دليل معيار GB/T 13752 لتصميم الرافعات البرجية

الفرق بين مواصفة الرافعات البرجية GB/T 13752 والمعيار العام GB/T 3811

تُعدّ المواصفة GB/T 13752-2017 معيارًا متخصصًا لحسابات تصميم الرافعات البرجية، ويتمثل الفرق الجوهري بينها وبين المعيار العام GB/T 3811-2008 «قواعد تصميم الرافعات» في فلسفة التصميم ونطاق التطبيق. يغطي معيار GB/T 3811 جميع أنواع الرافعات (العلوية، البوابية، البرجية، المتنقلة، السككية، العائمة، إلخ) ويوفّر إطارًا تصميميًا عامًا؛ بينما صُمّمت مواصفة GB/T 13752 خصيصًا للرافعات البرجية، حيث تكون أكثر تفصيلًا في تحديد الأحمال، وطرق دمجها، واختيار معاملات التجزئة، وطرق التحقق من الثبات.

تتجلى الفروق بينهما في أربعة جوانب رئيسية:

أولًا: اختلاف مجموعات الأحمال. يحدد معيار GB/T 3811 تسع مجموعات أحمال موزعة على ثلاث فئات (A/B/C)، بينما تقسم مواصفة GB/T 13752 حالات عمل الرافعة البرجية إلى ست مجموعات محددة، تشمل: العمل العادي بدون رياح (الفئة A)، والعمل العادي مع الرياح (الفئة B)، والتركيب والتفكيك (الفئة C)، وحمل الرياح في حالة عدم العمل (الفئة D)، واصطدام المخازن المؤقتة (الفئة E)، وأحمال الاختبار (الفئة F)، ولكل حالة جدول قيم خاص بمعاملات التجزئة.

ثانيًا: دقة أكبر في حساب حمل الرياح. تقدّم مواصفة GB/T 13752 معاملات تصحيح لضغط الرياح حسب ارتفاع أقسام البرج، ومعامل تخفيض لمساحة التعرّض للرياح، ومعامل تداخل لتأثير الرافعات المتجاورة، وتتطلب حساب حمل الرياح في حالة العمل بضغط مقداره 250Pa، وفي حالة عدم العمل اعتمادًا على الضغط الأساسي للرياح في المنطقة (الذي قد يتجاوز 1000Pa في المناطق الساحلية).

ثالثًا: فصل التحقق من الثبات في باب مستقل. يخصّص الفصل الثامن من GB/T 13752 خمس حالات للتحقق من مقاومة الانقلاب مع متطلبات محددة لقيم معامل الأمان K، ويتطلب التحقق من مقاومة الانقلاب الكلية للرافعة في حالتي العمل وعدم العمل بشكل منفصل.

رابعًا: باب متكامل لتصميم أجهزة التثبيت. يحدد الفصل التاسع بالتفصيل متطلبات تباعد أجهزة التثبيت، والحد الأقصى لنحافة القضبان (لا يتجاوز 120)، ودرجة مسامير التوصيل (لا تقل عن 8.8)، ومعامل الأمان ضد قلع القطع المغروسة (لا يقل عن 1.5)، وهذه البنود غير مدرجة في معيار GB/T 3811.

ما هي مجموعات الأحمال الستة للرافعة البرجية وكيف تُحدد معاملاتها الجزئية؟

وفقًا للبند الخامس من المعيار ISO 4301، يتطلب تصميم الرافعة البرجية مراعاة ست مجموعات من ظروف الأحمال، حيث تقابل كل مجموعة بنود أحمال ومعاملات جزئية مختلفة. تلتزم كيلود للصناعات الثقيلة بهذا التصنيف بدقة في حساباتها الإنشائية للرافعات البرجية.

المجموعة A (التشغيل العادي بدون رياح): حمولة الرفع × 1.22 + الوزن الذاتي × 1.16 + قوة القصور الذاتي الأفقية × 1.0. تُعد هذه الحالة الأساسية الأكثر شيوعًا في عمليات الرفع اليومية للرافعة البرجية، وتنطبق على البيئات الداخلية أو المحمية. يعكس المعامل الجزئي 1.22 لحمولة الرفع تأثير معامل الحمل الديناميكي.

