鋼吊車梁制動結構計算實例-發表工業設計文章

1．工程概況
某壓延車間廠房位于抗震設防烈度為6度的地區，設計地震分組第一組。車間吊車梁跨度為15米，吊車梁系統設置制動結構，制動板兼做檢修平臺。車間跨內有兩臺起重量為50噸，A6工作制的吊車，吊車參數見下表。車間吊車梁軌頂標高為12米。吊車梁設置輔助桁架，作為車間墻架柱的支點。本工程的墻架結構為自成體系，墻架柱位于吊車梁以上的部分采用支撐式，以下墻架柱采用吊掛式。即縱墻的墻架柱支承在吊車梁的輔助桁架上，墻架柱間距為7.5米。吊車梁和輔助桁架均為簡支在廠房鋼柱上，吊車梁中心線到輔助桁架中心線寬度為0.75米。墻架柱（HM294×200×8×12）傳至輔助桁架上弦的豎向力標準值為40kN；墻架柱傳至輔助桁架上弦的水平風荷載集中力標準值為35kN（含風壓力、風吸力兩種工況）。廠房柱下柱為格構式鋼管混凝土柱D457×10，肢距1.4米，上柱為焊接工字型截面350×600×12×16。

附表一：吊車參數一覽表
天車起重量 工作制 天車跨度 車寬 輪距 最大輪壓 總重 小車重
50噸 A6 34.5米 7.024米 5.0米 457kN 68.299噸 12.765噸
薦用軌道：QU80采用焊接式軌道聯結
吊車梁采用Q345B級鋼制作；墻架柱、輔助桁架、垂直支撐和下翼緣水平支撐均采用Q235B級鋼制作。吊車梁設計采用PKPM系列的STS軟件，輔助桁架上翼緣按2L125×10。制動結構簡圖如右圖所示。

2．制動結構計算
按照《鋼結構設計手冊》第369頁，當制動梁的邊梁為輔助桁架的上弦桿時，制動梁的強度因按照下式進行計算
            附圖1：制動結構簡圖
式中N——作用于制動梁上的豎向荷載產生的軸心力；
NQ——屋蓋等荷載作用下，對輔助桁架上弦桿所產生的軸心力（當無此荷載時，則NQ=0）；
MH——吊車橫向水平荷載作用下，對制動梁在水平方向所產生的最大彎矩；
Wny1——制動梁對y1軸的凈截面模量；
Mx1——作用在制動梁上的豎向荷載對桁架上弦節間所產生的局部彎矩；
Wnx1——輔助桁架上弦桿截面對x1軸的凈截面模量。
2.1、輔助桁架荷載統計
2.1.1制動板傳來荷載
恒載：
制動板8mm厚花紋鋼板7.85×0.008=0.628kN/m2
考慮加勁肋乘以1.25的放大系數1.25×0.628=0.785 kN/m2
制動板寬度1.4m
傳到輔助桁架上翼緣的荷載  0.785×1.4/2=0.55 kN/m
輔助桁架自重110kg/m
節點恒載（節點間距1.5m）（1.10+0.55）×1.5=2.48 kN
活載：檢修吊車及軌道的平臺荷載荷重或人行走道的垂直均布荷載當無特殊要求時，可取制動板上活荷載標準值為2.0 kN/m2，其荷載分項系數 1.4。
傳到輔助桁架上翼緣的荷載2.0×1.4/2=1.40 kN/m
節點活載1.4×1.5=2.10 kN
2.1.2墻架柱（HM294×200×8×12）傳來的荷載
恒載：
墻面結構傳來荷載40 kN
墻架柱自重（柱高16.5米） 0.573×16.5=9.45KN
合計  49.45 KN
風荷載： 35 kN
2.1.3水平支撐傳來荷載
恒載：（每個節點）0.18 kN
2.1.4垂直支撐荷載
恒載：（每個節點）0.10kN
2.2輔助桁架軸力包絡圖如附圖
 
