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摘要：笔者从2007年至2008年间参与了齐齐哈尔一重铸造车间的结构设计工作，主要负责该厂房的吊车梁系统的设计。在此期间，对大吨位吊车厂房的吊车梁系统设计有一些自己的心得体会。
关键词：重型厂房；吊车梁系统设计；心得体会
厂房的布置以及特点
本厂房有以下特点：
吊车吨位大。本厂房最大的吊车吨位为500吨，余下还有350吨、300吨等大吨位吊车。
本厂房柱距类型比较多，有6米、12米、18米三种。这对本厂房吊车梁系统的设计增加了复杂性。
厂房各跨高度相差比较多，高低屋面交接处，屋面系统的受力有通过辅助桁架传递给刚架柱的情况出现。造成了辅助桁架的受力增大很多，对辅助桁架的设计增加了难度。
众所周知，吊车梁系统受力情况非常复杂。而且本工程的吊车吨位这么大，又全部都是重级工作制吊车。各节点连接及构造做法无法找到相关图集进行参考。只能在设计过程中多摸索，边设计，边学习。在此将设计过程中遇到的难题以及特别需要注意的地方做出总结。
吊车梁系统分为吊车梁、辅助桁架、制动板（或制动桁架）、下翼缘水平支撑以及垂直支撑的计算以及各构件之间连接的计算。其中，下翼缘水平支撑和垂直支撑、制动板的计算及连接计算比较简单，此处不再赘述。本文主要探讨吊车梁、辅助桁架的计算。
具体各构件的计算步骤及注意事项
荷载取值
吊车梁系统做为一个整体结构，主要受以下几种力的作用：
竖直方向力，包括：各构件本身自重，吊车轮传递的竖向力，制动板传来的活载，吊车梁系统下吊挂管道及其他设备的重量，辅助桁架上传来的墙面、屋面荷载。
横向水平力，包括：吊车传来的横向水平刹车力，辅助桁架上作用的墙面风荷载。
纵向水平力，包括：吊车纵向刹车力，山墙的风荷载通过抗风桁架传递的力，厂房纵向地震力等。
由此可知，吊车梁系统承受三个方向的力，受力情况、荷载组合多且杂。计算构件时容易漏算荷载，且各构件对于力的分配也比较难以分清，计算时最好列出表格，以避免荷载漏项等情况。
二、吊车梁的计算
吊车梁作为吊车梁系统中最重要的部分，承担了全部的吊车竖向力，同时还承受很大的横向和纵向水平力。除了计算强度、稳定、挠度外，还得验算疲劳应力。本工程中吊车梁由于柱距复杂，为了保证刚架柱的牛腿标高统一，所以将12米吊车梁做成等截面，18米吊车梁做成鱼腹式吊车梁，而6米的吊车梁则在支座处采用垫高的形式来保证吊车梁的端部高度。吊车梁的计算可以通过PKPM里面的吊车梁模块进行计算，相关内容可以参考PKPM说明书，此处不再详细说明步骤。
吊车梁设计时需要注意的问题：
6米跨和12米跨连接节点处，不适宜采用连接形式，这种形式的连接方式会将6米跨的吊车梁支座剪力传给12米跨的凸缘支座板。在小吨位吊车中，可以通过加厚12米吊车梁凸缘支座板来承受。当本工程吨位很大，凸缘支座板已经做到很厚，再加上6米跨的支座反力，对支座板的影响很大。强行加厚对结构不利。所以本工程中采用的形式，此种形式虽然钢材需要更多，但是更符合计算时的假定，对相邻跨的吊车梁凸缘支座板也没有影响，所以大吨位的吊车建议采用此种形式。
吊车梁上翼缘和刚架柱连接节点。以前小吨位的吊车都是采用图集05G514-4中的连接节点，用高强螺栓来传递吊车梁的支座处水平剪力。但本工程如果采用此种连接，需要的高强螺栓数目会很多，造成该节点处连接做法很难满足。另外高强螺栓的连接形式相对于计算时采用的两端简支的假定不太符合。因为高强螺栓还是能够传递一部分弯矩。针对本工程的情况，端部连接采用了下图的板铰连接。此种连接适用于大吨位的吊车，构造形式满足两端简支的要求。计算方法类似于承压型高强螺栓的方法。
吊车梁和制动板连接。吊车梁和制动板是采用高强螺栓连接，按照图集上的做法，是用间距100的高强螺栓连接。但是经过计算，本工程用间距150的M22的摩擦型高强螺栓就完全能够满足要求。可知，图集中的连接对于高强螺栓的使用较为浪费。而一个厂房如果长度较长，造成的浪费会很突出。所以，在今后的设计中，对于此处连接可以适当增大螺栓间距。
