【国家标准(GB)】 塔式起重机设计规范

中华人民共和国国家标准
塔式起重机设计规范
Design rules for tower cranes主题内容与适用范围
GB/T 13752--92
本标准规定了塔式起重机设计计算应该遵守的基本准则和计算方法。凡经理论和实践证明是正确可靠的其他计算方法也可采用。本标准适用于各种型式、各种用途的电力驱动塔式起重机。本标准不适用于由汽车式、轮胎式和履带式起重机改型的塔式起重机。2引用标准
GB1591
优质碳素结构钢技术条件
碳素结构钢
旋转电机基本技术要求
气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本型式与尺寸埋弧焊焊缝坡口的基本型式和尺寸低压电器基本试验方法
低合金结构钢
GB10051.1
起重吊钩机械性能、起重量、应力及材料GB1231
GB1300
GB3077
钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件焊接用钢丝
合金结构钢技术条件
GB 3098.1
GB3323
GB3632
GB3811
GB 5117
GB 5118
GB 5144
GB 10054
GB10055
GB 11352
紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副型式尺寸起重机设计规范
碳钢焊条
低合金钢焊条
建筑塔式起重机安全规程
施工升降机技术条件
施工升降机安全规则
一般工程用铸造碳钢件
J3建筑卷扬机设计规范
JJ12.1建筑机械焊缝质量规定
TJ7工业与民用建筑地基基础设计规范JJ40塔式起重机限矩型液力偶合器国家技术监督局1992-11-05批准1993-05-01实施
GB/T 13752—92
JJ75起重设备吊钩防脱棘爪的设计要求3符号、代号
3.1载荷
F——集中载荷，力；
p——压强;
M弯矩，力矩；
T-转矩。
3.2验算的限定值
α-—计算拉、压应力；
［—材料的许用应力；
材料的屈服点；wwW.bzxz.Net
一材料的抗拉强度；
-材料标准拉力试验残余应变达0.2%时的试验应力；计算剪切应力；
材料的剪切许用应力：
疲劳强度限；
一材料的弹性模量；
-结构件的许用长细比；
结构件的长细比：
一最大计算拉、压应力幅；
一最大计算剪切应力幅；
拉、压疲劳许用应力幅；
［t.}——剪切疲劳许用应力幅。3.3几何参数
长度，距离；
高度；
D,d——直径；
半径；
宽度；
e——偏心距；
I.——截面惯性矩;
J—转动惯量；
W—结构件截面抗弯模量，
A结构的迎风面积,结构件的截面积；p
螺纹螺矩，绳槽节距；
α—厚度；
——位移；
一角度；
-容积。
3.4计算系数
无量纲系数；
安全系数；
K载荷谱系数;
K。结构应力谱系数；
K，——机构载荷谱系数；
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摩擦系数，结构件长度系数；
a,β,f—-系数;
Cs柔度；
Cw---风力系数；
一钢丝绳选择系数；
端部弯矩不等的折减系数；
CH横向载荷弯矩系数；
结构充实率；
——挡风折减系数；
-—轴心受压结构件稳定系数;
一轴压稳定修正系数；
-受弯结构件侧向届曲稳定系数；一起升种击系数；
起升动载系数；
卸载冲击系数；
一运行冲击系数；
动载系数；
———-动载系数;
一弹性振动载荷系数；
X-应力循环特性。
3.5其他
—速度；
a-—加速度；
t——时间,温度;
i—传动比；
p-功率；
1———电流；
U—电压；
n效率;
m~质量,指数;
一数目，启动次数；
一工作循环次数，应力循环次数；一电动机计算转差率；
n-转速，零部件数目，
一相位角。
4总则
4.1工作级别
塔式起重机划分工作级别可作为设计人员进行设计计算的依据，此外还作为技术参数依据提供用693
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户参考。用户可以按照实际使用条件正确地选择或预订塔式起重机。4.1.1工作级别的划分
塔式起重机工作级别与它的利用等级（工作繁忙程度）和载荷状态（受载的轻重和频繁程度）有关。4.1.1.1利用等级
利用等级表明塔式起重机使用的频繁程度，以其在设计寿命期内应完成的总工作循环数N，表征。本标准规定，从一个载荷（物品）准备起升时开始，到下一个载荷（物品）准备起升时为止的全过程作为塔式起重机的一个工作循环。塔式起重机设计寿命应根据其用途、技术、经济及淘汰更新等因素而定，一般可按1530年计算。按总工作循环数N，的不同，塔式起重机可分为5个利用等级，见表1。表1塔式起重机利用等级
利用等级
4.1.1.2载荷状态
总工作循环数N.