附圖2：桁架內力圖（壓力為負,拉力為正）

2.3吊車橫向水平荷載作用下，對制動梁在水平方向所產生的最大彎矩
由吊車梁計算書查知
吊車水平荷載（標準值）產生的最大水平彎矩MT= 123.798kN•m
吊車擺動卡軌力產生的最大水平彎矩MTHk=360.528 kN•m
2.4作用在制動桁架上的豎向荷載對桁架上弦節間所產生的局部彎矩：
節點間距：1.5米
初選上弦桿截面為2L1250×10
線荷載：1.2×0.55+1.4×1.4=2.88 kN/m
自重線荷載：1.2×0.38=0.46 kN/m
線荷載 q=2.88+0.46=3.34 kN/m
Mx1=3.34×1.52/8=0.94 kN•m
制動桁架上弦的凈截面模量 Wnx1=209.61 cm3
2.5風荷載作用下上弦桿截面應力
墻皮柱傳至輔助桁架上弦的水平風荷載集中力標準值為35KN（含風壓風吸兩種情況）
制動梁為15m簡支梁
M=35×15/4=131.25 kN•m
2.6制動結構截面特性計算
2L1250×10角鋼Az1=48.75cm2，Izy=1484cm4
吊車梁上翼緣 55×2.5cm
制動板尺寸121.5×0.8cm
吊車制動結構計算簡圖見附圖1。
平面外的截面特性為：
A’= 55×2.5+121.5×0.8+48.75=283.45 cm2
  52.6 cm
X2=140-52.6=87.4cm
 
 
   =999850 cm4
 12483 cm3    9959 cm3
 967341 cm4
 12077 cm3    9635 cm3
2.7輔助桁架上弦截面強度計算：
作用于輔助桁架上豎向荷載產生的上弦桿軸心力
N=191kN
上弦構件截面A=48.75 cm2
取凈截面系數0.85，An=0.85×48.75=41.42  cm2
由于吊車制動桁架上弦桿在水平方向同時收到吊車水平力和風荷載的作用，按《建筑結構荷載規范GB50009-2001（2006年版）》規范3.2.4條：對于一般排架、框架結構，基本組合可采用簡化規則，并按下列組合中取最不利值確定：
1）由可變荷載效應控制的組合：
 
 
在風壓力與吊車橫向荷載的共同作用下制動結構平面最不利水平彎矩組合為：
0.9×（360.528+131.25）=442.6
輔助桁架上弦截面強度
 
=46+64+4=114 N/mm2  <滿足> 
2.8吊車制動結構水平撓度計算：
設有重級工作制吊車的制動梁或與墻架結構有聯系的制動梁，其水平撓度v可按下面公式計算：
 
式中  MT——由一臺最大吊車橫向水平荷載標準值所產生的最大彎矩；
      Iy1——制動梁對y1軸的毛截面慣性矩；
      l——制動梁的跨度
一臺吊車產生的橫向水平最大彎矩 MT= 123.798kN•m
 
  =  1.35mm <  6.82mm     <滿足>
2.9輔助桁架下弦及腹桿驗算：
對于軸心受壓構件，制動桁架的腹桿的強度和穩定性應按下列規定計算：
強度：
 
穩定：
 
式中    ——軸心受壓構件穩定系數
       An——凈截面面積
1、拉桿
     桿①，支座斜桿 N1=72kN  ， L=223.5cm
     桿②，下弦桿   N2=161kN ， L=300.0cm
選用2L70×6，
A=16.32cm2；An=0.85×16.32=13.87 cm2
ix=2.15cm ； iy=3.26cm
強度驗算：
 116.1 N/mm2    <  215 N/mm2  <滿足>
長細比驗算（小于250）
 =104 ； =92 均滿足

2、斜壓桿
     桿③，斜桿 N3=69kN  ， L=243.3cm
選用2L63×6，
A=14.58cm2
ix=1.93cm ； iy=2.99cm
強度驗算：
 47 N/mm2    <  215 N/mm2  <滿足>
   <  150  滿足
查知 0.432
穩定驗算
  110 N/mm2    <  215 N/mm2  <滿足>

3、直壓桿
     桿④，直桿 N4=73kN  ， L=180.0cm
選用2L63×6十字形聯結，
A=14.58cm2
ix=2.98cm ； iy=2.98cm
強度驗算：
 50 N/mm2    <  215 N/mm2  <滿足>
    <  150   滿足
查知 0.802
穩定驗算
  63 N/mm2    <  215 N/mm2  <滿足>