工业厂房中混凝土吊车梁的设计Word文档格式.docx
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该旧厂房为20世纪80年代设计的钢筋混凝土框排架结构,檐口的标高为2816m,采用独立基础;
其中排架柱为工字型预制件,总长32m;
柱距6m,结构简图如图1所示。
图中的箭头为吊车荷载与作用的位置图1旧的框排架结构
吊车的规格:
跨度21m,轮距118m,轨顶标高1410m,起重量16t/5t;
中级工作制,台数2台。
111 直接增设吊车梁的可行性分析在旧有的框排架结构中增设吊车梁,本例需解
决三个主要的问题。
一是原结构的可靠性鉴定,这需委托专门的机构做出相应的报告。
通过鉴定是增设吊车梁的前提,并需符合文献[1]和文献[2]的相应规定。
由于本例的厂房已使用24年,部分钢筋混凝土构件的碳化情况较明显,且排架系采用钢筋混凝土屋架与大型屋面板构件,新的设计应严谨对待屋架连接中螺栓可能出现的锈蚀与松动问题;
由于吊车梁承受的是吊车的动荷载;
设计需考虑原有结构的老化状态在新的使用条件下的疲劳问题。
这些应在鉴定中一并考虑,并得出可靠性结论。
因此,该鉴定的难度与费用均较大,而且原有结构能否通过鉴定尚未得知。
二是原有结构的加固设计。
本例中的框排架结构,在新的使用条件下,主要是增加了吊车荷载。
在理论计算方面,通过在程序SATWE的计算得知,新的内力在框架柱与框架梁中均能满足,主要是原排
作 者:
彭思毅男1976年5月出生工程师一级注册结构工程师
收稿日期:
2006-03-21
318 IndustrialConstructionVol.36,Supplement,2006 工业建筑2006年第36卷增刊
架柱的内力较原内力有所增大,亦可通过在排架柱的高度方向使用FRP材料进行加固。
设计时还考虑混凝土材料在多年的使用后,混凝土的碳化与钢筋的锈蚀（在鉴定报告中应有所反映）。
实际中需对结构实际承载能力下降的问题进行估算与判定。
由上所述,原结构的加固是可以解决的。
另一方面,在旧结构柱中加设吊车梁,一般方式为旧柱上植筋以形成新的混凝土牛腿,需考虑植筋的可靠性问题。
因为吊车荷为频繁的动荷载,构件需考虑疲劳作用。
而植筋的牛腿为单独的悬挑构件,该部位的结构冗余度低,一旦破坏将产生很大的影响。
由于牛腿处的植筋数量只有几根,而植筋构件是依靠植筋胶与旧构件共同工作的,因此该部位植筋的施工可靠性不能完全保证。
若植筋牛腿,需采取一定的措施设置第二道防线,保证吊车梁的工作可靠（在植筋胶松动时,可及时发现,并可维修）。
三是核算吊车轨的轨道位移差问题。
吊车的小车在刹车时将产生横向的制动力,使牛腿的所在柱节点产生一定的侧向位移。
如果两个轨道的位移差较大,可能产生吊车轨的卡轨问题（位移差的相关
规定,见文献[4]）。
在本例中,结构的整体计算采用电算程序SATWE,结构各构件的内力与配筋可直接采用其电算结果。
而对于本例较不规则的空间结构,要分析各柱在吊车水平荷载下的节点位移,采用电算程序PK较为合适。
电算程序PK中的文本文件PK111EXE中,有一栏阐述节点的水平位移（在其“吊车梁最大横向水平荷载”下的“各结构节点变位”下的数据）。
按图中的吊车牛腿所在的柱上节点编号,即可查到对应的节点水平位移。
本例将新增的吊车荷载施加于原有结构中,选取原有结构中的代表性一榀框排架进行验算。
文件中表明,左节点的水平位移为10mm,右节点的水平位移为5mm。
这超过有关的规定。
实际上,左节点所在的排架柱层高为32m,右节点所在的框架柱平均层高为4m,其线刚度相差甚远,在相同的吊车横向力的作用下,产生较大的位移差。
从以上三点的分析可以看出,由于位移差太大,在原有结构直接加设吊车梁必将产生卡轨问题;
即使原有结构的可靠性鉴定通过,并进行相应的加固,亦不能满足使用要求。
因此,必须另外寻找办法。
112 新的结构体系
通过与厂方的沟通协调,在旧柱侧分别另立新
柱,新旧结构完全脱开,以形成新的结构体系,以满
工业厂房中混凝土吊车梁的设计———彭思毅
图2新的框架结构
足使用要求。
如图2所示。
从图2所示,新结构的左部相当于一悬臂栈桥,轨道位于其柱顶（1516m）,其010～710m实际上为一双肢柱;
