关于吊车横向水平制动力的研究

1、关于吊车横向水平制动力的研究研究吊车横向水平制动力，首先要明确什么是吊车，以及吊车的工作原理及其主要受 力特点。下面我们就来分别讨论。吊车的工作级别吊车是厂房中常见的起重设备，按照吊车使用的繁重程度（亦即吊车的利用次数和荷载大小），国家标准起重机设计规范（GB3811 ）将其分为八个工作级别，称为A1A8。许多文献习惯将吊车以轻、中、重和特重四个工作制等级来划分，它们之间的对应关系见表9.8.1 。表9月1吊车的工作窗作级与工作级的对应关系工作去博簸轻级中级重级特重级工作级别AM3A4A5A6,A7A8吊车的受力特点及其计算单层厂房钢结构一般由横向框架作为承重结构，而横向框架通常由柱和桁架（横

2、梁） 所组成。横梁与柱子的连接可以是钱接，亦可以是刚接，相应地，称横向框架为较接框架（又称排架）或刚接框架。对一些刚度要求较高的厂房（如设有双层吊车，装备硬钩吊车 等），尤其是单跨重型厂房，宜采用刚接框架。在多跨时，特别在吊车起重量不很大和采用轻型围护结构时，适宜采用较接框架。 各个横向框架之间有屋面板或楝条、托架、屋盖支撑等纵向构件相互连接在一起，故框架实际上是空间工作的结构， 应按空间工作计算才比较合理和经济，但由于计算较繁，工作量大，所 以通常均简化为单个的平面框架（图9.8.1 ）来计算。框架计算单元的划分应根据柱网的布置确定（图9.1.2 ）,使纵向每列柱至少有一根柱参加框架工作，应

3、将受力最不利的柱划入计算单元中。对于各列柱距均相等的单层厂房钢结构，只计算一个框架。对有抽柱的计算单元，一般以最大柱距作为划分计算单元的标准，其界限可以采用柱距的中心线，也可以采用柱的轴线， 如采用后者，则对计算单元的边柱只应计入柱的一半刚度，作用于该柱的荷载也只计入一半。对于由格构式横梁和阶形柱（下部柱为格构柱）所组成的横向框架，一般考虑桁架 式横梁和格构柱的腹杆或缀条变形的影响，将惯性矩（对高度有变化的桁架式横梁按平均高度计算）乘以折减系数 0.9 ,简化成实腹式横梁和实腹式柱。对柱顶刚接的横向框架，当满 足下式的条件时，可近似认为横梁在水平荷载作用下刚度为无穷大，否则横梁按有限刚度考虑：

4、”1)式中Kab横梁在远端固定使近端A点转动单位角日ME A点所需施加的力矩值: Km柱在基础处固定，使A点转动单位角时在A点所需施加的力矩值。框架的计算踏度或%、U）取为两上柱5峨之间的距离（图621）。图921横向框架的计算fST图柱顶即揍柱顶铁接横向框架的方t算高度 H:柱顶刚接时，可取为柱脚底面至框架下弦轴线的距离（横梁假定为无限刚性），或柱脚底面至横梁端部形心的距离（横梁为有限刚性）（图9.8.2,a、b）;柱顶较接时，应取为柱脚底面至横梁主要支承节点间距离（图9.8.2, c 、d）。对阶形柱应以肩梁上表面作分界线将H划分为上部柱高度 H1和下部柱高度H2。柱顶触妾，横梁视为无限肘

5、性 柱顶即媵，横梁视为有限即胜柱顶校接，横梁为上承式柱顶校接，横梁为下承式三.横向框架的荷载作用在横向框架上的荷载可分为永久荷载和可变荷载两种。永久荷载有：屋盖系统、柱、吊车梁系统、墙架、墙板及设备管道等的自重。这些重量 可参考有关资料、表格、公式进行计算。可变荷载有：风、雪荷载、积灰荷载、屋面均布活荷载、吊车荷载、地震作用等。这些 荷载可由荷载规范和吊车规格查得。对框架横向长度超过容许的温度缝区段长度而未设置伸缩缝时，则应考虑温度变化的影响；对单层厂房钢结构地基土质较差、变形较大或单层厂房钢结构中有较重的大面积地面荷载时，则应考虑基础不均沉陷对框架的影响。雪荷载一般不与屋面均布活荷载同时考虑

