Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang1
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
A- GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC THIẾT BỊ NÂNG HẠ PHỤC VỤ XÂY
DỰNG
− Cần trục tháp là loại cần trục có một thân tháp thường cao từ 30 ÷ 50, hoặc
cao hơn nữa (có thể đến 100 ÷ 120 m). Phía trên gần đỉnh tháp có gắn cần dài từ
12 ÷ 50 m đôi khi đến 70m, được kết nối bằng chốt bản lề. Một đầu cần còn lại
được treo bằng cáp hoặc thanh kéo đi qua đỉnh tháp. Kết cấu chung của cần trục
tháp chủ yếu gồm 2 phần: phần quay và phần không quay). Trên phần quay bố trí
các cơ cấu công tác như: tời nâng vật, tời nâng cần, tời kéo xe con, cơ cấu quay,
đối trọng, trang thiết bò điện và các thiết bò an toàn.
− Phần không quay có thể được đặt cố đònh trên nền hoặc có khả năng di
chuyển trên đường ray nhờ cơ cấu di chuyển. Tất cả các cơ cấu của cần trụ được
điều khiển bởi cabin treo trên cao gần đỉnh tháp phổ biến là loại cabin được treo ở
phần liên kết giữa cần tháp và cột tháp.
− Do có chiều cao nâng và tầm với lớn, có không gian phục vụ nâng nhờ các
chuyển động nâng hạ vật, thay đổi tầm với, quay toàn vòng và dòch chuyển toàn
bộ máy mà cần trục tháp được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng dân
dụng, xây dựng công nghiệp hoặc dùng để bốc dỡ, vận chuyển hàng hóa, cấu kiện,
vật liệu trên các kho bãi.
− Tuy nhiên do kết cấu phức tạp, tháp cao và nặng, tốn kém nhiều chi phí
trong quá trình tháo dỡ và lắp ráp, di chuyển, chuẩn bò mặt bằng nếu cần tháp
được yêu cần chỉ sử dụng ở nơi có khối lượng xây lắp tương đối lớn và khi sử dụng
cần trục tự hành là không đem lại hiệu quả kinh tế cao hoặc khả năng đáp ứng yêu
cầu về công việc thấp. Do tính chất làm việc của cần trục tháp là luôn thay đổi đòa
điểm nên chúng thường được thiết kế sao cho dễ tháo dỡ, dựng lắp và vận chuyển
hoặc có khả năng tự dựng và được di chuyển trên đường dưới dạng tổ hợp toàn
máy. Điều này làm giảm đi được chi phí và thời gian dựng lắp cần trục
− Thông thường cần trục tháp được chế tạo có sức nâng từ 1 ÷ 12 (T) , cá biệt
là có thể đến 75 (T), moment tải của cần trục đạt tới 350 t; m, tầm với từ 8 ÷ 50,

nâng đặt trên công trình xây dựng, khi làm việc sẽ tự nâng toàn bộ cần trục theo
chiều cao công trình. Toàn bộ tải trọng cần trục được truyền xuống công trình
Phân loại theo đặc điểm làm việc của tháp có cần trục tháp loại quay vòng và loại
tháp không quay.Ở loại tháp quay, toàn bộ tháp và có cơ cấu được đặt trên bàn quay.
Bàn quay đặt trên thiết bò tựa quay đặt trên khung di chuyển. Khi quay toàn bộ bàn
quay quay cùng với tháp. tháp không quay, phần quay đặt trên đầu tháp. Khi quay
chỉ có cần, đầu tháp, đối trọng và các cơ cấu trên đó quay.
Phân loại theo phương pháp thay đổi tầm với ta có thể chia ra làm 2 loại: cần trục
tháp với cần nâng hạ và cần trục tháp có cần nằm ngang có xe con di chuyển trên cần
để thay đổi tầm với. Cần kiểu nâng hạ có kết cấu nhẹ và chiều cao nâng lớn hơn so
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang3
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
với loại cần nằm ngang. Cần nằm ngang có kết cấu nặng hơn nhưng do thay đổi tầm
với bằng xe con nên độ cao nâng và tốc độ di chuyển ngang của vật là ổn đònh , đặc
biệt là có thể đưa móc treo tiến gần sát thân tháp nên tăng không gian phục vụ của
cần trục.
Tóm lại cần trục tháp chủ yếu dùng trong các công trình xây dựng là ưu điểm lớn
nhất của nó mà các loại máy trục khác không thể có, khi thiết kế, chế tạo người ta chỉ
lưu ý đến đặc điểm riêng lớn nhất của nó mà lựa chọn sao cho phù hợp với công việc
mà nó thực hiện.
B-Tính toán thiết kế kết cấu thép hệ cộ
I-Khái niệm
Trong các máy trục ,kết cấu kim loại chiếm một phần lớn khối lượng kim loại ,kết cấu
kim loại chiếm 60%-70% khối lượng toàn bộ máy trục, vì thế việc tính toán chon
lượng kim loại thích hợp đảm bảo làm việc bình thường và tính kinh tế cao
Kết cấu kim loại của cột là thép ống ,có tiết diên mặt cắt ngang là hình vành khăn
II-Các thông số kỷ thuật
Tên các thông số Ký hiệu Giá trò Đơn vò
Sức nâng đònh mức Q
0

