馮新珍

（巴特勒（天津）有限公司，天津 300457）

1 概述

隨著我國工業(yè)的迅速發(fā)展，帶吊車的鋼結(jié)構(gòu)廠房也隨之增多，與其他的廠房相比，在有吊車的建筑中由于吊車不停地震動(dòng)而產(chǎn)生動(dòng)力荷載。過多的運(yùn)行和震動(dòng)可能會在支撐系統(tǒng)的各個(gè)部位產(chǎn)生疲勞應(yīng)力，而支撐系統(tǒng)又決定著結(jié)構(gòu)的壽命，過多的建筑變形將導(dǎo)致產(chǎn)生不緊密的屋面，使屋面過早被破壞，還會產(chǎn)生漏雨等現(xiàn)象。故而在有吊車廠房的設(shè)計(jì)中支撐結(jié)構(gòu)的剛度成為主要考慮的因素。如何對此類建筑中吊車的支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行選型對設(shè)計(jì)者來說則尤為重要，本文將闡述吊車的支撐類型及如何進(jìn)行選型。

2 支撐類型

支撐結(jié)構(gòu)類型通常包括吊車牛腿、獨(dú)立柱、階梯柱、屋面梁支撐及室外吊車走道。以下將分別對這幾種類型進(jìn)行介紹。

2.1 吊車牛腿

把牛腿放在廠房柱上，這種方式通常是支撐吊車軌道最經(jīng)濟(jì)的方式，對于軌頂橋式吊車的最大牛腿荷載不超過245kN時(shí)對廠房柱是沒有影響的。僅僅由吊車產(chǎn)生的豎向荷載允許作用在牛腿上。由于和牛腿連接的廠房柱承擔(dān)著吊車的偏心荷載，所以廠房柱必須保證有足夠的強(qiáng)度，高度小的腹板柱經(jīng)常被用在中柱上，不僅是強(qiáng)度問題，而且也有承擔(dān)由吊車的偏心負(fù)載引起的剪力問題，在多跨廠房中通常有吊車牛腿的廠房柱的最小的腹板高度為300mm。如圖1所示。

圖1 軌頂式吊車

2.2 獨(dú)立柱

當(dāng)來自未產(chǎn)生沖擊影響的吊車軌道系統(tǒng)的最大豎向荷載超過245kN，并且廠房框架的強(qiáng)度能夠承受吊車的橫向荷載，此時(shí)主要用獨(dú)立柱來承擔(dān)吊車的豎向荷載，和廠房柱連接的吊車的獨(dú)立柱通常用熱軋的H型鋼，廠房柱和獨(dú)立柱通過水平方向的系緊構(gòu)件連接，廠房柱可以是變斷面的也可以是等斷面的。由于這種支撐系統(tǒng)不需要對主剛架進(jìn)行特別的加強(qiáng)，所以獨(dú)立柱通常被用于吊車是后加在已建建筑上的情況，通過對原來剛架進(jìn)行較小的修改就可以了。

2.3 階梯柱

當(dāng)未產(chǎn)生任何影響的吊車軌道系統(tǒng)產(chǎn)生的最大懸臂荷載超過245kN，并且給出的建筑尺寸和吊車需要較強(qiáng)的剛架時(shí)選用階梯柱，由于在上部和基礎(chǔ)很高的造價(jià)，用這種類型的柱通常是有較大噸位的吊車（大于等于30t）而且是較高的建筑（大于等于9m）。

階梯柱包括兩個(gè)或多個(gè)不同腹板高度的階梯部分組成，階梯部分提供一個(gè)臺階使吊車梁作用其上。上部的柱是由腹板較小的H型鋼組成，下部的柱腹板較高，在吊車那側(cè)的翼緣斷面被替換為熱軋型寬翼緣或角鋼來承擔(dān)較重的吊車荷載。不同高度由橫向凈控需要或吊車梁上翼緣的側(cè)向連接情況而決定。在強(qiáng)軸方向柱腳剛接；弱軸方向可以鉸接也可以剛接，柱的上端大多數(shù)是外部剛接內(nèi)部鉸接。

支撐系統(tǒng)通常在結(jié)構(gòu)中將提供足夠的強(qiáng)度，但是給定的建筑寬度必須大于最大的吊車的寬度。然而，此系統(tǒng)的選擇應(yīng)該預(yù)先和業(yè)主討論，因他的基礎(chǔ)需要很高的花費(fèi)并且在某種情況下由于在建筑地點(diǎn)很差的土壤條件甚至是不能實(shí)施的。

2.4 屋面梁支撐——懸掛吊車和電動(dòng)葫蘆

懸掛吊車和電動(dòng)葫蘆通過彈性吊架或剛性懸掛裝置懸掛在屋面梁下。在大多數(shù)情況下這是支撐輕型吊車最經(jīng)濟(jì)的方法。

當(dāng)選擇這種類型的吊車，支撐架的位置是非常關(guān)鍵的，因他將影響剛架的設(shè)計(jì)。當(dāng)支撐架放在跨中，豎向撓度的控制就成為了主要考慮的因素并且一般在前期應(yīng)該考慮到剛架的造價(jià)會有明顯增加。

考慮作用在剛架上的豎向支架荷載后，計(jì)算結(jié)果應(yīng)該使各限制不應(yīng)超限，在彈性吊架中，由于懸掛系統(tǒng)是彈性的，所以橫向和縱向的力不必考慮，為了限制吊車移動(dòng)，將安裝搖擺的支撐。

