A Detailed Explanation of Wind Load Calculations for Cranes: GB/T 3811-2008—Wind Pressure Zones, Shape Coefficients, Height Coefficients, Wind-Shielding Reduction Calculations, and Engineering Examples
In a nutshell:风载荷是起重机非工作状态倾覆和结构疲劳的首要外部荷载。本文基于GB/T 3811-2008第4.2.2节和ISO 4302:2022，完整解析风载荷计算公式Fw=Cw·p·A的每一步取值——风压分区（内陆250Pa/沿海500Pa/暴风1500Pa）、体型系数C（桁架1.6~2.0/箱形1.2~1.4）、高度系数Kh（10m以下0.7/30m以上1.2）和挡风折减系数η（双梁0.5~0.7/塔身0.3~0.6），附门吊/塔吊/岸桥三个完整计算实例。
🌪️ 起重机风载荷计算详解
✅ 风压分区 | ✅ 体型系数 | ✅ 高度系数 | ✅ 挡风折减 | ✅ 工程算例
一、风载荷计算标准体系与公式总纲
起重机风载荷计算的核心公式（GB/T 3811-2008式4.1、ISO 4302:2022第5条）：
Fw = Cw · p · A · Kh · η (N)
式中：Cw——风力体型系数（无量纲）；p——计算风压(Pa)；A——迎风面积(m²)；Kh——风压高度变化系数；η——多片构件挡风折减系数
对于工作状态（起重机正常运行时承受的最大风压），风载荷用于结构强度和抗倾覆校核；对于非工作状态（停机后承受的暴风风压），风载荷用于防风抗滑和锚定装置设计。两种状态下风压p的取值不同。
二、计算风压p的分区取值——内陆/沿海/强台风三区
GB/T 3811-2008附录A（规范性附录）将中国划分为三个基本风压区，并根据起重机工作状态和非工作状态分别取值：
| 风压区 | 覆盖区域 | 工作风压pw | 非工作风压pnw | 对应风速 |
|---|---|---|---|---|
| Ⅰ区（内陆） | 除Ⅱ、Ⅲ区外的全部内陆地区 | 250 Pa | 600~800 Pa | 20m/s / 31~36m/s |
| Ⅱ区（沿海） | 距海岸线10km内的沿海地区 | 500 Pa | 1000~1200 Pa | 28m/s / 40~44m/s |
| Ⅲ区（强台风） | 海南、浙江沿海、福建沿海、广东沿海 | 500 Pa | 1200~1500 Pa | 28m/s / 44~49m/s |
工程注意点：非工作风压是指起重机停机后承受的不大于百年一遇的最大风压。新规程TSG 51-2023第3.2条对非工作风压取值增加了强制要求：安装防风装置时须以当地50年一遇基本风压为基准（查GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》附录E），不再允许设计人员估算取值。
三、体型系数Cw——不同结构形式的差别可达2倍
风力体型系数Cw反映了风对结构物表面的压力分布不均匀性。GB/T 3811第4.2.2.2条按结构形式给出推荐值：
| Structural Configuration | Cw | 典型应用 |
|---|---|---|
| 箱形实腹构件（矩形截面） | 1.2~1.4 | QD型桥式主梁、LD型单梁主梁 |
| 桁架结构（圆管） | 1.4~1.6 | 门式起重机支腿桁架、塔吊塔身 |
| 桁架结构（角钢/槽钢） | 1.6~2.0 | 塔吊臂架、岸边集装箱起重机门架 |
| 圆形截面（D≥0.3m） | 0.7~1.0 | 塔吊标准节圆管、门吊支腿圆管 |
| 封闭司机室/电气房 | 1.2 | 司机室外壁、电气控制柜箱体 |
工程注意点：同一台起重机不同构件应取不同的Cw值，分别计算风载再叠加，而非统一取大值。例如门式起重机的主梁（箱形Cw=1.3）、支腿（桁架Cw=1.6）、司机室（Cw=1.2）应分别计算。统一取最大值1.6会导致风载高估25%~30%，增加不必要的结构重量和成本。
四、高度系数Kh——离地越高风越大
风压随高度增加呈指数增长。GB/T 3811第4.2.2.3条给出了不同离地高度H对应的Kh值（基于地面粗糙度B类——空旷田野/郊区）：
| 离地高度H（m） | Kh | Notes |
|---|---|---|
| H ≤ 10 | 0.7 | 地面边界层内风速较低 |
| 10 < H ≤ 20 | 0.9 | |
| 20 < H ≤ 30 | 1.0 | 基准高度，Kh=1.0 |
| 30 < H ≤ 50 | 1.2 | |
| 50 < H ≤ 100 | 1.4 | 高塔吊/岸桥需取此值 |
| H > 100 | 1.6~1.8 | 超大型塔吊/海上起重机 |
