钢吊车梁制动结构计算实例-发表工业设计文章

1．工程概况
某压延车间厂房位于抗震设防烈度为6度的地区，设计地震分组第一组。车间吊车梁跨度为15米，吊车梁系统设置制动结构，制动板兼做检修平台。车间跨内有两台起重量为50吨，A6工作制的吊车，吊车参数见下表。车间吊车梁轨顶标高为12米。吊车梁设置辅助桁架，作为车间墙架柱的支点。本工程的墙架结构为自成体系，墙架柱位于吊车梁以上的部分采用支撑式，以下墙架柱采用吊挂式。即纵墙的墙架柱支承在吊车梁的辅助桁架上，墙架柱间距为7.5米。吊车梁和辅助桁架均为简支在厂房钢柱上，吊车梁中心线到辅助桁架中心线宽度为0.75米。墙架柱（HM294×200×8×12）传至辅助桁架上弦的竖向力标准值为40kN；墙架柱传至辅助桁架上弦的水平风荷载集中力标准值为35kN（含风压力、风吸力两种工况）。厂房柱下柱为格构式钢管混凝土柱D457×10，肢距1.4米，上柱为焊接工字型截面350×600×12×16。

附表一：吊车参数一览表
天车起重量 工作制 天车跨度 车宽 轮距 最大轮压 总重 小车重
50吨 A6 34.5米 7.024米 5.0米 457kN 68.299吨 12.765吨
荐用轨道：QU80采用焊接式轨道联结
吊车梁采用Q345B级钢制作；墙架柱、辅助桁架、垂直支撑和下翼缘水平支撑均采用Q235B级钢制作。吊车梁设计采用PKPM系列的STS软件，辅助桁架上翼缘按2L125×10。制动结构简图如右图所示。

2．制动结构计算
按照《钢结构设计手册》第369页，当制动梁的边梁为辅助桁架的上弦杆时，制动梁的强度因按照下式进行计算
            附图1：制动结构简图
式中N——作用于制动梁上的竖向荷载产生的轴心力；
NQ——屋盖等荷载作用下，对辅助桁架上弦杆所产生的轴心力（当无此荷载时，则NQ=0）；
MH——吊车横向水平荷载作用下，对制动梁在水平方向所产生的最大弯矩；
Wny1——制动梁对y1轴的净截面模量；
Mx1——作用在制动梁上的竖向荷载对桁架上弦节间所产生的局部弯矩；
Wnx1——辅助桁架上弦杆截面对x1轴的净截面模量。
2.1、辅助桁架荷载统计
2.1.1制动板传来荷载
恒载：
制动板8mm厚花纹钢板7.85×0.008=0.628kN/m2
考虑加劲肋乘以1.25的放大系数1.25×0.628=0.785 kN/m2
制动板宽度1.4m
传到辅助桁架上翼缘的荷载  0.785×1.4/2=0.55 kN/m
辅助桁架自重110kg/m
节点恒载（节点间距1.5m）（1.10+0.55）×1.5=2.48 kN
活载：检修吊车及轨道的平台荷载荷重或人行走道的垂直均布荷载当无特殊要求时，可取制动板上活荷载标准值为2.0 kN/m2，其荷载分项系数 1.4。
传到辅助桁架上翼缘的荷载2.0×1.4/2=1.40 kN/m
节点活载1.4×1.5=2.10 kN
2.1.2墙架柱（HM294×200×8×12）传来的荷载
恒载：
墙面结构传来荷载40 kN
墙架柱自重（柱高16.5米） 0.573×16.5=9.45KN
合计  49.45 KN
风荷载： 35 kN
2.1.3水平支撑传来荷载
恒载：（每个节点）0.18 kN
2.1.4垂直支撑荷载
恒载：（每个节点）0.10kN
2.2辅助桁架轴力包络图如附图
 
