クレーンの偶発的な荷重：GB/T 3811-2008における5つの設計事例

クレーンの偶発荷重とは、通常のクレーン運転中に頻繁には発生しないものの、時折発生する可能性のある荷重のことです。これには、運転中の風、雪、氷、温度変化、クレーンの傾きなどによって生じる荷重が含まれます。これらの荷重は、一般的に疲労破壊計算には考慮されません。

この記事では、クレーンの偶発的な荷重の5つのタイプとその計算方法をまとめています。それらは、傾斜時の水平横荷重Ps、勾配荷重、風荷重、積雪・着氷荷重、および温度変化による荷重です。

1. クレーンの斜め方向からの偶発的な荷重: Ps

クレーンの傾斜時に発生する水平方向の横荷重は、車輪付きクレーンやトロリーが定常状態で縦方向または横方向に移動する際に、ガイドローラーやホイールフランジなどのガイド装置の反力によって発生する偶発的な荷重である。

どこ：

• ∑P — 最大車輪荷重の合計：横荷重を受ける側の端部台車の有効ホイールベースに関連する車輪にかかる、頻繁に発生する最大車輪荷重の合計。
• λ — 水平横荷重係数。これは、S/B（またはS/a）の比率に依存します。ここで、Sはクレーンのスパン、Bはクレーンのホイールベース、aは有効ホイールベースです。下の図からλを求めます。

多輪クレーンの場合、クレーンホイールベースBの代わりに有効ホイールベースaを用いることで、水平横力の計算においてより合理的な基準が得られる。有効ホイールベースの決定に関する原則は、GB/T 3811-2008のD.2項、134～135ページに記載されている。

Psは水平ホイールアセンブリの設計を確認するための理論的基礎を提供します。関連する動作症状と原因については、このガイドを参照してください。 天井クレーンの車輪の摩耗とレールの歪み.

2. クレーンの勾配荷重

クレーンの勾配荷重とは、クレーンの自重と定格吊り上げ荷重のうち、斜面、道路、またはレールの傾斜面に沿って作用する成分のことである。

1. 移動式クレーン：計算が必要な場合は、実際の道路状況または地盤状況を考慮してください。
2. レール式クレーン（鉄道クレーンを含む）：軌道勾配が0.5%（0.29°）を超えない場合は、勾配荷重は考慮しない。それ以外の場合は、実際の勾配を用いて勾配荷重を計算する。
3. GB/T 10183.1-2018の表2のクレーンレール上部真直度公差によると、 クレーン—車輪、走行および横移動軌道の許容誤差—第1部：一般レール式天井クレーンまたはガントリークレーンのトラックの勾配は、許容クラス2の場合は1/1000、許容クラス1の場合は0.5/1000を超えてはならない（天井クレーンの移動速度が112m/分以上の場合）。トロリートラックの勾配は、許容クラス2または1の場合は0.5/1000を超えてはならない。これは同等の推論であり、原著者の個人的な意見である。明示的な一般的な勾配要件は見つからなかった。
4. 造船用ガントリークレーン：溶接レールを使用し、走行路の勾配は1/1000を超えてはならない（GB/T 27997-2026）。
5. リーチスタッカー：地面の勾配は3%を超えてはならない（GB/T 26474-2026）。
6. ゴムタイヤ式コンテナガントリークレーン：走行経路の地盤勾配は1%を超えてはならず、局所勾配は3%を超えてはならない（GB/T 14783-2009）。

これらの要件に基づき、現場での軌道設置が該当規格に準拠している場合、レール式クレーンの勾配荷重を計算する必要はなくなるのでしょうか？勾配荷重を計算する必要があるとすれば、それは指定された設置条件が規格に準拠していないことを意味するのでしょうか？これらは、原著論文で提起された疑問点です。

3. クレーンの風荷重 PW

屋外で稼働するクレーンについては、風荷重を考慮する必要があります。風荷重は、最も不利な水平方向に作用する静荷重とみなされます。計算された風圧は、クレーンの種類と稼働地域に応じて選択してください。

