第3章起重机梁课程设计 3.1起重机梁系统的截面组成 根据起面机梁所号的益拔，冰须将起面机梁上翼缘加强或设置制动系续以承担起面机的 横向水平力。当跨度及荷载很小时，可采用型钢梁（工字钢或H型钢加焊钢板 ,角钢或 钢)。当起重机额定起重量Q≤30OkN,跨度I≤6m时，可以将起重机梁的上翼缘加强，使 它在水平面内具有足够的抗弯强度和刚度。对于跨度或起重量较大的起重机梁，应设置制动 柔或制动桁架。图31α是一个边列柱的起重机梁，设置有钢板和槽钢组成的制动梁：起重 机梁的上翼缘为制动梁的内翼缘，槽钢则为制动梁的外翼缘。制动梁的宽度不宜小于 1.0-1.5如，宽度较大时宜采用制动桁架，如图31b所示 制动桁架是用角钢组成的平行 桁架。起重机梁的上翼缘兼作制动桁架的弦杆。制动梁和制动桁架统称为制动结构。制动绘 构不但用以承受横向水平荷载，保证起重机梁的整体稳定，并且可作为检修走道。制动梁腹 板（兼作走道板）宜用花纹钢板以防行走滑倒，其厚度一般为6-0mm,走道的活荷载一般 按2kN/m2考虑. A6A8级起重机垫，当其跨度≥12m.成A1A5级起重机梁，蓝度≥18m为了增加 起重机梁和制动结构的整体刚度和抗扭性能，对边列柱的起重机梁宜设置与起重机梁平行的 垂直辅助桁架，并在辅助桁架和起重机梁之间设置水平支撑和垂直支撑，如图31b所示。 垂直支撑虽然对增加整体刚度有利，但在起重机梁竖向变位的影响下，容易受力过大而破坏， 因此应避免设置在靠近梁的跨度中央处。对柱的两侧均有起重机梁的中列柱，则应在两起重 机梁间设留制动结构、水平支撞和垂直支撑。 图3-1焊接起重机梁的截面形式和制动结构 3.2起重机梁系统的荷载及内力计算 起重机梁直接承受由起重机产生的三个方向的荷载：竖向荷载、横向水平荷载和纵向水 平荷载。竖向荷载包括起重机系统和起重物的自重以及起重机梁系统的自重 当起重机沿 道运行、起吊、卸载等时，将引起起重机梁的振动：且当起重机越过轨道接头处的空隙时 还将发生撞击，这些根动和撞击都将对梁产生动力效应，使梁受到的起重机轮压值大于静荷 轮压值。设计中将竖向轮压的动力效应用加大轮压值的方法加以考虑。 (1)起重机最大轮压 起重机的竖向标准荷载为起重机的最大轮压标准值，可在起重机产品规格中直接查得
第 3 章 起重机梁课程设计 3.1 起重机梁系统的截面组成 根据起重机梁所受的荷载，必须将起重机梁上翼缘加强或设置制动系统以承担起重机的 横向水平力。当跨度及荷载很小时，可采用型钢梁（工字钢或 H 型钢加焊钢板、角钢或槽 钢）。当起重机额定起重量 Q≤300kN，跨度 l≤6m 时，可以将起重机梁的上翼缘加强，使 它在水平面内具有足够的抗弯强度和刚度。对于跨度或起重量较大的起重机梁，应设置制动 梁或制动桁架。图 3-1α是一个边列柱的起重机梁，设置有钢板和槽钢组成的制动梁；起重 机梁的上翼缘为制动梁的内翼缘，槽钢则为制动梁的外翼缘。制动梁的宽度不宜小于 1.0~1.5m，宽度较大时宜采用制动桁架，如图 3-1b 所示。制动桁架是用角钢组成的平行弦 桁架。起重机梁的上翼缘兼作制动桁架的弦杆。制动梁和制动桁架统称为制动结构。制动结 构不但用以承受横向水平荷载，保证起重机梁的整体稳定，并且可作为检修走道。制动梁腹 板（兼作走道板）宜用花纹钢板以防行走滑倒，其厚度一般为 6~l0mm，走道的活荷载一般 按 2kN/m2 考虑。 A6~A8 级起重机梁，当其跨度≥12m，或 A1~A5 级起重机梁，跨度≥18m，为了增加 起重机梁和制动结构的整体刚度和抗扭性能，对边列柱的起重机梁宜设置与起重机梁平行的 垂直辅助桁架，并在辅助桁架和起重机梁之间设置水平支撑和垂直支撑，如图 3-1b 所示。 