【摘要】： 針對鋼結構廠房中的使用吊車使用調整情況，通過設計實例，系統的論述鋼吊車梁的復核驗算方法，以及相應的加固處理措施。

【關鍵詞】：鋼吊車梁 內力計算 結構強度 穩定性 撓度

1. 項目工程概況
南京江洋改擴建項目，1號倉庫為鋼結構的倉儲物流中心，廠房跨度31.5米，柱距9.0米，廠房內設兩臺Q=20/5t的中級工作制的橋式吊車。橫行小車重74kN，吊車技術參數如圖1，最大輪壓標準值為Fkmax=247kN，橫向水平力標準值為Tk=0.05*1*274/4=3.4 kN，吊車的額定起重量為200 kN?，F根據生產要求，對使用吊重進行調整，調換新吊車2臺，吊重增大到320 kN，新吊車Q=32/8t的橫行小車重120kN，吊車技術參數如圖1，最大輪壓標準值為Fkmax=320kN，橫向水平力標準值為Tk=0.05*1*440/4=5.5 kN，吊車的額定起重量為320kN 。

鋼吊車梁從結構型式上又可以分為撐桿式、桁架式、實腹式等，綜合來看，撐桿式、桁架式雖鋼材用量省，但是加工制造復雜，在動力反復荷載的作用下可靠性較差，現已使用較少，目前以實腹式吊車梁為設計、加工制作、使用的主流形式。
本項目中原設計吊車梁系統采用單跨實腹式工型截面鋼吊車梁，鋼材等級為Q345B，截面示意圖如圖2。該吊車梁設制動梁結構，結合工藝需要利用了6厚花紋鋼走道板作為制動體系。

2.鋼吊車梁調整處理思路
新調換的吊車因起重量增大導致對原結構的作用力均有所增大，影響到了原廠房的鋼架、基礎及吊車梁系統的承載能力，承載力均有可能不夠，在此本文中僅針對吊車梁系統進行復核驗算，并作出相應的處理。
因原設計中吊車梁承載力可能尚有少部分設計余量存在，因此我們的處理原則為首先通過計算來判斷承載力是否滿足要求，若不滿足規范要求，可結合具體計算情況對鋼吊車梁截面進行加固處理。
加固處理思路主要為兩方面的途徑，第一種，減小吊車梁上的荷載：因吊車使用標準型號，但可以通過增大吊車與吊車之間的使用間距，從而降低吊車對吊車梁的組合作用荷載，有效的降低吊車梁中的內力，使之滿足原有吊車梁的承受能力；第二種，加大吊車梁的承受荷載能力：可以通過加大吊車梁的截面，增加有效剛度來降低吊車梁的內力，以及抵抗變形的能力。
因本項目中業主方不確定吊車今后的具體使用間距的工藝要求，加固方案排除第一種加固方法的采用，確定為第二種加固思路，增大吊車梁的截面。
3.內力計算及截面驗算
3.1 內力計算
吊車梁為簡支梁受力模型，任何一個截面在吊車移動荷載的作用下，內力都會發生變動，都會達到一個峰值，它利用影響線的方法求得。各個截面的最大內力峰值連起來組成內力包絡圖，彎矩包絡圖，剪力包絡圖。它是我們這次設計復核內力的主要依據。
按結構力學，最大剪力的輪位如簡圖3。

支座處的最大剪力標準值Vkmax= RA=320*(2.4+4+9)/9=547kN
支座處的最大剪力設計值Vdmax= 1.05*1.4* Vkmax =1.05*1.4*547=804 kN
絕對最大彎矩：豎向輪壓產生的最大彎矩，有兩種可能，輪位分別如圖4-1,2。

Mkx1= RA *4.1=292*4.1=1195 kN•m
Mkx2= 960*5.062/9-320x5=1131 kN•m
綜合二者取大值，絕對最大彎矩的標準值為Mkxmax=1195 kN•m
絕對最大彎矩的設計值為Mdxmax=1.05*1.4* Mkxmax =1.05*1.4*1195=1757 kN•m

