Norme GB/T 13752 pour grues à tour : combinaisons de charges
La norme GB/T 13752-2017 « Spécification de conception pour les grues à tour » est une norme de conception dédiée aux grues à tour, indépendante de la norme GB/T 3811-2008. Elle s'applique aux grues à tour à orientation supérieure, à orientation inférieure, à flèche relevable et à flèche en tête. La norme définit 6 combinaisons de charges, 7 indicateurs de vérification de la résistance et de la rigidité structurelles, 5 conditions de vérification de la stabilité au renversement, ainsi que les exigences de conception pour les mécanismes de levage, de relevage de la flèche, d'orientation et les dispositifs d'ancrage. Cet article s'appuie sur l'expérience de conception des grues à tour de Kelude pour analyser en détail les dispositions clés de la norme.
Norme de conception des grues à tour : quelles différences entre GB/T 13752 et GB/T 3811 ?
La norme GB/T 13752-2017 est une norme de conception et de calcul spécifique aux grues à tour. Sa différence fondamentale avec la norme générale GB/T 3811-2008 « Spécification de conception des grues » réside dans la philosophie de conception et le domaine d'application. La norme GB/T 3811 couvre tous les types de grues (ponts roulants, portiques, grues à tour, grues mobiles, grues sur rails, grues flottantes, etc.) et fournit un cadre de conception général. La norme GB/T 13752, quant à elle, est spécifiquement adaptée aux grues à tour, avec des exigences plus détaillées en matière de valeurs de charge, de combinaisons, de coefficients partiels et de méthodes de vérification de la stabilité.
Les différences entre les deux normes se manifestent sur quatre aspects :
Premièrement, les combinaisons de charges diffèrent. La norme GB/T 3811 définit 9 combinaisons de charges réparties en 3 catégories (A, B, C), tandis que la norme GB/T 13752 divise les états de travail de la grue à tour en 6 combinaisons spécifiques : fonctionnement normal sans vent (classe A), fonctionnement normal avec vent (classe B), montage et démontage (classe C), charge de vent en état de non-travail (classe D), choc sur butée (classe E) et charges d'essai (classe F). Chaque condition est associée à un tableau de coefficients partiels dédié.
Deuxièmement, le calcul de la charge de vent est plus affiné. La norme GB/T 13752 introduit des coefficients de correction de la pression du vent en fonction de la hauteur de la tour, un coefficient de réduction lié à la prise au vent et un coefficient d'interférence pour les groupes de grues. Le calcul doit être effectué séparément pour la pression de vent en état de travail (250 Pa) et pour la pression de vent en état de non-travail, cette dernière étant déterminée selon la pression de vent de base de la région (pouvant dépasser 1 000 Pa dans les zones côtières).
Troisièmement, la vérification de la stabilité fait l'objet d'un chapitre dédié. Le chapitre 8 de la norme GB/T 13752 spécifie 5 conditions de vérification de la résistance au renversement et les exigences relatives au coefficient de sécurité K, imposant une vérification distincte de la stabilité globale en état de travail et en état de non-travail.
Quatrièmement, la conception des dispositifs d'ancrage est traitée dans un chapitre spécifique. Le chapitre 9 détaille les exigences relatives à l'espacement des ancrages, la limite d'élancement des barres (ne dépassant pas 120), la classe des boulons de connexion (au minimum de classe 8.8) et le coefficient de sécurité à l'arrachement des pièces encastrées (au minimum 1,5) — des dispositions absentes de la norme GB/T 3811.
| Critère de comparaison | norme GB/T 3811-2008 | GB/T 13752-2017 |
|---|---|---|
| Domaine d | Tous typesgrue | Grue à TourSpécial |
| combinaison de chargesQuantité | 9types(A/B/CClasse III) | 6types de combinaisons de conditions de service spécifiques |
| Ventindicateur de chargeCalcul | Pression de vent généraleCoefficient | Correction par segments+Interférence entre grues multiples |
| stabilitéVérification | Exigences générales | 5types de conditions de service+IndépendantCoefficient de sécurité |
| Conception des dispositifs d | Non couvert | Dispositions spécifiques au chapitre8articlesParamètre |
| posteCoefficientValeur adoptée | Tableau des valeurs générales | Valeurs spécifiques aux grues à tour |
Combinaisons de charges et coefficients partiels pour grues à tour : quelles valeurs adopter ?
