GB/T 13752 Turmkran Norm: Lastkombinationen und Tragwerk

Turmdrehkran-Norm GB/T 13752 vs. GB/T 3811: Die wichtigsten Unterschiede

Die Norm GB/T 13752-2017 ist die spezifische Berechnungs- und Auslegungsnorm für Turmdrehkrane. Der grundlegende Unterschied zur allgemeinen Konstruktionsnorm GB/T 3811-2008 „Konstruktionsvorschrift für Krane" liegt im Auslegungskonzept und im Anwendungsbereich. GB/T 3811 deckt alle Krantypen ab (Brücken-, Portalkrane, Turmdrehkrane, mobile Krane, Eisenbahn- und Schwimmkrane usw.) und bietet einen allgemeinen Auslegungsrahmen. GB/T 13752 hingegen ist speziell auf Turmdrehkrane zugeschnitten und präzisiert Lastannahmen, Kombinationsarten, Teilsicherheitsbeiwerte und Stabilitätsnachweise deutlich detaillierter.

Die Unterschiede zeigen sich in vier Dimensionen:

Erstens: Unterschiedliche Lastkombinationen. GB/T 3811 definiert 9 Lastkombinationen in 3 Klassen (A/B/C), während GB/T 13752 den Arbeitszustand des Turmdrehkrans in 6 konkrete Kombinationsfälle unterteilt: Normalbetrieb ohne Wind (Klasse A), Normalbetrieb mit Wind (Klasse B), Montage und Demontage (Klasse C), Windlast im Nicht-Arbeitszustand (Klasse D), Anfahrpufferung (Klasse E) sowie Prüflast (Klasse F). Für jeden Fall existiert eine eigene Tabelle mit Teilsicherheitsbeiwerten.

Zweitens: Detailliertere Windlastberechnung. GB/T 13752 führt einen Höhenkorrekturfaktor für den Winddruck entlang des Turmschafts, einen Abschattungsfaktor sowie einen Interferenzfaktor für Krankolonien ein. Die Berechnung erfolgt getrennt für den Arbeitszustand mit einem Winddruck von 250 Pa und für den Nicht-Arbeitszustand mit dem regionalen Basiswinddruck (an Küstenregionen bis über 1.000 Pa).

Drittens: Kippstabilität als eigenständiges Kapitel. Kapitel 8 der Norm GB/T 13752 legt fünf Kippsicherheits-Nachweissituationen mit den zugehörigen Sicherheitsfaktoren K fest. Der Gesamtnachweis der Kippstabilität ist getrennt für Arbeits- und Nicht-Arbeitszustand zu führen.

Viertens: Eigenes Kapitel für Anbauteile. Kapitel 9 regelt detailliert die Anordnungsabstände der Anbauteile, die Schlankheitsgrenzwerte der Streben (max. 120), die Schraubenklasse der Verbindungen (mindestens 8.8) sowie den Sicherheitsfaktor gegen Herausziehen der Einbauteile (mindestens 1,5). Diese Inhalte sind in GB/T 3811 nicht enthalten.

Lastkombinationen und Teilsicherheitsbeiwerte für Turmkrane: Die 6 Lastfälle im Überblick

Gemäß Abschnitt 5 der Norm DIN 15018 sind für die Tragwerksberechnung von Turmkranen sechs Lastkombinationen zu berücksichtigen, die sich jeweils durch unterschiedliche Lastanteile und Teilsicherheitsbeiwerte auszeichnen. Kelude Schwerindustrie wendet diese Klassifizierung in der Strukturberechnung seiner Turmkrane konsequent an und führt eine vollständige Lastfallbetrachtung durch.

Lastkombination A (Betrieb ohne Wind): Hublast × 1,22 + Eigengewicht × 1,16 + horizontale Trägheitskraft × 1,0. Dieser Lastfall bildet den regulären Hub- und Anschlagbetrieb ab und gilt für den Einsatz in geschlossenen oder windgeschützten Bereichen. Der Teilsicherheitsbeiwert von 1,22 für die Hublast berücksichtigt den dynamischen Lastfaktor beim Heben.