垂直支撑虽然对增加整体刚度有利，但在起重机梁竖向变位的影响下，容易受力过大而破坏， 因此应避免设置在靠近梁的跨度中央处。对柱的两侧均有起重机梁的中列柱，则应在两起重 机梁间设置制动结构、水平支撑和垂直支撑。 图 3-1 焊接起重机梁的截面形式和制动结构 3.2 起重机梁系统的荷载及内力计算 起重机梁直接承受由起重机产生的三个方向的荷载：竖向荷载、横向水平荷载和纵向水 平荷载。竖向荷载包括起重机系统和起重物的自重以及起重机梁系统的自重。当起重机沿轨 道运行、起吊、卸载等时，将引起起重机梁的振动；且当起重机越过轨道接头处的空隙时， 还将发生撞击，这些振动和撞击都将对梁产生动力效应，使梁受到的起重机轮压值大于静荷 轮压值。设计中将竖向轮压的动力效应用加大轮压值的方法加以考虑。 （1）起重机最大轮压 起重机的竖向标准荷载为起重机的最大轮压标准值，可在起重机产品规格中直接查得
计算起重机梁的强度时，应乘以荷载分项系数=1.4：同时还应考虑起重机的动力作用，乘 以动力系数。对悬挂起重机（包括电动葫芦）及工作级别为A1~A5的软钩起重机， 动力系 数取1.05：对工作级别为A6~A8的软钩起重机、硬钩起重机和其它特种起重机，动力系数 可取1.1。 (2)起重机横向水平力 起重机的横向水平荷载依《建筑结构荷载规范》GB50009的规定可取起重机上横行小 车重量g与额定起重量Q的总和，并乘以下列百分数： 软钩起重机：额定起重量Q≤10kN时，取12% 额定起重量Q-150kN-500kN时，取10%： 额定起重量O≥750kN时，取8%： 硬钧起重机：取20%： 横向水平荷载应等分于桥架的两端，分别由轨道上的车轮平均传至轨道，其方向与轨道 垂直 并考虑正反两个方向的刹车情况 悬挂起重机的水平荷载应由支撑系统承受，可不计算：手动起重机及电动葫芦可不考虑 水平荷载。 对工作级别为A6~A8的起重机，由于起重机梁轨道容易磨损，卡轨力应子加大，因此 《钢结构设计规范》GB50017规定在计算工作级别为A6A8的起重机梁（起重机桁架） 平力不与 由下式进行计算： Hk=ax P.m (3-1) 式中 P一一起重机最大轮压标准值： 一系数，对一般软钩起重机=0.1，抓斗或磁盘起重机宜采用α=0.15，硬钩 起重机宜采用a0.2。 吊车梁的内力计算应根据弯矩、剪力影响线原理找出荷载的最不利位置。具体计 算时，可参考钢结构设计手册进行。 3.3起重机梁的截面设计 求出起重机梁最不利的内力之后，焊接起重机梁的初选截面方法与普通焊接梁相似，但 起重机梁的上翼缘同时受有起重机横向水平荷载的作用，需注意两点： ①起重机梁所需截面模量按下式计算： (3.2) 式中 一考虑横向水平荷载作用的系数，取0.7~0.9（工作级别为A6~A8的起重机 取偏小值，A1~A5的起重机L取偏大值)： M 一两台起重机竖向荷载产生的最大弯矩设计值 ②起重机梁的最小高度由下式确定：
计算起重机梁的强度时，应乘以荷载分项系数 γQ=1.4；同时还应考虑起重机的动力作用，乘 以动力系数。对悬挂起重机（包括电动葫芦）及工作级别为 A1~A5 的软钩起重机，动力系 数取 1.05；对工作级别为 A6~A8 的软钩起重机、硬钩起重机和其它特种起重机，动力系数 可取 1.1。 （2）起重机横向水平力 起重机的横向水平荷载依《建筑结构荷载规范》GB50009 的规定可取起重机上横行小 车重量 g 与额定起重量 Q 的总和，并乘以下列百分数： 软钩起重机：额定起重量 Q≤100kN 时，取 12%； 额定起重量 Q=150kN~500kN 时，取 10%； 额定起重量 Q≥750kN 时，取 8%； 硬钩起重机：取 20%； 横向水平荷载应等分于桥架的两端，分别由轨道上的车轮平均传至轨道，其方向与轨道 垂直，并考虑正反两个方向的刹车情况。 