6
KG/cm
2
3 Giới hạn chảy σ
ch
2400 ÷ 2800
KG/cm
2
4 Giới hạn bền σ
b
3800 ÷ 4200
KG/cm
2
5 Độ giãn dài khi đứt
ε
21 %
6 Khối lượng riêng
γ
7,83
T/m
3
7 Độ dai va đập a
k
50÷100
J/cm
2
IV-Các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng:
- Khi máy trục làm việc thì nó chòu nhiều loại tải trọng khác nhau tác dụng lên kết
cấu: tải trọng cố đònh, tải trọng quán tính, tải trọng gió, tải trọng do lắc động hàng
trên cáp.

a
.
+ Tổ hợp I
b
, II
b
: Máy trục mang hàng đồng thời lại có thêm cơ cấu khác hoạt động
(quay, thay đổi tầm với, di chuyển…) tiến hành khởi động (hoặc hãm) cơ cấu đó một
cách từ từ tính cho tổ hợp I
b
; khởi động (hoặc hãm) cơ cấu đó một cách đột ngột tính
cho tổ hợp II
b
.
Bảng tổ hợp tải trọng.
Đối với từng loại cần trục, căn cứ vào điều kiện khai thác của cần trục và các tải
trọng tác dụng lên nó mà ta có bảng tổng hợp tải trọng sau :
Các dạng tải trọng
IIa IIb IIc IId IIIa IIIb
Trọng lượng bản thân các
bộ phận
1.1G 1.1G 1.1G 1.1G 1.1G 1.5G
Trọng lượng hàng( không
kể móc treo)
n
2
Q n
2
Q n
2

nP
gIII
Tải trọng lắp rắp và vận
chuyển
- - - - - +
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang6
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
1- Các tổ hợp tải trọng qui ước dùng cho các bộ phận kết cấu thép như
:IIa,IIb,IIc,cho các thanh biên của cần cột,tháp,bệ quay:IIc cho các thanh bụng
của cần:IId cho các thanh bụng của tháp
2- Dấu “+”chỉ tải trọng có để ý đến:dấu “-“ chỉ tải trọng không cần để ý đến
3- Chiều của áp lực gió Pg lấy tương tự như chiue62 của lực ngang sinh ra do cần
bò nghiêng
V-Các dạng tải trọng tính toán
Các lực trong thành phần của cột và cần được xác đònh theo tổ hợp tải trọng
:IIa,IIb,IIc .Tiến hành tính toán theo trường hợp tải trọng bất lợi nhất.Đoiá với các
trường hợp phức tạp và có khả năng làm cong cột và cần thì nên tính theo hệ thống
biến dạng
Thường hợp xét đến tổ hợp IIa
1-Trọng lượng của các bộ phận
+Trọng lượng bản thân của cột và cần
Trọng lượng cần trục
G=(0.7-1.3)*Q*R=0.8*5.5*18=79.2(T)
Trọng lượng của kết cấu thép trong cần trục
G
kc
=0.55*79.2=43.56(T)
Theo số liệu tính toán hệ cần ở trên ta có
G
bt-cần

P
P
P
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
R
max
4.8 25
Tải trọng của tời mang hàng
Gm=0.55(T)
2-Tải trọng quán tính
Tải trọng quán tính sinh ra khi tăng hoặc giảm tốc độ trong thời gian nâng (hạ) hàng
và phanh các cơ cấu củng như do sự va đập ở chổ nối ray và cơ cấu truyền động có
khe hở của cặp lắp ghép tăng do sự mài mòn khi làm việc.Người ta không áp dụng
phương pháp thông thường là xét đến đặc điểm động học của tải trọng thẳng đứng
bằng cách nhân tải trọng tính với hệ số động khi tính toán cần trục tháp ở trạng thái
làm việc mà người ta đề cập trực tiếp đến tải trọng quán tinh1trong thời gian nâng
(hạ) hàng Po
và khi quay cần trục có hàng Pq
Pqt tác dụng lên kết cấu tính bằng
*P m
γ
=

