吊车梁及制动结构的方案选择探析

2021-05-27盘洪玉刘威长江精工钢结构集团股份有限公司安徽六安237161

安徽建筑 2021年5期

盘洪玉，刘威（长江精工钢结构（集团）股份有限公司，安徽六安 237161）

随着钢结构行业的迅速发展，轻钢结构在各个行业领域得到了广泛的应用，尤其是在工业厂房中应用得最为普遍。门式刚架是抗震性能优越的建筑结构体系；采用的钢材可循环利用，符合绿色建筑的理念；钢结构厂房构件可在车间工业化集成生产，现场装配式安装，大大缩短了项目的施工工期；现已逐渐形成了一套成熟的体系。但如何在保证整体结构安全稳定的前提下，合理地处理建筑与结构的关系，选择最为合理的方案，从而在设计阶段通过方案优选提高工业厂房经济性，已成为了设计师们需要重点考虑的问题。

1 吊车梁及制动结构的分类及作用

钢吊车梁及制动结构一般可由吊车梁、制动梁、制动桁架、轨道及轨道连接件等结构组成。其中，吊车梁的设计具有一定的独立性，但是吊车梁作为起重设备使用的载体，也是进行厂房设计的关键。吊车梁本身用于直接承受吊车系统所产生的竖向荷载；吊车梁制动系统能够承受吊车横向水平荷载以及由于其他因素所产生的水平推力，从而保证吊车梁系统的整体稳定性。但是对于使用制动板作为制动系统还是使用制动桁架作为制动系统，对于很多结构设计人员，仍然是一个困扰已久的问题。很多设计人员仅考虑到起重设备的维护和检修，整个项目便采用制动板。并未考虑采用制动板与制动桁架对工程经济性的影响。

2 不同形式的制动系统用钢量对比分析

某工业厂房跨度27m（单跨），柱距为9.0m，内部设置1台吊车，结构形式使用门式刚架结构，如图1所示。

图1 某厂房平面布置图

吊车的形式采用河南卫华QD型5-50/10t吊钩桥式起重机，轨道的顶标高距离室内地面9.0m，吊车的具体的规格及参数,如下表所示。

吊车参数表

吊车梁制动系统考虑两种方案进行对比分析：一种是采用制动板作为制动系统；另外一种是采用制动桁架作为制动系统。所有条件均相同的情况下进行计算后，当采用制动板作为制动吊车梁制动系统时，制动板板厚为5mm，加劲肋截面采用 -80×6，布置间距为600mm，一个柱距的制动系统重量约为290kg；当采用制动桁架作为制动系统时，杆件截面采用角钢L110×8,一个柱距的制动系统的重量约为183kg。在此项目中可以看出使用制动桁架作为制动系统较为经济合理。

