起重机横向水平制动力

关于起重机横向水平制动力的研究研究起重机横向水平制动力，首先要明确什么是起重机，以及起重机的工作原理及其主要受力特点。

下面我们就来分别讨论。

一．起重机的工作级别起重机是厂房中常见的起重设备，按照起重机使用的繁重程度（亦即起重机的利用次数和荷载大小），国家标准《起重机设计规》（GB3811）将其分为八个工作级别，称为A1～A8。

许多文献习惯将起重机以轻、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。

二．起重机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（横梁）所组成。

横梁与柱子的连接可以是铰接，亦可以是刚接，相应地，称横向框架为铰接框架（又称排架）或刚接框架。

对一些刚度要求较高的厂房（如设有双层起重机，装备硬钩起重机等），尤其是单跨重型厂房，宜采用刚接框架。

在多跨时，特别在起重机起重量不很大和采用轻型围护结构时，适宜采用铰接框架。

各个横向框架之间有屋面板或檩条、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：横向框架的计算高度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)；柱顶铰接时，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。

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、起重机梁系统、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、起重机荷载、地震作用等。

这些荷载可由荷载规和起重机规格查得。

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，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。

起重机垂直轮压及横向水平力一般根据同一跨间、两台满载起重机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台起重机作用。

力分析和力组合框架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，对各种荷载作用应分别进行框架力分析。

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力进行最不利组合。

要列出上段柱和下段柱的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。

在力组合中，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，组合值系数取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》进行偶然组合。

对单层起重机的厂房钢结构，当采用两台及两台以上起重机的竖向和水平荷载组合时，应根据参与组合的起重机台数及其工作制，乘以相应的折减系数。

比如两台起重机组合时，对轻中级工作制起重机，折减系数为0.9；对重级工作制起重机，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)。

等截面柱将起重机梁支于牛腿上，构造简单，但起重机竖向荷载偏心大，只适用于起重机起重量Q<150kN，或无起重机且房屋高度较小的轻型钢结构中。

阶形柱也可分为实腹式和格构式两种(图9.8.4,b、c、d、e、f)。

从经济角度考虑，阶形柱由于起重机梁或起重机桁架支承在柱截面变化的肩梁处，荷载偏心小，构造合理，其用钢量比等截面柱节省，因而在单层厂房钢结构中广泛应用。

阶形柱还根据房屋设单层起重机或双层起重机做成单阶柱或双阶柱。

阶形柱的上段由于截面高度h不大（无人孔时h=400~600mm；有人孔时h=900~1000mm），并考虑柱与屋架、托架的连接等，一般采用工字形截面的实腹柱。

下段柱，对于边列柱来说，由于起重机肢受的荷载较大，通常设计成不对称截面，中列柱两侧荷载相差不大时，可以采用对称截面。

下段柱截面高度≤1m时，采用实腹式；截面高度≥1m时，采用缀条柱(图9.8.4, c、e、f)。

分离式柱(图9.8.4,d)由支承屋盖结构的屋盖肢和支承起重机梁或起重机桁架的起重机肢所组成，两柱肢之间用水平板相连接。

起重机肢在框架平面的稳定性就依靠连在屋盖肢上的水平连系板来解决。

屋盖肢承受屋面荷载、风荷载及起重机水平荷载，按压弯构件设计。

起重机肢仅承受起重机的竖向荷载，当起重机梁采用突缘支座时，按轴心受压构件设计；当采用平板支座时，仍按压弯构件设计。

分离式柱构造简单，制作和安装比较方便，但用钢量比阶形柱多，且刚度较差，只宜用于起重机轨顶标高低于10m、且起重机起重量Q≥750kN 的情况，或者相邻两跨起重机的轨顶标高相差很悬殊，而低跨起重机的起重量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）。

下柱截面类型要依起重机起重量的大小确定：类型（b）常见于起重机起重量较小的边列柱截面；起重机起重量不超过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）适合于起重机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。

考虑到组成横向框架的单层厂房各阶形柱所承受的起重机竖向荷载差别较大，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。

故规规定对于阶形柱的计算长度系数还应根据表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承载力的提高。

对截面均匀变化的楔形柱，其框架平面的计算长度的取值参见《冷弯薄壁型钢结构技术规》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，与此节点相连的纵向构件（如起重机梁、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铰接。

具体的取法是：当设有起重机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的整体稳定以及屋盖肢与起重机肢的单肢稳定。

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力组合。

考虑到格构式柱的缀材体系传递两肢间的力情况还不十分明确，为了确保安全，还需按起重机肢单独承受最大起重机垂直轮压Dmax进行补充验算。

此时，起重机肢承受最大压力ND为：当起重机梁为突缘支座时，其支反力沿起重机肢轴线传递，起重机肢按承受轴心压力N1计算单肢的稳定性。

当起重机梁为平板式支座时，尚应考虑由于相邻两起重机梁支座反力差（R1－R2）所产生的框架平面外的弯矩：My全部由起重机肢承受，其沿柱高度方向弯矩的分布可近似地假定在起重机梁支承处为铰接，在柱底部为刚性固定，分布如图9.8.7所示。

起重机肢按实腹式压弯杆验算在弯矩My作用平面（即框架平面外）的稳定性。

阶形柱的变截面处是上、下柱相连并支撑起重机梁关键部位，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，柱截面的高度(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，而影响起重机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h和b，也能保证厂房的横向刚度。

只有在起重机吨位较大时，才进行横向水平位移(Δk)的验算［1］。