1.25×105
5×105
不经常地使用
经常轻闲地使用
经常中等地使用
载荷状态表明塔式起重机受载的轻重频繁程度，可分为三种状态，见表2。它与每次起吊时起升载)和各个起升载荷 F.作用下的工作循环次数 M:对总工作循环数 N,之比荷对额定起升载荷之比（
(α）有关。表达这种关系的线图称为载荷谐。当塔式起重机受载情况不明时，应与用户协商，根据用途N
按表2确定载荷状态。当受载情况已知时，应按公式（1）计算实际载荷谱系数K：，再按表2选取接近且较大的名义载荷谱系数值来确定载荷状态。N?F
式中K.载荷谱系数;
N—载荷 F作用下的工作循环次数,N.=Ni,N2,,N.N,总工作循环数.N.=ZN-Ni+N?++N.;F,第i个起升载荷,F;=Fi,F2,..,FnFmax
载荷状态
额定起升载荷；
指数,取m=3。
表2塔式起重机的载荷状态
名义载荷谱系数K
4.1.1.3工作级别的划分
很少承受额定载荷，一般承受轻微载荷有时承受额定载荷，一般承受中等载荷经常承受额定载荷，般承受较重载荷根据利用等级和载荷状态的不同，可将塔式起重机分为6种工作级别，见表3所示。1i94
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塔式起重机工作级别举例见附录C（参考件）。表3塔式起重机工作级别
载荷状态
名义载荷
谱系数K
4.1.2塔式起重机分类
塔式起重机按用途的不同可分为表4所列三种类型。利用等级
表4塔式起重机分类
不经常使用或属轻级载荷状态的塔式起重机建筑塔式起重机
经常使用或具有重级载荷状态的塔式起重机每类塔式起重机所属工作级别按表5划分。表5各类塔式起重机工作级别
4.2载荷
利用等级
U,至U
U,和U
U至U。
工作级别
载荷状态
Q和Q2
Q，和Q：
工作级别
作用在塔式起重机上的载荷分为四类，即基本载荷、附加载荷、特殊载荷和其他载荷4.2.1基本载荷
基本载荷是正常工作时始终或经常作用在塔式起重机上的载荷，包括自重载荷、起升载荷、各种动载荷和离心力。
4.2.1.1自重载荷F
自重载荷是塔式起重机各部分的重力，不包括4.2.1.2条规定的重力。起升钢丝绳的质量按起升高度计算，其重力的50%作为自重载荷。b．当从地面提升起升质量时，塔式起重机结构受到的振动激励以起升冲击系数虹乘以自重载荷F。加以考虑。虾按公式(2)计算。Φ = 1.0±k
式中,k，
-系数，k。在0～0.1之间选取。(2）)
虹应取两个数值，以便考虑振动波形的上、下限，找到结构构件和机构零件的最大载荷，见附录D（参考件）。
4.2.1.2起升载荷Fc
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4.2.7.2.1起升载荷是起升质量即塔式起重机总起重量的重力。起升钢丝绳的质量按起升高度计算，其重力的50%作为起升载荷。4.2.1.2.2当从地面提升起升质量时，塔式起重机受到的动载荷作用以起升动载系数蚁乘以起升载荷F。加以考虑。可按表6选取。表6起升动载系数
起升等级
U≤0.2m/s
uh>0. 2 m/s
1. 00+0. 2( -0. 2)
1.05+0. 4(—0.2)
1.10+0.6(h—0.2)
注：①HC～HC3是根据塔式起重机的用途和动态特性划分的起升等级，见附录C（参考件）。②是按电动机未受载的稳定转速计算的取物装置的稳定起升速度，m/s。③虹可根据理论分析或试验确定，这时不考虑起升等级。①当 >mx时取 d= pa
4分为正常操作情况（2n)和异常操作情况（42e）：正常操作情况，Φ2n：
a。当一个稳定的慢速可以由司机选择时，则以该速度确定中2。b.对无级控制系统，按表6中wr≤0.2m/s确定中zn。异常操作情况，中2e：
a.对上述正常操作情况a，条，按电动机未受载情况下的最大转速计算h，确定2e。yamax
b．对上述正常操作情况b.条，按电动机未受载情况下的最大转速的0.5倍以上计算，确定e。4.2.1.2.3考虑悬吊的起升物品突然全部或部分卸除时产生的动载荷作用，以卸载冲击系数乘以起升载荷F。加以考虑。按公式（3)计算。Am
+ = 1 — 1. 5 4
式中：△m一一起升质量的卸除部分，kg；m
一起升质量，kg。
4.2.1.3运行冲击载荷
（3）
塔式起重机或其起重小车运行时，由于轨道不平整而产生的冲击载荷以运行冲击系数虾乘以自重载荷F和起升载荷F。加以考虑。虹按表7选取。表7运行冲击系数中
运行速度，m/s
4.2.1.4传动机构加（减）速引起的载荷a.