6、，积灰荷载与雪荷载或屋面均布活荷载两者中的较大者同时考虑。屋面荷载化为均布的线荷载作用于框架横梁上。当无墙架时，纵墙上的风力一般作为均布荷载作用在框架柱上；有墙架时，尚应计入由墙架柱传于框架柱的集中风荷载。作用在框架横梁轴线以上的桁架及天窗上的风荷载按集中在框架横梁轴线上计算。吊车垂直轮压及横向水平力一般根据同一跨间、两台满载吊车并排运行的最不利情况考虑，对多跨单层厂房钢结构一般只考虑4台吊车作用。内力分析和内力组合框架内力分析可按结构力学的方法进行，也可利用现成的图表或计算机程序分析框架内力。应根据不同的框架，不同的荷载作用，采用比较简便的方法。为便于对各构件和连接进行最不利的组合，对各种荷

7、载作用应分别进行框架内力分析。为了计算框架构件的截面，必须将框架在各种荷载作用下所产生的内力进行最不利组合。要列出上段柱和下段柱白上下端截面中的弯矩M、轴向力N和剪力V。此外还应包括柱脚锚固螺栓的计算内力。 每个截面必须组合出+Mmax 和相应的N、V; Mmax和相应 的N、V; Nmax和相应的M、V;对柱脚锚栓则应组合出可能出现的最大拉力；即 Mmax 和相应的N、V; - Mmax 和相应的 N、V。柱与桁架刚接时，应对横梁的端弯矩和相应的剪力进行组合。最不利组合可分为四组：第一组组合使桁架下弦杆产生最大压力（图9.8.3,a）;第二组组合使桁架上弦杆产生最大压力，同时也使下弦杆产生最

8、大拉力（图9.8.3,b）;第三、四组组合使腹杆产生最大拉力或最大压力（图9.8.3,c、d）。组合时考虑施工情况，只考虑屋面恒载所产生的支座端弯矩和水 平力的不利作用，不考虑它的有利作用。HHHb的图9.8.3框架横梁端弯矩最不利组合在内力组合中，一般采用简化规则由可变荷载效应控制的组合：当只有一个可变荷载参与组合时，组合彳1系数取 1.0 ,即：恒+可变荷载；当有两个或两个以上可变荷载参与组合时， 组合值系数取0.9 ,即：恒+0.9 （可变荷载1+可变荷载2）。在地震区应参照建筑抗震 设计规范进行偶然组合。对单层吊车的厂房钢结构，当采用两台及两台以上吊车的竖向和水平荷载组合时，应根据参与

9、组合的吊车台数及其工作制，乘以相应的折减系数。 比如两台吊车组合时，对轻中级工作制吊车，折减系数为0.9 ;对重级工作制吊车，折减系数取0.95 。框架柱按结构形式可分为等截面柱、阶形柱和分离式柱三大类。面柱有实腹式和格构式两种，通常采用实腹式（图9.8.4,a）。等截面柱将吊车梁支于牛Q750kN的情况，或者相邻两跨吊车的轨顶标高相差很悬殊，而低跨吊车的起重量Q 500kN的情况。双肢格构式柱是重型厂房阶形下柱的常见型式，图9.8.5 是其截面的常见类型。阶形柱的上柱截面通常取实腹式等截面焊接工字形或类型（a）。下柱截面类型要依吊车起重量的大小确定：类型（b）常见于吊车起重量较小的边列柱截面

10、；吊车起重量不超过50t的中柱可选取（c）类截面，否则需做成（d）类截面；显然，截面类型（e）适合于吊车起重量 较大的边列柱；特大型厂房的下柱截面可做成（ f）类截面。柱在框架平面内的计算长度应通过对整个框架的稳定分析确定，但由于框架实际上是一空间体系，而构件内部又存在残余应力，要确定临界荷载比较复杂。因此，目前对框架的分析， 不论是等截面柱框架还是阶形柱框架，都按弹性理论确定其计算长度。柱在楣架平面内的计算长朗触柱的形式及豳热翩而定口等翻船的滤长度棚摄6的单层有侧穆框跑确 总对于阶形检匹惇卡甥分段僦融即各段的计算长啦等千各段的几何长嘛以相应的计算短磷内和知但 各段的计算长度磁通风之间有一定联