Với m: khối lượng từng phần quy đổi về điểm tính toán

γ
: gia tốc dài tính toán tại điểm này
Trong tổ hợp IIa ta chỉ quan tâm đến khi nâng hoặc hạ hàng
Tải trọng quán tính này xuất hiện do sự dao động của khối lượng cần trục và hàng
gồm

20
=m
2
*
γ
P
30
=m
3
*
γ
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang8
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
Thông số
Vò trí
P
20
(kG)
P
30
(kG)
R
(m)
R
min
513.3 311.9 12.5
R
tb
513.3 381.8 18
R

nghiêng. Tải trọng gió tác dụng trog mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng treo hàng
+ Tải trọng gió phân bố lên hàng :
* *q c k
o
h h
ω
=
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang9
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
Trong đó
q
o
: tải trọng gió phân bố(không phụ thuộc vào khu vực đặc cần trục)
q
o
=15kG/m
2
C : hệ số khí động học,trong trường hợp đường bao không tim được C=1.2
K
H :
Hệ số xét đến sự tăng áp lực gió theo độ cao từ mặt đất
Theo bảng 6-2 trang 308 Sách TTKCT K
H
= 1.7
( )
2
15*1.2*1.7 30.6 /
0
kG m
ω

=

2
3*30.6 90.9( / )P kG m
gC
= =
Tải trọng gió tính toán tác dụng lên hàng:
*P n P
IIg
gh
=
P
IIg
=90.9*1.7=154.53(kG)
Tải trọng gió tác dung lên Cần:
+Tải trọng gió phân bố tác dụng lên diện tích chắn gió của kết cấu kim loại cần của
cần trục tháp
* * * *
0
q n C
ω β γ
=
(CT4.6 –KCKLMT)
Trong đó
q
0
: p lực gió trung bình ở trạng thái làm việc , q
0
=25kG/m
2

F=k
c
*F
b
( CT 4.5- KCKLMT)
k
c
: Hệ số độ kín của kết cấu ; Tra bảng 4.3 KCKLMT k
c
=0.3
F
b
: diện tích hình bao của kết cấu cần
F
b
=26*1-4.*1=22(m2)
F=22*0.3=6.6(m2)
P
IIg
=46.3*6.6=305.58(kG)
Tải trọng gió tác dụng lên cột
Diện tích chắn gió của cột
Vì tiết diện cột thay đổi ( côt + chốt cột ) và tải trọng gió phân bố theo chiều cao ,để
đơn giản trong việc tính toán tải trọng gió nên ta lấy chiều cao lớn nhất của cột và
lấy tải trọng phân bố trung bình cho cả cột
2 * *36.25 2*3.14*0.46*36.25
2
53.36( )
2 2
R

26
4
4
mt
q1
q2
P
P
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
P
30
kG 311.9 381.8 519.7
Lực ngang do nghiêng cần
trục (trong mặt phẳng
vuông góc với mp mang
hàng)
P
ng-cột
kG 410
P
ng-cần
kG 122.2
P
ng-chốt cột
kG 82.03
P
ng-cabin
kG 7.78
P
vật

Với m: khối lượng từng phần quy đổi về điểm tính toán

γ
: gia tốc dài tính toán tại điểm này
Tải trọng quán tính này xuất hiện do sự dao động của khối lượng cần trục và hàng
gồm :
P
10
= m
1.

γ
Với m
1
=m
c
.k
m
1
:khối lượng quy đổi
m
c
: khối lượng của cần
k : hệ số quy đổi
m
1
=11.0.8=8,8(T)
γ
: gia tốc quán tính của khối lượng được xác đònh :
.R

R=1,2m: khoảng cách từ m
1
đến

trục quay
*R
γ ε
=
Thông số
Vò trí
R
γ
P
q1
(kG)
P
q2
(kG)
R
min
12.5 0.3045 2679.6 2603.5
R
tb
18 0.42 3639 2541
R
max
25 0.567 4989.6 2579.85
Tổ hợp IIc
Căn cứ vào bảng tổ hợp tài trọng ,đối với tổ hợp IIb thì chỉ cần tính các dạng tải
trọngsau

q
ng
Q
h
m
Q
x
y
z
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
Do đặc điểm của hệ palang mà lực căng dây của cáp treo hàng chỉ phụ thuộc vào
trọng lượng vật nâng và hiệu suất puly
Lực căng dây cáp được xác đònh
P
h
S
v
i
n
=
Với P
h
: tải trọng quán tính của hàng và bộ phận mang hàng
P
h
= G
v
+G
m
n : hiệu suất của 1 puly

