Расчет и проектирование металлической конструкции мостового крана

В. А. Глотов, В. В. Картышкин 

РАСЧЕТ 
И ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ 
КОНСТРУКЦИИ 
МОСТОВОГО КРАНА 

Учебное пособие 

Москва 
Берлин 
2020 

 

УДК 621.873 (075) 
ББК 39.92я73 
Г52 
Ответственный редактор: 
Воронцов Д. С.  — доц., канд. техн. наук 
 
Рецензенты: 
Буренок В. Д. — доцент, зав. кафедрой «Подъемно-транспортные 
машины» ФГБОУ ВО СГУВТ; 
Шарутина В. А. — доцент кафедры «Подъемно-транспортные 
машины» ФГБОУ ВО СГУВТ; 
Мингалев М. А. — начальник отдела СКВ ФГУП НМЗ «Искра» 
 
 
 
Глотов, В. А. 
Г52  
Расчет и проектирование металлической конструкции 
мостового крана : учебное пособие / В. А. Глотов, 
В. В. Картышкин. — Москва ; Берлин : Директ-Медиа, 
2020. — 136 с. 
 
ISBN 978-5-4499-1646-4 
 
Изложены методики расчета на прочность, устойчивость 
и жесткость несущей металлоконструкции мостовых кранов общего 
назначения, приведены основные справочные данные, необходимые 
для расчетов, а также рекомендации по конструированию отдельных 
элементов и узлов. 
Пособие предназначено для студентов направления подго-
товки 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства» 
по профилю: «Подъёмнотранспортные, строительные, дорожные 
средства и оборудование» очной и заочной форм обучения». 
 

УДК 621.873 (075) 
ББК 39.92я73 

ISBN 978-5-4499-1646-4
© Глотов В. А., Картышкин В. В., текст, 2020
© Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2020

 

 

 
ОГЛАВЛЕНИЕ 

1. Общие сведения ..................................................................................... 5 

2. Основные показатели крана ................................................................. 8 

3. Режим работы крана ............................................................................. 13 

4. Основные случаи нагружения ............................................................. 16 

5. Расчетные нагрузки и их основные расчетные сочетания 
 для металлических конструкций кранов (первое предельное 
состояние) ................................................................................................. 19 

5.1. Первое сочетание расчетных нагрузок 
для I и II случаев нагружения ............................................................. 20 

5.2. Второе сочетание расчетных нагрузок 
для I и II случаев нагружения ............................................................. 27 

5.3. Третье сочетание расчетных нагрузок 
для I и II случаев нагружения ............................................................. 35 

5.4. Четвертое сочетание расчетных нагрузок 
для III случая нагружения ................................................................... 39 

6. Силовой расчет моста на действие максимальных нагрузок ......... 40 

6.1. Расчет при первом и втором сочетании нагрузок ..................... 41 

6.2. Расчет концевой балки по третьему сочетанию нагрузок ....... 48 

7. Конструирование металлоконструкции крановых мостов ............. 50 

7.1. Главные (пролетные) балки ......................................................... 52 

7.2. Концевые балки. Соединение главных и концевых балок ...... 58 

8. Расчет статической прочности металлоконструкции моста .......... 61 

8.1. Проверка прочности в сечениях балок моста ........................... 61 

8.2. Определение нормальных напряжений ..................................... 64 

8.3. Определение касательных напряжений ..................................... 65 

9. Расчет прочности сварных соединений ............................................ 70 

9.1. Расчет стыковых соединений ...................................................... 70 

3 

 

 

9.2. Соединения с угловыми швами .................................................. 74 

10. Проверка общей устойчивости балок моста 
(потеря устойчивости в изгибно-крутильной форме) ......................... 85 

11. Проверка местной устойчивости элементов балок ....................... 91 

12. Расчеты по второму предельному состоянию  
(расчеты на жесткость) ......................................................................... 108 

12.1. Расчет максимального прогиба от вертикальных 
нагрузок .............................................................................................. 108 

12.2. Расчет максимального прогиба от горизонтальных 
нагрузок при пуске или торможении крана ................................... 109 

12.3. Расчет времени затухания колебаний моста ......................... 110 

12.4. Расчет строительного подъема ............................................... 111 

13. Расчет элементов стальных конструкций 
на сопротивление усталости (на долговечность) ............................... 112 

13.1. Исходные положения ............................................................... 112 