11、系.在国处储）中，柱上段神段计算长度分别是风寸跖、%广的小阶形柱的廿算长度系数是根据对新的单照框翌发生如图9.定所示的有例移失稳变形条件确定的因力这种类稹条件 的柱临界力最小,这时上段柱的啮界力可=驾，而下段柱的临界力为M =卫1。由于横梁的线刚度常常大于柱上 端的细悌研究表咻在这种条件下，把鳏的线褫看作无限上什算结果是足嵯精确的。癣一来，提礴性稳定毓 分析框架时,柱与林梁之间的关系归给为它们之间的连接舞件;如为嘘,蟠的上端雕自由侧移也傩蛭动;如为刚 播，则柱的上举只能自由飕研机计算时只凭一根嫄妹6、麻立柱即可雌柱航愎电系热蜿规定，单层厂房框架下端刚性固定的单阶也下峻柱的计算长度系场押决千上段

12、廊下段柱的哪岐比值M =总确界力赣心冬，煞，醒即I】，灯和即仙风分别是上脚翎下段柱的高度、惯性矩及联 【国乱m轴向压力。如留g.我申所示，用=用+研图外资单阶柱框架的失稳当柱上端与横跳校楼时，将柱视为上端自由的独立柱，下殿柱计算长度系数出度校附表63取值：当柱上端与横梁刚接附,将柱视为上端可侧睡但不肯带动的独立柱,心按附表6.4取值,上畦柱的计留长度至数网按下式计管A = （9.E 2）小考虑到组成横向框架的单层厂房各阶形柱所承受的吊车竖向荷载差别较大，荷载较小的相邻柱会给所计算的荷载较大的柱提供侧移约束。同时在纵向因有纵向支撑和屋面等纵向连系构件，各横向框架之间有空间作用，有利于荷载重分配。

13、 故规范规定对于阶形柱的计算长度系数还应卞!据表9.8.2中的不同条件乘以折减系数，以反映阶形柱在框架平面内承载力的提 高。对截面均匀变化的楔形柱，其框架平面内的计算长度的取值参见冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018 的附表A.3.2 。厂房柱在框架平面外 （沿厂房长度方向） 的计算长度，应取阻止框架平面外位移的侧向 支承点之间的距离，柱间支撑的节点是阻止框架柱在框架平面外位移的可靠侧向支承点，此节点相连的纵向构件（如吊车梁、制动结构、辅助桁架、托架、纵梁和刚性系杆等）亦可 视为框架柱的侧向支承点。此外，柱在框架平面外的尺寸较小，侧向刚度较差，在柱脚和连 接节点处可视为较接。具体的取法是：当

14、设有吊车梁和柱间支撑而无其他支承构件时，上段柱的计算长度可取制动结构顶面至屋盖纵向水平支撑或托架支座之间柱的高度；下段柱的计算长度可取柱脚底面至肩梁顶面之间柱的高度。单阶柱的上柱，一般为实腹工字形截面，选取最不利的内力组合，按第7章的计算方法进行截面验算。阶形柱的下段柱一般为格构式压弯构件， 需要验算在框架平面内的整体稳 定以及屋盖肢与吊车肢的单肢稳定。 计算单肢稳定时，应注意分别选取对所验算的单肢产生 最大压力的内力组合。考虑到格构式柱的缀材体系传递两肢间的内力情况还不十分明确，为了确保安全，还需按吊车肢单独承受最大吊车垂直轮压 Dmax进行补充验算。此时，吊车肢承受最大压力 ND 为：史工

15、-2aa式中吊车竖向荷载及吊车梁自重等所产生的最大计算压力jM一一使吊车展受压的下段柱计算弯矩，包括LU的作用；N-与M相应的内力组合的下段柱轴向力：一一位由Dg作用对下段柱产生的计算弯矩，与M、N同一截面； 一一下柱截面重心轴至屋盖度重心线的a下柱屋盖展和吊车鼓重心线间的品福Q当吊车梁为突缘支座时， 其支反力沿吊车肢轴线传递， 吊车肢按承受轴心压力 N1计 算单肢的稳定性。当吊车梁为平板式支座时，尚应考虑由于相邻两吊车梁支座反力差（R1-R2）所产生的框架平面外的弯矩：-（鸟-（9.8 4）My全部由吊车肢承受，其沿柱高度方向弯矩的分布可近似地假定在吊车梁支承处为较接，在柱底部为刚性固定，分

