不同类型吊车的支撑结构选型

冯新珍

（巴特勒（天津）有限公司，天津 300457）

1 概述

随着我国工业的迅速发展，带吊车的钢结构厂房也随之增多，与其他的厂房相比，在有吊车的建筑中由于吊车不停地震动而产生动力荷载。过多的运行和震动可能会在支撑系统的各个部位产生疲劳应力，而支撑系统又决定着结构的寿命，过多的建筑变形将导致产生不紧密的屋面，使屋面过早被破坏，还会产生漏雨等现象。故而在有吊车厂房的设计中支撑结构的刚度成为主要考虑的因素。如何对此类建筑中吊车的支撑结构系统进行选型对设计者来说则尤为重要，本文将阐述吊车的支撑类型及如何进行选型。

2 支撑类型

支撑结构类型通常包括吊车牛腿、独立柱、阶梯柱、屋面梁支撑及室外吊车走道。以下将分别对这几种类型进行介绍。

2.1 吊车牛腿

把牛腿放在厂房柱上，这种方式通常是支撑吊车轨道最经济的方式，对于轨顶桥式吊车的最大牛腿荷载不超过245kN时对厂房柱是没有影响的。仅仅由吊车产生的竖向荷载允许作用在牛腿上。由于和牛腿连接的厂房柱承担着吊车的偏心荷载，所以厂房柱必须保证有足够的强度，高度小的腹板柱经常被用在中柱上，不仅是强度问题，而且也有承担由吊车的偏心负载引起的剪力问题，在多跨厂房中通常有吊车牛腿的厂房柱的最小的腹板高度为300mm。如图1所示。

图1 轨顶式吊车

2.2 独立柱

当来自未产生冲击影响的吊车轨道系统的最大竖向荷载超过245kN，并且厂房框架的强度能够承受吊车的横向荷载，此时主要用独立柱来承担吊车的竖向荷载，和厂房柱连接的吊车的独立柱通常用热轧的H型钢，厂房柱和独立柱通过水平方向的系紧构件连接，厂房柱可以是变断面的也可以是等断面的。由于这种支撑系统不需要对主刚架进行特别的加强，所以独立柱通常被用于吊车是后加在已建建筑上的情况，通过对原来刚架进行较小的修改就可以了。

2.3 阶梯柱

当未产生任何影响的吊车轨道系统产生的最大悬臂荷载超过245kN，并且给出的建筑尺寸和吊车需要较强的刚架时选用阶梯柱，由于在上部和基础很高的造价，用这种类型的柱通常是有较大吨位的吊车（大于等于30t）而且是较高的建筑（大于等于9m）。

阶梯柱包括两个或多个不同腹板高度的阶梯部分组成，阶梯部分提供一个台阶使吊车梁作用其上。上部的柱是由腹板较小的H型钢组成，下部的柱腹板较高，在吊车那侧的翼缘断面被替换为热轧型宽翼缘或角钢来承担较重的吊车荷载。不同高度由横向净控需要或吊车梁上翼缘的侧向连接情况而决定。在强轴方向柱脚刚接；弱轴方向可以铰接也可以刚接，柱的上端大多数是外部刚接内部铰接。

支撑系统通常在结构中将提供足够的强度，但是给定的建筑宽度必须大于最大的吊车的宽度。然而，此系统的选择应该预先和业主讨论，因他的基础需要很高的花费并且在某种情况下由于在建筑地点很差的土壤条件甚至是不能实施的。

2.4 屋面梁支撑——悬挂吊车和电动葫芦

悬挂吊车和电动葫芦通过弹性吊架或刚性悬挂装置悬挂在屋面梁下。在大多数情况下这是支撑轻型吊车最经济的方法。

当选择这种类型的吊车，支撑架的位置是非常关键的，因他将影响刚架的设计。当支撑架放在跨中，竖向挠度的控制就成为了主要考虑的因素并且一般在前期应该考虑到刚架的造价会有明显增加。

考虑作用在刚架上的竖向支架荷载后，计算结果应该使各限制不应超限，在弹性吊架中，由于悬挂系统是弹性的，所以横向和纵向的力不必考虑，为了限制吊车移动，将安装摇摆的支撑。