Conformément à l'article 5 de la norme ISO 4301 / FEM 1.001 (ex-GB/T 13752-2017), la conception d'une grue à tour doit prendre en compte six catégories de combinaisons de charges, chacune correspondant à des ensembles de charges et des coefficients partiels spécifiques. Kelude Industries Lourdes applique rigoureusement cette classification lors des calculs de structure de ses grues à tour, en parcourant systématiquement tous les cas de figure.
Combinaison A — fonctionnement normal sans vent : charge de levage × 1,22 + poids mort × 1,16 + forces d'inertie horizontales × 1,0. Il s'agit du cas de charge le plus courant pour les opérations de levage quotidiennes, applicable aux environnements intérieurs ou abrités. Le coefficient partiel de 1,22 appliqué à la charge de levage reflète l'influence du coefficient de charge dynamique.
Combinaison B — fonctionnement normal avec vent : charge de levage × 1,22 + poids mort × 1,16 + forces d'inertie horizontales × 1,0 + pression de vent de fonctionnement × 1,0. Ce cas s'applique aux environnements extérieurs, avec une pression de vent de fonctionnement de 250 Pa et une vitesse de vent calculée à 20 m/s. Lorsque la hauteur de la tour dépasse 30 m, une correction de la vitesse du vent par segments est requise.
Combinaison C — charges spéciales (montage et démontage) : poids mort × 1,10 + charge dynamique de montage × 1,10 + charge de vent × 1,0. Pendant les opérations de surélévation, de descente et de démontage, la structure de la grue subit des modifications : les éléments de la tour ne sont que partiellement connectés. Les coefficients partiels sont alors sensiblement réduits, mais la capacité portante des boulons d'assemblage et du châssis de surélévation doit faire l'objet d'une vérification distincte.
Combinaison D — état hors service : poids mort × 1,0 + charge de vent hors service × 1,0. La pression de vent de base est déterminée selon la région, sur une période de retour de 50 ans : 800 à 1 000 Pa en zones côtières, 400 à 600 Pa en zones intérieures. Il s'agit du cas de charge extrême auquel la grue est soumise hors service, sous l'effet maximal du vent.
Combinaison E — amortissement des chocs : poids mort × 1,0 + force du tampon × 1,0. Lorsqu'un risque de collision existe entre la flèche de la grue et d'autres structures ou grues adjacentes, la capacité d'absorption d'énergie des dispositifs tampons doit être vérifiée.
Combinaison F — charges d'essai : l'essai de charge statique est réalisé à 1,25 fois la capacité nominale, et l'essai de charge dynamique à 1,1 fois. Tous les coefficients partiels sont pris égaux à 1,0 lors des essais, car aucune charge de vent ni charge accidentelle ne peut être superposée dans ces conditions.
Vérification de la résistance et de la rigidité des structures en acier : les 7 paramètres essentiels
Les articles 6 et 7 de la norme ISO 4301 / FEM 1.001 (ex-GB/T 13752-2017) définissent méthodiquement les procédures de vérification de la résistance et de la rigidité des structures en acier des grues à tour, couvrant sept indicateurs fondamentaux. Dans le processus de conception des grues à tour de Kelude Industries Lourdes, ces sept critères constituent le socle du système de validation de la sécurité structurelle.
1. Vérification de la résistance statique. Pour chaque combinaison de charges, la contrainte calculée dans les éléments ne doit pas dépasser la contrainte admissible, égale à la limite d'élasticité du matériau divisée par le coefficient de sécurité n. Pour l'acier Q355B (≈S355JR), la limite d'élasticité est de 355 MPa. Le coefficient de sécurité n est fixé à 1,48 pour les combinaisons A et B, 1,34 pour la combinaison C et 1,22 pour la combinaison D.