16、布如图9.8.7所示。吊车肢按实腹式压弯杆验算在弯矩My作用平面内（即框架平面外）的稳定性。图gg7吊车肢的弯矩计算图阶形柱的变截面处是上、 下柱相连并支撑吊车梁关键部位，必须仔细设计。阶形柱的柱脚皆与基础刚接，要同时传递竖向力、水平力和弯矩，受力复杂。另：问题的提出在单层厂房柱设计中，柱截面白高度（h）和宽度（b）,除应保证具有一定的强度外，还必 须保证具有一定的刚度。这样可避免由于厂房横向和纵向变形过大，而影响吊车正常运行或导致墙和屋盖产生裂缝， 进而影响厂房的正常使用。 在通常情况下，纵向平面排架的柱较多， 其水平刚度较大，则每根柱承受的水平力不大，因而往往不必计算。而按有关参考值选取的

17、h和b,也能保证厂房的横向刚度。只有在吊车吨位较大时，才进行横向水平位移（Ak）的验算、图1 A k与H关系长期以来，通过实践经验的积累及实测统计，形成了如下的单层厂房柱横向水平刚度的验算和控制规定：在一台起重量最大的吊车横向水平荷载标准值作用下，吊车梁顶面产生的A k不大于允许值来控制厂房的横向刚度。（注：计算此项位移时，不考虑吊车桥架的撑杆作用。）吊车的横向水平荷载可分两种情况考虑：对于一般软钩吊车，应按不小于横行小车重量与额定最大起重量之和的 5嗾用；对于硬钩吊车，应按10麻用。该项荷载仅由一边轨道 上的车轮平均传至轨顶，方向与轨道垂直，并考虑正、反两方向的刹车情况（见荷载规范（TJ9-

18、74）第17条第2款）。按上述规定计算得出的吊车梁顶面处A k应符合如下规定（见图1）:按平面排架计算时，对于设有中、轻级工作制吊车的一般厂房柱AkWHk/1800(1)对于设有重级工作制吊车的一般厂房柱AkWHk/2200（2）式（1）、（2）中Hk为自基础顶面至吊车梁顶面之间的距离。以上的刚度变形计算方法和控制指标，在下文简称为“老规范”。现行建筑结构荷载规范（GBJ9-87）（以下简称为“新规范”）对于吊车横向水平荷载 标准值的规定是（见该规范第4.1.2条）：吊车横向水平荷载标准值，应取横行小车重量 与额定起重量之和的下列百分数，并乘以重力加速度。百分数取值如下：当为软钩吊车时，额定起

19、重量W 10t,取12% 额定起重量为 1550t ,取10%额定起重量75t,取 8% 为硬钩吊车时取 20%横向水平荷载应等分于桥架的两端，分别由轨道上的车轮平均传至轨道，其方向与轨道垂直，并考虑正、反两方向的刹车情况（见图2）。图2中的T为吊车横向水平荷载。与老规范相比，新规范的规定显然做了如下两点改变： 荷载取值基本增大一倍；荷载作 用点由桥架一端改为均分于桥架两端。 这样的改变，对于厂房柱的承载能力设计，无疑是增 大了设计荷载；只是由于吊车横向水平荷载在厂房柱组合荷载中所占比重很小，所以总的影响不大。新老规范吊车梁顶面横向位移计算比较本文以一个单跨、对称的平面排架为例（见图3）,分析

20、比较新老规范吊车梁顶面横向位移（A。B图2吊车横向水平荷载图3单跨排架计算简图单跨对称排架的有关参数为n=RJx/ (EsJs)(3)1=H/H(4)式中：EJx为下柱材料变形模量与截面惯性距乘积；EJs为上柱材料变形模量与截面惯性距乘积；H为上段柱长度；H为自基础顶面至柱顶全高。图3中的a HS为吊车横向水平荷载(T)的作用点(d)至柱顶的距离 回。单柱在柱顶单位水平力作用下，在柱顶产生的水平位移为8 aa= 4/ (3EJx) 1 + ( n-1 )入(5)单柱在吊车梁顶面单位水平力(T= 1)作用下，在梁顶面产生的水平位移为8 dd= H / ( 3EJx) ( 1- “ 入)s + (