13.2. Расчет в многоцикловой области ........................................... 114 

13.3. Расчет в малоцикловой области ............................................. 125 

Библиографический список .................................................................. 127 

Приложение А. Основные характеристики 
железнодорожных рельсов ................................................................... 128 

Приложение Б. Пример расчета на сопротивление усталости 
пролетной балки мостового крана ....................................................... 130 

 
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 

Задачей расчета металлических конструкций кранов является 
обеспечение предъявляемых к ним требований надежности при заданных 
эксплуатационных условиях в течение установленного 
срока эксплуатации. При этом проектирование, изготовление, 
установка и использование крана в целом и металлоконструкции 
должны соответствовать требованиям нормативно-технической и 
эксплуатационной документации. Нормативно-технической доку-
ментацией являются стандарты, строительные нормы и правила 
или технические условия на краны, элементы их механизмов, ме-
таллоконструкции и материалы. К эксплуатационной документа-
ции относятся правила эксплуатации изделий и кранов. В расчетах 
крановых металлоконструкций и их элементов должны учитывать-
ся требования следующих нормативных документов: ГОСТ 25546 
«Краны грузоподъемные. Режимы работы» [1]; ГОСТ 25835 «Краны 
грузоподъемные. Классификация механизмов по режимам работы» 
[2]; Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъем-
ных кранов [3]. 
В практике краностроения применяются два метода расчета 
МК: по методу допускаемых напряжений и методу предельных со-
стояний. 
Расчет по методу допускаемых напряжений базируется на 
установленных практикой коэффициентах запаса прочности. Расчет 
по методу предельных состояний — на статическом изучении 
действительной нагруженности конструкций при эксплуатации и 
статистическом изучении однородности материала. Метод предель-
ных состояний (введен с 01.07.1984 г.) позволяет более эффективно 
использовать применяемый материал, а, значит, уменьшить массу 
конструкции. В настоящее время он разработан для строительных 
башенных кранов, мостовых и козловых кранов [3], а также — для 
мостовых перегружателей до 50 т. 
В расчетах рассматривают предельные состояния металлокон-
струкции крана в целом и ее отдельных элементов. Предельными 
являются состояния, обусловленные требованиями безопасности или 
недопущения снижения работоспособности (эффективности исполь-
зования) металлоконструкции, при которых практически невозмож-
на или технически нецелесообразна ее дальнейшая эксплуатация. 
Наступление предельного состояния соответствует временному 

5 

 

 

или постоянному отказу крана в целом или его элементов (в том 
числе элементов металлоконструкции). Отказы могут наступить 
внезапно или постепенно. Рассматривают две группы предельных 
состояний: первая — по исчерпанию металлоконструкцией или ее 
отдельным элементом несущей способности; вторая — по достиже-
нию условий, нарушающих нормальную эксплуатацию. 
Предельные состояния первой группы (1-е предельное со-
стояние) характеризуются: 
– разрушением элемента или соединения, которое может 
быть вязким, хрупким или усталостным (проводят расчеты на 
прочность и сопротивление усталости); 
– достижением состояния, при котором дальнейшее увели-
чение нагрузок приводит к потере устойчивости формы конструк-
ции или элемента (проводят расчеты на устойчивость). 
Предельные состояния второй группы (2-е предельное со-
стояние) характеризуются: 
– возникновением деформаций и перемещений элементов ме-
таллоконструкции крана, препятствующих их нормальной экс-
плуатации (выполняют расчеты деформаций); 
– действием колебаний, нарушающих нормальную работу 
крана в целом или его отдельных элементов (выполняют расчеты 
частот, амплитуд и времени затухания колебаний). 
По предельному состоянию первой группы расчет ведут: 
– по эквивалентной нагрузке (условная нагрузка рабочего со-
стояния с постоянной асимметрией цикла, эквивалентная по интен-
сивности накопления усталостных повреждений действительной 
нагрузке) на циклическую прочность кранов тяжелого и весьма 
тяжелого режимов работы (6К-8К групп по [1]); 
– по максимальным нагрузкам (предельные нагрузки рабочего 
и нерабочего состояний в наиболее тяжелых условиях эксплуа-
тации) на прочность и устойчивость для кранов легкого (1К-3К 
групп по [1]) и среднего (4К, 5К группы по [1]) режимов работы. 
Для кранов среднего режима работы расчет на циклическую 
прочность может быть выполнен как поверочный. 
Общий порядок расчета несущих конструкций крана: 
– составление конструктивной схемы; 
– определение внешних нагрузок и их сочетаний; 

6 

 

 
– выбор расчетных схем; 
– силовой расчет (определение внутренних усилий в эле-
ментах металлоконструкции); 
– выбор материала и определение расчетных сопротивлений; 
– подбор поперечных сечений конструкции в целом и назна-
чение размеров их элементов; 
– проверка элементов конструкции по 1-му предельному со-
стоянию; 
– расчет соединений элементов; 
– проверка предельных состояний конструкции в целом. 