2. Vérification de la limite de fatigue. Pour les grues à tour de classe de fonctionnement A4 et au-delà, une évaluation de la durée de vie en fatigue des cordons de soudure critiques et des zones de concentration de contraintes est obligatoire. La méthode de l'amplitude de contrainte est appliquée, avec détermination de l'amplitude admissible à partir des courbes S-N. L'amplitude de contrainte de calcul ne doit pas dépasser la valeur admissible divisée par le coefficient partiel de résistance à la fatigue (compris entre 1,0 et 1,35).
3. Vérification de la stabilité élastique. Pour les éléments comprimés (montants principaux de la tour, entretoises d'ancrage, etc.), la stabilité globale et la stabilité locale doivent être vérifiées. La méthode de la section efficace est utilisée pour calculer la résistance au flambement, et la contrainte critique ne doit pas dépasser la limite de proportionnalité du matériau.
4. Vérification de la rigidité. Les limites de flèche de la structure sont contrôlées selon l'état limite de service : le déplacement horizontal en tête de tour ne doit pas excéder H/800 (H étant la hauteur libre de la tour), et la flèche à l'extrémité de la flèche ne doit pas dépasser L/500 (L étant la longueur de la flèche).
5. Vérification de la résistance des assemblages. Les soudures d'angle sont dimensionnées avec une gorge d'au moins 0,7 fois l'épaisseur de la tôle la plus mince, et la contrainte de calcul du cordon de soudure ne doit pas dépasser 0,9 fois la contrainte admissible. Les boulons haute résistance sont conçus en assemblage par friction, avec une précontrainte P déterminée selon la norme ISO 12480 (ex-GB 50017).
6. Vérification de la stabilité locale des plaques et coques. Les zones telles que les goussets des éléments de la tour et les plaques de fixation inférieures de la couronne d'orientation doivent être vérifiées contre le flambement local. Le rapport largeur/épaisseur (b/t) est limité à 42 pour l'acier Q355B.
7. Vérification de la fréquence propre de la structure. La fréquence fondamentale de la grue doit être éloignée de la fréquence de résonance induite par les tourbillons de vent (0,2 à 0,4 Hz) et de la fréquence d'oscillation de la charge suspendue (0,05 à 0,15 Hz), afin d'éviter tout phénomène de résonance couplée.
| Postes de vérification | Numéro de la normeéro de clause | ContrôleIndicateuret valeurs limites |
|---|---|---|
| StatiqueRésistance | Article6.2Clause | Contrainte calculée ne dépassant pas la limite d/n,n=1.22~1.48 |
| Limite de Fatigue | Article6.3Clause | Amplitude de contrainte ne dépassant pas la valeur admissible/posteCoefficient |
| Élasticitéstabilité | Article6.4Clause | Capacité de flambement ne dépassant pas la limite de proportionnalité du matériau |
| StructureRigidité | Article7.2Clause | Déplacement du sommet de la flèche ne dépassant pasH/800,Extrémité de flècheFlècheDéplacement du sommet de la flèche ne dépassant pasL/500 |
| Vérification des connexions | Article6.5Clause | soudure d'angleGorge de soudure>=0.7fois l,Cordon de SoudureContrainte<=0.9fois la valeur admissible |
| Localstabilité | Article6.6Clause | Rapport largeur/épaisseurb/tDéplacement du sommet de la flèche ne dépassant pas42(Q355Acier) |
Vérification de la stabilité au renversement d'une grue à tour : 5 cas de charge et coefficients de sécurité
Le chapitre 8 de la norme ISO 4301 / FEM 1.001 impose une vérification obligatoire de la stabilité au renversement des grues à tour, définissant 5 cas de charge et leurs coefficients de sécurité associés. Kelude établit un dossier complet de calcul de stabilité pour chaque grue avant sa sortie d'usine, couvrant l'intégralité de ces 5 scénarios.
Cas 1 (stabilité en charge statique sans vent) : la grue soulève sa charge nominale à portée maximale, sans prise en compte du vent. La formule de vérification exige que le rapport entre la somme des moments stabilisateurs et la somme des moments de renversement soit au moins égal à K1, avec K1 ≥ 1,40. La marge de sécurité entre les moments stabilisateurs (générés par le poids propre) et les moments de renversement (générés par la charge) doit donc atteindre un facteur de 1,4.