悬挂起重机的水平荷载应由支撑系统承受，可不计算；手动起重机及电动葫芦可不考虑 水平荷载。 对工作级别为 A6～A8 的起重机，由于起重机梁轨道容易磨损，卡轨力应予加大，因此 《钢结构设计规范》GB50017 规定在计算工作级别为 A6~A8 的 起重机梁（起重机桁架） 及其制动结构的强度、稳定以及连接强度时，应考虑由起重机摆动引起的横向水平力（此水 平力不与荷载规范规定的横向水平荷载同时考虑），作用于每个轮压处的此水平力标准值可 由下式进行计算： Hk = a Pk，max （3-1） 式中 Pk，max ——起重机最大轮压标准值； ——系数，对一般软钩起重机 =0.1，抓斗或磁盘起重机宜采用 =0.15，硬钩 起重机宜采用 =0.2。 吊车梁的内力计算应根据弯矩、剪力影响线原理找出荷载的最不利位置。具体计 算时，可参考钢结构设计手册进行。 3.3 起重机梁的截面设计 求出起重机梁最不利的内力之后，焊接起重机梁的初选截面方法与普通焊接梁相似，但 起重机梁的上翼缘同时受有起重机横向水平荷载的作用，需注意两点： ①起重机梁所需截面模量按下式计算： f M W x nx max = （3-2） 式中 ——考虑横向水平荷载作用的系数，取 0.7~0.9（工作级别为 A6～A8 的起重机 取偏小值，A1～A5 的起重机取偏大值）； M x max ——两台起重机竖向荷载产生的最大弯矩设计值。 ②起重机梁的最小高度由下式确定：
612 (3-3) 式中。，一为竖向青段标准值产生的应力，可用。，一从业进行然算。这里M为起重 W 机梁在自重和一台起重机竖向荷载标准值作用下的最大弯矩：W为由式 (3-2)计算的截面模量 ),]一一挠度的容许值。 制动结构的截面可参考钢结构设计手册预先假定。 无制动结构： W (3-4) 有制动梁时： =+= (3-5 W Wi 有制动析架： (3-6) W 下翼缘的正应力按下列计算： M感纣 o=W (3-7) 式中 W小W2一一起重机梁对x轴的上部及下部纤维的净截面模量： W一一起重机梁上翼缘截面（包括加强板、角钢或槽钢）对y轴的净截面模量： W一一制动梁截面对y轴起重机梁上翼缘外边缘纤维的截面模量： Aw一一起重机柔上翼缘及151腹板的净截面面积之和： M、Mm 一一分别为起重机竖向荷载及横向水平力产生的计算弯矩： N一一横向水平荷载或摇摆力在起重机梁上翼缘所产生的轴向压力： N= (3-8) b
5 [ ] 2 min T k E l h = （3-3） 式中 k ——为竖向荷载标准值产生的应力，可用 nx xk k W M 1 = 进行估算，这里 M xk1 为起重 机梁在自重和一台起重机竖向荷载标准值作用下的最大弯矩； Wnx 为由式 （3-2）计算的截面模量。 T ——挠度的容许值。 制动结构的截面可参考钢结构设计手册预先假定。 （1）强度验算 上翼缘的正应力按下列公式计算： 无制动结构： ny y nx x W M W M max 1 max = + ≤f （3-4） 有制动梁时： 1 max 1 max ny y nx x W M W M = + ≤f （3-5） 有制动桁架： ny nf y nx x A N W M W M = + + max 1 max ≤f （3-6） 下翼缘的正应力按下列计算： 2 max nx x W M = ≤f （3-7） 式中 Wnx1、Wnx2 ——起重机梁对 x 轴的上部及下部纤维的净截面模量； Wny ——起重机梁上翼缘截面(包括加强板、角钢或槽钢)对 y 轴的净截面模量； Wny1 ——制动梁截面对 1 y 轴起重机梁上翼缘外边缘纤维的截面模量； Anf ——起重机梁上翼缘及 w 15t 腹板的净截面面积之和； M x max、M y max ——分别为起重机竖向荷载及横向水平力产生的计算弯矩； N ——横向水平荷载或摇摆力在起重机梁上翼缘所产生的轴向压力； b M N y max = （3-8）