2
* *cos * *cos * *sin
20 30
2
*sin
l
M S S l G P P Q Q l
v c m
B
C
h
l
G P P Q Q l S l
c m v
h
S
v
l
α β β
β β α
α
∑ = ⇔ + − − + + + =
+ + + + −
=
Các thông
số
β
α
Q
h

v
kG 5570.6 6820 10568.5
Q
S
A
c
m
a
ß
+
Q
h
S
v
c
Y
B
B
G
x
y
z
l
Q
S
A
c
m
a
ß

Lực căng dây cáp nâng cần S
c
Trọng lượng cần G
c
(
)
(
)
(
)
0 * *sin * *cos * *cos 0
2
* *cos * *cos * *sin
2
*sin
l
M S S l G Q Q l
v c m
B
C
h
l
G Q Q l S l
c m v
h
S
v
l
α β β
β β α

,P
30
Tải trọng gió tác dụng lên cần
Tải trọng gió tác dụng lên hàng
Lực ngang do nghiêng cần trục do hàng
Lực ngang do nghiêng cần trục do cần
( )
( )
(
)
0 * *sin * *sin *cos * *sin
2 2
* *cos 0
20 30
l l
M S S l P P G P l
c v nc gc c
B
gh
P P Q Q l
m
h
α β β β
β
∑ = ⇔ + − + − − −
+ + + =
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang15
Q
S
A

P
P
P
10
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
( )
(
)
* *sin *cos
2 2
* *sin * *cos * *sin
20 30
*sin
v
c
S
l l
P P G
nc gc c
P l P P Q Q l S l
m
gh h
l
β β
β β α
α
=
+ +
+ + + + + −
Các thông

)
(
)
0 sin *sin *cos *cos 0
20 30 10
X X G P P Q Q P S S
m c
B
C
h h
β β β α
∑ = ⇔ − − + + + + − + =
(
)
(
)
0 sin *sin *cos *cos
20 30 10
X X G P P Q Q S S P
m c
B
C
h h
β β α β
∑ = ⇔ = + + + + + + −
(
)
( )
0 *cos *sin *cos *sin 0
10 20 30

h
S
c
X
B
Y
B
Đơn vò độ độ kG kG kG kG kG kG
kG kG
Rmax
15 25 4800 513.3 513.3
311.9
5570.6 21114.5
28458 5294
Rml
40 15 6000
513.3 513.3 381.8
6820 31494.5
50158 4091
Rmin
60 10 9600
513.3 513.3 591.7
10568 37675.6
59452 2506.2
Tổ hợp IIb:
Trong mặt phẳng nằm ngang thì phản lực khớp gối tại B đều như nhau
Tổ hợp IIc:
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang16
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
( )

C
P P Q Q S S P P
m v c
h nh gh
β β β
β α β
 
 ÷
 
⇔ = − − + +
+ + + + + − +
(
)
(
)
(
)
( )
0 *sin *cos sin *
10 20 30
*sin sin 0
Y Y P G P P P P Q Q co
c nc gc m
B
h
S S P P
v nc nc
C
β β β β
α β


Q
h
P
10
P
20
P
30
S
h
S
c
X
B
Y
B
Đơn vò độ độ kG kG kG kG kG kG kG kG
Rmax 15 25 4800 513.3 513.3 311.9 5570.6 21473 27686 5500.8
Rml 40 15 6000 513.3 513.3 381.8 6820 33240 45599 4680.1
Rmin
60 10 9600
513.3 513.3 591.7
10568 41640
61604
3379.7
VII-Cột quay chòu nén
Khi cột quay chòu nén thì sự giảm tải một phần hay toàn bộ do uốn trong mặt phẳng
của cần trục được giả quyết không tính đến momen biến dạng phu5trong mặt phẳng
này

* *2 8
9600 550 0.95
m = =
+
Từ việc căn bằng đối với 1 điểm trên cần truc tháp
( )
( )
* *
2 2 * 2 *
G G
G S
p p Q q
c n
Q q R m k G R r r
n c r c
Q
m n
c
c
η η
   
   
   
   
+
+ + + = + + + + +
( )
* * * * 1 *
* 2 2 2
*

 
 
