（三）计算载荷及载荷组合
1．载荷计算作用在门式起重机上的载荷有金属结构的自重载荷、移动载荷（包括小车自身重力及起升载荷）、大车运行制动惯性力、小车运行制动惯性力、碰撞载荷以及风载荷。
2．载荷组合根据使用情况和工作条件：原则结构可能产生的最大内力。通常按表3-25载荷组合A和组合B进行计算，参见第三章。
（四）主梁结构的设计计算1．主梁结构的主要几何尺寸梁结构的高度h 和宽度b
2．主梁结构的强度计算
垂直平面内（即门架平面）起重机运行时静定支承的刚架水平平面内异
静
定的外伸简支梁主梁内力确定后，可进行截面选择和验算，危险截面依结构而
主要是确定桁架式主梁结构或偏轨箱形主
（五）支腿结构的设计计算
两侧刚性支腿的门架，当起重机不动时考虑支腿受到支承横推力的作用；对轨道的安装误差和起重机的偏斜相当敏感，门架的跨度限制在30m以内
门式起重机跨度大于30m时，一刚一柔支腿结构。柔性支腿是一平面结构，在门架平面内不能承受任何水平力，仅承受垂直载荷，而在支腿平面内可以承受水平载荷。刚性支腿为一空间结构，除能在支腿平面内承受载荷外，还能在门架平面内承受垂
直和水平载荷。
1．在门架平面内支腿的受力分析
①双侧刚性支腿门架,按起重机静止不动的一次超静定刚架结构进行内力计算
②一刚一柔性支腿的门架，无论主梁或支腿，按静定刚架结构
进行内力计算
2．在支腿平面内的受力分析
L 型和C 型单主梁门式起重机的支
腿平面结构可按静定结构进行计算，
其计算简图和受力情况，如图所示。
注意：
①变截面支腿的惯性矩换算成等效等截面支腿的折算惯性矩才能进行内力分析
②对于正应力和剪应力都比较大的截面，应验算其折算应力
③刚性支腿作为双向偏心压杆进行稳定性验算（参阅第六章），应该考虑支腿端部实际的约束影响
④支腿与主梁（横梁）刚性连接构成空间刚架，计算支腿整体稳定性时必须考虑主梁（横梁）对支腿端部的约束影响
⑤根据刚架支腿的不同屈曲形式，可导出支腿端部的转角方程，进而
µ1
求得支腿的稳定方程及腿端约束的计算长度系数值。按表10-4、表10-5及表10-6 选取
（六）门架结构的刚性计算
一般门式起重机，应验算门架主梁跨中和悬臂端的静挠度，对有安装作业等特殊要求，计算起重机的自振频率
（二）支腿结构造船门式起重机跨
度较大设计成一刚一柔性支腿
（三）造船门式起重机受载情况及支承反力
水电站坝顶门式起重机（启闭机）
主要起吊闸门，起重量450~500t，跨
度为7~16m，高度在20m 左右，做成
箱形结构
第二节
装卸桥的门架结构
一、装卸桥
（一）结构特点跨度较大（S≥40m）一刚—柔支腿，为减轻桥架自重，常做成桁架结构。悬臂长度可取为=（0.25~0.35）S ，高度h=(1/8~1/14)S,通常取桁架斜杆的倾角为=40~50°
（二）设计计算结构的受载情况及计算原则与门式起重机结构类似
第二节装卸桥的门架结构
二、岸边集装箱装卸桥
主要用于码头岸边为船舶装卸集装箱，分为A型和H型
（一）结构特点
金属结构主要由水平伸臂结构和门架结构两部分，水平伸臂结构由前伸臂和后伸臂两部分组成，为减轻臂架自重及降低码头前方的轮压使用牵引式小车，伸臂结构做成桁架式和箱形或板梁式。A型门架刚性比较好，但门架的净空高度低，自重较大。确定门架结构的高度尺寸时，要考虑到装卸桥能在最高潮位时为空船装载
（二）设计计算
门架的轨距按倾覆稳定性和装卸工艺要求而定，一般为10.5m 和16m。门架结构可分解成平面的框架结构和桁构结构进行近似计算。空间门架的精确计算可采用有限单元法。
第三节
门座起重机的门架结构
门座起重机广泛用于港口、造船厂、水电站和建筑工地等，起重机
。的门架结构支承着起重机回转部分的全部重力和外载荷
一、门架的结构
