钢结构厂房的吊车承载方案选择

　　文章对多种吊车荷载作用的钢结构厂房的吊车承载结构方案选择及设计方法作了一些介绍，在不同结构方案之间的比较方面作了较为详尽的讲述。

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　　对于有吊车的钢结构厂房来讲，在设计中要求做到既经济、结构受力又合理，这与结构方案的优劣是密不可分的。对有不同种类吊车作用的钢结构厂房由于其所承受的吊车荷载产生的机理不同，吊车对厂房结构的要求也不同，因此采用适当的吊车承载结构方案就显的尤为重要，一般来说这也会影响到整个结构方案的选择。现将其要点介绍如下：

　　1 吊车承载结构方案的分类

　　对于由工艺确定的吊车类型和其起重量，在选定最终的吊车承载结构方案前要考虑以下几点：(1)建筑物外形及尺寸;(2)吊车的几何尺寸;(3)吊车荷载的大小和方向;(4)结构造价的高低。

　　常见的吊车类型和吊车承载结构方案及其相互之间的适配情况详见下表：

　　2 牛腿承载结构方案

　　在所有吊车承载结构方案中，牛腿是最经济的解决方案。它通常采用截面高度不小于300mm的热轧或焊接宽翼缘H型钢直接焊在钢柱上形成，而与其连接的钢柱既要承担竖向吊车荷载产生的轴力和弯距，又要为整个结构提供抗侧刚度，因此柱截面高度不得小于300mm。设计中要采取措施仅将竖向力传至牛腿，吊车纵向刹车力应由支撑系统承受，吊车横向刹车力则直接传至框(排)架柱。国内在进行结构设计时牛腿一般用于支承起重量小于等于20t的吊车，国外一般则主要根据吊车梁最大支座反力的大小来判断是否采用牛腿方案。考虑到不同跨度、不同柱距及不同厂家的20t吊车的吊车梁最大支座反力相差悬殊，所以第二种方法较科学，即当吊车梁最大支座反力(不含动力系数时)小于等于55kips(25t)时才采用牛腿方案，有些吊车因其自重较大，两台10t吊车作用时吊车梁最大支座反力就超过25t，此时宜考虑其它承载结构方案。

　　3 分离柱承载结构方案

　　当吊车梁最大支座反力超过25t，而结构的抗侧刚度仍能满足要求，可以考虑采用分离柱承载结构方案。分离柱承载结构方案是在框(排)架柱的旁边另设置一根钢柱，用其单独承载竖向吊车荷载产生的轴力和偏心弯距。其弱轴方向采用横向连接件与框(排)架柱的强轴连接，以减小柱的平面外计算长度，该横向连接一般采用铰接，若采用刚接则有利于提高结构的抗侧刚度。分离柱采用热轧或焊接中翼缘H型钢制做，其下端一般铰接在基础上，整个构件加工简单，受力明确，若采用热轧H型钢制做则可进一步降低加工成本。

　　分离柱承载结构方案的最大特点是：它是附加在结构上的，具有一定的独立性和灵活性，因此对于一些改造项目，如原厂房不带吊车，现要增加吊车，又如原厂房吊车吨位较小，现要增加吊车吨位，则该方案几乎是首选。分离柱承载结构方案的最大缺点是分离柱本身对结构的横向抗侧刚度没有贡献，单从这一点上看似乎有点不经济。

　　分离柱承载结构方案在我国早有研究，但应用较少，原因可能是其它承载结构方案都是钢结构和砼结构通用的，唯独它是钢结构独有的结构方案，所以并不为广大结构设计师所熟悉。但分离柱承载结构方案以其设计，加工简单，安全可靠，又可承载很大吨位的吊车等优点，在国外新建项目中有广泛的应用。

　　4 阶形柱承载结构方案

　　由阶形柱的加工及其基础的成本较高，所以当吊车梁最大支座反力超过25T，吊车的轨道高度较高，同时对结构的抗侧刚度要求较严时，可以考虑采用阶形柱承载结构方案。阶形柱承载结构方案是目前对大吨位吊车项目最常用的方案之一，为广大结构设计师所熟悉，阶形柱的设计及构造各种论述也较多，在此不再复述。

　　需要注意的是阶形柱用于边柱时一般采用单轴对称截面，而单轴对称截面平面外稳定较难满足，设计时往往要设置特殊的支撑系统。阶形柱用于中间柱时一般采用双轴对称截面，由于吊车尺寸的要求，柱双肢间距较大，因此柱腹板都较宽，较厚用钢量很大，实际设计中较少采用，而采用双肢格构柱，以缀条代替腹板，这样一来既保证了结构的刚度，又降低了结构造价，是一种较好的做法。

　　阶形柱与分离柱区别主要有以下几点：(1)阶形柱与基础刚接，分离柱与基础铰接，因此阶形柱项目基础投资较大。(2)阶形柱为框架提供了较大的抗侧刚度，分离柱对结构的抗侧刚度贡献不大。(3)阶形柱设计计算难度大、构造复杂，加工困难、成本高;分离柱则正好相反。(4)阶形柱适用于吊车吨位大且轨道标高较高的项目，分离柱则适用于吊车吨位大但轨道标高较低的项目。(5)阶形柱用于中柱时，若两侧吊车轨道标高相差悬殊则需要采用双阶柱，其构造更复杂，加工更困难。此时若采用阶形柱与分离柱组合方案，则既能满足刚度要求又能节省投资。

　　5 屋面梁对悬挂吊车和葫芦的承载结构方案

　　悬挂吊车和葫芦的悬挂系统可以是刚性的或者是柔性的。柔性系统可降低吊车运行时对结构的作用。同时减少吊车和轨道(吊车梁)的磨损。柔性系统的侧向位移应限制在5度以内，对于悬挂吊车一侧轨道采用刚性的或者是柔性的连接，另一侧应设计成仅承载吊车竖向力的结构，让其可随吊车运行有微小的位移。这一点可能是国内外此类设计的最大差异。

　　6 旋臂吊车承载结构方案

　　悬臂吊车是一种固定在相应结构或地面上，具有水平旋转底座的吊车。安装于结构柱上的旋臂吊车其水平起重臂一般限制于200度内旋转。采用安装在结构柱上的方案时要考虑旋臂吊车对柱和基础的特殊荷载。由于旋臂吊车旋转幅度圈较大对柱的强、弱轴均具有较大的刚度要求，对于典型的“H”形柱截面，通常采用将一槽直接焊接在一侧翼缘上用以加强柱的弱轴。对于阶形柱和分离柱方案的柱，因其组合截面强、弱轴均具有较大的刚度，旋臂吊车可直接安装于柱上。旋臂吊车产生的纵向力可直接传至吊车支撑系统上。

　　7 结语

　　综上所述，对有吊车的钢结构厂房的设计，需要结构设计师根据吊车荷载的差异，结合工作中实践，以及不断积累的经验，确定合理的承载结构方案。并针对每一种特殊的吊车工艺条件，采用更加优化的刚架结构方案，以达到方案合理，又较经济的效果。