المجموعة B (التشغيل العادي مع رياح): حمولة الرفع × 1.22 + الوزن الذاتي × 1.16 + قوة القصور الذاتي الأفقية × 1.0 + حمل الرياح التشغيلي × 1.0. تنطبق على بيئات العمل الخارجية، حيث يُؤخذ ضغط الرياح التشغيلي بقيمة 250Pa وسرعة الرياح 20m/s. تجدر الإشارة إلى أنه عندما يتجاوز ارتفاع جسم البرج 30m، يجب تصحيح سرعة الرياح حسب المقاطع المختلفة.

المجموعة C (الأحمال الخاصة — التركيب والتفكيك): الوزن الذاتي × 1.10 + حمل التركيب الديناميكي × 1.10 + حمل الرياح × 1.0. أثناء عمليات الرفع العلوي وخفض المقاطع والتفكيك، يتغير النظام الإنشائي للرافعة، وتكون مقاطع جسم البرج في حالة توصيل جزئي، وعندها تنخفض المعاملات الجزئية بشكل ملحوظ، لكن يجب التحقق بشكل منفصل من قدرة تحمل مسامير التوصيل وإطار الرفع العلوي.

المجموعة D (حالة عدم التشغيل): الوزن الذاتي × 1.0 + حمل الرياح في حالة عدم التشغيل × 1.0. تُؤخذ قيمة ضغط الرياح الأساسي وفقًا لفترة تكرار 50 عامًا للمنطقة، حيث تتراوح في المناطق الساحلية بين 800~1000Pa، وفي المناطق الداخلية بين 400~600Pa. تمثل هذه الحالة أقصى حمل رياح تتحمله الرافعة البرجية في حالة عدم التشغيل.

المجموعة E (اصطدام الممتصات): الوزن الذاتي × 1.0 + قوة الممتص × 1.0. عندما يحتمل اصطدام ذراع الرافعة بهياكل أخرى أو رافعات برجية مجاورة، يجب التحقق من قدرة جهاز الممتص على امتصاص الطاقة.

المجموعة F (أحمال الاختبار): اختبار الحمل الساكن بنسبة 1.25 من سعة الرفع المقدرة، واختبار الحمل الديناميكي بنسبة 1.1. خلال الاختبارات، تُؤخذ جميع المعاملات الجزئية بقيمة 1.0، لأنه لا يُسمح بتراكب حمل الرياح أو الأحمال العرضية الأخرى في ظروف الاختبار.

ما هي معايير التحقق السبع لقوة وصلابة الهيكل الصلب للرافعة البرجية؟

يحدد البندان السادس والسابع من المعيار ISO 4301 بشكل منهجي طرق التحقق من قوة وصلابة الهيكل الصلب للرافعة البرجية، ويشملان سبعة مؤشرات تحقق أساسية. في عملية تصميم منتجات كيلود للصناعات الثقيلة، تشكل هذه المؤشرات السبعة نظام التحقق الأساسي للسلامة الإنشائية.

أولاً، التحقق من قوة التحمل الساكنة. في كل مجموعة من ظروف الأحمال، يجب ألا يتجاوز الإجهاد المحسوب للعنصر الإنشائي الإجهاد المسموح به، والذي يساوي مقاومة الخضوع للمادة مقسومة على عامل الأمان n، حيث تبلغ مقاومة الخضوع لفولاذ Q355B قيمة 355MPa؛ ويُؤخذ عامل الأمان n بقيمة 1.48 للمجموعة A، و1.48 للمجموعة B، و1.34 للمجموعة C، و1.22 للمجموعة D.

ثانيًا، التحقق من مقاومة الكلال. بالنسبة للرافعات البرجية ذات فئة التشغيل A4 فما فوق، يجب تقييم عمر الكلال للحامات الحرجة ومواقع تركيز الإجهاد. تُستخدم طريقة مدى الإجهاد، حيث يُحدد مدى الإجهاد المسموح به وفقًا لمنحنى S-N، ويُشترط ألا يتجاوز مدى الإجهاد التصميمي القيمة المسموحة مقسومة على معامل مقاومة الكلال (1.0~1.35).

ثالثًا، التحقق من الاستقرار المرن. بالنسبة للعناصر الإنشائية المعرضة للضغط (الأعضاء الرئيسية لجسم البرج، وأذرع التدعيم، وما إلى ذلك)، يجب التحقق من الاستقرار الكلي والموضعي، باستخدام طريقة المقطع الفعال لحساب مقاومة الالتواء، ويجب ألا يتجاوز الإجهاد الحرج حد التناسب للمادة.