式中 b一一起重机梁与铺助桁架或起重机梁与起重机梁轴线间水平距离： M一一起重机横向水平荷载或摇摆力对制动桁架在起重机梁上翼缘产生的局部弯 矩，可近似地按(1/314)计算：T为作用于一个起重机轮上的横向水平荷载或摇摆 力：a为制动桁架节间长度。 剪应力： r-VmS5h (3-9) It. 式中 Vx一一梁支座处最大剪力： S一一梁中和轴以上毛截面对中和轴的面积矩： 1一一梁毛截面惯性矩： 1一一腹板厚度。 腹板计算高度上边缘的局部承压强度应按下式计算： (3-10) 式中 1,一一集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度，按下式计算： 1.=a+5h,+2h (3-11) a一一集中荷载沿梁跨度方向的支承长度，对钢轨上的吊车轮可取为50mm: h,一一自梁顶面至腹板计算高度上边缘的距离（对焊接梁即翼缘板厚度）： h一—轨道的高度。 此外，还应验算起重机梁上翼缘与腹板交界处的折算应力： VG2+o2-oo。+3r2≤B/ (3-12) h 式中 M as t-T S B,一系数，当o与0异号时，取B=12:当0与0同号时，取B=1.1: h一—梁的高度： h一一腹板高度： S,一一计算点以上毛截面（起重机梁上翼缘）对中和轴的面积矩 (2)整体稳定验算 无制动结构时，按下式验算梁的整体稳定性：
式中 b ——起重机梁与辅助桁架或起重机梁与起重机梁轴线间水平距离； M ——起重机横向水平荷载或摇摆力对制动桁架在起重机梁上翼缘产生的局部弯 矩，可近似地按 M=（1/3~1/4）Ta 计算；T 为作用于一个起重机轮上的横向水平荷载或摇摆 力；a 为制动桁架节间长度。 剪应力： w It V S max = ≤fv （3-9） 式中 Vmax ——梁支座处最大剪力； S ——梁中和轴以上毛截面对中和轴的面积矩； I ——梁毛截面惯性矩； w t ——腹板厚度。 腹板计算高度上边缘的局部承压强度应按下式计算： w z c t l F = ≤f （3-10） 式中 F ——考虑动力系数的起重机最大轮压的设计值； ——对工作级别为 A6～A8 的起重机梁取 1.35；其他情况取 1.0； z l ——集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度，按下式计算： z a hy hR l = + 5 + 2 （3-11） a——集中荷载沿梁跨度方向的支承长度，对钢轨上的吊车轮可取为 50mm； y h ——自梁顶面至腹板计算高度上边缘的距离(对焊接梁即翼缘板厚度)； R h ——轨道的高度。 此外，还应验算起重机梁上翼缘与腹板交界处的折算应力： 2 2 2 + − + 3 c c ≤β1f （3-12） 式中 nx w w It VS h h W M 2 1 max = ， = ； 1——系数，当 与 c 异号时，取 1 =1.2；当 与 c 同号时，取 1 =1.1； h ——梁的高度； w h ——腹板高度； 2 S ——计算点以上毛截面（起重机梁上翼缘）对中和轴的面积矩。 （2）整体稳定验算 无制动结构时，按下式验算梁的整体稳定性：