按文献[4],悬臂栈桥在吊车荷载的作用下,最大的柱顶标高不宜大于12m;
本例中用到1516m,为保证结构的使用功能,在设计时采取了相应的措施。
新结构的右部为一两层的框架结构加一段7m
高的悬臂柱。
新结构的左右两部分的形式相差较大,但均是在柱顶承受相同的吊车荷载。
新结构的设计除了需满足普通的结构要求外,保证左右柱顶的水平位移差能协调为关键。
采用的方式为:
优先调整柱的高度,再调整相关的梁的截面尺寸,目的是调节左右柱的线刚度比;
对结构的左部,在双肢柱之间设置竖向斜梁以增强结构抵抗侧移的能力。
在本例中,由于受旧构件的限制,柱间的支撑采用双连梁替代。
在本例中,左部的结构为1516m高的悬臂栈桥柱,保证该排柱的稳定性和抗倾覆尤为重要。
设计上采取了设置贯通的楼板与间隔3m的多道连梁,以形成空间整体的作用。
2 吊车梁构件的设计
吊车梁构件的设计内容繁多,目前尚未有专门的电算程序。
以下介绍了一种方法,依靠现有的电算程序和各种通用手册,在较短时间完成其设计。
实际设计时,吊车梁构件可先按普通的连续梁进行估算,其梁高以（1/6～1/8）的跨度取值;
其梁宽宜取250～350mm,主要是较易满足构件的抗扭验算,并考虑了施工因素（预埋螺栓与箍筋交叉密布和混凝土的浇筑）。
按以下的4个部分分别进行,以其结果进行综合。
211 剪扭共同作用吊车梁构件受到的荷载主要包括吊车轮压和吊
车横向的制动力。
其受力与截面大样如图3和图4
319
所示。
1-轨道高度
的“荷载输入”菜单中,选择输入“节点荷载”,在其中可以同时输入竖向荷载（轮压）,横向力（小车的制动力）、扭矩和双向弯矩。
构件剪扭共同作用的验算可结合文献[11]的第218节按矩形截面进行核对（由于构件的翼缘对于其抗扭模量的贡献较小,手算时可予忽略）。
212 双向受弯
双向弯矩包括垂直弯矩和水平弯矩。
垂直弯矩
图3吊车梁剖面的受力情况 图4吊车梁配筋大样
吊车轮压应考虑最大轮压的合力Pmax与最小轮压的合力Pmin。
按文献[4],扭距的计算公式:
Mt=017（uPmaxl1+Tl2）
式中 U———计算扭距时,最大轮压排列组合的影响线纵标;
Pmax———单个的最大轮压;
T———作用于每侧轨道的水平制动力;
l1———吊车轨道的安装误差;
l2———吊车轨道顶端至吊车梁形心的距离。
扭矩由轮压的偏心力矩和横向制动力的力矩形
成;
扭转的计算主要验算构件的截面是否满足扭转要求和计算所需的抗扭钢筋。
吊车梁构件的影响线计算可按文献[10]的表3
-表11查得,获取构件内力M,V的最不利值。
按影响线的剪力最不利值判断吊车荷载组合所在的那一跨位置。
按最大轮压荷载的组合位置计算构件的扭矩,其对应的构件弯距为最大垂直弯矩;
按此得出得配筋可作为构件单向受弯的估算。
为了利用PMCAD和SATWE对吊车梁进行电算,可以专门建立一个电算目录（以下对该目录简称“目录一”）。
在目录一中,输入一个单层的结构（以实际结构中吊车梁所在的那一层作为模型）,人工输入一根模拟的“吊车梁”（PMCAD和SATWE中只能输入“吊车荷载”,不能输入实际的吊车梁构件;
目录一在SATWE中不考虑使用“吊车荷载”功能;
在PMCAD中输入吊车荷载之前应对其进行人工调整;
由于PMCAD的荷载均为标准值,对计算构件的内力时,吊车荷载的输入应乘以动力系数;
对于计算裂缝与挠度,另以吊车荷载的标准值输入;
关于吊车荷载的考虑,在文献[9]的第5章有详细的规定;
支承吊车梁的牛腿在PMCAD中可以悬臂梁输入）。
对于将输入吊车轮压的吊车梁上位置,应人工生成“节点”,可以两条交叉的垂直轴线生成（PM2CAD中以交叉轴线为默认的“节点”）。
在PMCAD
320
由轮压形成,水平弯距由横向制动力形成。
设计时先按单向受弯估算其受弯钢筋,取最大轮压进行构件的垂直受弯的计算。
弯距按吊车梁的弯距影响线取值进行累加。
接着进行双向受弯的验算。
应区分最大垂直弯距和最小垂直弯距两种情况,分别与其相应的水平弯距进行组合,取两种情况的不利值进行配筋。
计算方法可选用文献[6]的附录四并结合相关的计算手册进行。
计算表明,双向受弯并不一定由最大垂直弯矩控制,有时为最小弯矩控制。