Lastkombination B (Betrieb mit Wind): Hublast × 1,22 + Eigengewicht × 1,16 + horizontale Trägheitskraft × 1,0 + Betriebswindlast × 1,0. Dieser Lastfall gilt für den Außeneinsatz; der Betriebswinddruck wird mit 250 Pa angesetzt, die Windgeschwindigkeit mit 20 m/s. Bei Turmhöhen über 30 m ist eine abschnittsweise Windkorrektur erforderlich.

Lastkombination C (Sonderlast – Montage und Demontage): Eigengewicht × 1,10 + Montage-Dynamiklast × 1,10 + Windlast × 1,0. Während des Ein- und Ausfahrens sowie der Demontage verändert sich das Tragsystem des Krans; die Turmsegmente befinden sich in teilweise verbundenem Zustand. Die Teilsicherheitsbeiwerte werden deutlich reduziert, jedoch sind die Verbindungsschrauben und die Tragfähigkeit des Kletterrahmens gesondert nachzuweisen.

Lastkombination D (Außerbetriebszustand): Eigengewicht × 1,0 + Außerbetriebswindlast × 1,0. Der Bemessungswinddruck entspricht dem 50-Jahres-Wiederholungswert der jeweiligen Region: 800–1000 Pa in Küstennähe, 400–600 Pa im Binnenland. Dieser Lastfall repräsentiert die maximale Windbeanspruchung des Krans im nicht betriebsbereiten Zustand.

Lastkombination E (Pufferanprall): Eigengewicht × 1,0 + Pufferkraft × 1,0. Für den Fall, dass der Ausleger mit anderen Bauwerken oder benachbarten Kranen kollidieren kann, ist die Energieaufnahmefähigkeit der Puffereinrichtungen nachzuweisen.

Lastkombination F (Prüflast): Die statische Belastungsprüfung erfolgt mit 1,25-facher Nenntragfähigkeit, die dynamische Belastungsprüfung mit 1,1-facher Nenntragfähigkeit. Bei Prüfungen werden alle Teilsicherheitsbeiwerte mit 1,0 angesetzt, da im Prüfbetrieb keine Überlagerung mit Wind- oder sonstigen außergewöhnlichen Lasten zulässig ist.

Stahlbau-Nachweise für Turmkrane: 7 Tragsicherheits- und Steifigkeitskennwerte

Die Abschnitte 6 und 7 der DIN 15018 definieren das Nachweisverfahren für Festigkeit und Steifigkeit der Stahlkonstruktion von Turmkranen mit insgesamt sieben zentralen Bewertungskriterien. Bei Kelude Schwerindustrie bilden diese sieben Kennwerte das Kernprüfsystem für die strukturelle Sicherheit aller Turmkran-Baureihen.

1. Statischer Festigkeitsnachweis: Für jede Lastkombination darf die berechnete Spannung in den Bauteilen die zulässige Spannung nicht überschreiten. Diese ergibt sich aus der Streckgrenze des Werkstoffs dividiert durch den Sicherheitsfaktor n. Für Q355B (≈S355JR) beträgt die Streckgrenze 355 MPa. Der Sicherheitsfaktor n wird wie folgt angesetzt: Kombination A: 1,48; Kombination B: 1,48; Kombination C: 1,34; Kombination D: 1,22.

2. Ermüdungsfestigkeitsnachweis: Für Turmkrane der Triebwerksgruppe A4 und darüber sind die Ermüdungslebensdauer relevanter Schweißnähte und Spannungskonzentrationsbereiche zu bewerten. Die Bewertung erfolgt nach dem Spannungsschwingbreiten-Verfahren anhand von S-N-Kurven. Die bemessungsrelevante Spannungsschwingbreite darf den zulässigen Wert dividiert durch den Ermüdungs-Teilsicherheitsbeiwert (1,0–1,35) nicht überschreiten.