工程注意点：对于大型塔式起重机（独立高度50~80m），主梁/塔身和臂架处于不同高度区段，须分段施加Kh系数（如塔身下部H≤30取1.0、上部30~50m取1.2、臂架50~80m取1.4），然后合并计算总风弯矩。
五、挡风折减系数η——多片构件的遮挡效应
当起重机结构为多片平行构件（如双主梁、桁架的多片腹杆）时，后片构件受前片的遮挡，实际风载小于独立计算值。GB/T 3811附录B给出了η取值方法：
η = f(a/b, φ)
式中：a——前后两片构件的间距（m）；b——单片构件的宽度（m）；φ——挡风率 = 构件迎风面积 / 外轮廓面积
常用取值（工程简化版）：
双主梁桥式（a/b≈1.0、φ≈0.4）：η = 0.5~0.6
塔吊塔身四柱（a/b≈0.8、φ≈0.5）：η = 0.4~0.5（对角风向叠加后取0.55~0.65）
门吊支腿桁架（a/b≈1.2、φ≈0.35）：η = 0.6~0.7
岸边集装箱起重机门架（a/b≈0.6、φ≈0.3）：η = 0.3~0.4
Common Misconceptions:部分设计人员对双梁桥式起重机的前后两根主梁各独立计算风载再相加（忽略挡风折减），导致风载高估1.5~2倍。正确的做法是先计算第一根主梁的全风载，第二根主梁乘以折减系数η后相加。
六、工程算例——MH型门式起重机风载计算
以一台沿海地区使用的MH型32t门式起重机为例（跨度L=26m、起升高度Hh=12m、主梁高1.8m）：
【算例1】沿海MH32t门吊——工作状态风载（pw=500Pa）
主梁风载：A1=26×1.8=46.8m²，Cw=1.3（箱形），H≈8m→Kh=0.7
Fw1=1.3×500×46.8×0.7=21,294 N
支腿风载（双片桁架，取η=0.6）：
单腿迎风A2=8×0.8=6.4m²（支腿高8m、宽0.8m），Cw=1.6（角钢桁架），H平均=4m→Kh=0.7
第一片Fw2a=1.6×500×6.4×0.7=3,584 N
第二片Fw2b=3,584×0.6=2,150 N
支腿总Fw2=2×(3,584+2,150)=11,468 N（2组支腿）
司机室+电气房：A3=6m²，Cw=1.2，H=10m→Kh=0.7
Fw3=1.2×500×6×0.7=2,520 N
总工作风载 Fw总=21,294+11,468+2,520=35,282 N ≈ 35.3 kN
该风载用于门吊的工作状态抗倾覆校核（与吊载等组合）。非工作状态下pnw=1000Pa（沿海Ⅱ区），代入相同公式得到Fw总=70.6kN，用于防风锚定装置的设计校核——需满足夹轨器夹紧力+锚定销抗剪力≥70.6kN。
七、工程算例——QTZ80塔式起重机风载计算
【算例2】内陆QTZ80塔吊——非工作状态暴风（pnw=700Pa）
参数：塔高H=40m，塔身截面1.6×1.6m（四柱圆管φ159），臂长55m（角钢桁架）
塔身风载（分段计算Kh）：
0~20m段：At1=1.6×20=32m²，Cw=1.6，Kh=0.9→Fwt1=1.6×700×32×0.9=32,256 N
20~40m段：At2=1.6×20=32m²，Cw=1.6，Kh=1.1（取均值）→Fwt2=1.6×700×32×1.1=39,424 N
塔身总Fwt=32,256+39,424=71,680 N（含四柱折减η=0.55）
实际考虑迎风侧两柱完全受风+背风侧两柱折减→71,680×0.55≈39,424 N
臂架风载（角钢桁架Cw=1.8）：Ab=55×1.2=66m²，H=40m→Kh=1.2
Fwb=1.8×700×66×1.2=99,792 N
平衡臂+配重风载：Acb=12m²，Cw=1.3→Fwcb=1.3×700×12×1.2=13,104 N
总非工作风载 Fw总=39,424+99,792+13,104=152,320 N ≈ 152.3 kN
非工作状态风致倾覆弯矩 Mw=各段风载×各自力臂→≈2,206 kN·m（需K≥2.0）
该计算结果与QTZ80使用说明书中的非工作状态倾覆弯矩值（2,150 kN·m）偏差仅2.6%，验证了计算方法的准确性。注意塔身因四柱结构的挡风折减效应，实际风载仅为独立计算值的50%~55%。
八、影响风载计算准确性的六项工程要点
克鲁德重工——服务优势
克鲁德重工在非标起重机的风载荷分析和防风装置设计领域积累了大量工程数据。每台出厂的非标室外起重机均附带基于GB/T 3811和GB 50009的风载荷计算书，明确标注当地风压区、体型系数取值和防风装置设计力。已为28个沿海项目提供防风方案优化，平均降低防风装置成本15%~25%。
❓ 常见问题（FAQ）
📌 Recommended Standards
• GB/T 6974.6-2008《起重机 术语 第6部分：铁路起重机》
• GB/T 6974.7-2008《起重机 术语 第7部分：浮式起重机》
• GB/T 24818.4-2009《起重机 通道及安全防护设施 第4部分：臂架起重机》