3.1 計算された風圧

どこ：

• p — 計算された風圧（ニュートン毎平方メートル（N/m²））。
• Vs — 計算された風速（メートル毎秒（m/s））。

算出された風速は、開けた地形から10mの高さにおける突風の風速であり、3秒間の平均瞬間風速として表される。

運用状態においては、突風の風速は10分間の平均風速の1.5倍である。

運用停止状態の場合、突風の風速は10分間の平均風速の1.4倍である。

3.2 運用中の風荷重 PWⅡ

運用中の風荷重とは、クレーンが稼働中に耐えうる最大風力のことである。

運用中の風圧は、クレーンの全高さにわたって一定であるとみなされ、高さによる変化は考慮されない。

風速測定装置を用いて制限風速を超える運転を防止する場合、通常はクレーンの最高部に設置される。

計算された運用中の風圧はPⅠとPⅡに分けられます。対応する風圧と風速は以下のとおりです。製造業者が表の値とは異なる風速または風圧を使用する場合は、これらの値をクレーンの設計文書および操作説明書に明記する必要があります。実際には、通常はプロジェクトの技術仕様書が優先されます。

• PⅠは、運転状態における通常の計算風圧です。これは、モータ出力選定のための抵抗値計算や熱検証に使用されます。
• PⅡは、稼働状態における最大風圧の計算値です。これは、機構部品や金属構造の強度、構造剛性および安定性、駆動過負荷容量、転倒に対するクレーン全体の安定性、および耐風滑り防止安全性を計算するために使用されます。

3.3 クレーンに作用する稼働中の風荷重

どこ：

• PWⅠ — クレーンに作用する通常の運用中の風荷重（ニュートン（N）単位）。
• PWⅡ — クレーンに作用する最大運用風荷重（ニュートン（N））。
• C — 風力係数。
• PⅠおよびPⅡ — 計算された2つの運用中の風圧（N/m²）。
• A — クレーン部品の風向に垂直な風上側の実面積（平方メートル）。これは、外形風上側面積 A0 に風上面の実面積比 Φ を乗じた値に等しくなります。A = A0Φ。
• θ — 風向と構成要素または構造物の表面の長手方向軸との間の角度（θ≤90°）、単位は度。

クレーン構造にかかる総風荷重は、その個々の部品にかかる風荷重の合計である。

1. 風力係数Cについては、GB/T 3811-2008の4.2.2.3項を参照してください。この項には、個々の部材、単面トラス構造、および正方形格子塔の風力係数が記載されています。
2. 風上側面積Aは遮蔽低減係数に関係します。例えば、二重桁ガントリークレーンの主桁の風上側面積の計算については、GB/T 3811-2008の4.2.2.3.6項を参照してください。この項では、2つの部材の遮蔽低減、元の規格に記載されている部材の遮蔽低減、間隔比、その他の係数について説明しています。

設計荷重が確定した後の実用的な機器選定については、KSCRANEを参照してください。 ガントリークレーン風害対策システム選定ガイド.

3.4 吊り上げられた荷物に作用する風荷重

どこ：

• PWQⅠ — 吊り上げられた荷重に作用する通常の運用中の風荷重（ニュートン（N））。
• PWQⅡ — 吊り上げられた荷重に作用する最大使用時風荷重（ニュートン（N））。
• AQ — 吊り上げられた荷物の最大風上側面積（平方メートル（m²））。

クレーンが特定の寸法と形状の荷物を扱う場合、対応する寸法と形状から風上側の面積を決定する。面積が不明な場合は、GB/T 3811-2008の付属書Eの条項E.5に従って風上側の面積を推定する。

4. 積雪および着氷荷重

特定の地域では、積雪や着氷による荷重を考慮する必要がある。また、積雪や着氷によって生じる風上側の面積増加も考慮する必要がある。

5．温度変化によって生じる負荷

このセクションは理論的な内容であり、参考のために提供されています。温度荷重は一般的に考慮されません。ただし、クレーンの設置時の温度と使用時の温度が大きく異なる地域、または大スパンの静的不定構造物においては考慮する必要があります。一例として、2本の剛性脚を持ち、スパンが30m以上のガントリークレーンが挙げられます。このような場合、温度変化によって構造部材が拘束された状態で膨張または収縮することで荷重が発生します。計算は、ユーザーから提供される関連情報に基づいて行うことができます。

6. クレーンの風荷重評価に関するGB/T 45680-2025

GB/T 45680-2025、 クレーン - 風荷重評価(中国のクレーン規格に関する問い合わせ)は、クレーンの風荷重計算に関する新たに開発された初版規格です。ISO 4302:2016の修正採用（MOD）であり、2025年5月30日に発行され、2025年12月1日に発効しました。この規格は、稼働中および稼働停止中の両方のクレーンにかかる風荷重の計算に適用されます。

運用中の風速は、クレーンの最高地点で測定された風速とする。

風荷重評価後に使用される利用可能なハードウェアの概要については、以下を参照してください。 ガントリークレーン防風装置用アクセサリー.

クリスタル

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