輕型鋼結構房屋吊車梁水平剛度的思考

焦峙煒 郭 偉 劉澤宇

(山西航天清華裝備有限責任公司，山西 長治 046012)

0 引言

隨著我國經濟的蓬勃發展，門式剛架輕型鋼結構房屋被廣泛應用于單層工業廠房，單層倉儲等各種類型建筑。因其用鋼量少，適應性強，施工速度快，環境污染少等特點，廣受業主歡迎。但是隨著時間的推移，在設有橋式吊車的輕型鋼結構廠房中，卻出現了鋼吊車梁與柱連接處焊縫斷裂，相鄰吊車梁連接處螺栓斷裂，吊車梁上部軌道發生彎曲，吊車輪經常性卡軌，吊車運行時劇烈振動等現象。上述現象，不僅僅影響了企業的生產效益，更給企業員工帶來了巨大的心理壓力，嚴重影響員工的身心健康。

1 工程實例

某工業廠房跨度(單跨)24 m，柱距為7.5 m，采用門式剛架結構。廠房內部設有兩臺相同吊車，吊車形式采用DSQD型5 t～125 t吊鉤起重機(大連重工起重集團有限公司2003年資料)，具體規格如表1所示。

表1 吊車參數表

通過某結構設計軟件計算，選定吊車截面其截面尺寸為H 600×360×320×8×14，強度等級為Q235B，如圖1所示。

截面特性為：

IX=940 294 217.67 mm4=0.000 94 m4；

IY=92 685 738.66 mm4=0.000 092 6 m4；

E=206×103N/mm2；

m=110.654 kg/m。

軟件結果顯示此截面通過驗算，滿足規范要求。詳細查看計算結果，軟件并沒有對其進行水平方向撓度驗算，故對此進行驗算：

根據GB 50009—2012建筑結構荷載規范[3]第6.1.2條第二款規定，吊車橫向水平荷載標準值為：

T1=12%×(2.303+10)×9.8=14.468 kN。

吊車的工作級別為A5，其總共有4個行車輪，每側有2個車輪。則作用于每個行車輪上的水平力標準值為：

工業廠房吊車梁形式為簡支吊車梁，繪制其計算簡圖如圖2所示。

則其吊車梁在吊車水平荷載作用下，其中部最大水平撓度[4]為:

(3-4×0.1672)=1.603 mm。

考慮到水平荷載對吊車梁產生扭轉效應，故其扭矩為:

M=F×L=3 617×(0.288+0.143)=1 558.927 N·m。

其中，取軌道高度為143 mm，L為中心到軌道頂邊的距離。

其軌道的相對轉角為：

IP=IX+IY=0.000 94+0.000 09=0.001 03 m4。

當角度很小時，φ=tanφ，則由扭轉產生的水平位移為：

s=L×tanα=(288.4+134)×0.096=40.550 mm。

則總的位移為：

S總=fmax+s=0.167+40.550=40.717 mm。

從中我們可以看出，吊車梁的水平位移主要是由扭轉所導致。若按受彎構件考慮，根據GB 50017—2003鋼結構設計規范附錄A.1中明確規定，受彎構件撓度最大允許值(不考慮吊車形式)為：

則S總>S限，不滿足規范要求，更不滿足GB 50017—2003鋼結構設計規范中附錄A.1.2條規定，需提高吊車梁的水平剛度。

2 原因分析

2.1 “含鋼量”指標的影響

隨著我國建筑市場的蓬勃發展，業主越來越注重結構“含鋼量”這一經濟指標。項目的“含鋼量”越高，項目成本也就越高；反之，項目成本越低。因此，有的業主甚至將項目結構最大“含鋼量”寫入設計合同當中。為了迎合市場趨勢，部分設計院將“含鋼量”作為評判結構設計人員水平高低的指標之一。在工業廠房結構設計當中，由于門式剛架輕型房屋相對于普通鋼結構廠房有著巨大的成本優勢(門式剛架含鋼量較少)，部分項目負責人及工藝設計人員，并未對項目進行有效分析。為了使項目符合《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范》使用范圍的要求，往往將吊車工作制定為A5，偏離了實際情況，從而導致后續的結構設計與廠房實際使用功能不相符。

2.2 設計人員原因

在項目設計過程當中，結構設計位于工藝設計與建筑設計的后續階段，結構工程師根據工藝及建筑設計文件進行結構設計。此時，留給結構工程師的時間往往較少，幾乎沒有結構工程師會對吊車工作制這一參數進行校核。再加上部分結構工程師并未理解“規范是結構設計的最低要求”這一準則，為了降低結構含鋼量，只要是規范不做強制要求的，就不會去驗算，更不會去增設吊車梁制動結構構件。在結構設計軟件日益普及的今天，設計人員往往過分依賴結構設計軟件，缺乏對軟件計算結果合理的判斷性：“只要是軟件認為通過的，就盲目認為通過；只要是軟件不考慮的因素，也不會考慮”。再加上部分鋼結構生產企業受利益驅動，材料性能僅臨下限，從而使得廠房在正常使用狀態下出現了一系列問題。

2.3 業主方原因

項目投資方，也就是業主，絕大部分不是專業人員。在購買吊車時，往往只關注吊車最大起重量是否滿足生產需求，并不考慮實際生產中吊車運行的次數，對于吊車工作制的概念更是無從談起。再加上少數吊車廠家銷售人員，為了自身經濟利益，給業主提出了錯誤的建議，導致廠房實際選用的吊車與圖紙要求并不相同，直接埋下了建筑物的安全隱患。

2.4 市場原因

在社會主義市場經濟中，所有的企業都是以市場為導向，根據市場情況，企業會進行生產計劃的安排，自身產業升級，甚至使用功能的改變等等。這些都會對吊車梁產生影響。例如，由于企業自身經營能力的改善，導致了生產任務加重，從而加大了吊車的使用頻率。此時，吊車在某一段時間內，工作級別完全由A5更改為A7。更有甚者，原來設計的倉庫，由于各種原因更改為某種加工廠，甚至更改為鋼結構生產廠。在此變化過程當中，非專業人員僅僅會關注吊車的起重量，幾乎沒有人去校核吊車工作制是否發生改變。一旦在使用中出現問題，只能全部歸結于施工及吊車質量問題。

3 結語

輕型鋼結構相對于普通鋼結構來說，其截面相對較小，剛度較小，自振周期較長，易受吊車運行影響。所以，為了保證吊車梁的正常使用，吊車梁水平剛度驗算顯得尤為重要，必要時可以增設吊車制動結構。

GB 51022—2015門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范中應對吊車梁設計內容進行補充，明確吊車梁受力，變形等條件限值。同時增加有關吊車梁制動桁架設置條件，以及力學計算相應的受力及變形限值。