+
= + − + + − − −
( )
1.08 1.172 25
9600 550 * 25 11000*
2*0.95 2
0.95
* 1 *8
41640*3.975
25 3.975
750* 47*3.975
2 2
k
 
 
 
 
 
 ÷
   
 
 
 
 
 
 
 ÷
 

R
c
, r
t
, r
c
: các khoảng cách
Momen uốn ở trong mặt phẳng treo tại mặt cắt của gối tưa B cacùh khớp bảng lề một
khoảng là b
Các khoản cách trên ta đo trên máy mẩu ta đựoc các số liêu sau
R
Q
=25.000(m)
R
c
, =3.975(m)
R
c’
=1.270(m)
r
t
, =1.080(m)
r
c
=1.172(m)
b=4.800(m)
H=29.000(m)
h =6.000(m)
a =0.670(m)
X=X

60 30802 1689.9
-Momen uốn ở trong mặt phẳng treo tại mặt cắt của gối tựa B cách khớp bản lề một
khoảng b
( ) ( ) ( )
( )
0
* *cos * *sin * 0.5* * *
0
* *
*
t
M S H h b S a P H h b Y x X H b
n n g
m k Q q
S R r r
n c r c
m n
n
δ δ
η
 
 
=
= + − + + + − + − −
+ +
− − +
Lực nén danh nghỉa ở côt
( )
*( sin ) 2* 1 sin
*

n
δ δ
η
+
= + − +

Các thông số
δ
S
n
Q
X P
Đơn vò Độ kG kG kG kG
Rmax 1 21473 4800 26742.6 2828
Rml 28 33240 6000 34930.8 2975
Rmin 51
41640
9600
30802
4596
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang19
P
P
P
P
P
g
g
g
P

n g n
qt
= ∑ + +
( ) ( ) ( )
9284815* 410 2470.5 32*82.03 42* 122.2 305.58 50* 112.8 468.18 kG
n
M
c
== + + + + + +
y: là các cánh tay đồn của các lực gây momen uốn trong mặt phẳng nằm ngang
Dựa trên máy mẩu ,ta có thể có các giá trò sơ bộ như trong hình vẽ dưới đây
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang20
P
P
P
P
g
g
ng
ng
ca
ca
h
h
20
25
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
Löïc caét
( )
Q P P P

c
53
P
P
qt
qt
h
h
25
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
( )
** * y
c
M P y P y P
n g n
qt
= ∑ + +
50*2679.6 53*2603.5 271965
c
M kG
n
= + =
Lực cắt
( )
Q P P P
g n
qt
= ∑ + +
4989.6 2579.85 7569.45
n

Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
Độ lệch tâm của toàn cột và diện tích yêu cầu:
2719
1.47
1844
Mx
e cm
x
Nx
= = =
( )
184413 1.47
2
1.25 4 4.5 * 1.25 4* 126
* 1944*1 76
yc
e
N
x
F cm
R D
γ
 
 
 ÷
 ÷
 
 
= + ÷ = + =
D là đường kính ngoài của thép ống

* 3.14*76 73.6
4
(1 ) (1 ) 197168
64 64 76
D d
J J cm
x y
D
π
 
 
 ÷
 ÷
 
 
= = − = − =
197168
26.44
282
J
x
r r cm
x y
F
th
= = = =
A – Tính toán cột chòu nén lệch tâm theo điều kiện bền:
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang24
Thiết kế KCT CỦA CẦN TRỤC THÁP GVHD:NGUYỄN DANH CHẤN
*

m
1
:hệ số xét đến mức độ do hỏng hóc
m
2
:hệ số xét đến ảnh hưởng của sự biến dạng các cấu kiện thành mỏng(do uốn,nén)
m
3
:hệ số điều kiện lắp rắp ,xét đến ứng suất phụ trong thanh
các hệ số tra theo bảng 6.4
-Sức bề tính tốn :
Với thép CT3 :
2
2400 , 0,9
H
kG
R k
cm
= =
Đối với thanh biên làm bằng thép ống sự phá hủy có thể làm đổ cần trục thì :
m = 0,9.1.1=0,9
N
gh
=184413kG
M
x
gh
=271965kG
2400.0,9.0,9 1944( )
2

M
N y
x
m R
F W W
ng x y
ϕ
+ + ≤

N
gh
=184413kG
M
x
gh
=271965kG
Độ mảnh và dộ mảnh quy ước của cột
SVTK TRẦN QUANG THẮNG Trang25