 
2. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КРАНА 

Расчет металлоконструкции любого крана начинается с 
определения основных показателей. В число основных показате-
лей, необходимых для расчета мостового крана общего назначения, 
входят (рис. 2.1): номинальная грузоподъемность Qн, пролет Lп, 
высота Hп подъема груза, база Ак крана, колея Lт грузовой тележки, 
база Ат грузовой тележки, скорость υп подъема груза, скорость υк 
передвижения крана, скорость υт передвижения грузовой тележ-
ки, масса Мк крана (полная), масса Мт грузовой тележки в сборе. 

 

Рис. 2.1. Схема мостового крана 

Грузоподъемность Qн должна превышать максимальный вес 
Gгр перемещаемого краном груза. Численное значение грузоподъ-
емности крана необходимо выбирать из ряда номинальных грузо-
подъемностей: 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 
25; 32; 40; 50, регламентируемого государственным стандартом 
ГОСТ 1575. Технологическое назначение и условия использования 
кранов (режимы работы) указаны в ГОСТ 25546 [1]. Общие техни-
ческие требования к мостовым электрическим кранам регламенти-
рованы ГОСТ 27584. Требования (технические характеристики) к 
однобалочным опорным кранам регламентированы ГОСТ 22045. 
Требования (технические характеристики) к однобалочным под-
весным кранам регламентированы ГОСТ 7890. 
Пролет Lп и высоту Hп подъема груза выбирают, в основ-
ном, исходя из размеров здания, в котором будет установлен кран, 
или исходя из размеров обслуживаемой площадки, если кран бу-
дет работать на улице, передвигаясь по специально построенной 

8 

 

 

эстакаде. По возможности, числовое значение пролета крана необ-
ходимо выбирать из стандартизованного ряда чисел: 4,5; 7,5; 
10,5; 13,5; 16,5; 19,5; 22,5; 25,5; 28,5; 31,5; 34,5 (ГОСТ 1575), увя-
занных со стандартными значениями пролетов зданий. 
Базу крана Ак (расстояние между ходовыми колесами у 
концевой балки или между осями балансирных тележек у много-
колесных кранов), если колея грузовой тележки или конструкция 
крана не требуют больших значений (в обоснованных случаях), 
принимают равной (1/6…1/5)Lп. Для мостовых кранов малой и 
средней грузоподъемности численное значение базы крана регла-
ментировано госстандартами. Базу крана Ак также можно принять 
по рекомендациям, приведенным в работе [4]. 
Колею грузовой тележки Lт назначают после определения 
базы крана. Размер колеи грузовой тележки зависит от конструкции 
пролетного (мостового) строения крана. Рекомендуемые значения 
колеи тележек кранов грузоподъемностью от 5 до 50 т приведены в 
работе [4]. 
База грузовой тележки выбирается из условия размещения на 
ней необходимого оборудования, при этом для увеличения зоны 
обслуживания стремятся подходы крюка (расстояние от оси подвеса 
груза до оси ближайшего подкранового рельса при крайнем положе-
нии грузовой тележки) L1 и L2 (рис. 2.1) сделать минимальными. 
Скорости подъема груза, передвижения крана и тележки 
(тали) выбираются, исходя из условий эксплуатации, и, как прави-
ло, должны примерно соответствовать значениям, приведенным в 
стандартах или технических требованиях (максимальное отклонение 
от нормативных значений — не более 15 %). 
Масса крана в целом (при проектном расчете — ориентиро-
вочное значение [4]) и масса тележки [4] не должны превышать 
значений, регламентированных стандартами или техническими тре-
бованиями. 
Ориентировочные массы элементов крана (пролетной балки; 
концевой балки; привода; кабины; колеса с буксами; грузовой 
тележки, в том числе подвески; люльки; одной нитки подтележеч-
ного рельса), необходимые для проектного расчета, можно опре-
делить, исходя из масс элементов уже существующих кранов, 
однотипных с проектируемым. 
При проектном расчете собственный вес главных балок ко-
робчатых двухбалочных мостов можно определить по рис. 2.2 [5]. 
Для режимов 1К — 3К вес уменьшить на 10 %, для режимов 6К — 
8К — увеличить на 10 %. 