3.2 截面驗算
3.2.1鋼吊車梁截面幾何特性計算
吊車梁的截面慣距 IX=1.4*863/12+2*40*442+2*24*442=3.0x105cm4
W X=IX/y1=3.0x105/45=6666 cm3
Iy=2*403/12+2*243/12+86*1.43/12=12990cm4
Wy=Iy/x1=12990/20=650 cm3
3.2.1強度驗算：根據鋼結構設計規范GB50017-2011
a.當制動結構為制動梁時，上翼緣的正應力為
σmax = Mdxmax/Wnx1+ Mdymax/Wny1=1845*106/6666000+32*106/650000=276+49=325N/mm2
因吊車梁材料強度等級為Q345B，f=300 N/mm2,σmax>f 吊車梁強度不滿足要求
b. 支座處的剪應力
∵ Sx=40*2*44+43*1.4*43/2=4734cm3
τ=VxSx/Ixtw=844x103x4734x103/3x109x14=95.3N/mm2 <fv=185 N/mm2
∴剪應力滿足規范的使用要求。
腹板的局部壓應力驗算（吊車軌高150mm）
σc=ΨF/twlz=1.35*1.05*1.4*320x103/14*[50+2*(150+20)]=116N/mm2
σc <fc=315 N/ mm2 ,滿足要求。
3.2.2剛度驗算：
吊車梁的豎向相對撓度計算：
v/l=MxL/10EIx=1255x106x9000/10x206x103x3.0x109=1/547 >[v/l]=1/600
3.2.3整體穩定性驗算：吊車梁系統除了承受豎向吊車輪壓荷載外，其上翼緣尚要承擔吊車橫向水平制動力作用。因原結構中有著制動梁結構，梁的側向穩定有可靠保證，可以承擔吊車橫向水平制動力作用，故本項目中不需再進行驗算吊車梁的整體穩定性。
根據以上計算可以得出結論：原吊車梁在抗彎強度及撓度變形方面均不滿足規范使用要求，需要進行加固處理。
4.加固處理
在鋼吊車梁上翼緣板下增設Q345B材質的2L140X90X10，利用高強螺栓將角鋼與上翼緣鋼板連接，截面如圖5所示。

因剪切應力、腹板局部抗壓、整體穩定性已滿足要求，故在此僅針對加固處理后的吊車梁新截面上翼緣的正應力及吊車梁的撓度進行復核計算即可。
IX=1.4*863/12+2*40*442+2*24*442 +2*22*412 =3.74x105cm4
W X=IX/y1=3.74x105/45=8311 cm3
σmax = Mdxmax/Wnx1+ Mdymax/Wny1=1845*106/8311000+32*106/650000=221+49=270N/mm2
σmax <fc=315 N/ mm2 ,滿足規范要求。
v/l=MxL/10EIx=1255x106x9000/10x206x103x3.74x109=1/681
v/l <[v/l]=1/600 ，撓度滿足規范要求。
加固后的鋼吊車梁滿足設計規范要求。

5.結束語
本文針對吊車梁的復核驗算及加固處理，提供了實例計算復核的過程，對于解決目前工程設計人員缺乏對吊車梁的系統了解，僅知套用標準的國標圖集，一旦遇到非標吊車及吊車調換使用的情況，就會束手無策的問題，具有重要的工程實踐意義。必須深入詳細了解吊車荷載及吊車梁的受力原理及具體設計運用過程，在保證安全性的前提下進行并優化吊車梁設計,使其更具有經濟性,才是我們設計人員應該追求的目標。

參考文獻
[1]《建筑結構荷載規范》（GB50009-2012）
[2]《建筑鋼結構設計規范》 (GB50017-2003)
[3] 邱鶴年《鋼結構設計禁忌及實例》中國建筑工業出版社 2009
[4] 汪一駿《鋼結構設計手冊》第三版 中國建筑工業出版社 2004