3 方案考虑

3.1 建筑设计

3.1.1 设备检修考虑

钢结构工业厂房，对于地面操控的起重机，制动系统采用制动板时，主要是作为吊车检修的操作平台和日常的维护；如果采用带有驾驶室的起重机，为了方便驾驶员行走，也会考虑采用制动板作为制动系统。考虑检修人员的安全性，通常制动板两侧需要布置栏杆。关于什么情况下需要设置制动板以及制动板如何设置，在规范《机械工业厂房建筑设计规范》（GB 50681-2011）中有相关说明。第8.4.2条指出“设有一台工作制等级为A6以上的桥式起重机，以及工作制等级为A5以下有操纵室的起重机轨顶标高大于或等于8m时，宜在起重机操纵室一侧的起重机梁面设置制动板，另一侧设置12m长的制动板宜用作检修平台”；第8.4.3条指出“同一跨内设有多台工作制等级为A6以上的桥式起重机时，起重机两侧梁面均应设置制动板”；第8.4.4条指出“工作制等级为A5以下的起重机，轨顶标高小于8m时，可不设制动板，但每台起重机两侧宜各设12m长的制动板用作检修平台，并应设在上起重机钢梯位置的梁面上”；第8.4.7条指出“地面操纵的起重机，可不设制动板，但应设置检修平台，并应在厂房端头设置可上起重机梁面的垂直检修钢梯”。但是很多情况下设计师仅仅参考其中某一条，常常会在项目全部范围内布置制动板，因此会造成资源不必要的浪费。如果仔细研究对应的条文说明，我们可以了解到，规范中之所以要求设置制动板，主要的原因是为了应对起重机在日常使用过程中如果偶遇停电或发生故障时，为起重机操作人员在梁面上行走提供较为安全的行走通道。具体可详见《机械工业厂房建筑设计规范》（GB 50681-2011）条文说明第8.4.1～8.4.4条“起重机梁面设置制动板是为解决起重机运行过程中遇有停电或发生故障时，为起重机操作人员从梁面行走的安全。同一跨内设有多台工作制等级为A6以上的桥式起重机时，起重机两侧梁面均应设置制动板；当使用单位备有移动式检修设备时，可不受此限制。检修平台是供起重机检修时，便于检修人员存放零件、工具之用，若起重机本身带有检修附件时，亦可不设”，因此可按照规范制动板不设置或者在某范围内设置。如果兼做检修平台的制动板局部进行布置，检修人员及工具的荷载也将会按照对应区域布置。对应未布置制动板的范围内吊车梁系统的设计时，可不考虑检修荷载。因此增加了吊车梁系统的经济性。如图2所示，在某实际工程中制动板的布置方案，在满足检修的前提下，同时也能兼顾经济性。

图2 某实际工程中制动板的布置方案

3.1.2 其他方面

有些工业厂房建筑设计时，业主有时会要求厂房内设置空中观光走道，在这种情况下可以考虑制动板同时兼做观光走道使用，此时在观光平台的布置范围内，制动系统如果使用制动板，则会增加整体的经济性。

3.2 结构设计

在满足建筑使用的前提下，如果能在结构设计时选择较为合理方案，也能提高工程的经济性。在钢结构厂房吊车梁设计时，有很多国家标准图集可进行参考，但是很多设计人员在参考标准图集时，直接套用吊车吨位相差很大的相关图集中的吊车梁截面，这种做法可能会使构件用钢量偏大。所以在设计时，应尽量要求业主提供所需设备的具体参数。不能盲目套用图集，应根据项目具体订货的吊车参数进行复核验算，如果复核的结果显示所选截面的构件应力或刚度富余较多时，可根据实际情况，对截面进行修改调整，选择较为经济的截面，也可以做到节约成本。吊车设备的选择时，在满足工艺使用的前提下，使用重量较轻的电动单梁起重机比双梁起重机更能提高结构的整体经济性。

在吊车梁制动系统设计时，《钢结构设计手册》（第四版）第11.3.12条中指出“中、重级工作制吊车梁（桁架）在12m及以上时，均应设置制动结构；当吊车梁跨度小于或等于9m，吊车起重量小于50t且为中、轻工作制又不需要设置安全走道时，根据技术经济比选条件，可不设置制动结构，而采用上翼缘加宽的变截面梁。”对于中级工作制的吊车制动结构设置与否，其他规范尚未做明确的规定，则由设计师结合工程实际情况分析各方因素后酌情决定。制动板和制动桁架的设计时，可参考《钢结构设计手册》（第四版）相关章节进行设计。当制动系统采用制动板时，制动板一般采用花纹钢板，钢板厚度t不应小于其净宽bn的1/200，并不小于6mm，当bn/t>100时，制动板下面宜增加横向加劲肋；当制动系统为制动桁架时，制动桁架的结构布置宜采用桁架三角形体系，腹杆的倾角一般为30～45；腹杆宜采用单角钢，内力较大时宜采用双角钢。制动系统的具体规格需设计人员结合实际荷载情况以及吊车参数计算后确定。

在上述所说的某实际工程中吊车的起重量为32t，小车重为15.265t。根据《建筑结构荷载规范》相关内容进行计算，可求得吊车横向水平荷载为47.27kN。制动桁架各部分的截面经过计算后确定，腹杆截面为L100×8，具体详见图3所示。