王新娥

摘 要：文章對多種吊車荷載作用的鋼結(jié)構(gòu)廠房的吊車承載結(jié)構(gòu)方案選擇及設(shè)計(jì)方法作了一些介紹，在不同結(jié)構(gòu)方案之間的比較方面作了較為詳盡的講述。

關(guān)鍵詞：葫蘆吊；懸掛吊；旋臂吊；階形柱；分離柱

對于有吊車的鋼結(jié)構(gòu)廠房來講，在設(shè)計(jì)中要求做到既經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)受力又合理，這與結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)劣是密不可分的。對有不同種類吊車作用的鋼結(jié)構(gòu)廠房由于其所承受的吊車荷載產(chǎn)生的機(jī)理不同，吊車對廠房結(jié)構(gòu)的要求也不同，因此采用適當(dāng)?shù)牡踯嚦休d結(jié)構(gòu)方案就顯的尤為重要，一般來說這也會(huì)影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)方案的選擇?，F(xiàn)將其要點(diǎn)介紹如下：

1 吊車承載結(jié)構(gòu)方案的分類

對于由工藝確定的吊車類型和其起重量，在選定最終的吊車承載結(jié)構(gòu)方案前要考慮以下幾點(diǎn)：（1）建筑物外形及尺寸；（2）吊車的幾何尺寸；（3）吊車荷載的大小和方向；（4）結(jié)構(gòu)造價(jià)的高低。

常見的吊車類型和吊車承載結(jié)構(gòu)方案及其相互之間的適配情況詳見下表：

2 牛腿承載結(jié)構(gòu)方案

在所有吊車承載結(jié)構(gòu)方案中，牛腿是最經(jīng)濟(jì)的解決方案。它通常采用截面高度不小于300mm的熱軋或焊接寬翼緣H型鋼直接焊在鋼柱上形成，而與其連接的鋼柱既要承擔(dān)豎向吊車荷載產(chǎn)生的軸力和彎距，又要為整個(gè)結(jié)構(gòu)提供抗側(cè)剛度，因此柱截面高度不得小于300mm。設(shè)計(jì)中要采取措施僅將豎向力傳至牛腿，吊車縱向剎車力應(yīng)由支撐系統(tǒng)承受，吊車橫向剎車力則直接傳至框（排）架柱。國內(nèi)在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)牛腿一般用于支承起重量小于等于20t的吊車，國外一般則主要根據(jù)吊車梁最大支座反力的大小來判斷是否采用牛腿方案。考慮到不同跨度、不同柱距及不同廠家的20t吊車的吊車梁最大支座反力相差懸殊，所以第二種方法較科學(xué)，即當(dāng)?shù)踯嚵鹤畲笾ё戳Γú缓瑒?dòng)力系數(shù)時(shí)）小于等于55kips（25t）時(shí)才采用牛腿方案，有些吊車因其自重較大，兩臺(tái)10t吊車作用時(shí)吊車梁最大支座反力就超過25t，此時(shí)宜考慮其它承載結(jié)構(gòu)方案。

3 分離柱承載結(jié)構(gòu)方案

當(dāng)?shù)踯嚵鹤畲笾ё戳Τ^25t，而結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度仍能滿足要求，可以考慮采用分離柱承載結(jié)構(gòu)方案。分離柱承載結(jié)構(gòu)方案是在框（排）架柱的旁邊另設(shè)置一根鋼柱，用其單獨(dú)承載豎向吊車荷載產(chǎn)生的軸力和偏心彎距。其弱軸方向采用橫向連接件與框（排）架柱的強(qiáng)軸連接，以減小柱的平面外計(jì)算長度，該橫向連接一般采用鉸接，若采用剛接則有利于提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度。分離柱采用熱軋或焊接中翼緣H型鋼制做，其下端一般鉸接在基礎(chǔ)上，整個(gè)構(gòu)件加工簡單，受力明確，若采用熱軋H型鋼制做則可進(jìn)一步降低加工成本。

分離柱承載結(jié)構(gòu)方案的最大特點(diǎn)是：它是附加在結(jié)構(gòu)上的，具有一定的獨(dú)立性和靈活性，因此對于一些改造項(xiàng)目，如原廠房不帶吊車，現(xiàn)要增加吊車，又如原廠房吊車噸位較小，現(xiàn)要增加吊車噸位，則該方案幾乎是首選。分離柱承載結(jié)構(gòu)方案的最大缺點(diǎn)是分離柱本身對結(jié)構(gòu)的橫向抗側(cè)剛度沒有貢獻(xiàn)，單從這一點(diǎn)上看似乎有點(diǎn)不經(jīng)濟(jì)。

分離柱承載結(jié)構(gòu)方案在我國早有研究，但應(yīng)用較少，原因可能是其它承載結(jié)構(gòu)方案都是鋼結(jié)構(gòu)和砼結(jié)構(gòu)通用的，唯獨(dú)它是鋼結(jié)構(gòu)獨(dú)有的結(jié)構(gòu)方案，所以并不為廣大結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師所熟悉。但分離柱承載結(jié)構(gòu)方案以其設(shè)計(jì)，加工簡單，安全可靠，又可承載很大噸位的吊車等優(yōu)點(diǎn)，在國外新建項(xiàng)目中有廣泛的應(yīng)用。