رابعًا، التحقق من الصلابة. تُضبط حدود الانحناء للهيكل الصلب للرافعة البرجية وفقًا لحالة الحد للاستخدام الطبيعي: لا يتجاوز الإزاحة الأفقية لقمة جسم البرج H/800 (حيث H هو الارتفاع الحر لجسم البرج)، ولا يتجاوز انحناء طرف ذراع الرفع L/500 (حيث L هو طول الذراع).

خامسًا، التحقق من قوة التوصيلات. تُصمم اللحامات كلحام زاوية، بحيث لا يقل مقاس رجل اللحام عن 0.7 من سمك اللوحة الأرفع، ولا يتجاوز إجهاد اللحام المحسوب 0.9 من الإجهاد المسموح به؛ وتُصمم المسامير عالية القوة كاتصال احتكاكي، وتُؤخذ قيمة الشد المسبق P وفقًا للمعيار ISO 12480.

سادسًا، التحقق من الاستقرار الموضعي للألواح والقشور. يجب التحقق من الالتواء الموضعي للألواح في مناطق لوحة تقوية الأعضاء القطرية لمقاطع جسم البرج، واللوحة السفلية للمحمل الدوار، حيث تُضبط نسبة العرض إلى السمك b/t بما لا يتجاوز 42 (لفولاذ Q355).

سابعًا، التحقق من تردد الاهتزاز الذاتي للهيكل. يجب أن يتجنب التردد الأساسي للاهتزاز الذاتي للرافعة البرجية تردد الرنين الناتج عن الدوامات الهوائية (0.2~0.4Hz) وتردد تأرجح الحمولة المعلقة (0.05~0.15Hz)، لمنع حدوث رنين مقترن.

ما هي حالات التحقق الخمس لثبات الرافعة البرجية ضد الانقلاب وعوامل الأمان المطلوبة؟

يحدد الفصل الثامن من المواصفة GB/T 13752-2017 متطلبات إلزامية للتحقق من ثبات الرافعات البرجية ضد الانقلاب، ويُعرّف خمس حالات تحقق مع عوامل الأمان المقابلة لها. تقوم شركة كيلود للصناعات الثقيلة بإعداد حسابات تحقق كاملة للثبات وفق هذه الحالات الخمس قبل تسليم كل رافعة برجية.

الحالة 1 (ثبات الحمولة الساكنة بدون رياح): تُرفع الحمولة المقدرة عند أقصى مدى للوصول دون اعتبار أحمال الرياح. تشترط معادلة التحقق ألا تقل نسبة مجموع عزم التثبيت إلى مجموع عزم الانقلاب عن K1، حيث لا تقل K1 عن 1.40. يجب أن تحقق نسبة عزم التثبيت (الناتج عن الوزن الذاتي) إلى عزم الانقلاب (الناتج عن الحمولة) هامش أمان مقداره 1.4.

الحالة 2 (ثبات الحمولة الديناميكية مع الرياح): تعمل الرافعة في حالة التشغيل مع تأثير حمل الرياح التشغيلية على طول الذراع. لا يقل عامل الأمان K2 عن 1.25. نظراً لأن حمل الرياح يزيد من عزم الانقلاب، فإن عامل الأمان في هذه الحالة أقل من الحالة الأولى.

الحالة 3 (ثبات حمل الرياح في حالة عدم التشغيل): تكون الرافعة في حالة عدم التشغيل (بخطاف فارغ) وتتحمل أقصى حمل رياح غير تشغيلي. لا تقل K3 عن 1.15. تُعد هذه من أخطر الحالات، إذ قد يصل ضغط الرياح إلى 1000Pa بينما ينخفض عزم التثبيت الناتج عن الوزن الذاتي لعدم وجود حمولة معلقة.

الحالة 4 (ثبات التفريغ المفاجئ): عند انفصال الحمولة أو سقوطها فجأة أثناء الرفع، ينشأ ميل للانقلاب في الاتجاه العكسي (انقلاب خلفي). لا تقل K4 عن 1.10. يُتحقق هنا من ثبات الرافعة في اتجاه ذراع الموازنة.

الحالة 5 (ثبات حالة التركيب/التفكيك): أثناء عملية الرفع الذاتي أو الخفض، يرتفع مركز ثقل الجزء العلوي وتكون وصلات المقاطع القياسية غير مشدودة بالكامل. لا تقل K5 عن 1.25. تتطلب هذه الحالة اهتماماً خاصاً بقوة توصيل إطار الرفع بالبرج الرئيسي.

