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吊车梁更换改造设计的方法

钟亮，王国武，代丽

(鞍钢集团工程技术有限公司建筑分院，鞍山；114021)

摘 要：本文通过介绍旧厂房内吊车梁更换的实例，提出了比较实用的设计思路和施工步骤，并对计算结果进行分析，得出一般性结论。同时给出处理类似问题的方法和建议。

关 键 词：吊车梁；抗风桁架；辅助桁架；柱肩梁；设计方法；施工步骤

1  引言

某炼钢厂转炉区域的吊车已经不能满足生产要求，需要更换吊车及吊车梁。该吊车梁区域的炼钢厂房建于1992年，在1997年又接出三跨。原有吊车起重量为14t／30t，工作级别为A7级，吊车每侧4个轮子，最大轮压为69．5t。新吊车起重量改为150t／50t，工作级别为A8级，吊车每侧8个轮子，最大轮压为45．5t。经过验算，原吊车梁无法满足新吊车的使用要求，需要将此吊车梁全部更换，需要对原厂房柱及墙皮柱进行核算和部分加固。

2  现状

(1)由于受原厂房高度、转炉及工艺要求的限制，吊车轨道标高限定为21m。

(2)刮大风时纵向墙皮柱变形较大，吊车经常卡轨影响运行。原因是墙皮柱与基础为铰接，柱顶与屋架与吊车梁辅助系统用弹簧板拉结，墙皮柱计算高度为全高，受风荷载作用时产生的挠度较大。吊车卡轨是吊车吨位较大、工作频繁及轨道压板安装质量不良等原因造成的，本次改造要将此类情况消除。

(3)原吊车梁端部为突变式，以圆弧过渡，两处跨度为24m的吊车梁已经出现疲劳裂缝，需更换。

(4)根据厂方的意见和经西安某单位鉴定的结论，原厂房柱可以继续使用。

3  计算方案确定

(1)吊车梁的设计：根据工艺资料和吊车样本可知吊车吨位增加、轮压增加、工作级别提高，因此，作用于吊车梁上的最大弯矩和最大剪力必然增加。按通常经济做法是提高吊车梁高度，但由于炼钢厂房内情况复杂，大部分区域吊车梁无法加高，吊车轨顶标高被限定，因此，只能通过增加吊车梁翼缘和腹板板厚来满足新吊车使用要求。具体通过PKPM软件建模，输入吊车的轮距、尺寸、起重量、最大最小轮压等设计参数即可计算吊车梁，再检查计算内力结果，从而确定吊车梁截面。同时也要满足构造要求。对于吊车梁长度大于24m的需要起拱。考虑对吊车梁辅助系统的验算，一般情况由长细比控制，原设计验算可以满足。

(2)吊车梁端部形式：原吊车梁端部采用突变式，以圆弧过渡，用较厚的圆弧翼缘板和加厚的端部腹板，施工复杂，材料消耗量较大。根据实践经验和试验研究发现，这种端部形式的疲劳强度不太理想，在本设计中采用直角变化式的端部构造，将端部下翼缘板内端开口，插入腹板后焊接，梁的下部加封头板，实践证明，此种端部构造施工方便，受力性能也令人满意。当外荷载不断增加时，屈服将首先发生在插入板与端封板相连的角焊缝处及附近的腹板上，然后再在插入板端部形成局部屈服区，这样端部腹板的受力情况得到改善。从疲劳角度分析，在插入板与端封板相交处(截面突变处的凹角内)加焊构造角钢，对降低突变附近的高峰应力有较好效果(见图1)。

(3)验算厂房柱：首先分析作用于厂房柱吊车肢上的垂直力、纵向水平荷载标准值、吊车横向水平荷载标准值，再用PKPM软件建模计算，取一榀厂房横向框架，输入吊车荷载、风荷载、雪荷载、积灰荷载进行计算，计算后发现格构式厂房柱强度应力为0．84，平面内稳定0．86。平面外整体稳定不计算。计算分肢稳定时，一侧分肢稳定应力为210N／mm²>205N／mm²，厂房柱需要加固。常规加固方法为增加厂房柱截面面积。但由于厂房内空间狭小(情况复杂)、厂房柱数量多(施工难度大周期长)、焊接量大及用钢量大，故考虑在厂房柱侧向增加支撑点，即增加纵向水平支撑、厂房柱柱间支撑及墙皮柱相连，这样可以减小厂房柱平面外计算长度，又可减小墙皮柱平面外计算长度，由此可使厂房柱分肢计算长度减小、墙皮柱挠度减小，由此计算的厂房柱分肢稳定应力为180N／mm²<205N／mm²，可认为满足使用要求。同时验算厂房柱变形位移<1／1250。在对厂房柱整体验算后，要特别注意对厂房柱肩梁节点的验算，如肩梁部位抗剪抗弯验算、焊缝计算等。当按承压计算的肩梁腹板厚度大于按强度计算要求的腹板厚度时，为节约钢材，肩梁腹板在梁端局部承压区可以采用局部加厚变截面构造。对吊车荷载很大或有特别繁重硬钩吊车的重型厂房柱，其吊车肢在肩梁范围内的腹板亦局部加厚。在厂房端部及伸缩缝处吊车梁采用平板支座，吊车肢顶部加劲肋布置应与吊车梁支撑加劲肋相对应，加劲肋上端应刨平顶紧，并以吊车梁最大反力计算其承压面积和连接焊缝长度。经验算原设计肩梁满足本设计要求。