3. Elastischer Stabilitätsnachweis: Für druckbeanspruchte Bauteile (Turmmasthauptstreben, Verankerungsstreben usw.) sind sowohl der Gesamtstabilitäts- als auch der lokale Stabilitätsnachweis zu führen. Die Knicktragfähigkeit wird nach dem effektiven Querschnittsverfahren ermittelt; die kritische Spannung darf die Proportionalitätsgrenze des Werkstoffs nicht überschreiten.

4. Steifigkeitsnachweis: Die Durchbiegungsgrenzwerte der Kranstruktur werden nach dem Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit kontrolliert: Die horizontale Verschiebung der Turmspitze darf H/800 nicht überschreiten (H = freie Höhe des Turms), die Durchbiegung am Auslegerende ist auf L/500 begrenzt (L = Auslegerlänge).

5. Verbindungsfestigkeitsnachweis: Schweißverbindungen werden als Kehlnaht ausgeführt; die Nahtdicke darf nicht weniger als das 0,7-fache der dünneren Blechdicke betragen. Die berechnete Schweißnahtspannung darf 0,9-fache zulässige Spannung nicht überschreiten. Hochfeste Schrauben werden als reibschlüssige Verbindung ausgeführt; die Vorspannkraft P ist gemäß DIN 18800 anzusetzen.

6. Lokaler Beulnachweis für Blechfelder: Für Knotenbleche der Turmsegmente sowie die Bodenplatte der Drehverbindung ist der lokale Beulnachweis zu führen. Das Grenz-Breiten-Dicken-Verhältnis b/t ist für Q355-Stahl auf 42 begrenzt.

7. Eigenfrequenznachweis: Die Grundfrequenz der Kranstruktur muss sowohl die windinduzierte Wirbelresonanzfrequenz (0,2–0,4 Hz) als auch die Pendelfrequenz der Last (0,05–0,15 Hz) vermeiden, um Kopplungsresonanzen auszuschließen.

Kippstabilität von Turmkranen: 5 Lastfälle und Sicherheitsfaktoren nach Norm

Kapitel 8 der Norm GB/T 13752-2017 schreibt die rechnerische Überprüfung der Kippstabilität von Turmkranen verbindlich vor und definiert fünf Prüf-Lastfälle mit den zugehörigen Sicherheitsfaktoren. Kelude Schwerindustrie erstellt für jeden Turmkran vor Auslieferung eine vollständige Stabilitätsnachweis-Berechnung gemäß diesen fünf Lastfällen.

Lastfall 1 – Standsicherheit ohne Wind (statische Last): Der Kran hebt die Nennlast bei maximaler Ausladung; Windlasten bleiben unberücksichtigt. Der Nachweis verlangt, dass das Verhältnis aus der Summe der Stabilisierungsmomente zur Summe der Kippmomente mindestens K1 = 1,40 beträgt. Das Verhältnis aller stabilisierenden Momente (aus Eigengewicht) zu den kippenden Momenten (aus der Last) muss demnach eine Sicherheitsmarge von 1,4 aufweisen.

Lastfall 2 – Standsicherheit unter Wind- und dynamischer Last: Der Kran arbeitet unter Betriebswindlast, die entlang der Auslegerrichtung wirkt. Der Sicherheitsfaktor K2 beträgt mindestens 1,25. Da die Windlast das Kippmoment erhöht, liegt der Sicherheitsfaktor niedriger als im Lastfall 1.

Lastfall 3 – Standsicherheit bei nicht betriebsmäßiger Windlast: Der Kran befindet sich im Stillstand (leerer Haken) und wird durch die maximale nicht betriebsmäßige Windlast beaufschlagt. K3 beträgt mindestens 1,15. Dies ist einer der kritischsten Lastfälle, da der Winddruck im Stillstand bis zu 1000 Pa erreichen kann, während das Stabilisierungsmoment aus dem Eigengewicht ohne angehängte Last reduziert ist.

Lastfall 4 – Standsicherheit bei plötzlicher Entlastung: Die Last wird während des Hubvorgangs plötzlich ausgehängt oder abgeworfen, wodurch eine rückwärtige Kipptendenz (Kippen nach hinten) entsteht. K4 beträgt mindestens 1,10. Geprüft wird hier die Stabilität des Krans in Richtung des Ausgleichsarms.

