Berekening van de windbelasting op bovenloopkranen: complete handleiding voor windsnelheid, winddruk en ontwerpbeperkingen

De berekening van de windbelasting op een bovenloopkraan is een van de belangrijkste aspecten van het constructief ontwerp en de veilige werking van de kraan in de buitenlucht. Of het nu gaat om het ontwerpen van een bovenloopkranen, portaalkranenBij de bouw van een RTG-, RMG- of containerkraan (ship-to-shore) moeten ingenieurs de ontwerpwindsnelheid, winddruk en operationele windlimieten nauwkeurig bepalen om de structurele sterkte, stabiliteit en kantelbestendigheid te garanderen. Onjuiste windbelastingsberekeningen kunnen leiden tot overmatige structurele spanning, ontsporing, verschuiving, kantelen of ernstige schade aan de apparatuur tijdens harde wind of tyfoons.

Deze handleiding legt de technische principes uit achter de berekening van de windbelasting op kranen, gebaseerd op GB/T 3811-2008, GB/T 6067.1-2010, GB/T 28591-2012 en GB/T 43237-2023. Hierbij komen formules voor winddruk, omrekeningen van windsnelheden, Beaufort-windkrachtclassificaties, tyfooncategorieën en de maximale windsnelheden voor verschillende typen kranen aan bod.

1. Vereisten voor anemometer en windsnelheidsalarm.

1. Voor hoogbouwkranen in de buitenlucht moet een anemometer op een verhoogde, aan de windzijde gelegen positie op de kraan worden geïnstalleerd. (GB/T 6067.1, clausule 9.6.1.1)
2. Buitenkranen op grote hoogte moeten zijn uitgerust met een windwaarschuwingsinrichting die de actuele windsnelheid weergeeft en een alarmsignaal afgeeft wanneer de windkracht de ontwerpwindsnelheidsdrempel overschrijdt. (Clausule 9.6.1.2)
3. Kraanwerkzaamheden zijn verboden wanneer de windsnelheid de door de fabrikant opgegeven maximale werkwindsnelheid overschrijdt. (Artikel 17.1)

2. Ontwerpwindsnelheid en ontwerpwinddruk

De ontwerpwinddruk tijdens gebruik is onderverdeeld in twee niveaus:

• pⅠ — ontwerpwinddruk onder normale bedrijfsomstandigheden, gebruikt voor de vermogensselectie van de motor (weerstandsberekening en thermische verificatie)
• pⅡ — maximale ontwerpwinddruk tijdens gebruik, gebruikt voor sterkte-, stijfheids- en stabiliteitscontroles van constructieonderdelen, verificatie van het overbelastingsvermogen van de aandrijving en stabiliteit tegen kantelen en slippen tijdens gebruik.

pⅠ = 0,6 × pⅡ

De ontwerpwinddruk pⅢ voor niet-bedrijfsgebruik is de maximale winddruk die de kraan moet kunnen weerstaan wanneer deze niet in bedrijf is. Deze wordt gebruikt voor sterktecontroles buiten bedrijf, verificatie van de kantelbestendigheid en het ontwerp van railklemmen, verankeringssystemen en stormankers.

De fundamentele relatie tussen winddruk en windsnelheid (van toepassing zowel tijdens als buiten bedrijf):

p = 0,625 × Vs²

KernconversierelatieDe ontwerpwindsnelheid Vs is een windvlaag van 3 seconden, gemeten op een hoogte van 10 m in open terrein. Voor gebruiksomstandigheden geldt Vs = gemiddelde windsnelheid over 10 minuten × 1,5 (zie tabel 3). Voor niet-gebruiksomstandigheden geldt Vs = gemiddelde windsnelheid over 10 minuten × 1,4 (zie tabel 4). De gemiddelde windsnelheid over 10 minuten is de referentiewaarde van de meteorologische windkrachtschaal.

De kernafleiding

Uit tabel 2 en 3, voor kranen die onder normale windomstandigheden werken:

• Maximale ontwerpwinddruk: 250 N/m²
• Maximale ontwerpwindsnelheid (windvlaag): 20 m/s
• Overeenkomstige windkracht: Kracht 6

Daarom moet het windalarm afgaan bij windkracht 6 — dat is de maximale windsnelheid waarvoor de kraanconstructie en -stabiliteit onder normale omstandigheden zijn ontworpen.

