采用橫向連接件與框（排）架柱的強軸連接，以減小柱的平面外計算長度，該橫向連接一般采用鉸接，若采用剛接則有利于提高結構的抗側剛度。分離柱采用熱軋或焊接中翼緣H型鋼制做，其下端一般鉸接在基礎上，整個構件加工簡單，受力明確，若采用熱軋H型鋼制做則可進一步降低加工成本。

分離柱承載結構方案的最大特點是：它是附加在結構上的，具有一定的獨立性和靈活性，因此對于一些改造項目，如原廠房不帶吊車，現要增加吊車，又如原廠房吊車噸位較小，現要增加吊車噸位，則該方案幾乎是首選。分離柱承載結構方案的最大缺點是分離柱本身對結構的橫向抗側剛度沒有貢獻，單從這一點上看似乎有點不經濟。

分離柱承載結構方案在我國早有研究，但應用較少，原因可能是其它承載結構方案都是鋼結構和砼結構通用的，唯獨它是鋼結構獨有的結構方案，所以并不為廣大結構設計師所熟悉。但分離柱承載結構方案以其設計，加工簡單，安全可靠，又可承載很大噸位的吊車等優點，在國外新建項目中有廣泛的應用。

4 階形柱承載結構方案

由階形柱的加工及其基礎的成本較高，所以當吊車梁最大支座反力超過25T，吊車的軌道高度較高，同時對結構的抗側剛度要求較嚴時，可以考慮采用階形柱承載結構方案。階形柱承載結構方案是目前對大噸位吊車項目最常用的方案之一，為廣大結構設計師所熟悉，階形柱的設計及構造各種論述也較多，在此不再復述。

需要注意的是階形柱用于邊柱時一般采用單軸對稱截面，而單軸對稱截面平面外穩定較難滿足，設計時往往要設置特殊的支撐系統。階形柱用于中間柱時一般采用雙軸對稱截面，由于吊車尺寸的要求，柱雙肢間距較大，因此柱腹板都較寬，較厚用鋼量很大，實際設計中較少采用，而采用雙肢格構柱，以綴條代替腹板，這樣一來既保證了結構的剛度，又降低了結構造價，是一種較好的做法。

階形柱與分離柱區別主要有以下幾點：（1）階形柱與基礎剛接，分離柱與基礎鉸接，因此階形柱項目基礎投資較大。（2）階形柱為框架提供了較大的抗側剛度，分離柱對結構的抗側剛度貢獻不大。（3）階形柱設計計算難度大、構造復雜，加工困難、成本高；分離柱則正好相反。（4）階形柱適用于吊車噸位大且軌道標高較高的項目，分離柱則適用于吊車噸位大但軌道標高較低的項目。（5）階形柱用于中柱時，若兩側吊車軌道標高相差懸殊則需要采用雙階柱，其構造更復雜，加工更困難。此時若采用階形柱與分離柱組合方案，則既能滿足剛度要求又能節省投資。

5 屋面梁對懸掛吊車和葫蘆的承載結構方案

懸掛吊車和葫蘆的懸掛系統可以是剛性的或者是柔性的。柔性系統可降低吊車運行時對結構的作用。同時減少吊車和軌道（吊車梁）的磨損。柔性系統的側向位移應限制在5度以內，對于懸掛吊車一側軌道采用剛性的或者是柔性的連接，另一側應設計成僅承載吊車豎向力的結構，讓其可隨吊車運行有微小的位移。這一點可能是國內外此類設計的最大差異。

6 旋臂吊車承載結構方案

懸臂吊車是一種固定在相應結構或地面上，具有水平旋轉底座的吊車。安裝于結構柱上的旋臂吊車其水平起重臂一般限制于200度內旋轉。采用安裝在結構柱上的方案時要考慮旋臂吊車對柱和基礎的特殊荷載。由于旋臂吊車旋轉幅度圈較大對柱的強、弱軸均具有較大的剛度要求，對于典型的“H”形柱截面，通常采用將一槽直接焊接在一側翼緣上用以加強柱的弱軸。對于階形柱和分離柱方案的柱，因其組合截面強、弱軸均具有較大的剛度，旋臂吊車可直接安裝于柱上。旋臂吊車產生的縱向力可直接傳至吊車支撐系統上。

7 結語

綜上所述，對有吊車的鋼結構廠房的設計，需要結構設計師根據吊車荷載的差異，結合工作中實踐，以及不斷積累的經驗，確定合理的承載結構方案。并針對每一種特殊的吊車工藝條件，采用更加優化的剛架結構方案，以達到方案合理，又較經濟的效果。