Lastfall 5 – Standsicherheit im Montage-/Demontagezustand: Beim Klettern oder Senken des Krans erhöht sich der Schwerpunkt des oberen Strukturteils, und die Verbindungen der Standardelemente sind nicht vollständig verspannt. K5 beträgt mindestens 1,25. Besondere Aufmerksamkeit gilt hier der Verbindungsfestigkeit zwischen Kletterrahmen und Turmmasthülse.

In der Berechnung wird die Kippkante als Verbindungslinie der äußersten Auflagerpunkte des Kranfundaments definiert. Das Stabilisierungsmoment ergibt sich aus der Summe der Produkte aus jedem Bauteil-Eigengewicht und seinem horizontalen Abstand zur Kippkante. Das Kippmoment setzt sich zusammen aus der Summe der Produkte aus horizontalen Lasten und ihrer jeweiligen Angriffshöhe zuzüglich des Windlastmoments.

Hubwerk und Wippwerk: Berechnungsnormen und Kernparameter

Kapitel 9 der Norm GB/T 13752-2017 legt die Berechnungs- und Konstruktionsanforderungen für Hubwerk, Wippwerk, Drehwerk und Fahrwerk von Turmkranen fest. Für die am häufigsten beanspruchten Antriebe – Hubwerk und Wippwerk – gelten folgende Kernparameter:

Hubwerk: Der Sicherheitsfaktor n des Drahtseils beträgt bei fahrbaren Turmkranen mindestens 5,0. Bei ortsfesten Turmkranen gilt für die Triebwerksgruppe M3 bis M5 ein Mindestwert von n = 4,5, für die Gruppe M6 bis M8 von n = 5,6. Der Nenndurchmesser D der Trommel beträgt mindestens das 25-fache des Drahtseildurchmessers, der Teilkreisdurchmesser Dp der Rolle mindestens das 28-fache. Der Seilablenkwinkel auf der Trommel darf 4 Grad bei blanker Trommeloberfläche bzw. 2,5 Grad bei gerillter Trommel nicht überschreiten. Das Hubwerk des Turmkrans TC6015 von Kelude Schwerindustrie ist mit einem Frequenzumrichtermotor ausgestattet; das Drahtseil hat die Konstruktion 35Wx7 mit einem Durchmesser von 14 mm, der Trommeldurchmesser beträgt 400 mm – das Verhältnis D/d = 28,6 erfüllt die Anforderung.

Wippwerk: Die horizontale Wippgeschwindigkeit der Laufkatze liegt üblicherweise zwischen 0,5 und 1,0 m/s. Der Sicherheitsfaktor des Wippseils bei Wippauslegern beträgt mindestens 4,0. Die Zugkraftberechnung der Wippkatze berücksichtigt gleichzeitig Reibungswiderstand, Steigungswiderstand, Windwiderstand und Beschleunigungskräfte. Die Radlast der Laufrad der Laufkatze wird für den ungünstigsten Lastfall geprüft; die Einzelradlast darf die zulässige Radlast der Schiene nicht überschreiten.

Anforderungen an Bremsen: Der Sicherheitsfaktor K der Haltebremse des Hubwerks beträgt mindestens 1,5, d. h. das Verhältnis von Bremsmoment zu statischem Nennlastmoment muss mindestens 1,5 betragen. Für die Bremse des Wippwerks gilt ein Sicherheitsfaktor K von mindestens 1,25. Verwendet werden elektromagnetische Backenbremsen (Ruhestrombremse) oder Scheibenbremsen. Die Verschleißlebensdauer der Reibbeläge muss mindestens 200.000 Arbeitsspiele betragen.

Darüber hinaus sind alle Zahnradgetriebe in den Antriebssträngen nach Norm ISO 6336 bzw. GB/T 3480 auf Zahnflanken- und Zahnfußfestigkeit zu prüfen. Die Lagerlebensdauer wird mit L10 ≥ 5.000 h ausgelegt.

