轻型钢结构房屋吊车梁水平刚度的思考

焦峙炜 郭 伟 刘泽宇

(山西航天清华装备有限责任公司，山西 长治 046012)

0 引言

随着我国经济的蓬勃发展，门式刚架轻型钢结构房屋被广泛应用于单层工业厂房，单层仓储等各种类型建筑。因其用钢量少，适应性强，施工速度快，环境污染少等特点，广受业主欢迎。但是随着时间的推移，在设有桥式吊车的轻型钢结构厂房中，却出现了钢吊车梁与柱连接处焊缝断裂，相邻吊车梁连接处螺栓断裂，吊车梁上部轨道发生弯曲，吊车轮经常性卡轨，吊车运行时剧烈振动等现象。上述现象，不仅仅影响了企业的生产效益，更给企业员工带来了巨大的心理压力，严重影响员工的身心健康。

1 工程实例

某工业厂房跨度(单跨)24 m，柱距为7.5 m，采用门式刚架结构。厂房内部设有两台相同吊车，吊车形式采用DSQD型5 t～125 t吊钩起重机(大连重工起重集团有限公司2003年资料)，具体规格如表1所示。

表1 吊车参数表

通过某结构设计软件计算，选定吊车截面其截面尺寸为H 600×360×320×8×14，强度等级为Q235B，如图1所示。

截面特性为：

IX=940 294 217.67 mm4=0.000 94 m4；

IY=92 685 738.66 mm4=0.000 092 6 m4；

E=206×103N/mm2；

m=110.654 kg/m。

软件结果显示此截面通过验算，满足规范要求。详细查看计算结果，软件并没有对其进行水平方向挠度验算，故对此进行验算：

根据GB 50009—2012建筑结构荷载规范[3]第6.1.2条第二款规定，吊车横向水平荷载标准值为：

T1=12%×(2.303+10)×9.8=14.468 kN。

吊车的工作级别为A5，其总共有4个行车轮，每侧有2个车轮。则作用于每个行车轮上的水平力标准值为：

工业厂房吊车梁形式为简支吊车梁，绘制其计算简图如图2所示。

则其吊车梁在吊车水平荷载作用下，其中部最大水平挠度[4]为:

(3-4×0.1672)=1.603 mm。

考虑到水平荷载对吊车梁产生扭转效应，故其扭矩为:

M=F×L=3 617×(0.288+0.143)=1 558.927 N·m。

其中，取轨道高度为143 mm，L为中心到轨道顶边的距离。

其轨道的相对转角为：

IP=IX+IY=0.000 94+0.000 09=0.001 03 m4。

当角度很小时，φ=tanφ，则由扭转产生的水平位移为：

s=L×tanα=(288.4+134)×0.096=40.550 mm。

则总的位移为：

S总=fmax+s=0.167+40.550=40.717 mm。

从中我们可以看出，吊车梁的水平位移主要是由扭转所导致。若按受弯构件考虑，根据GB 50017—2003钢结构设计规范附录A.1中明确规定，受弯构件挠度最大允许值(不考虑吊车形式)为：

则S总>S限，不满足规范要求，更不满足GB 50017—2003钢结构设计规范中附录A.1.2条规定，需提高吊车梁的水平刚度。

2 原因分析

2.1 “含钢量”指标的影响

随着我国建筑市场的蓬勃发展，业主越来越注重结构“含钢量”这一经济指标。项目的“含钢量”越高，项目成本也就越高；反之，项目成本越低。因此，有的业主甚至将项目结构最大“含钢量”写入设计合同当中。为了迎合市场趋势，部分设计院将“含钢量”作为评判结构设计人员水平高低的指标之一。在工业厂房结构设计当中，由于门式刚架轻型房屋相对于普通钢结构厂房有着巨大的成本优势(门式刚架含钢量较少)，部分项目负责人及工艺设计人员，并未对项目进行有效分析。为了使项目符合《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》使用范围的要求，往往将吊车工作制定为A5，偏离了实际情况，从而导致后续的结构设计与厂房实际使用功能不相符。

2.2 设计人员原因

在项目设计过程当中，结构设计位于工艺设计与建筑设计的后续阶段，结构工程师根据工艺及建筑设计文件进行结构设计。此时，留给结构工程师的时间往往较少，几乎没有结构工程师会对吊车工作制这一参数进行校核。再加上部分结构工程师并未理解“规范是结构设计的最低要求”这一准则，为了降低结构含钢量，只要是规范不做强制要求的，就不会去验算，更不会去增设吊车梁制动结构构件。在结构设计软件日益普及的今天，设计人员往往过分依赖结构设计软件，缺乏对软件计算结果合理的判断性：“只要是软件认为通过的，就盲目认为通过；只要是软件不考虑的因素，也不会考虑”。再加上部分钢结构生产企业受利益驱动，材料性能仅临下限，从而使得厂房在正常使用状态下出现了一系列问题。

2.3 业主方原因

项目投资方，也就是业主，绝大部分不是专业人员。在购买吊车时，往往只关注吊车最大起重量是否满足生产需求，并不考虑实际生产中吊车运行的次数，对于吊车工作制的概念更是无从谈起。再加上少数吊车厂家销售人员，为了自身经济利益，给业主提出了错误的建议，导致厂房实际选用的吊车与图纸要求并不相同，直接埋下了建筑物的安全隐患。

2.4 市场原因

在社会主义市场经济中，所有的企业都是以市场为导向，根据市场情况，企业会进行生产计划的安排，自身产业升级，甚至使用功能的改变等等。这些都会对吊车梁产生影响。例如，由于企业自身经营能力的改善，导致了生产任务加重，从而加大了吊车的使用频率。此时，吊车在某一段时间内，工作级别完全由A5更改为A7。更有甚者，原来设计的仓库，由于各种原因更改为某种加工厂，甚至更改为钢结构生产厂。在此变化过程当中，非专业人员仅仅会关注吊车的起重量，几乎没有人去校核吊车工作制是否发生改变。一旦在使用中出现问题，只能全部归结于施工及吊车质量问题。

3 结语

轻型钢结构相对于普通钢结构来说，其截面相对较小，刚度较小，自振周期较长，易受吊车运行影响。所以，为了保证吊车梁的正常使用，吊车梁水平刚度验算显得尤为重要，必要时可以增设吊车制动结构。

GB 51022—2015门式刚架轻型房屋钢结构技术规范中应对吊车梁设计内容进行补充，明确吊车梁受力，变形等条件限值。同时增加有关吊车梁制动桁架设置条件，以及力学计算相应的受力及变形限值。