9 

 

 

 

Рис. 2.2. Собственный вес половин металлических 
конструкций сварных коробчатых двухбалочных мостов 
(без концевых балок) кранов общего назначения 
из стали марки 09Г2С для режимов работы 4К, 5К 

При использовании малоуглеродистых сталей весовые нагруз-
ки, приведенные на рис. 2.2, следует увеличить на 10 %. Диаметр 
дорожки катания колеса и тип рельса, необходимые для опреде-
ления масс, выбирают по стандартам и техническим условиям на 
колеса и рельсы, исходя из величины максимальной статической 
нагрузки на колесо. Предварительный выбор крановых колес и 
рельсов можно провести согласно табл. 2.1. 
Типы, основные размеры и технические требования кра-
новых ходовых колес регламентирует ГОСТ 28648 «Колеса крано-
вые. Технические условия» 
В качестве рельсов на кранах применяют следующие про-
фили прокатной стали: специальные крановые рельсы типа КР 
ГОСТ 4121; железнодорожные рельсы типа Р43 ГОСТ 7173, типа 
Р50 ГОСТ Р 51685, узкой колеи по ГОСТ 6368; плоские рельсы, 
в основном, из квадратной заготовки по ГОСТ 2591. 

10 

 

 

Таблица 2.1 

Предварительный выбор крановых колес и рельсов 

Макси-
мальная 
статическая 
нагрузка Р, 
кН 

Диаметр 
колеса по 
ГОСТ 
28648, 
см 

Рельс с выпуклой головкой 
Ширина 
плоского 
рельса по 
ГОСТ 2591, 
см 

Тип 
рельса 

Ширина 
головки 
рельса, 
см 

От 30 до 
50 включ. 
20; 25 
Р18 ГОСТ 6368 
4 
4,0; 4,5; 5,0 
Р24 ГОСТ 6368 
5,1 

Р38 ТУ 14-2-118-74 
6,8 

От 50 до 
100 включ. 
32; 40 
Р38 ТУ 14-2-118-74 
6,8 
5,0; 5,5; 6,0 
Р43 ГОСТ 7173
7

КР70 ГОСТ 4121 
7 

От 100 до  
200 включ. 
40; 50 

Р38 ТУ 14-2-118-74
6,8

5,0; 5,5; 
6,0; 6,5; 7,0 

Р43 ГОСТ 7173
7,0

Р50 ГОСТ 7174
7,2

КР70 ГОСТ 4121
7,0

От 200 до 
250 включ. 
50; 56; 63 

Р43 ГОСТ 7173
7

6,0; 6,5; 7,0 
Р50 ГОСТ 7174
7,2

КР70 ГОСТ 4121
7

КР80 ГОСТ 4121
8

От 250 до 
320 включ. 
63;71 

Р43 ГОСТ 7173
7

7,0; 7,5; 8,0 
Р50 ГОСТ 7174
7,2

КР80 ГОСТ 4121
8

КР100 ГОСТ 4121 
10 

От 320 до 
500 включ. 
71; 80 
КР80 ГОСТ 4121 
8 
– 
КР100 ГОСТ 4121 
10 

От 500 до 
800 включ. 
80; 90; 100 КР100 ГОСТ 4121 
10 
– 
КР120 ГОСТ 4121 
12 

От 800 до 
1000 включ. 
90; 100 
КР120 ГОСТ 4121 
12 
– 
КР140 ГОСТ 4121 
14 

Св. 1000 
100 
КР140 ГОСТ 4121 
70 
– 

 

11 

 

 

Величина максимальной статической нагрузки на колесо 
определяется расчетом, когда тележка с номинальным грузом нахо-
дится у опоры крана. 
Ширина дорожки катания колеса определяется суммарной 
величиной ширины головки рельса и зазора между ребордами и 
рельсом. Величина зазора между ребордами и рельсом регламенти-
руется ГОСТ 27584.