4 階形柱承載結(jié)構(gòu)方案

由階形柱的加工及其基礎(chǔ)的成本較高，所以當(dāng)?shù)踯嚵鹤畲笾ё戳Τ^25T，吊車的軌道高度較高，同時(shí)對結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度要求較嚴(yán)時(shí)，可以考慮采用階形柱承載結(jié)構(gòu)方案。階形柱承載結(jié)構(gòu)方案是目前對大噸位吊車項(xiàng)目最常用的方案之一，為廣大結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師所熟悉，階形柱的設(shè)計(jì)及構(gòu)造各種論述也較多，在此不再復(fù)述。

需要注意的是階形柱用于邊柱時(shí)一般采用單軸對稱截面，而單軸對稱截面平面外穩(wěn)定較難滿足，設(shè)計(jì)時(shí)往往要設(shè)置特殊的支撐系統(tǒng)。階形柱用于中間柱時(shí)一般采用雙軸對稱截面，由于吊車尺寸的要求，柱雙肢間距較大，因此柱腹板都較寬，較厚用鋼量很大，實(shí)際設(shè)計(jì)中較少采用，而采用雙肢格構(gòu)柱，以綴條代替腹板，這樣一來既保證了結(jié)構(gòu)的剛度，又降低了結(jié)構(gòu)造價(jià)，是一種較好的做法。

階形柱與分離柱區(qū)別主要有以下幾點(diǎn)：（1）階形柱與基礎(chǔ)剛接，分離柱與基礎(chǔ)鉸接，因此階形柱項(xiàng)目基礎(chǔ)投資較大。（2）階形柱為框架提供了較大的抗側(cè)剛度，分離柱對結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度貢獻(xiàn)不大。（3）階形柱設(shè)計(jì)計(jì)算難度大、構(gòu)造復(fù)雜，加工困難、成本高；分離柱則正好相反。（4）階形柱適用于吊車噸位大且軌道標(biāo)高較高的項(xiàng)目，分離柱則適用于吊車噸位大但軌道標(biāo)高較低的項(xiàng)目。（5）階形柱用于中柱時(shí)，若兩側(cè)吊車軌道標(biāo)高相差懸殊則需要采用雙階柱，其構(gòu)造更復(fù)雜，加工更困難。此時(shí)若采用階形柱與分離柱組合方案，則既能滿足剛度要求又能節(jié)省投資。

5 屋面梁對懸掛吊車和葫蘆的承載結(jié)構(gòu)方案

懸掛吊車和葫蘆的懸掛系統(tǒng)可以是剛性的或者是柔性的。柔性系統(tǒng)可降低吊車運(yùn)行時(shí)對結(jié)構(gòu)的作用。同時(shí)減少吊車和軌道（吊車梁）的磨損。柔性系統(tǒng)的側(cè)向位移應(yīng)限制在5度以內(nèi)，對于懸掛吊車一側(cè)軌道采用剛性的或者是柔性的連接，另一側(cè)應(yīng)設(shè)計(jì)成僅承載吊車豎向力的結(jié)構(gòu)，讓其可隨吊車運(yùn)行有微小的位移。這一點(diǎn)可能是國內(nèi)外此類設(shè)計(jì)的最大差異。

6 旋臂吊車承載結(jié)構(gòu)方案

懸臂吊車是一種固定在相應(yīng)結(jié)構(gòu)或地面上，具有水平旋轉(zhuǎn)底座的吊車。安裝于結(jié)構(gòu)柱上的旋臂吊車其水平起重臂一般限制于200度內(nèi)旋轉(zhuǎn)。采用安裝在結(jié)構(gòu)柱上的方案時(shí)要考慮旋臂吊車對柱和基礎(chǔ)的特殊荷載。由于旋臂吊車旋轉(zhuǎn)幅度圈較大對柱的強(qiáng)、弱軸均具有較大的剛度要求，對于典型的“H”形柱截面，通常采用將一槽直接焊接在一側(cè)翼緣上用以加強(qiáng)柱的弱軸。對于階形柱和分離柱方案的柱，因其組合截面強(qiáng)、弱軸均具有較大的剛度，旋臂吊車可直接安裝于柱上。旋臂吊車產(chǎn)生的縱向力可直接傳至吊車支撐系統(tǒng)上。

7 結(jié)語

綜上所述，對有吊車的鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師根據(jù)吊車荷載的差異，結(jié)合工作中實(shí)踐，以及不斷積累的經(jīng)驗(yàn)，確定合理的承載結(jié)構(gòu)方案。并針對每一種特殊的吊車工藝條件，采用更加優(yōu)化的剛架結(jié)構(gòu)方案，以達(dá)到方案合理，又較經(jīng)濟(jì)的效果。