Uit tabel 4, voor binnenkranen die buiten gebruik zijn:

• Minimale ontwerpwinddruk bij buitenbedrijfstelling: 500 N/m²
• Minimale ontwerpwindsnelheid (windvlaag) bij buitenbedrijfstelling: 28,3 m/s
• Overeenkomstige windkracht: Kracht 8

Daarom moet de kraan verankerd worden bij kracht 8 — dit is de minimale ontwerpconditie voor kranen die buiten bedrijf zijn.

3. Classificatie van de windkrachtschaal

3.1 Terminologie

• Windsnelheid: de horizontale afstand die per tijdseenheid door de lucht wordt afgelegd. Gebruikelijke eenheden: m/s, km/u of knopen. (GB/T 28591-2012)
• Windkracht: de windkracht, meestal uitgedrukt in getallen op de schaal van Beaufort. Internationaal wordt de schaal van Beaufort gebruikt. (GB/T 28591-2012)

3.2 Windkrachtschaal

Volgens GB/T 28591-2012 WindkrachtschaalDe windkracht wordt ingedeeld in 18 niveaus: 0 tot en met 17.

3.3 Beaufort windkrachtschaal

De Beaufortschaal werd in 1805 ontwikkeld door Francis Beaufort (1774-1857) en in 1946 uitgebreid. De schaal correleert windkrachtniveaus met waarneembare kenmerken van het aardoppervlak.

4. Classificatie van tyfoons

Tyfoons worden ingedeeld in vijf intensiteitsniveaus: tropische storm, zware tropische storm, tyfoon, zware tyfoon en supertyfoon. De maximale gemiddelde windsnelheden nabij het centrum en de bijbehorende landoppervlaktekenmerken worden gedetailleerd weergegeven in tabel 7.

5. Windlimieten voor kraanbedrijf per type

OpmerkingDe windsnelheden die in de punten 1-12 hierboven worden vermeld, zijn allemaal ontwerpwindsnelheden, oftewel windstoten van 3 seconden, die 1,5 × of 1,4 × de referentiewaarden van de meteorologische windkrachtclassificatie bedragen. Voor kraantypen die niet in de lijst staan, raadpleegt u de toepasselijke productnorm.

6. Samenvatting van de berekening van de windbelasting op bovenloopkranen

7. Berekening van de windbelasting op een bovenloopkraan: Belangrijkste technische conclusies

Een nauwkeurige berekening van de windbelasting voor bovenloopkranen is essentieel voor het veilige ontwerp, de veilige werking en het veilige onderhoud van hijsinstallaties in de buitenlucht. Door de ontwerpwindsnelheid, de winddruk, de belastingcombinaties en de operationele windlimieten correct te bepalen, kunnen ingenieurs het constructieontwerp optimaliseren, de stabiliteit tegen kantelen verbeteren en geschikte windbeschermingsvoorzieningen selecteren, zoals anemometers, railklemmen, verankeringssystemen en stormankers. Inzicht in de relatie tussen meteorologische windgegevens, ontwerpwinddruk en de bedrijfsomstandigheden van de kraan is eveneens belangrijk om windgerelateerde storingen te voorkomen en veilige hijswerkzaamheden te garanderen.

Door de berekeningsmethoden en ontwerpeisen van GB/T 3811 te volgen, in combinatie met de veiligheidsvoorschriften van GB/T 6067.1 en de toepasselijke productnormen voor kranen, kunnen fabrikanten, ontwerpers en onderhoudsteams betrouwbare procedures voor de windbelastingsberekening opstellen voor bovenloopkranen, portaalkranen, RTG's, RMG's, scheepskranen en andere hijsinstallaties voor buitengebruik. Een correcte windbelastingsberekening verbetert niet alleen de operationele veiligheid, maar verlengt ook de levensduur van de apparatuur en verhoogt de betrouwbaarheid op lange termijn onder zware omgevingsomstandigheden.

Belangrijkste referentiestandaarden(Vraag over Chinese kraannormen):

• GB/T 6067.1-2010 Veiligheidsvoorschriften voor hijsinstallaties — Deel 1: Algemeen
• GB/T 3811-2008 Ontwerpvoorschriften voor kranen
• GB/T 43237-2023 Richtlijnen voor de preventie van meteorologische rampen — Tyfoon
• GB/T 28591-2012 Windschaal

kristal

Kraan OEM-expert

Met 8 jaar ervaring in het aanpassen van hijsapparatuur, heb ik meer dan 10.000 klanten geholpen met hun pre-sales vragen en zorgen. Als u gerelateerde behoeften heeft, neem dan gerust contact met mij op!

Whatsappen: +86 199 1373 9708

E-mail: krystalli@kscranegroup.com