附图2：桁架内力图（压力为负,拉力为正）

2.3吊车横向水平荷载作用下，对制动梁在水平方向所产生的最大弯矩
由吊车梁计算书查知
吊车水平荷载（标准值）产生的最大水平弯矩MT= 123.798kN•m
吊车摆动卡轨力产生的最大水平弯矩MTHk=360.528 kN•m
2.4作用在制动桁架上的竖向荷载对桁架上弦节间所产生的局部弯矩：
节点间距：1.5米
初选上弦杆截面为2L1250×10
线荷载：1.2×0.55+1.4×1.4=2.88 kN/m
自重线荷载：1.2×0.38=0.46 kN/m
线荷载 q=2.88+0.46=3.34 kN/m
Mx1=3.34×1.52/8=0.94 kN•m
制动桁架上弦的净截面模量 Wnx1=209.61 cm3
2.5风荷载作用下上弦杆截面应力
墙皮柱传至辅助桁架上弦的水平风荷载集中力标准值为35KN（含风压风吸两种情况）
制动梁为15m简支梁
M=35×15/4=131.25 kN•m
2.6制动结构截面特性计算
2L1250×10角钢Az1=48.75cm2，Izy=1484cm4
吊车梁上翼缘 55×2.5cm
制动板尺寸121.5×0.8cm
吊车制动结构计算简图见附图1。
平面外的截面特性为：
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辅助桁架上弦截面强度计算：
作用于辅助桁架上竖向荷载产生的上弦杆轴心力
N=191kN
上弦构件截面A=48.75 cm2
取净截面系数0.85，An=0.85×48.75=41.42  cm2
由于吊车制动桁架上弦杆在水平方向同时收到吊车水平力和风荷载的作用，按《建筑结构荷载规范GB50009-2001（2006年版）》规范3.2.4条：对于一般排架、框架结构，基本组合可采用简化规则，并按下列组合中取最不利值确定：
1）由可变荷载效应控制的组合：
 
 
在风压力与吊车横向荷载的共同作用下制动结构平面最不利水平弯矩组合为：
0.9×（360.528+131.25）=442.6
辅助桁架上弦截面强度
 
=46+64+4=114 N/mm2  <满足> 
2.8吊车制动结构水平挠度计算：
设有重级工作制吊车的制动梁或与墙架结构有联系的制动梁，其水平挠度v可按下面公式计算：
 
式中  MT——由一台最大吊车横向水平荷载标准值所产生的最大弯矩；
      Iy1——制动梁对y1轴的毛截面惯性矩；
      l——制动梁的跨度
一台吊车产生的横向水平最大弯矩 MT= 123.798kN•m
 
  =  1.35mm <  6.82mm     <满足>
2.9辅助桁架下弦及腹杆验算：
对于轴心受压构件，制动桁架的腹杆的强度和稳定性应按下列规定计算：
强度：
 
稳定：
 
式中    ——轴心受压构件稳定系数
       An——净截面面积
1、拉杆
     杆①，支座斜杆 N1=72kN  ， L=223.5cm
     杆②，下弦杆   N2=161kN ， L=300.0cm
选用2L70×6，
A=16.32cm2；An=0.85×16.32=13.87 cm2
ix=2.15cm ； iy=3.26cm
强度验算：
 116.1 N/mm2    <  215 N/mm2  <满足>
长细比验算（小于250）
 =104 ； =92 均满足

2、斜压杆
     杆③，斜杆 N3=69kN  ， L=243.3cm
选用2L63×6，
A=14.58cm2
ix=1.93cm ； iy=2.99cm
强度验算：
 47 N/mm2    <  215 N/mm2  <满足>
   <  150  满足
查知 0.432
稳定验算
  110 N/mm2    <  215 N/mm2  <满足>

3、直压杆
     杆④，直杆 N4=73kN  ， L=180.0cm
选用2L63×6十字形联结，
A=14.58cm2
ix=2.98cm ； iy=2.98cm
强度验算：
 50 N/mm2    <  215 N/mm2  <满足>
    <  150   满足
查知 0.802
稳定验算
  63 N/mm2    <  215 N/mm2  <满足>