吊車梁及制動結構的方案選擇探析

盤洪玉，劉威 （長江精工鋼結構（集團）股份有限公司，安徽 六安 237161）

隨著鋼結構行業的迅速發展，輕鋼結構在各個行業領域得到了廣泛的應用，尤其是在工業廠房中應用得最為普遍。門式剛架是抗震性能優越的建筑結構體系；采用的鋼材可循環利用，符合綠色建筑的理念；鋼結構廠房構件可在車間工業化集成生產，現場裝配式安裝，大大縮短了項目的施工工期；現已逐漸形成了一套成熟的體系。但如何在保證整體結構安全穩定的前提下，合理地處理建筑與結構的關系，選擇最為合理的方案，從而在設計階段通過方案優選提高工業廠房經濟性，已成為了設計師們需要重點考慮的問題。

1 吊車梁及制動結構的分類及作用

鋼吊車梁及制動結構一般可由吊車梁、制動梁、制動桁架、軌道及軌道連接件等結構組成。其中，吊車梁的設計具有一定的獨立性，但是吊車梁作為起重設備使用的載體，也是進行廠房設計的關鍵。吊車梁本身用于直接承受吊車系統所產生的豎向荷載；吊車梁制動系統能夠承受吊車橫向水平荷載以及由于其他因素所產生的水平推力，從而保證吊車梁系統的整體穩定性。但是對于使用制動板作為制動系統還是使用制動桁架作為制動系統，對于很多結構設計人員，仍然是一個困擾已久的問題。很多設計人員僅考慮到起重設備的維護和檢修，整個項目便采用制動板。并未考慮采用制動板與制動桁架對工程經濟性的影響。

2 不同形式的制動系統用鋼量對比分析

某工業廠房跨度27m（單跨），柱距為9.0m，內部設置1臺吊車，結構形式使用門式剛架結構，如圖1所示。

圖1 某廠房平面布置圖

吊車的形式采用河南衛華QD型5-50/10t吊鉤橋式起重機，軌道的頂標高距離室內地面9.0m，吊車的具體的規格及參數,如下表所示。

吊車參數表

吊車梁制動系統考慮兩種方案進行對比分析：一種是采用制動板作為制動系統；另外一種是采用制動桁架作為制動系統。所有條件均相同的情況下進行計算后，當采用制動板作為制動吊車梁制動系統時，制動板板厚為5mm，加勁肋截面采用 -80×6，布置間距為600mm，一個柱距的制動系統重量約為290kg；當采用制動桁架作為制動系統時，桿件截面采用角鋼L110×8,一個柱距的制動系統的重量約為183kg。在此項目中可以看出使用制動桁架作為制動系統較為經濟合理。

3 方案考慮

3.1 建筑設計

3.1.1 設備檢修考慮

鋼結構工業廠房，對于地面操控的起重機，制動系統采用制動板時，主要是作為吊車檢修的操作平臺和日常的維護；如果采用帶有駕駛室的起重機，為了方便駕駛員行走，也會考慮采用制動板作為制動系統。考慮檢修人員的安全性，通常制動板兩側需要布置欄桿。關于什么情況下需要設置制動板以及制動板如何設置，在規范《機械工業廠房建筑設計規范》（GB 50681-2011）中有相關說明。第8.4.2條指出“設有一臺工作制等級為A6以上的橋式起重機，以及工作制等級為A5以下有操縱室的起重機軌頂標高大于或等于8m時，宜在起重機操縱室一側的起重機梁面設置制動板，另一側設置12m長的制動板宜用作檢修平臺”；第8.4.3條指出“同一跨內設有多臺工作制等級為A6以上的橋式起重機時，起重機兩側梁面均應設置制動板”；第8.4.4條指出“工作制等級為A5以下的起重機，軌頂標高小于8m時，可不設制動板，但每臺起重機兩側宜各設12m長的制動板用作檢修平臺，并應設在上起重機鋼梯位置的梁面上”；第8.4.7條指出“地面操縱的起重機，可不設制動板，但應設置檢修平臺，并應在廠房端頭設置可上起重機梁面的垂直檢修鋼梯”。但是很多情況下設計師僅僅參考其中某一條，常常會在項目全部范圍內布置制動板，因此會造成資源不必要的浪費。如果仔細研究對應的條文說明，我們可以了解到，規范中之所以要求設置制動板，主要的原因是為了應對起重機在日常使用過程中如果偶遇停電或發生故障時，為起重機操作人員在梁面上行走提供較為安全的行走通道。具體可詳見《機械工業廠房建筑設計規范》（GB 50681-2011）條文說明第8.4.1～8.4.4條“起重機梁面設置制動板是為解決起重機運行過程中遇有停電或發生故障時，為起重機操作人員從梁面行走的安全。同一跨內設有多臺工作制等級為A6以上的橋式起重機時，起重機兩側梁面均應設置制動板；當使用單位備有移動式檢修設備時，可不受此限制。檢修平臺是供起重機檢修時，便于檢修人員存放零件、工具之用，若起重機本身帶有檢修附件時，亦可不設”，因此可按照規范制動板不設置或者在某范圍內設置。如果兼做檢修平臺的制動板局部進行布置，檢修人員及工具的荷載也將會按照對應區域布置。對應未布置制動板的范圍內吊車梁系統的設計時，可不考慮檢修荷載。因此增加了吊車梁系統的經濟性。如圖2所示，在某實際工程中制動板的布置方案，在滿足檢修的前提下，同時也能兼顧經濟性。