在刚性悬挂装置中横向和纵向的力将和竖向荷载共同作用在支架上，对于柱支撑这些力必须按同样的方法考虑进去，如图2所示。

图2 悬挂吊车和电动葫芦

2.5 室外吊车走道

当轨顶式吊车的轨道延伸到室外，吊车的支撑系统将和建筑结构脱开，在这种情况下，通常使用A型结构支撑轨道梁。刚接柱脚的阶梯柱也可以成为一种替代的解决方案，但是柱的侧移应该严格控制。由于结构构件被暴露在空气中，支撑系统设计时应需要特别考虑，吊车轨道的温度变形必须考虑，材料的最小厚度经常要详细说明并且必须考虑合适的排水装置。所有外部的吊车系统应该有一层面漆，如图3所示。

图3 室外吊车轨道

3 支撑类型的合理选择

3.1 不同类型吊车可选方案

由于吊车类型的不同，故而可采用的吊车支撑结构类型也各不相同，具体参见表1。

3.2 支撑结构选型应考虑的因素

3.2.1 吊车的类型和起重量

不同类型的吊车由于结构形式不同，故而影响着吊车支撑系统的选择，如电动葫芦，此种吊车结构形式为在屋面梁下设置轨道，故其支撑类型只能为屋面梁，而不是独立柱和阶梯柱等，轨顶式吊车则是吊车荷载作用在柱上，所以不可能选择屋面梁方案。同时吊车的起重量也是影响支撑结构选型的一个很重要的因素，吊车支撑结构主要承担吊车竖向荷载，而不同的支撑类型承担竖向荷载的能力更是大不相同。所以吊车的类型和起重量是决定支撑结构系统的重要因素。

表1 不同吊车支撑类型一览表

3.2.2 建筑的尺寸和外形

吊车类型相同的情况下，建筑的跨度越大，相应吊车的轮压，总重越大，对整个结构的要求也就越高，故而建筑尺寸和外形对结构选型的影响也十分显著。

3.2.3 吊车荷载的大小和方向

吊车荷载相对于钢架来说作用在强轴还是弱轴方向对吊车支撑结构也有很重要的影响，大多数建筑吊车均垂直于跨度方向运行，此时选择支撑结构比较容易，如果吊车的运行方向为横向运行即延跨度方向运行，那么吊车的支撑结构就会受到很大限制。

3.2.4 吊车的临界尺寸

相同吨位条件下不同吊车宽度及轮距将会产生不同的吊车荷载，而吊车荷载又是支撑结构选型的重要因素。

3.2.5 支撑结构系统的刚度要求

有些吊车为地面操作，此种吊车对支撑结构系统的刚度要求通常较低，而驾驶室操作的吊车则对其刚度要求较高。

3.2.6 产品成本的评估

在设计中不仅要考虑技术上可行，同时也要考虑经济上合理，所以要综合考虑各种可行的支撑结构的经济性。如在轨顶式吊车中吨位小、使用频率低的建筑通常优先选用牛腿方案。

3.3 工程实例

银川变压器项目长144m，宽度24m，高15.6m，柱距12@12m，跨度24m，屋面及墙面均为双层彩板，内置50t/10t桥式吊车1台，10t吊车1台，级别均为A5，驾驶室操作，规定高度11m，屋面活荷载钢架为0.30kN/m2，附加荷载为0.2kN/m2，风压0.65kN/m2，地震设防烈度8°（0.2g），丙类，场地类别为II类。

此项目含有50t吊车和10t吊车的组合，由于为轨顶式吊车，故而不可能采用屋面梁方案，经过计算最大竖向荷载超过245kN，故而吊车牛腿方案不可取，只有独立柱方案和阶梯柱方案，此建筑为新建厂房，吊车并不是后加在建筑中的，所以独立柱方案和阶梯柱方案均可采用，然而此吊车的轨顶高度为11m，建筑高度为15.6m，故而采用独立柱方案不一定经济。项目用PKPM软件分别计算出两种方案的主结构用钢量分别为阶梯柱方案（下柱为格构柱，上柱为实腹柱）73kg/m2，独立柱方案79kg/m2，约节省投资8%。故而在保证技术上可行，经济合理的原则上选用阶梯柱方案。

4 结语

吊车的支撑系统及结构选型对日益发展的工业厂房建筑显得尤为重要，首先根据吊车的类型及运行方向选出可以采用的支撑结构，然后根据起重量及轨顶高度等因素比较后，选出技术上可行，经济上合理的吊车支撑结构。在设计的建筑中要始终做到安全、经济、适用原则，设计出优秀的项目。

［1］钢结构设计手册编委会.钢结构设计手册［K］.北京：中国建筑工业出版社，2004.

［2］CECS102—2002，门式刚架轻型房屋钢结构技术规程［S］.