（一）转柱式门架结构起重机上部回转结构与转柱连成一体，转柱插入门架中，转柱上端安装有水平滚轮，它支承在门架顶部的水平圆环上，转柱下端支承在门架中部的横梁上。有交叉门架和八杆门架结构
（二）大轴承式门架结构起重机的支承回转装置采用大型滚动轴承，简化了门架结构。来自起重机回转部分的垂直力、水平力和不平衡力矩，通过大轴承直接传给门架的顶部结构
两种回转支承结构都能使回转部分和门架连成一体传递载荷，而不会
使回转部分发生局部倾覆失稳
二、门架外形尺寸选择的原则
（一）门架高度
门架高度取决于工作条件和场地条件
（二）轨距和基距（轴距）
门架轨距根据场地条件、火车车厢的外形
尺寸来选择，此外还要注意满足起重机的整体
倾覆稳定性条件
三、门架上的载荷
（一）自重力门架结构重力及安放在门架上的机电设备重力
（二）起重机回转部分传来的作用力回转部分自身的重力、额定起升载荷（含吊具重力），还有起升、变幅及回转机构起、制动的惯性力等
（三）作用在门架上的风载荷作用在臂架上、上部回转结构和
门架上的风力。
三、门架上的载荷
通常门架结构是按工作状态下的最大载荷进行结构强度计算：组合A 门架停止不动，在最大幅度处由地面起升额定载荷
组合B 门架停止不动，在产生最大不平衡力矩幅度处悬吊着额定起升载荷，回转和变幅机构紧急制动，工作状态下的最大风力。
设计门架时，还应考虑到起重机在安装和检修时的情况
五、八杆门架结构的计算
左图为八杆门架结构的计算简图
（一）作用在门架上的载荷垂直力、
回转力矩水平力、下水平力、附加弯矩
（二）八杆门架结构的分析
分解成顶部圆环、撑杆和下门架逐个
进行计算，但相当繁琐。较为有效的方法
是采用有限元商业软件计算
六、圆筒形门架结构的计算
主要包括四个部分分别为：
确定圆筒门架上作用的载荷；
进行圆筒的强度计算；
对圆筒的局部稳定性进行计算；
最后对门腿的计算
第四节自动化立体仓库巷道
堆垛机的门架结构
一、自动化仓库系统简介
自动化仓库系统是在不直
接进行人工处理的情况下能自
动地存储和取出物料的系统。
主要包括：A —货架
B i —巷道堆垛机
C j —出入库系统
D k —AGV（自动地面搬运车辆）
或其它地面搬运车辆
E —管理控制中心
二、巷道堆垛机简介
巷道堆垛机是立体仓库
中用于搬运和存取货物
的主要设备。是随立体
仓库的使用而发展起来
的专用起重机。巷道堆
垛机起重量一般不超过
2t ，特殊情况可达4~5t，
起升高度最高到40m ，大
多数在20m 左右。依据结
构型式可分为单立柱和
双立柱两种类型。
三、单立柱巷道堆垛机结构计算
多数立体仓库采用的是单立柱结构的巷道
堆垛机，如左图所示
介绍堆垛机结构的强度、刚性和稳定性分
析当载荷处于最高位置时，立柱的受力状况最
为不利如下图所示
1.载荷计算
（1）总体载荷内力分析
1）载货台滚轮轮压
2）总提升力
3）立柱顶部作用力
（3）立柱沿巷道横向平面（即XOZ
平面）的受力分析
在XOZ平面内由于上部导轨的导向
作用，立柱为两端简支构件，其计算
简图如下页图所示。此平面内立柱也
是压弯构件
5．结构刚性计算
要求堆垛机在作业时平稳可靠，停位准确，一般货叉与托盘孔的对位偏差不应大于10mm。立柱的动、静态刚性是影响堆垛机停位精度和工作平稳性的决定因素，刚性计算便成为堆垛机设计计算的重要环节之一
（1）静刚性计算
立柱的静刚性是以满载载货台位于立柱最高位置时，用立柱顶端在巷道纵向的水平静位移来表征。不考虑行走的水平惯性力。设计位移应小于许用值，即f ≤[f ]。
f =f 0+
f 1+f 2
双立柱门架为超静定结构，解法一般有：力法、位移法、固端弯矩法双立柱巷道堆垛机门架的受力分析，除利用经典力学方法公式外，还可利用三维建模软件（如Solidworks ，Pro/E，UG ）建模，导入有限元分析软件（如Cosmos ，Ansys ，Algor ）进行分析，免去繁琐的计算过程。