在剛性懸掛裝置中橫向和縱向的力將和豎向荷載共同作用在支架上，對于柱支撐這些力必須按同樣的方法考慮進(jìn)去，如圖2所示。

圖2 懸掛吊車和電動(dòng)葫蘆

2.5 室外吊車走道

當(dāng)軌頂式吊車的軌道延伸到室外，吊車的支撐系統(tǒng)將和建筑結(jié)構(gòu)脫開，在這種情況下，通常使用A型結(jié)構(gòu)支撐軌道梁。剛接柱腳的階梯柱也可以成為一種替代的解決方案，但是柱的側(cè)移應(yīng)該嚴(yán)格控制。由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件被暴露在空氣中，支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)需要特別考慮，吊車軌道的溫度變形必須考慮，材料的最小厚度經(jīng)常要詳細(xì)說明并且必須考慮合適的排水裝置。所有外部的吊車系統(tǒng)應(yīng)該有一層面漆，如圖3所示。

圖3 室外吊車軌道

3 支撐類型的合理選擇

3.1 不同類型吊車可選方案

由于吊車類型的不同，故而可采用的吊車支撐結(jié)構(gòu)類型也各不相同，具體參見表1。

3.2 支撐結(jié)構(gòu)選型應(yīng)考慮的因素

3.2.1 吊車的類型和起重量

不同類型的吊車由于結(jié)構(gòu)形式不同，故而影響著吊車支撐系統(tǒng)的選擇，如電動(dòng)葫蘆，此種吊車結(jié)構(gòu)形式為在屋面梁下設(shè)置軌道，故其支撐類型只能為屋面梁，而不是獨(dú)立柱和階梯柱等，軌頂式吊車則是吊車荷載作用在柱上，所以不可能選擇屋面梁方案。同時(shí)吊車的起重量也是影響支撐結(jié)構(gòu)選型的一個(gè)很重要的因素，吊車支撐結(jié)構(gòu)主要承擔(dān)吊車豎向荷載，而不同的支撐類型承擔(dān)豎向荷載的能力更是大不相同。所以吊車的類型和起重量是決定支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的重要因素。

表1 不同吊車支撐類型一覽表

3.2.2 建筑的尺寸和外形

吊車類型相同的情況下，建筑的跨度越大，相應(yīng)吊車的輪壓，總重越大，對整個(gè)結(jié)構(gòu)的要求也就越高，故而建筑尺寸和外形對結(jié)構(gòu)選型的影響也十分顯著。

3.2.3 吊車荷載的大小和方向

吊車荷載相對于鋼架來說作用在強(qiáng)軸還是弱軸方向?qū)Φ踯囍谓Y(jié)構(gòu)也有很重要的影響，大多數(shù)建筑吊車均垂直于跨度方向運(yùn)行，此時(shí)選擇支撐結(jié)構(gòu)比較容易，如果吊車的運(yùn)行方向?yàn)闄M向運(yùn)行即延跨度方向運(yùn)行，那么吊車的支撐結(jié)構(gòu)就會受到很大限制。

3.2.4 吊車的臨界尺寸

相同噸位條件下不同吊車寬度及輪距將會產(chǎn)生不同的吊車荷載，而吊車荷載又是支撐結(jié)構(gòu)選型的重要因素。

3.2.5 支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的剛度要求

有些吊車為地面操作，此種吊車對支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的剛度要求通常較低，而駕駛室操作的吊車則對其剛度要求較高。

3.2.6 產(chǎn)品成本的評估

在設(shè)計(jì)中不僅要考慮技術(shù)上可行，同時(shí)也要考慮經(jīng)濟(jì)上合理，所以要綜合考慮各種可行的支撐結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。如在軌頂式吊車中噸位小、使用頻率低的建筑通常優(yōu)先選用牛腿方案。

3.3 工程實(shí)例

銀川變壓器項(xiàng)目長144m，寬度24m，高15.6m，柱距12@12m，跨度24m，屋面及墻面均為雙層彩板，內(nèi)置50t/10t橋式吊車1臺，10t吊車1臺，級別均為A5，駕駛室操作，規(guī)定高度11m，屋面活荷載鋼架為0.30kN/m2，附加荷載為0.2kN/m2，風(fēng)壓0.65kN/m2，地震設(shè)防烈度8°（0.2g），丙類，場地類別為II類。

此項(xiàng)目含有50t吊車和10t吊車的組合，由于為軌頂式吊車，故而不可能采用屋面梁方案，經(jīng)過計(jì)算最大豎向荷載超過245kN，故而吊車牛腿方案不可取，只有獨(dú)立柱方案和階梯柱方案，此建筑為新建廠房，吊車并不是后加在建筑中的，所以獨(dú)立柱方案和階梯柱方案均可采用，然而此吊車的軌頂高度為11m，建筑高度為15.6m，故而采用獨(dú)立柱方案不一定經(jīng)濟(jì)。項(xiàng)目用PKPM軟件分別計(jì)算出兩種方案的主結(jié)構(gòu)用鋼量分別為階梯柱方案（下柱為格構(gòu)柱，上柱為實(shí)腹柱）73kg/m2，獨(dú)立柱方案79kg/m2，約節(jié)省投資8%。故而在保證技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)合理的原則上選用階梯柱方案。

4 結(jié)語

吊車的支撐系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)選型對日益發(fā)展的工業(yè)廠房建筑顯得尤為重要，首先根據(jù)吊車的類型及運(yùn)行方向選出可以采用的支撐結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)起重量及軌頂高度等因素比較后，選出技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理的吊車支撐結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)的建筑中要始終做到安全、經(jīng)濟(jì)、適用原則，設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的項(xiàng)目。

［1］鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊編委會.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊［K］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

［2］CECS102—2002，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.