冲击系数内
由于传动机构加(减）速（如机构启动或制动)时承载结构或机构中的载荷可通过刚体动力学方法计算，见附录E（参考件）。计算时假定起升质量固定在起重臂端部或起重小车上。b．为了考虑系统在加减）速过程中弹性振动使载荷增大的影响，由传动机构驱动力引起的载荷变化值△F应乘以动载系数虾并与加（减)速前的载荷F代数相加，即F=F)+邮AF。696
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值与机构驱动力（制动力）变化情况、系统刚度、质量分布和钢丝绳悬挂系统有关，其范围是：12
当力的变化平稳时，取小值：力的变化突然时，取大值，见附录E（参考件）。对离心力取一1.0。
4.2.1.5离心力F
塔式起重机回转时，其部件质量和起升质量将产生离心力，计算时应取最不利位置。4.2.1.6坡度载荷Fl
应考虑轨道坡度或支承面倾斜、沉陷产生的载荷。在校核抗倾翻稳定性和防风抗滑安全性时，轨道或支承面倾斜度按1%计算。在校核承载结构和机构零件时，上述倾斜度按0.5%计算。对于设置良好的永久性基础，可不计及坡度。4.2.2附加载荷
附加载荷是正常工作时不经常作用在塔式起重机上的载荷，即工作状态下的风载荷、温度载荷。4.2.2.1工作状态风载荷Fw
本标准规定，风载荷是可沿任意方向作用的水平力。4.2.2.1.1风载荷计算
风载荷按公式(4)计算。
Fw = Cw pwA
式中：Fw一一作用在塔式起重机上和物品上的风载荷（Fw1,Fw2),NCw—-风力系数，按4.2.2.1.3条确定；pw——计算风压，按4.2.2.1.2条计算，Pa；A
一垂直于风向的迎风面积，按4.2.2.1.4条计算，m2。在确定载荷组合时假定风载荷是作用在最不利位置上。4.2.2.1.2计算风压pw
a．在空旷地区，离地面高度10m处的风压与风速的关系可按公式(5)计算。pw = 0.613vz
式中:pw-
计算风压,Pa:
-风速，m/s。
b。工作状态计算风压分为两种：pw1、pw2。+（4)
（5）
Pwi是正常工作状态计算风压，用于选择电动机功率的阻力计算和机械零部件的疲劳强度和发热验算,pwi=150 Pa。
Pw2是工作状态最大计算风压，用于计算机构零件和金属结构的强度、刚度和稳定性，验算传动装置过载能力和整体抗倾翻稳定性，pw2=250Pa。特殊情况下，如特殊用途或用于风力较大地区，可按用户与制造厂协议规定更高的计算风压值。4.2.2.1.3风力系数Cw
a。单片结构和单根构件的风力系数Cw按表8选取。697
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b，两片平行平面架组成的空间结构，其整体结构的风力系数可取单片结构的风力系数，而总的迎风面积按4.2.2.1.4条计算。
c．风对着矩形截面空间结构对角线方向吹，当矩形截面边长比小于2时，风载荷取为风向着矩形长边作用时的1.2倍，当矩形截面的边长比等于或大于2时，取为风向着矩形长边作用的风力。d．三角形截面空间结构的风载荷按其垂直于风向的投影面积所受风力的1.25倍计算。上下弦杆为方形钢管、腹杆为圆钢管的三角形截面空间结构（如水平梁式臂架），在侧向风作用下，取风力系数Cw=1.3。
4.2.2.1.4迎风面积A
迎风面积按结构件在与风向垂直平面上的投影面积计算。a.