Cas 2 (stabilité en charge dynamique avec vent) : la grue fonctionne sous l'effet du vent de service agissant le long de la flèche. Le coefficient de sécurité K2 est fixé à 1,25 minimum. Le vent augmentant le moment de renversement, le coefficient de sécurité est logiquement inférieur à celui du cas 1.
Cas 3 (stabilité sous vent hors service) : la grue est à l'arrêt (crochet vide) et subit la pression maximale du vent hors service. K3 ≥ 1,15. Ce scénario est l'un des plus critiques : la pression du vent peut atteindre 1 000 Pa, tandis que le moment stabilisateur généré par le poids propre se trouve réduit par l'absence de charge suspendue.
Cas 4 (stabilité en cas de déchargement brusque) : la charge se détache ou est libérée soudainement pendant le levage, créant une tendance au renversement vers l'arrière (basculement arrière). K4 ≥ 1,10. La vérification porte ici sur la stabilité de la grue dans la direction du bras d'équilibrage.
Cas 5 (stabilité en phase de montage/démontage) : lors des opérations d'empilage ou de démontage, le centre de gravité de la structure supérieure s'élève et les connexions des sections de la tour ne sont pas entièrement serrées. K5 ≥ 1,25. Une attention particulière doit être portée à la résistance de la liaison entre la cage de levage et la tour.
Dans les calculs pratiques, la ligne de renversement correspond à la ligne reliant les points d'appui les plus extérieurs de la fondation. Le moment stabilisateur est égal à la somme des poids propres de chaque composant multipliés par leur distance horizontale à la ligne de renversement. Le moment de renversement est égal à la somme des charges horizontales multipliées par la hauteur de leur point d'application, augmentée du moment généré par la pression du vent.
Mécanismes de levage et de relevage de flèche : normes de calcul essentielles
Le chapitre 9 de la norme ISO 4301 / FEM 1.001 définit les exigences de calcul pour les mécanismes de levage, de relevage de la flèche, d'orientation et de déplacement des grues à tour. Pour les mécanismes de levage et de relevage, les plus sollicités, la norme impose les paramètres techniques suivants :
Mécanisme de levage. Le coefficient de sécurité du câble métallique n est fixé à n ≥ 5,0 pour les grues mobiles. Pour les grues fixes, selon la classe de fonctionnement M3 à M5, n ≥ 4,5 ; pour les classes M6 à M8, n ≥ 5,6. Le diamètre nominal du tambour D doit être au moins 25 fois le diamètre du câble métallique, et le diamètre primitif de la poulie Dp au moins 28 fois ce même diamètre. L'angle de déviation du câble sur le tambour ne doit pas excéder 4° (tambour lisse) ni 2,5° (tambour à gorges). Le mécanisme de levage de la grue TC6015 de Kelude est équipé d'un moteur à fréquence variable, d'un câble métallique de structure 35Wx7 d'un diamètre de 14 mm et d'un tambour de 400 mm de diamètre, satisfaisant pleinement au rapport D/d = 28,6.
Mécanisme de relevage de la flèche. La vitesse de débattement horizontal du chariot est généralement comprise entre 0,5 et 1,0 m/s. Le coefficient de sécurité du câble de relevage de la flèche est fixé à n ≥ 4,0. Le calcul de l'effort de traction du chariot doit prendre en compte simultanément les résistances au roulement, les résistances de pente, la résistance au vent et les forces d'inertie en accélération. La charge par galet du chariot est vérifiée dans les conditions les plus défavorables, chaque galet devant respecter la charge admissible du rail.
Exigences de conception des freins. Le coefficient de sécurité du frein de soutien du mécanisme de levage est fixé à K ≥ 1,5, c'est-à-dire que le rapport entre le couple de freinage et le couple statique de la charge nominale doit être au moins de 1,5. Pour le mécanisme de relevage, ce coefficient est de K ≥ 1,25. Les freins utilisés sont de type frein à sabots électromagnétique normalement fermé ou frein à disque. La durée de vie des garnitures de friction doit garantir un cycle de service d'au moins 200 000 manœuvres.