吊车梁中部和柱的连接。本工程的吊车梁高度都比较高，12米的吊车梁高度已经是3米左右。所以为了满足吊车梁的稳定，在吊车梁中部采用如下形式的连接来保证大高度吊车梁的平面外稳定。这种连接在小吨位吊车中是从来没有使用过的。
辅助桁架的计算
辅助桁架作为边列处吊车梁系统的重要组成部分，对吊车梁系统的整体稳定以及受力提供了很大的作用。从受力来说，辅助桁架除了要受到本身自重和制动板传来的竖向力之外，辅助桁架的上肢弦杆与吊车梁的上翼缘板、制动板组成的组合构件承担了吊车传来的横向水平刹车力。辅助桁架的上肢的截面抵抗距对吊车梁上翼缘板的受力起到了非常重要的作用。选用合适的截面能够有效的降低吊车梁的截面尺寸。除此之外，辅助桁架还要承受墙面的抗风柱传来的竖向、水平力和厂房纵向水平力以及在中间跨有高差时承受的屋面系统的荷载。
辅助桁架设计时需要注意的问题：
辅助桁架的高度及腹杆间距的确定。辅助桁架的高度一般都是按照同吊车梁高来确定，以方便下翼缘水平支撑、垂直支撑的连接。但根据受力情况也可以增大和减小高度。高度不一致时的节点连接可以参考图集中的做法。腹杆间距的确定应根据辅助桁架高度以及下翼缘水平支撑以及吊车梁加劲肋的间距来综合确定。一般做1.5米间距。当辅助桁架比较高时可以做到3米间距。此时注意下翼缘水平支撑的节点间距也相应调整。
和抗风柱的连接。辅助桁架和厂房墙面抗风柱位于同一位置，必然会有一个构件无法连续。考虑到抗风桁架的截面及承载能力相对于抗风柱要大的多，所以一般都是辅助桁架连续，而抗风柱在该处间断。这就需要在计算辅助桁架时，需要考虑到抗风柱传来的竖向力、横向水平力。按本工程的设计来看，这部分力对辅助桁架的影响还是比较小的，对辅助桁架的各杆件截面不起控制作用。
和屋面梁的连接。此种情况比较少见，在本工程中由于F轴线处的屋面有高差，屋面梁恰好需要支撑于辅助桁架上。这一部分的屋面荷载还是比较大的，辅助桁架在该位置需要做一个短柱以和屋面梁连接。
总结
由于篇幅所限，本文无法将吊车梁系统所有的构件、节点的计算步骤列出，只能挑选比较重要的构件以及大吨位吊车厂房中节点及其他做法和普通厂房吊车梁系统做法有明显区别的地方提出自己的看法。有关各构件及节点的详细计算方法请参考相关书籍及资料。
关键词：重型厂房；吊车梁系统设计；心得体会
厂房的布置以及特点
本厂房有以下特点：
吊车吨位大。本厂房最大的吊车吨位为500吨，余下还有350吨、300吨等大吨位吊车。
本厂房柱距类型比较多，有6米、12米、18米三种。这对本厂房吊车梁系统的设计增加了复杂性。
厂房各跨高度相差比较多，高低屋面交接处，屋面系统的受力有通过辅助桁架传递给刚架柱的情况出现。造成了辅助桁架的受力增大很多，对辅助桁架的设计增加了难度。
众所周知，吊车梁系统受力情况非常复杂。而且本工程的吊车吨位这么大，又全部都是重级工作制吊车。各节点连接及构造做法无法找到相关图集进行参考。只能在设计过程中多摸索，边设计，边学习。在此将设计过程中遇到的难题以及特别需要注意的地方做出总结。
吊车梁系统分为吊车梁、辅助桁架、制动板（或制动桁架）、下翼缘水平支撑以及垂直支撑的计算以及各构件之间连接的计算。其中，下翼缘水平支撑和垂直支撑、制动板的计算及连接计算比较简单，此处不再赘述。本文主要探讨吊车梁、辅助桁架的计算。
具体各构件的计算步骤及注意事项
荷载取值
吊车梁系统做为一个整体结构，主要受以下几种力的作用：
竖直方向力，包括：各构件本身自重，吊车轮传递的竖向力，制动板传来的活载，吊车梁系统下吊挂管道及其他设备的重量，辅助桁架上传来的墙面、屋面荷载。
横向水平力，包括：吊车传来的横向水平刹车力，辅助桁架上作用的墙面风荷载。
纵向水平力，包括：吊车纵向刹车力，山墙的风荷载通过抗风桁架传递的力，厂房纵向地震力等。
由此可知，吊车梁系统承受三个方向的力，受力情况、荷载组合多且杂。计算构件时容易漏算荷载，且各构件对于力的分配也比较难以分清，计算时最好列出表格，以避免荷载漏项等情况。
二、吊车梁的计算