式中:A-
单片结构的迎风面积A可按公式(6)计算。A wAl
结构的迎风面积，m\；
结构充实率，按表9选取；
-结构外形轮廓面积，如图1所示，m。(6）)
对两片并列等高的型式相同的结构，考虑前片对后片的挡风作用，总迎风面积按公式（7)计算。b.
表8单片结构的风力系数Cw
结构型式
型钢制成的平面桁架（充实率u=0.3～0.6)型钢、钢板、型钢梁、钢板梁和箱形截面构件圆管及管结构
封闭的司机室、机器房、电器柜、平衡重、钢丝绳及物品等t/h
注：①表中1为结构或结构件的长度，m;h为其迎风面的高度，md为管子外径，m。②司机室在地面上，Cw取1.1。司机室悬空，Cw取1.2。698
受风结构类型和物品
式中:A,-
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表9结构的充实率
实体结构和物品
型钢制成的桁架
钢管架结构
At=l-h
图1结构的面积轮廓尺寸示意图
A = A +rA
前片结构的迎风面积，A,uA,m2；A2——后片结构的迎风面积，A2=2A12,m2；1.0
0. 3~~0. 6
0. 2~0. 4
一两片相邻桁架前片对后片的挡风折减系数，与前片桁架充实率l及两片桁架间隔比1./h（图2)有关，按表10选取。
并列结构挡风折减系数n
间隔比
桁架结构挡风折减系数！
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c。n片型式、尺寸相同耳间隔相等的并列结构（图3)，在纵向风力作用下，总迎风面积按公式(8)计算。
A=(1+n+++-1)aAn
式中:站一
一第一片结构的充实率；
一第一片结构的外形轮廓面积，m2。A
图3n片并列结构
d．起吊的物品的迎风面积按实际外形尺寸计算。当迎风面积无法确定时，作用在物品上的风载荷按额定起重量重力的3%计算，沿最不利载荷组合方向水平作用于物品上，但其值不小于500N。4.2.2.2温度载荷
一般不考虑温度载荷。特殊用途需要时，按用户与制造厂的协议规定计算。4.2.3特殊载荷
特殊载荷是偶然作用在塔式起重机上的载荷，包括非工作状态下的风载荷、试验载荷、工作状态下的碰撞载荷。在疲劳强度计算中不考虑特殊载荷的作用。4.2.3.1非工作状态风载荷Fw3
非工作状态风载荷按公式(9)计算。Fw3 CwPwA
式中：Fw3——作用在塔式起重机上的风载荷,N;Pw。——计算风压,按表 11 选取,Pa；Cw，A-——按4.2.2.1条规定。
表11计算风压pw3
离地面高度，m
>20～100
注：①表中pw3-800Pa相当于上海地区风压值。pwasPa
②特殊情况下，如在可能出现更大暴风地区使用，可按用户与制造厂协议规定更高计算风压。4.2.3.2试验载荷F，
(９）
试验载荷是塔式起重机性能试验时所受的超载载荷，分静态试验载荷Fa和动态试验载荷F&。静态试验载荷F。按额定起重量的1.25倍计算：动态试验载荷Fa按额定起重量的1.1倍计算。700
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计算时，动态试验载荷Fa应乘以动载系数邮。按公式（10)计算。 = 0. 5(1 + p2n)
式中：2n—起升动载系数，见4.2.1.2条。4.2.3.3碰撞载荷F。
（10）
塔式起重机或起重小车与缓冲器碰撞时，作用在结构上的碰撞载荷F。按缓冲器吸收的动能计算，碰撞瞬间之前塔式起重机或起重小车的运行速度取为0.7～1.0倍最大正常工作速度。在设有可靠的自动减速控制装置时取小值。