Par ailleurs, les réducteurs à engrenages de tous les mécanismes doivent être vérifiés en résistance superficielle des dents et en résistance à la flexion au pied de dent conformément à la norme ISO 6336. La durée de vie des roulements est dimensionnée pour une L10 d'au moins 5 000 heures.
Ancrages et fondations de grue à tour : paramètres techniques fondamentaux
La norme ISO 4301 / FEM 1.001 définit des exigences techniques précises pour les dispositifs d'ancrage et la conception des fondations des grues à tour. Le dimensionnement des ancrages est un facteur critique pour la sécurité des grues en hauteur. Kelude équipe systématiquement ses grues d'un cadre d'ancrage et d'un système de tirants au-delà de la hauteur libre maximale.
Espacement des ancrages. Le premier ancrage est positionné à 6 à 12 m au-dessus du sommet de la fondation, les ancrages suivants étant espacés de 6 à 9 m. La hauteur maximale en porte-à-faux (du dernier ancrage au sommet de la grue) ne doit pas dépasser 30 m, sauf spécification contraire du fabricant.
Conception des tirants d'ancrage. L'élancement des tirants ne doit pas excéder 120. Une section tubulaire circulaire est recommandée (diamètre 102x6 à 159x8 mm), avec un matériau au minimum de qualité Q235B (≈S235JR). Chaque extrémité de tirant est équipée d'une tige filetée réglable offrant une plage de ±150 mm pour compenser les tolérances de construction du bâtiment. L'épaisseur des platines d'extrémité t ≥ 12 mm, et le jeu entre l'alésage et l'axe ne doit pas dépasser 0,5 mm.
Exigences relatives aux connexions. Les boulons de fixation du cadre d'ancrage sur les sections de la tour doivent être au minimum de classe 8.8, diamètre M24, avec au moins 4 boulons par face d'ancrage. La section transversale des armatures de scellement doit satisfaire la condition As ≥ 1,5 fois l'effort de traction maximal du tirant divisé par la limite d'élasticité de l'armature. La profondeur d'ancrage dans le béton doit être au moins 15 fois le diamètre de l'armature, sans être inférieure à 200 mm.
Conception de la fondation. L'épaisseur de la semelle de fondation doit être d'au moins 1,2 m, avec une classe de résistance du béton minimale C30. La capacité portante caractéristique du sol fak doit être d'au moins 200 kPa ; si cette condition n'est pas satisfaite, un traitement du sol ou des fondations sur pieux est nécessaire. Le taux de ferraillage de la semelle est de 0,15 % minimum dans les deux directions, avec des barres principales d'un diamètre d'au moins 20 mm espacées de 150 mm maximum. Les boulons d'ancrage de scellement de fondation sont de classe 8.8, diamètre M36 à M48, avec une profondeur de scellement d'au moins 30 fois le diamètre du boulon.
Pour les grues sur rails, la capacité portante du sol sous la fondation des rails et la résistance à la flexion des rails doivent également être vérifiées. Les rails sont choisis dans les profils QU70 à QU100, avec une tolérance d'écartement de ±3 mm et une différence de niveau entre les deux rails à la même section ne dépassant pas l'écartement divisé par 1 500.
Nombre de combinaisons de charges
6 catégories
Combinaisons A à F couvrant tous les états de service et hors service
Vérifications structurelles
7 postes
Résistance statique, fatigue, stabilité, rigidité, connexions, points locaux, fréquence
Coefficient de sécurité au renversement
K≥1,15
Exigence minimale de marge de sécurité sur les 5 cas de charge
Coefficient de sécurité du câble
n≥5,0
Coefficient minimal pour le câble de levage des grues mobiles
Élancement des tirants d'ancrage
≤ 120
Section tubulaire circulaire, matériau Q235B recommandé
Épaisseur de la semelle de fondation
≥1,2 m
Béton C30 / fondations ≥ 200 kPa
En matière de système de surveillance de la sécurité, la grue à tour doit également se conformer aux exigences de la norme GB/T 28264-2012 — Système de surveillance et de gestion de la sécurité pour appareils de levage. Ce système assure un contrôle en temps réel de paramètres tels que la capacité de levage, le couple, la variation de portée, la hauteur, la vitesse du vent et l'angle de rotation. Les essais de réception sont effectués conformément à la norme GB/T 5905-2011 — Spécifications et procédures d'essai pour les grues, comprenant des essais en charge statique (1,25 fois la charge nominale) et en charge dynamique (1,1 fois la charge nominale).