في الحسابات الفعلية، يُؤخذ خط الانقلاب عند الخط الواصل بين أبعد نقاط ارتكاز القاعدة، ويساوي عزم التثبيت مجموع حاصل ضرب الوزن الذاتي لكل مكوّن في مسافته الأفقية حتى خط الانقلاب، بينما يساوي عزم الانقلاب مجموع حاصل ضرب الأحمال الأفقية في ارتفاع نقطة تأثيرها مضافاً إليه عزم الرياح.

ما هي اشتراطات التصميم لحسابات آلية الرفع وآلية تغيير ميل الذراع في الرافعات البرجية؟

يحدد الفصل التاسع من المواصفة GB/T 13752-2017 متطلبات التصميم والحساب لآليات الرفع وتغيير ميل الذراع والدوران والسير في الرافعات البرجية. بالنسبة لآليتي الرفع وتغيير ميل الذراع الأكثر استخداماً، تشترط المواصفة المعايير الأساسية التالية:

في آلية الرفع: لا يقل عامل أمان حبل السلك n عن 5.0 للرافعات المتنقلة، وعن 4.5 للرافعات الثابتة من فئة التشغيل M3~M5، وعن 5.6 لفئتي M6~M8. لا يقل القطر الاسمي للأسطوانة D عن 25 ضعف قطر حبل السلك، ولا يقل قطر دائرة ميل البكرة Dp عن 28 ضعف قطر الحبل. لا تتجاوز زاوية انحراف الحبل على الأسطوانة 4 درجات (للأسطوانة ذات السطح اللامع) أو 2.5 درجة (للأسطوانة المخددة). تستخدم رافعة كيلود طراز TC6015 محرك تردد متغير في آلية الرفع، مع حبل سلكي ببنية 35Wx7 وقطر 14mm، وأسطوانة بقطر 400mm، محققة بذلك نسبة D/d = 28.6 كما هو مطلوب.

في آلية تغيير ميل الذراع: تتراوح سرعة تغيير الوصول الأفقي للعربة عادة بين 0.5~1.0م/ث، ولا يقل عامل أمان حبل الرفع لذراع الإمالة عن 4.0. يجب أن يأخذ حساب قوة شد العربة في الاعتبار مقاومة الاحتكاك ومقاومة الميل ومقاومة الرياح وقوة القصور الذاتي للتسارع. تُحسب حمولة عجلة العربة وفق أسوأ ظروف التشغيل، ويجب ألا تتجاوز حمولة العجلة الواحدة الحمولة المسموح بها للسكة.

متطلبات تصميم المكابح: لا يقل عامل أمان مكبح الدعم في آلية الرفع K عن 1.5، أي أن نسبة عزم الكبح إلى عزم الحمولة المقدرة الساكنة لا تقل عن 1.5. لا يقل عامل أمان مكبح آلية تغيير ميل الذراع K عن 1.25. تُستخدم مكابح كهرومغناطيسية بحذاء أو مكابح قرصية من النوع المغلق طبيعياً، ويجب أن يتحمل عمر اهتراء بطانة الاحتكاك عدد دورات عمل لا يقل عن 200,000 دورة.

بالإضافة إلى ذلك، يجب التحقق من قوة تماس سطح الأسنان وقوة انحناء جذر السن لجميع مخفضات السرعة الترسية في أنظمة النقل وفق معيار ISO 6336 أو GB/T 3480، ويُصمم عمر المحمل وفق L10 لا يقل عن 5000 ساعة.

ما هي المعايير الأساسية لتصميم أجهزة التثبيت وأساسات الرافعات البرجية؟

تحدد المواصفة GB/T 13752-2017 متطلبات فنية واضحة لتصميم أجهزة التثبيت والأساسات في الرافعات البرجية. يُعد تصميم جهاز التثبيت ضماناً أساسياً للتشغيل الآمن للرافعات في المباني فائقة الارتفاع، وتقوم شركة كيلود للصناعات الثقيلة بتجهيز إطار تثبيت ونظام قضبان دعم لكل رافعة تتجاوز أقصى ارتفاع مستقل.

