吊車梁及制動結(jié)構(gòu)的方案選擇探析

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

隨著鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的迅速發(fā)展，輕鋼結(jié)構(gòu)在各個行業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應用，尤其是在工業(yè)廠房中應用得最為普遍。門式剛架是抗震性能優(yōu)越的建筑結(jié)構(gòu)體系；采用的鋼材可循環(huán)利用，符合綠色建筑的理念；鋼結(jié)構(gòu)廠房構(gòu)件可在車間工業(yè)化集成生產(chǎn)，現(xiàn)場裝配式安裝，大大縮短了項目的施工工期；現(xiàn)已逐漸形成了一套成熟的體系。但如何在保證整體結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定的前提下，合理地處理建筑與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，選擇最為合理的方案，從而在設(shè)計階段通過方案優(yōu)選提高工業(yè)廠房經(jīng)濟性，已成為了設(shè)計師們需要重點考慮的問題。

1 吊車梁及制動結(jié)構(gòu)的分類及作用

鋼吊車梁及制動結(jié)構(gòu)一般可由吊車梁、制動梁、制動桁架、軌道及軌道連接件等結(jié)構(gòu)組成。其中，吊車梁的設(shè)計具有一定的獨立性，但是吊車梁作為起重設(shè)備使用的載體，也是進行廠房設(shè)計的關(guān)鍵。吊車梁本身用于直接承受吊車系統(tǒng)所產(chǎn)生的豎向荷載；吊車梁制動系統(tǒng)能夠承受吊車橫向水平荷載以及由于其他因素所產(chǎn)生的水平推力，從而保證吊車梁系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。但是對于使用制動板作為制動系統(tǒng)還是使用制動桁架作為制動系統(tǒng)，對于很多結(jié)構(gòu)設(shè)計人員，仍然是一個困擾已久的問題。很多設(shè)計人員僅考慮到起重設(shè)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(jīng)濟性的影響。

2 不同形式的制動系統(tǒng)用鋼量對比分析

某工業(yè)廠房跨度27m（單跨），柱距為9.0m，內(nèi)部設(shè)置1臺吊車，結(jié)構(gòu)形式使用門式剛架結(jié)構(gòu)，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(wèi)華QD型5-50/10t吊鉤橋式起重機，軌道的頂標高距離室內(nèi)地面9.0m，吊車的具體的規(guī)格及參數(shù),如下表所示。

吊車參數(shù)表

吊車梁制動系統(tǒng)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(tǒng)；另外一種是采用制動桁架作為制動系統(tǒng)。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(tǒng)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(tǒng)重量約為290kg；當采用制動桁架作為制動系統(tǒng)時，桿件截面采用角鋼L110×8,一個柱距的制動系統(tǒng)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(tǒng)較為經(jīng)濟合理。

3 方案考慮

3.1 建筑設(shè)計

3.1.1 設(shè)備檢修考慮

鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房，對于地面操控的起重機，制動系統(tǒng)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(tǒng)?？紤]檢修人員的安全性，通常制動板兩側(cè)需要布置欄桿。關(guān)于什么情況下需要設(shè)置制動板以及制動板如何設(shè)置，在規(guī)范《機械工業(yè)廠房建筑設(shè)計規(guī)范》（GB 50681-2011）中有相關(guān)說明。第8.4.2條指出“設(shè)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(cè)的起重機梁面設(shè)置制動板，另一側(cè)設(shè)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(nèi)設(shè)有多臺工作制等級為A6以上的橋式起重機時，起重機兩側(cè)梁面均應設(shè)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(shè)制動板，但每臺起重機兩側(cè)宜各設(shè)12m長的制動板用作檢修平臺，并應設(shè)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(shè)制動板，但應設(shè)置檢修平臺，并應在廠房端頭設(shè)置可上起重機梁面的垂直檢修鋼梯”。但是很多情況下設(shè)計師僅僅參考其中某一條，常常會在項目全部范圍內(nèi)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(guī)范中之所以要求設(shè)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(fā)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(yè)廠房建筑設(shè)計規(guī)范》（GB 50681-2011）條文說明第8.4.1～8.4.4條“起重機梁面設(shè)置制動板是為解決起重機運行過程中遇有停電或發(fā)生故障時，為起重機操作人員從梁面行走的安全。同一跨內(nèi)設(shè)有多臺工作制等級為A6以上的橋式起重機時，起重機兩側(cè)梁面均應設(shè)置制動板；當使用單位備有移動式檢修設(shè)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(shè)”，因此可按照規(guī)范制動板不設(shè)置或者在某范圍內(nèi)設(shè)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(qū)域布置。對應未布置制動板的范圍內(nèi)吊車梁系統(tǒng)的設(shè)計時，可不考慮檢修荷載。因此增加了吊車梁系統(tǒng)的經(jīng)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(jīng)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(yè)廠房建筑設(shè)計時，業(yè)主有時會要求廠房內(nèi)設(shè)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(nèi)，制動系統(tǒng)如果使用制動板，則會增加整體的經(jīng)濟性。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

在滿足建筑使用的前提下，如果能在結(jié)構(gòu)設(shè)計時選擇較為合理方案，也能提高工程的經(jīng)濟性。在鋼結(jié)構(gòu)廠房吊車梁設(shè)計時，有很多國家標準圖集可進行參考，但是很多設(shè)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(guān)圖集中的吊車梁截面，這種做法可能會使構(gòu)件用鋼量偏大。所以在設(shè)計時，應盡量要求業(yè)主提供所需設(shè)備的具體參數(shù)。不能盲目套用圖集，應根據(jù)項目具體訂貨的吊車參數(shù)進行復核驗算，如果復核的結(jié)果顯示所選截面的構(gòu)件應力或剛度富余較多時，可根據(jù)實際情況，對截面進行修改調(diào)整，選擇較為經(jīng)濟的截面，也可以做到節(jié)約成本。吊車設(shè)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(jié)構(gòu)的整體經(jīng)濟性。

在吊車梁制動系統(tǒng)設(shè)計時，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)置制動結(jié)構(gòu)；當?shù)踯嚵嚎缍刃∮诨虻扔?m，吊車起重量小于50t且為中、輕工作制又不需要設(shè)置安全走道時，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟比選條件，可不設(shè)置制動結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)設(shè)置與否，其他規(guī)范尚未做明確的規(guī)定，則由設(shè)計師結(jié)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(shè)計時，可參考《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》（第四版）相關(guān)章節(jié)進行設(shè)計。當制動系統(tǒng)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(tǒng)為制動桁架時，制動桁架的結(jié)構(gòu)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(nèi)力較大時宜采用雙角鋼。制動系統(tǒng)的具體規(guī)格需設(shè)計人員結(jié)合實際荷載情況以及吊車參數(shù)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(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》相關(guān)內(nèi)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(jīng)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(jié)語

吊車梁系統(tǒng)作為鋼結(jié)構(gòu)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(shè)計師需針對不同項目優(yōu)選方案。本文主要從建筑功能及結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，對吊車梁系統(tǒng)方案選擇進行分析，可為今后吊車梁系統(tǒng)方案設(shè)計時，提供借鑒和參考。