碰撞载荷F。可按刚体运动模型计算（不考虑悬吊物品的影响），并乘以弹性振动载荷系数虹考虑系统弹性振动的影响。对于塔式起重机常用的弹簧缓冲器，可取邮为1.25；对其他缓冲器，按其性能虾在1.25~1.6之间选取。
4.2.3.4突然停机引起的载荷
由于突然停机（如停电等）引起的载荷按4.2.1.4条规定计算，计算时按停机瞬间机构处于最不利工况考（即机构加、减速和起升载荷的最不利组合）。此时Φ在1.5～2之间选取。4.2.4其他载荷
其他载荷包括安装载荷、工作平台和通道所受的载荷和运输载荷。4.2.4.1安装载荷
必须根据塔式起重机构造型式和安装架设、拆卸程序计算各个阶段的安装载荷，计算时取计算风压pwe为100 Pa。
4.2.4.2工作平台和通道上的载荷在可能存放物料、工具的工作平台上，按承受3000N集中载荷计算；对只作通道用的结构，按承受1500N集中载荷计算；栏杆按1000N水平集中载荷计算。4.2.4.3运输载荷
运输载荷指塔式起重机运输时，其部件（如整体拖运轮组）所受载。在计算时，应考虑运输状态实际动载荷的影响。
4.3抗倾翻稳定性
4.3.1验算工况
塔式起重机抗倾翻稳定性应按表12所列工况进行校核。安装架设和拆卸过程中抗倾翻稳定性应根据塔式起重机构造型式和装、拆程序对各个阶段的危险状态进行校核。
表12验算工况
1基本稳定性
2动态稳定性
3暴风侵袭
4突然卸载
工作状态、静态、无风
工作状态、动态、有风
非工作状态
工作状态，料斗卸载
注：起重臂能随风回转的塔式起重机，工况3的风向由平衡重吹向起重臂方向。4.3.2抗倾翻稳定性校核
表12各工况的稳定条件规定为，塔式起重机及其部件的位置，载荷的数值和方向取最不利组合条701
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件下，包括自重载荷在内的各项载荷对倾翻边的力矩代数和大于零（即ZM大于零），则认为该塔式起重机是稳定的。起稳定作用的力矩符号为正，起倾翻作用的力矩符号为负。校核时，各项载荷应乘以相应的载荷系数（见表13）。安装架设和拆卸过程的稳定条件规定为，各项载荷对倾翻边的力矩代数和大于零（即ZM大于零），则认为是稳定的。起稳定作用的力矩符号为正，起倾翻作用的力矩符号为负并乘以1.1～1.2的增大系数。
表13载荷系数
自重载荷
（不计，要）
起升载荷
（不计～）
惯性载荷
或碰撞载荷
风载荷
坡度载荷
风压 pw2
风压pw3
风压w2
注：①自重载荷按4.2.1.1条确定；起升载荷按4.2.1.2条确定；惯性载荷按刚体动力学方法计算，并柔以系数邮。②只有对在轨道上运行的塔式起重机才考坡度载荷，按4.2.1.6条确定。③校核抗倾翻稳定性时，不应考虑夹轨器的有利作用。①工况2中考虑惯性载荷(包括起升质量产生的惯性载荷)或碰撞载荷，由设计者决定。4.4防风抗滑安全性
在工作状态和非工作状态，轨道运行式塔式起重机必须在轨道的每个位置都保持稳定，不允许在相应极限风力作用下沿轨道移动。4.4.1工作状态
在正常工作状态（不使用夹轨器），抗滑条件为：Fhi >1. 1Fw2 +FsF
式中：Fb--运行机构制动转矩在车轮踏面上的折算制动力，N；Fw2工作状态沿轨道方向最大风力，N；F.——轨道坡度产生的滑行力，坡度按4.2.1.6条确定,N；F。——一塔式起重机运行摩擦阻力，按表14计算,N。表14运行摩擦阻力系数止
运行摩擦阻力
总轮压
滑动轴承
滚动轴承
当F大于制动车轮与轨道的粘着力时，F以粘着力代替。粘着系数取0.12。4.4.2非工作状态
在非工作状态（暴风侵袭），必须使用锚定装置或夹轨器防止塔式起重机在非工作状态最大风力作用下沿轨道滑行。抗滑条件为：702
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