(4)纵向水平荷载标准值进行组合计算。同时要满足支撑的刚度要求，即长细比小于150。再与规范5．17条计算的支撑力比较，选择纵向水平支撑截面。经验算本设计的原有支撑满足规范要求。

4  更换吊车梁的步骤和注意事项

(1)首先，原厂房柱进行复测，由于厂房柱长期处于有重级工作制吊车作用的工作环境，炼钢厂房内环境复杂，需要检查厂房柱是否有沉降不均及沉降差过大问题，若有则记录需要调节的高度，待吊车梁更换时，可通过调整吊车梁支座方法解决。

(2)其次，在拆除吊车梁之前，厂房柱纵方向中间增加一道水平支撑，此水平支撑与墙皮柱用三角支架连接，即减小厂房柱平面外计算长度，又减小墙皮柱平面外计算长度，有效改善墙皮柱的受力状况，减小风荷载对墙皮柱产生的变形和位移。

(3)确定厂房柱加支撑，在转炉区域两侧、厂房伸缩缝以外的厂房为单跨，且厂房柱间距较大，吊车梁跨度相应较大，属于受力不利情况，取此情况建模计算后，需要增加支撑。而在转炉区域、厂房伸缩缝以内的厂房为多跨，且厂房纵向外有主控楼(与厂房脱开)，减少一多半风荷载的作用，厂房内又有炼钢平台与厂房柱相连，已起到减小厂房平面内外计算长度的作用，此区域厂房柱平均间距较小，受力相对较小，据此分析此处厂房柱可满足要求，不需要加支撑加固。

(4)在山墙处，由于抗风桁架与原吊车梁端头处焊接，即吊车梁为抗风桁架提供支撑点，若直接拆除吊车梁，厂房端部抗风桁架没有支撑，也必将部分拆除，为保证山墙稳定，需先在山墙墙皮柱中部新增加一道抗风桁架。此抗风桁架与厂房柱相连，待新吊车梁安装完毕后，再恢复原有抗风桁架，而新抗风桁架也应保留，两道桁架可起到减小墙皮柱计算长度，增加了山墙稳定的作用。

(5)然后再对原吊车梁进行拆除。拆除要注意在厂房纵向方向可对吊车梁、下翼缘水平支撑桁架、垂直支撑进行拆除，但辅助桁架必须要保留，因为辅助桁架兼起厂房柱纵向支撑的作用，是厂房柱平面外稳定的保证，同时吊车辅助桁架下弦又与纵向墙皮柱顶部用角钢相连，此桁架作为墙皮柱的上端支点必须保留。这样做即保留了吊车梁辅助系统保证了厂房和墙皮的稳定，又减少的拆除工作量。

(6)最后安装新吊车梁，安装前应在新旧连接部位除漆除锈(如旧有的厂房柱、肩梁、吊车辅助桁架系统等部位)，再安装吊车梁、调节标高，待安装无误后方可连接制动板、垂直支撑、水平支撑、栏杆等，轨道连接及轨道压板等相关要求参考国标《04G325》及《05G525》等，施工完毕后对钢结构构件进行涂装等后续工作。

5  结论

综上所述，对于旧厂房内吊车梁的更换设计要综合考虑吊车梁系统、厂房柱、墙皮柱、纵向水平支撑和山墙水平支撑的相互关系，根据工程需要确定设计方案和施工步骤。更换后经过三年多的使用，原有问题均没有出现，吊车运行平稳，吊车梁无问题。

参 考 文 献：

[1]   钢结构设计规范理解与应用．北京：中国建筑工业出版社，2004．

[2]   钢结构设计规范GB50017—2003．北京：中国计划出版社．2003．

[3]   钢结构设计手册3版．北京：中国建筑工业出版社，2003．