فيما يخص المسافات بين نقاط التثبيت: يتراوح موضع التثبيت الأول بين 6~12م من سطح الأساس، والمسافات اللاحقة بين نقاط التثبيت 6~9م. لا يتجاوز أقصى ارتفاع للذراع الناتئ (من أعلى نقطة تثبيت إلى قمة الرافعة) 30م أو وفق ما تحدده الشركة المصنعة.

في تصميم قضبان التثبيت: لا تتجاوز نسبة النحافة للقضيب 120، ويُوصى باستخدام مقاطع أنبوبية دائرية (بأقطار تتراوح من 102x6 إلى 159x8 مم)، بمواد لا تقل عن Q235B. يُثبت في طرفي قضيب الدعم برغي قابل للتعديل بمدى ±150مم لاستيعاب أخطاء التنفيذ في الهيكل الخرساني. لا يقل سمك لوحة الوصل الطرفية t عن 12مم، ولا يتجاوز خلوص التركيب بين فتحة المسمار وقضيب التثبيت 0.5مم.

متطلبات الوصلات: لا تقل درجة براغي توصيل إطار التثبيت بالمقاطع القياسية للبرج عن 8.8 بمقاس M24، وبحد أدنى 4 براغي لكل سطح تثبيت. يجب أن تحقق مساحة مقطع حديد التسليح المغروس في الأساس As ألا تقل عن 1.5 ضعف قيمة أقصى قوة شد تصميمية لقضيب التثبيت مقسومة على مقاومة الخضوع لحديد التسليح. لا يقل عمق غرس القطعة المغروسة في الخرسانة عن 15 ضعف قطر حديد التسليح، وبحد أدنى 200مم.

في تصميم الأساسات: لا يقل سمك القاعدة الخرسانية عن 1.2م، ولا تقل درجة قوة الخرسانة عن C30. لا تقل قيمة مقاومة التربة المميزة fak عن 200kPa، وفي حال عدم تحقق ذلك يجب معالجة التربة أو استخدام أساسات على ركائز. لا تقل نسبة تسليح القاعدة الخرسانية عن 0.15% في الاتجاهين، ولا يقل قطر حديد التسليح الرئيسي عن 20مم وبمسافات لا تتجاوز 150مم. تُستخدم براغي تثبيت مغروسة في الأساس بدرجة 8.8 بمقاسات M36~M48، وبعمق غرس لا يقل عن 30 ضعف قطر البرغي.

بالنسبة للرافعات المتحركة على سكة، يجب أيضاً التحقق من قدرة تحمل التربة تحت أساس السكة ومن قوة انحناء السكة الفولاذية. تُختار السكة وفق المقاسات QU70~QU100، مع تفاوت مسموح في عرض المسار ±3مم، وألا يتجاوز فرق الارتفاع بين قمتي السكة في نفس المقطع عرض المسار مقسوماً على 1500.

خرسانة C30 / تربة الأساس ≥ 200 كيلوباسكال

فيما يتعلق بنظام مراقبة السلامة، يجب أن تتوافق الرافعة البرجية أيضًا مع متطلبات GB/T 28264-2012 — نظام مراقبة وإدارة السلامة لآلات الرفع، مع مراقبة لحظية لمعاملات مثل سعة الرفع، وعزم الدوران، والمدى، والارتفاع، وشدة الرياح، وزاوية الدوران. أما اختبارات القبول فتُنفَّذ وفقًا لـ GB/T 5905-2011 — مواصفات وإجراءات اختبار الرافعات، وتشمل اختبار الحمولة الساكنة (1.25 ضعف الحمولة المقدرة) واختبار الحمولة الديناميكية (1.1 ضعف الحمولة المقدرة).

📖 قراءات ذات صلة

· معيار GB/T 3811 — مواصفة تصميم الرافعات: 9 مجموعات أحمال وطريقة اختيار فئة التشغيل من A1 إلى A8

· تفسير معيار GB/T 28264 — نظام مراقبة وإدارة السلامة لآلات الرفع

· معيار GB/T 5905 — مواصفة اختبار الرافعات: إجراءات اختبار الحمولة الثلاثية و6 معايير قبول

· تفسير معيار GB/T 14406 — الرافعة القنطرية العامة: 5 مؤشرات قبول و8 فئات تشغيل للمقارنة والاختيار

· كيف تختار مشفر الرافعة؟ مقارنة 4 معاملات بين المشفر المتزايد والمطلق متعدد الدورات ودليل التركيب والتشغيل الكامل

9 أسئلة شائعة في تنفيذ مواصفة تصميم الرافعات البرجية