M+M (3-13) WW. 式中 W,一一按起重机梁受压纤维确定的对x轴的毛截面模量 W,一一上翼缘对y轴的毛截面模量： 一梁的整体稳定系数 当采用制动梁或制动桁架时，梁的整体稳定能够保证，可不必验算。 (3)局部稳定验算 腹板局部稳定的计算原理和方法参见钢结构设计手册或教材，起重机梁腹板除承受弯矩 产生的正应力和剪应力外，尚承受起重机最大垂直轮压传来的局部压应力。 4)刚度验 验算起重机梁的刚度时，应按效应最大的一台起重机的荷载标准值计算，且不乘以动力 系数。起重机梁在竖向的挠度可按下式近似计算： M )= -≤[，] (3.14) 10EL, 对工作级别为A6一A8的起重机梁除计算竖向的刚度外，还应按下式验算其水平方向的 刚度 M 1= 10E≤20 (3-15) 式中 M4m一一竖向荷载标准值作用下梁的最大弯矩 Mtm一一跨内一台起重量最大起重机横向水平荷载标准值作用下所产生的最大 弯矩 Ix- 一制动结构截面对形心轴的毛截面惯性矩。对制动桁架应考虑腹杆变形的 影响，I乘以0.7的折减系数： [山]一一挠度的容许值。 3.4起重机梁的连接和构造 起重机梁下翼缘与框架柱的连接，一般采用M20-M26的普通螺栓固定。螺栓上的垫板 厚度约取16-18mm。 当起重机梁位于设有柱间支撑的框架柱上时（见图3-2），下翼缘与柱肩梁间应另加连 接板用焊缝或高强度螺栓连接，按承受起重机纵向水平荷载和山墙传来的风力进行计算。 起重机梁上翼缘与柱的连接应能传递全部支座处的水平反力。同时，对工作级别为A6 A8的起重机梁应注意采取适宜的构造措施，减少对起重机梁的约束，以保证起重机梁在简
y y b x x W M W M max max + ≤f （3-13） 式中 Wx ——按起重机梁受压纤维确定的对 x 轴的毛截面模量； Wy ——上翼缘对 y 轴的毛截面模量； b——梁的整体稳定系数。 当采用制动梁或制动桁架时，梁的整体稳定能够保证，可不必验算。 （3）局部稳定验算 腹板局部稳定的计算原理和方法参见钢结构设计手册或教材，起重机梁腹板除承受弯矩 产生的正应力和剪应力外，尚承受起重机最大垂直轮压传来的局部压应力。 （4）刚度验算 验算起重机梁的刚度时，应按效应最大的一台起重机的荷载标准值计算，且不乘以动力 系数。起重机梁在竖向的挠度可按下式近似计算： x xk EI M l 10 2 max = ≤ [ ] T （3-14） 对工作级别为 A6～A8 的起重机梁除计算竖向的刚度外，还应按下式验算其水平方向的 刚度： 1 2 max 10 y yk EI M l u = ≤ 2200 l （3-15） 式中 M xk max ——竖向荷载标准值作用下梁的最大弯矩； M yk max ——跨内一台起重量最大起重机横向水平荷载标准值作用下所产生的最大 弯矩； y1 I ——制动结构截面对形心轴 y1 的毛截面惯性矩。对制动桁架应考虑腹杆变形的 影响， y1 I 乘以 0.7 的折减系数； T ——挠度的容许值。 3.4 起重机梁的连接和构造 起重机梁下翼缘与框架柱的连接，一般采用 M20~M26 的普通螺栓固定。螺栓上的垫板 厚度约取 16~18mm。 当起重机梁位于设有柱间支撑的框架柱上时（见图 3-2），下翼缘与柱肩梁间应另加连 接板用焊缝或高强度螺栓连接，按承受起重机纵向水平荷载和山墙传来的风力进行计算。 起重机梁上翼缘与柱的连接应能传递全部支座处的水平反力。同时，对工作级别为 A6～ A8 的起重机梁应注意采取适宜的构造措施，减少对起重机梁的约束，以保证起重机梁在简