第五节自动化立体仓库货架群金属结构
计算机辅助设计
自动化立体仓库而言，货架造价通常占到总造价的60％～80％。探索合理的货架群内力分析计算方法，指导货架群结构设计是降低仓储设备总成本的关键。本节运用结构力学分析方法，结构设计理论和计算机软件技术，建立合理实用的货架群力学模型，研制货架群金属结构计算机辅助设计软件，实现货架结构分析设计的CAD。
3 ．货架结构的内力分析各层的外载荷基本相同，不同的只是通过立柱传递的内力。故从第n层
开始计算，计算所得的立柱内力传递到相邻的第n-1层。
4．内力计算迭代的形成
分析第n层：从（图10-72）可见该结构和载荷都是对称的，因此根据结构力学原理，可取半个结构进行计算（图10-73）。
二、货架群金属结构计算机辅助设计
1．程序框图货架群金属结构计算机辅助设计软件程序框图如图下图所示。
2．软件功能软件从系列化角度，按货架立柱、横梁、撑杆截面型谱设计的要求编制而成，可以针对不同层数、载荷行需求就进行强度、刚性、稳定性计算
3．使用方法软件界面简洁，实现可视化，操作易懂方便
三、工程实例
通过工程实例的检验表明：应用结构分析理论，建立的货架群内力计算模型是合理、高效、实用的
了解不同门式起重机门架型式、结构特点和适用场合，门架的载荷计算与载荷组合。
理解不同门式起重机门架型式、结构特点和适用场合，门架作为整体结构与单根结构（梁、支腿、横梁等）结构的尺寸控制、连接要求、公差配合的不同。货架群结构内力分析的基本概念和编程思路。
掌握通用门式起重机主梁、支腿结构的设计步骤和计算方法，门架结构的刚性计算方法，特别是基于支腿与主梁（横梁）刚性连接构成空间刚架的支腿整体稳定性计算方法，巷道堆垛机结构设计步骤，货架群金属结构计算机辅助设计方法
（三）计算载荷及载荷组合
1．载荷计算作用在门式起重机上的载荷有金属结构的自重载荷、移动载荷（包括小车自身重力及起升载荷）、大车运行制动惯性力、小车运行制动惯性力、碰撞载荷以及风载荷。
2．载荷组合根据使用情况和工作条件：原则结构可能产生的最大内力。通常按表3-25载荷组合A和组合B进行计算，参见第三章。
（四）主梁结构的设计计算1．主梁结构的主要几何尺寸梁结构的高度h 和宽度b
2．主梁结构的强度计算
垂直平面内（即门架平面）起重机运行时静定支承的刚架水平平面内异
静
定的外伸简支梁主梁内力确定后，可进行截面选择和验算，危险截面依结构而
主要是确定桁架式主梁结构或偏轨箱形主
（五）支腿结构的设计计算
两侧刚性支腿的门架，当起重机不动时考虑支腿受到支承横推力的作用；对轨道的安装误差和起重机的偏斜相当敏感，门架的跨度限制在30m以内
门式起重机跨度大于30m时，一刚一柔支腿结构。柔性支腿是一平面结构，在门架平面内不能承受任何水平力，仅承受垂直载荷，而在支腿平面内可以承受水平载荷。刚性支腿为一空间结构，除能在支腿平面内承受载荷外，还能在门架平面内承受垂
直和水平载荷。
1．在门架平面内支腿的受力分析
①双侧刚性支腿门架,按起重机静止不动的一次超静定刚架结构进行内力计算
②一刚一柔性支腿的门架，无论主梁或支腿，按静定刚架结构
进行内力计算
2．在支腿平面内的受力分析
L 型和C 型单主梁门式起重机的支
腿平面结构可按静定结构进行计算，
其计算简图和受力情况，如图所示。
注意：
①变截面支腿的惯性矩换算成等效等截面支腿的折算惯性矩才能进行内力分析
②对于正应力和剪应力都比较大的截面，应验算其折算应力
③刚性支腿作为双向偏心压杆进行稳定性验算（参阅第六章），应该考虑支腿端部实际的约束影响
④支腿与主梁（横梁）刚性连接构成空间刚架，计算支腿整体稳定性时必须考虑主梁（横梁）对支腿端部的约束影响