圖2 某實際工程中制動板的布置方案

3.1.2 其他方面

有些工業廠房建筑設計時，業主有時會要求廠房內設置空中觀光走道，在這種情況下可以考慮制動板同時兼做觀光走道使用，此時在觀光平臺的布置范圍內，制動系統如果使用制動板，則會增加整體的經濟性。

3.2 結構設計

在滿足建筑使用的前提下，如果能在結構設計時選擇較為合理方案，也能提高工程的經濟性。在鋼結構廠房吊車梁設計時，有很多國家標準圖集可進行參考，但是很多設計人員在參考標準圖集時，直接套用吊車噸位相差很大的相關圖集中的吊車梁截面，這種做法可能會使構件用鋼量偏大。所以在設計時，應盡量要求業主提供所需設備的具體參數。不能盲目套用圖集，應根據項目具體訂貨的吊車參數進行復核驗算，如果復核的結果顯示所選截面的構件應力或剛度富余較多時，可根據實際情況，對截面進行修改調整，選擇較為經濟的截面，也可以做到節約成本。吊車設備的選擇時，在滿足工藝使用的前提下，使用重量較輕的電動單梁起重機比雙梁起重機更能提高結構的整體經濟性。

在吊車梁制動系統設計時，《鋼結構設計手冊》（第四版）第11.3.12條中指出“中、重級工作制吊車梁（桁架）在12m及以上時，均應設置制動結構；當吊車梁跨度小于或等于9m，吊車起重量小于50t且為中、輕工作制又不需要設置安全走道時，根據技術經濟比選條件，可不設置制動結構，而采用上翼緣加寬的變截面梁。”對于中級工作制的吊車制動結構設置與否，其他規范尚未做明確的規定，則由設計師結合工程實際情況分析各方因素后酌情決定。制動板和制動桁架的設計時，可參考《鋼結構設計手冊》（第四版）相關章節進行設計。當制動系統采用制動板時，制動板一般采用花紋鋼板，鋼板厚度t不應小于其凈寬bn的1/200，并不小于6mm，當bn/t>100時，制動板下面宜增加橫向加勁肋；當制動系統為制動桁架時，制動桁架的結構布置宜采用桁架三角形體系，腹桿的傾角一般為30～45；腹桿宜采用單角鋼，內力較大時宜采用雙角鋼。制動系統的具體規格需設計人員結合實際荷載情況以及吊車參數計算后確定。

在上述所說的某實際工程中吊車的起重量為32t，小車重為15.265t。根據《建筑結構荷載規范》相關內容進行計算，可求得吊車橫向水平荷載為47.27kN。制動桁架各部分的截面經過計算后確定，腹桿截面為L100×8，具體詳見圖3所示。

圖3 制動桁架詳圖

4 結語

吊車梁系統作為鋼結構廠房中重要的組成部分，方案選擇是否合理，直接影響工程的整體的用鋼量。各設計師需針對不同項目優選方案。本文主要從建筑功能及結構設計方面，對吊車梁系統方案選擇進行分析，可為今后吊車梁系統方案設計時，提供借鑒和參考。