Anker- und Fundamentausführung: Technische Parameter für Turmkrane

Die Norm GB/T 13752-2017 definiert verbindliche technische Parameter für Anker- und Fundamentausführung von Turmkranen. Die Ankerkonstruktion ist der entscheidende Faktor für den sicheren Betrieb von Turmkranen in großen Höhen. Kelude Schwerindustrie sieht oberhalb der maximalen freien Standhöhe grundsätzlich einen Ankerrahmen mit Ankerstrebensystem vor.

Ankerabstände: Die erste Ankerebene liegt 6 bis 12 m über der Fundamentoberkante, die weiteren Ankerebenen im Abstand von 6 bis 9 m. Die maximale freie Kragarmhöhe (von der obersten Ankerebene bis zur Turmspitze) darf 30 m nicht überschreiten bzw. richtet sich nach den Herstellerangaben.

Ankerstrebendesign: Der Schlankheitsgrad der Streben darf 120 nicht überschreiten. Empfohlen werden Rundrohrquerschnitte (Durchmesser 102x6 bis 159x8 mm) aus einem Werkstoff, der mindestens Q235B (≈S235JR) entspricht. Beide Strebenenden sind mit verstellbaren Gewindespindeln ausgeführt; der Verstellbereich beträgt ±150 mm, um Bautoleranzen des Bauwerks auszugleichen. Die Dicke t der Anschlusslaschen beträgt mindestens 12 mm; das Passungsspiel zwischen Bolzenloch und Bolzen darf 0,5 mm nicht überschreiten.

Verbindungselemente: Die Verbindungsschrauben zwischen Ankerrahmen und Turmstandardelement müssen mindestens der Festigkeitsklasse 8.8 (M24) entsprechen; je Ankerfläche sind mindestens 4 Schrauben vorzusehen. Der Querschnitt der Ankerbewehrung im Einbauteil muss As ≥ 1,5 × (maximale Strebenzugkraft / Streckgrenze der Ankerbewehrung) erfüllen. Die Verankerungstiefe der Einbauteile im Beton beträgt mindestens das 15-fache des Ankerdurchmessers, jedoch nicht weniger als 200 mm.

Fundamentausführung: Die Dicke der Fundamentplatte beträgt mindestens 1,2 m; die Betonfestigkeitsklasse ist mindestens C30. Der charakteristische Sohlwiderstand des Baugrunds fak muss mindestens 200 kPa betragen; wird dieser Wert nicht erreicht, ist eine Bodenverbesserung oder eine Pfahlgründung erforderlich. Die Bewehrung der Fundamentplatte ist in beiden Richtungen mit mindestens 0,15 % auszuführen; der Durchmesser der Hauptbewehrung beträgt mindestens 20 mm bei einem Achsabstand von höchstens 150 mm. Die Ankerbolzen für die Fundamenteinbettung werden in der Festigkeitsklasse 8.8 (M36 bis M48) ausgeführt; die Verankerungstiefe beträgt mindestens das 30-fache des Bolzendurchmessers.

Bei fahrbaren Turmkranen sind zusätzlich die Tragfähigkeit des Baugrunds unter dem Schienenfundament und die Biegefestigkeit der Schienen nachzuweisen. Die Schienenprofile werden nach QU70 bis QU100 gewählt. Die Spurweitentoleranz beträgt ±3 mm; der Höhenunterschied der Schienenoberkanten im selben Querschnitt darf den Wert Spurweite/1500 nicht überschreiten.

C30-Beton / Boden >= 200 kPa

Im Bereich der Sicherheitsüberwachung muss ein Turmkran zusätzlich die Anforderungen der Norm GB/T 28264-2012 „Sicherheitsüberwachungs- und Managementsystem für Hebezeuge“ erfüllen. Dabei werden Parameter wie Tragfähigkeit, Drehmoment, Ausladung, Höhe, Windgeschwindigkeit und Drehwinkel in Echtzeit überwacht. Die Abnahmeprüfung erfolgt gemäß GB/T 5905-2011 „Prüfverfahren und -programme für Krane“ mit statischer Last (1,25-fache Nennlast) und dynamischer Last (1,1-fache Nennlast).

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