⑤根据刚架支腿的不同屈曲形式，可导出支腿端部的转角方程，进而
µ1
求得支腿的稳定方程及腿端约束的计算长度系数值。按表10-4、表10-5及表10-6 选取
（六）门架结构的刚性计算
一般门式起重机，应验算门架主梁跨中和悬臂端的静挠度，对有安装作业等特殊要求，计算起重机的自振频率
（二）支腿结构造船门式起重机跨
度较大设计成一刚一柔性支腿
（三）造船门式起重机受载情况及支承反力
水电站坝顶门式起重机（启闭机）
主要起吊闸门，起重量450~500t，跨
度为7~16m，高度在20m 左右，做成
箱形结构
第二节
装卸桥的门架结构
一、装卸桥
（一）结构特点跨度较大（S≥40m）一刚—柔支腿，为减轻桥架自重，常做成桁架结构。悬臂长度可取为=（0.25~0.35）S ，高度h=(1/8~1/14)S,通常取桁架斜杆的倾角为=40~50°
（二）设计计算结构的受载情况及计算原则与门式起重机结构类似
第二节装卸桥的门架结构
二、岸边集装箱装卸桥
主要用于码头岸边为船舶装卸集装箱，分为A型和H型
（一）结构特点
金属结构主要由水平伸臂结构和门架结构两部分，水平伸臂结构由前伸臂和后伸臂两部分组成，为减轻臂架自重及降低码头前方的轮压使用牵引式小车，伸臂结构做成桁架式和箱形或板梁式。A型门架刚性比较好，但门架的净空高度低，自重较大。确定门架结构的高度尺寸时，要考虑到装卸桥能在最高潮位时为空船装载
（二）设计计算
门架的轨距按倾覆稳定性和装卸工艺要求而定，一般为10.5m 和16m。门架结构可分解成平面的框架结构和桁构结构进行近似计算。空间门架的精确计算可采用有限单元法。
第三节
门座起重机的门架结构
门座起重机广泛用于港口、造船厂、水电站和建筑工地等，起重机
。的门架结构支承着起重机回转部分的全部重力和外载荷
一、门架的结构
（一）转柱式门架结构起重机上部回转结构与转柱连成一体，转柱插入门架中，转柱上端安装有水平滚轮，它支承在门架顶部的水平圆环上，转柱下端支承在门架中部的横梁上。有交叉门架和八杆门架结构
（二）大轴承式门架结构起重机的支承回转装置采用大型滚动轴承，简化了门架结构。来自起重机回转部分的垂直力、水平力和不平衡力矩，通过大轴承直接传给门架的顶部结构
两种回转支承结构都能使回转部分和门架连成一体传递载荷，而不会
使回转部分发生局部倾覆失稳
二、门架外形尺寸选择的原则
（一）门架高度
门架高度取决于工作条件和场地条件
（二）轨距和基距（轴距）
门架轨距根据场地条件、火车车厢的外形
尺寸来选择，此外还要注意满足起重机的整体
倾覆稳定性条件
三、门架上的载荷
（一）自重力门架结构重力及安放在门架上的机电设备重力
（二）起重机回转部分传来的作用力回转部分自身的重力、额定起升载荷（含吊具重力），还有起升、变幅及回转机构起、制动的惯性力等
（三）作用在门架上的风载荷作用在臂架上、上部回转结构和
门架上的风力。
三、门架上的载荷
通常门架结构是按工作状态下的最大载荷进行结构强度计算：组合A 门架停止不动，在最大幅度处由地面起升额定载荷
组合B 门架停止不动，在产生最大不平衡力矩幅度处悬吊着额定起升载荷，回转和变幅机构紧急制动，工作状态下的最大风力。
设计门架时，还应考虑到起重机在安装和检修时的情况
五、八杆门架结构的计算
左图为八杆门架结构的计算简图
（一）作用在门架上的载荷垂直力、
回转力矩水平力、下水平力、附加弯矩
（二）八杆门架结构的分析
分解成顶部圆环、撑杆和下门架逐个
进行计算，但相当繁琐。较为有效的方法
是采用有限元商业软件计算
六、圆筒形门架结构的计算
主要包括四个部分分别为：
确定圆筒门架上作用的载荷；
进行圆筒的强度计算；
对圆筒的局部稳定性进行计算；
最后对门腿的计算
第四节自动化立体仓库巷道