📖 Lectures complémentaires
9 questions fréquentes sur l'application des normes de conception des grues à tour
Q : En cas de contradiction entre les normes GB/T 13752 et GB/T 3811 pour la conception d'une grue à tour, laquelle prévaut ?
A : La norme GB/T 13752 est la spécification dédiée aux grues à tour. En cas de dispositions divergentes sur un même paramètre de conception, la norme GB/T 13752 fait foi. En effet, la version 2017 de cette norme s'appuie sur le cadre de la norme GB/T 3811 mais affine les valeurs pour les conditions de fonctionnement des grues à tour (par exemple, le coefficient partiel est de 1,22 dans la combinaison A, contre 1,16 dans la norme GB/T 3811). Dans la pratique, Kelude Industries Lourdes recommande d'utiliser la norme GB/T 13752 comme spécification principale et la norme GB/T 3811 comme référence complémentaire.
Q : Que faire si le coefficient de sécurité K est inférieur à 1,15 lors de la vérification de la stabilité au renversement d'une grue à tour ?
A : Si la vérification ne satisfait pas la condition K ≥ 1,15, plusieurs mesures peuvent être prises : augmenter le contrepoids de la fondation (en épaississant la dalle en béton ou en élargissant sa surface), réduire la hauteur libre de la tour en conditions hors service (en ajoutant des attaches), ou diminuer la longueur de la flèche pour réduire la surface soumise à la pression du vent. Pour les grues sur rails, l'utilisation d'une pince de rail ou d'un dispositif d'ancrage peut également accroître le moment stabilisateur. Kelude Industries Lourdes recommande que toutes les grues à tour soient conçues pour garantir un coefficient K d'au moins 1,20 dans les conditions de charge les plus défavorables, offrant ainsi une marge de sécurité de 5 %.
Q : Quelle est la valeur requise pour la capacité de résistance à l'arrachement des pièces encastées du dispositif d'attache d'une grue à tour ?
A : La norme GB/T 13752 stipule que la valeur de calcul de la capacité d'arrachement des pièces encastées doit être au moins égale à 1,5 fois la valeur de calcul de la force de traction maximale de la barre d'attache (soit un coefficient de sécurité d'au moins 1,5). La section transversale des barres d'ancrage (As) est calculée comme suit : As ≥ 1,5 × Fd / fy. Par exemple, pour une force de traction maximale Fd = 200 kN et des barres en acier HRB400 (fy = 360 MPa), As doit être ≥ 833 mm², ce qui correspond à 4 barres de diamètre 18 mm (As = 1 018 mm²). La profondeur d'ancrage doit être d'au moins 15 fois le diamètre de la barre, soit 270 mm, et ne doit pas être inférieure à 200 mm. La résistance du béton des pièces encastées ne doit pas être inférieure à C30.
Q : Quelles sont les vitesses de vent maximales admissibles pour une grue à tour en conditions de service et hors service ?
A : La norme GB/T 13752 spécifie une vitesse de vent de calcul de 20 m/s (pression de vent correspondante de 250 Pa) pour les conditions de service. Au-delà de cette vitesse, la grue doit cesser ses opérations et le frein de rotation doit être desserré pour permettre une rotation libre. Pour les conditions hors service, la vitesse de vent de calcul est basée sur la pression de vent de base centennale de la région : de 25 à 30 m/s (pression de 400 à 600 Pa) pour les zones intérieures, et de 35 à 40 m/s (pression de 800 à 1 000 Pa) pour les zones côtières. Les grues à tour de la série TC de Kelude Industries Lourdes sont équipées de série d'un anémomètre qui déclenche une alarme et coupe les circuits de levage et de variation de portée lorsque la vitesse du vent dépasse la limite de service.