21、 n-1 )(入-a 入)(6)式中a为吊车梁顶面至柱顶的距离与上柱高(Hd)之比。在T=1-kN作用下，单柱在柱顶产生的位移为8 ad= 4/ ( 3EJx) 1.5a 入(1-“入广+口-“1)1 . 5 (n-1 ) a 入(入-a 入), + ( n-1 )(入-a 入)由于排架为单跨对称，所以在单侧吊车横向水平荷载作用下，柱顶横梁内力(P)为P= 8 ad/ ( 2 8 aa) T(8)令按老规范计算得到的吊车梁顶面的横向水平位移为Adi。在单跨对称的条件下，在吊车横向水平荷载(T)作用下的A d 1为Adi =T 8 dd- 8 2ad/ (2 8 aa) (9)令按新规范计算得到

22、的相应位移为A do由于规定吊车梁横向水平荷载等分作用于桥架两端，当吊车额定起重量为1550-t时，即新规范规定的吊车横向水平荷载等于老规范规定的2倍时，相当于在排架两侧各作用(同时)一个T(如图2所示)。这时，在单跨对称条件下，P= 0。很明显，此时吊车梁顶面的相应水平横向位移为Ad=TPS dd(10)在式(5)(10)中，消去共同项HI3/ (3E(Jx),并令 T=1kN,使位移 Adi、A d成 为a、n、入的函数，并计算统计如表1。表1 a、n、入与Ad/Adi对照表a0. 6入0. 250. 300. 350. 40n715715715715Ad/A61. 8771. 7911

23、. 819 1. 7101 . 7581. 6391 . 7001. 585a0. 7入0. 250. 300. 350. 40n715715715715Ad/ Adi1 . 8441. 7391 . 7711. 6401 . 694-1. 5521. 6201. 481a0. 8一|0. 250. 300. 350. 40l_Jn1|7Adi1.8131. 6941. 7261. 5781 . 6351. 4781. 5481. 393一般单层厂房，a多在0.7左右，当厂房较高时，入值较小，而n值较大。反之，当厂房较矮时，入值较大，n值一般较小。这样，多数情况下比值

24、&/Adi约在1.7左右。也即按新规范计算厂房刚度，其控制值可相当于老规范计算时的控制值乘1.7倍，而严格程度是一致的。即设有中、轻级工作制吊车厂房，取Ak (Hk/1800) X1. 7=Hk/1060;设有重级工作制吊车厂房，取 Ak (Hk/2200) X1. 7=Hk/1295。下面，我们来介绍一种更为简洁的吊车横向水平制动力计算方法小车制动或启动时小车轮子与桥架之间产生的滑动摩擦力(图)小车总制动力T0 = N (G+Q)/2每个轮子作用于吊车梁上横向水平荷载：(G+Q) =N/8N 制动系数，按N 10t 时，N =0.10 50t 时，Tx=T0/4= N (G+Q)GB5000

25、9-2001 取用软钩吊车：当吊车额定起重量Q =0.12当吊车额定起重量 Q=16当吊车额定起重量QN =0.08 75t 时，N =0.20硬钩吊车：2、吊车制动力横向水平制动力概述：吊车横向水平制动力是吊车小车及起吊物沿桥架在厂房横向运行时制动所引起的惯性 力。大小：该惯性力与吊钩种类和起吊物重量有关，一般硬钩吊车比软钩吊车制动加速度大。另外，起吊物越重，一般运行速度越慢，制动产生的加速度则较小。故建筑结构荷载规范规定，吊车横向水平荷载按下式计算：Tx = a H(G+W)式中G为小车重量；W为吊车规定起重量；a H为制动系数。于硬钩吊车取0.2 ;对于软钩吊车，当额定起重量不大于10t时，取0.12,当额定起重量为1550t时，取0.1 ,当额定起重量为 75t时, 取 0.08