堆垛机的门架结构
一、自动化仓库系统简介
自动化仓库系统是在不直
接进行人工处理的情况下能自
动地存储和取出物料的系统。
主要包括：A —货架
B i —巷道堆垛机
C j —出入库系统
D k —AGV（自动地面搬运车辆）
或其它地面搬运车辆
E —管理控制中心
二、巷道堆垛机简介
巷道堆垛机是立体仓库
中用于搬运和存取货物
的主要设备。是随立体
仓库的使用而发展起来
的专用起重机。巷道堆
垛机起重量一般不超过
2t ，特殊情况可达4~5t，
起升高度最高到40m ，大
多数在20m 左右。依据结
构型式可分为单立柱和
双立柱两种类型。
三、单立柱巷道堆垛机结构计算
多数立体仓库采用的是单立柱结构的巷道
堆垛机，如左图所示
介绍堆垛机结构的强度、刚性和稳定性分
析当载荷处于最高位置时，立柱的受力状况最
为不利如下图所示
1.载荷计算
（1）总体载荷内力分析
1）载货台滚轮轮压
2）总提升力
3）立柱顶部作用力
（3）立柱沿巷道横向平面（即XOZ
平面）的受力分析
在XOZ平面内由于上部导轨的导向
作用，立柱为两端简支构件，其计算
简图如下页图所示。此平面内立柱也
是压弯构件
5．结构刚性计算
要求堆垛机在作业时平稳可靠，停位准确，一般货叉与托盘孔的对位偏差不应大于10mm。立柱的动、静态刚性是影响堆垛机停位精度和工作平稳性的决定因素，刚性计算便成为堆垛机设计计算的重要环节之一
（1）静刚性计算
立柱的静刚性是以满载载货台位于立柱最高位置时，用立柱顶端在巷道纵向的水平静位移来表征。不考虑行走的水平惯性力。设计位移应小于许用值，即f ≤[f ]。
f =f 0+
f 1+f 2
双立柱门架为超静定结构，解法一般有：力法、位移法、固端弯矩法双立柱巷道堆垛机门架的受力分析，除利用经典力学方法公式外，还可利用三维建模软件（如Solidworks ，Pro/E，UG ）建模，导入有限元分析软件（如Cosmos ，Ansys ，Algor ）进行分析，免去繁琐的计算过程。
第五节自动化立体仓库货架群金属结构
计算机辅助设计
自动化立体仓库而言，货架造价通常占到总造价的60％～80％。探索合理的货架群内力分析计算方法，指导货架群结构设计是降低仓储设备总成本的关键。本节运用结构力学分析方法，结构设计理论和计算机软件技术，建立合理实用的货架群力学模型，研制货架群金属结构计算机辅助设计软件，实现货架结构分析设计的CAD。
3 ．货架结构的内力分析各层的外载荷基本相同，不同的只是通过立柱传递的内力。故从第n层
开始计算，计算所得的立柱内力传递到相邻的第n-1层。
4．内力计算迭代的形成
分析第n层：从（图10-72）可见该结构和载荷都是对称的，因此根据结构力学原理，可取半个结构进行计算（图10-73）。
二、货架群金属结构计算机辅助设计
1．程序框图货架群金属结构计算机辅助设计软件程序框图如图下图所示。
2．软件功能软件从系列化角度，按货架立柱、横梁、撑杆截面型谱设计的要求编制而成，可以针对不同层数、载荷行需求就进行强度、刚性、稳定性计算
3．使用方法软件界面简洁，实现可视化，操作易懂方便
三、工程实例
通过工程实例的检验表明：应用结构分析理论，建立的货架群内力计算模型是合理、高效、实用的
了解不同门式起重机门架型式、结构特点和适用场合，门架的载荷计算与载荷组合。
理解不同门式起重机门架型式、结构特点和适用场合，门架作为整体结构与单根结构（梁、支腿、横梁等）结构的尺寸控制、连接要求、公差配合的不同。货架群结构内力分析的基本概念和编程思路。
掌握通用门式起重机主梁、支腿结构的设计步骤和计算方法，门架结构的刚性计算方法，特别是基于支腿与主梁（横梁）刚性连接构成空间刚架的支腿整体稳定性计算方法，巷道堆垛机结构设计步骤，货架群金属结构计算机辅助设计方法