吊车梁作为吊车梁系统中最重要的部分，承担了全部的吊车竖向力，同时还承受很大的横向和纵向水平力。除了计算强度、稳定、挠度外，还得验算疲劳应力。本工程中吊车梁由于柱距复杂，为了保证刚架柱的牛腿标高统一，所以将12米吊车梁做成等截面，18米吊车梁做成鱼腹式吊车梁，而6米的吊车梁则在支座处采用垫高的形式来保证吊车梁的端部高度。吊车梁的计算可以通过PKPM里面的吊车梁模块进行计算，相关内容可以参考PKPM说明书，此处不再详细说明步骤。
吊车梁设计时需要注意的问题：
6米跨和12米跨连接节点处，不适宜采用连接形式，这种形式的连接方式会将6米跨的吊车梁支座剪力传给12米跨的凸缘支座板。在小吨位吊车中，可以通过加厚12米吊车梁凸缘支座板来承受。当本工程吨位很大，凸缘支座板已经做到很厚，再加上6米跨的支座反力，对支座板的影响很大。强行加厚对结构不利。所以本工程中采用的形式，此种形式虽然钢材需要更多，但是更符合计算时的假定，对相邻跨的吊车梁凸缘支座板也没有影响，所以大吨位的吊车建议采用此种形式。
吊车梁上翼缘和刚架柱连接节点。以前小吨位的吊车都是采用图集05G514-4中的连接节点，用高强螺栓来传递吊车梁的支座处水平剪力。但本工程如果采用此种连接，需要的高强螺栓数目会很多，造成该节点处连接做法很难满足。另外高强螺栓的连接形式相对于计算时采用的两端简支的假定不太符合。因为高强螺栓还是能够传递一部分弯矩。针对本工程的情况，端部连接采用了下图的板铰连接。此种连接适用于大吨位的吊车，构造形式满足两端简支的要求。计算方法类似于承压型高强螺栓的方法。
吊车梁和制动板连接。吊车梁和制动板是采用高强螺栓连接，按照图集上的做法，是用间距100的高强螺栓连接。但是经过计算，本工程用间距150的M22的摩擦型高强螺栓就完全能够满足要求。可知，图集中的连接对于高强螺栓的使用较为浪费。而一个厂房如果长度较长，造成的浪费会很突出。所以，在今后的设计中，对于此处连接可以适当增大螺栓间距。
吊车梁中部和柱的连接。本工程的吊车梁高度都比较高，12米的吊车梁高度已经是3米左右。所以为了满足吊车梁的稳定，在吊车梁中部采用如下形式的连接来保证大高度吊车梁的平面外稳定。这种连接在小吨位吊车中是从来没有使用过的。
辅助桁架的计算
辅助桁架作为边列处吊车梁系统的重要组成部分，对吊车梁系统的整体稳定以及受力提供了很大的作用。从受力来说，辅助桁架除了要受到本身自重和制动板传来的竖向力之外，辅助桁架的上肢弦杆与吊车梁的上翼缘板、制动板组成的组合构件承担了吊车传来的横向水平刹车力。辅助桁架的上肢的截面抵抗距对吊车梁上翼缘板的受力起到了非常重要的作用。选用合适的截面能够有效的降低吊车梁的截面尺寸。除此之外，辅助桁架还要承受墙面的抗风柱传来的竖向、水平力和厂房纵向水平力以及在中间跨有高差时承受的屋面系统的荷载。
辅助桁架设计时需要注意的问题：
辅助桁架的高度及腹杆间距的确定。辅助桁架的高度一般都是按照同吊车梁高来确定，以方便下翼缘水平支撑、垂直支撑的连接。但根据受力情况也可以增大和减小高度。高度不一致时的节点连接可以参考图集中的做法。腹杆间距的确定应根据辅助桁架高度以及下翼缘水平支撑以及吊车梁加劲肋的间距来综合确定。一般做1.5米间距。当辅助桁架比较高时可以做到3米间距。此时注意下翼缘水平支撑的节点间距也相应调整。
和抗风柱的连接。辅助桁架和厂房墙面抗风柱位于同一位置，必然会有一个构件无法连续。考虑到抗风桁架的截面及承载能力相对于抗风柱要大的多，所以一般都是辅助桁架连续，而抗风柱在该处间断。这就需要在计算辅助桁架时，需要考虑到抗风柱传来的竖向力、横向水平力。按本工程的设计来看，这部分力对辅助桁架的影响还是比较小的，对辅助桁架的各杆件截面不起控制作用。
和屋面梁的连接。此种情况比较少见，在本工程中由于F轴线处的屋面有高差，屋面梁恰好需要支撑于辅助桁架上。这一部分的屋面荷载还是比较大的，辅助桁架在该位置需要做一个短柱以和屋面梁连接。
总结
由于篇幅所限，本文无法将吊车梁系统所有的构件、节点的计算步骤列出，只能挑选比较重要的构件以及大吨位吊车厂房中节点及其他做法和普通厂房吊车梁系统做法有明显区别的地方提出自己的看法。有关各构件及节点的详细计算方法请参考相关书籍及资料。