将“目录一”中计算的最大轮压荷载组合改为最小轮压的,计算所得的弯距为构件的最小垂直弯距。
213 裂缝与挠度
吊车梁构件的裂缝与挠度在文献[5]的第
31314条与第31312条有明确的规定。
程序SATWE中具有计算构件的裂缝和挠度的功能,可予利用。
按影响线判断的弯距最大值选取的那一跨,在“目录一”中输入最大轮压排列的荷载,读取该跨的SATWE的计算数据,即可验算其裂缝与挠度。
214疲劳
疲劳的计算在文献[5]的719中有明确的规定。
主要包括正截面的受压区边缘纤维混凝土压应力和受拉钢筋的应力辐,以及斜截面中和轴的剪应力验算。
可按规范的条文进行手工验算。
3带吊车梁框排架设计因素
1）屋盖的选型:
采用混凝土屋架或网架与大型混凝土屋面板。
以增加屋盖的整体刚度;
并增加屋盖的自重,改善排架柱的受力状态。
排架柱是受压构件,在水平力的作用下,柱子成了偏心受压构件。
柱子轴力的增加可以减少偏心距。
但是轻型屋盖使得柱子在水平力的作用下的轴力减小,甚至忽略不计只剩自重,这时的柱子几乎是一根悬臂梁的受力,弯距控制了截面和配筋。
较之重型屋盖,柱子截面将增大20%～30%,配筋量成倍的增长。
因此,本
（下转第317页）
工业建筑2006年第36卷增刊
着加强边宽度的增大,最大挠度变化曲线都越来越平缓。
图6加强边的宽度对简支板最大挠度的影响
过大。
3）随着加强边宽度的增加,对于固支板,板内的最大挠度几乎不变,加强边内的最大拉应变几乎不变,板内最大受压应变与未加强处的最大拉应变均减小,但是减小幅度逐渐减小;
对于简支板,板内的最大挠度、加强边内的最大拉应变与未加强处的最大拉应变均减小,但是减小幅度逐渐减小。
4）在工程实际中,应根据具体板的材料特性、受力性质、施工技术等因素合理优化选择相应的加强边的刚度和宽度。
3 结 论
无论是固支开洞板还是简支开洞板,可以从本文计算分析中得出以下结论:
1）在选择加强方式时,应该考虑到:
对于固支板,如果加强边的造价与板未加强处差不多,则B类加强方式的效果最好,所以建议在具体设计时,先选择B类加强方式;
对于简支板,都是C类加强方式最好,建议在具体设计时,先选择C类加强方式。
2）随着加强边刚度（弹性模量）的增加,最大压应变、加强边内的最大拉应变和板内的最大拉应变都减小,但是加强边内最大拉应变减小的幅度比板内未加强部分的减小幅度大,所以假如加强边刚度比板其他部分刚度大到一定的程度时,未加强处的最大拉应变反而会比加强处的大,因此为了保证板内和加强边内的强度的要求,加强边刚度不宜选得
参考文献
1萨文ГH1孔附近的应力集中1卢鼎霍,译1北京:
科学出版社,
1958
2高存法,龙连春1各向异性板孔口补强应力分析,工程力学,1995
（8）:
121-125
3许希武1含孔有限大各向异性板的应力集中1航空学报,1995
（5）:
370-375
4张涛,刘土光,赵耀,等1开孔有限板的孔边应力场分析,华中科技大学学报（自然科学版）,2002
（1）:
87-89
5杨丽红,何蕴增1无限平面矩形开孔的应力场分析1哈尔滨工程
大学学报,2002（4）:
106-110
6派克R,根勃尔WL1钢筋混凝土板1黄国桢,成源华,译.上海:
同济大学出版社,
7范进,冯庆兴1开洞对板的内力及变形的影响,工业建筑,
1999,29（5）:
32-35
8徐力1开孔板的有限元分析1江苏大学学报（自然科学版）,
2002（9）:
28-30
（上接第320页）
例有必要给排架柱施压,以增加柱轴力,使柱子具有较好的受力特征。
2）程序PK在输入吊车荷载时,需在柱的相应位置设置节点,PK的弯距图与实际不同;
在输入吊车荷载之后,应将此处的多余节点删除,以保证电算的内力与实际相符。
3）轨道的安装误差20mm应予考虑。
在计算轮压作用点对牛腿和柱产生的弯距、吊车梁产生的垂直弯距和扭矩时,均应计入此因素。
4）程序PK与SATWE中,对于吊车荷载T的输入,系指吊车水平制动力的一半（即作用于每一侧的水平力）。
4 结 语
1）带吊车梁结构的设计应验算柱节点的侧移和左右吊车轨道的侧移差;
2）旧有结构增设吊车梁尚应考虑结构加固与新
旧连接的可靠性;
3）吊车梁构件的设计可采取手算与电算结合的方法,并互为校核。
参考文献
1GB50023-95建筑抗震鉴定标准
2JGJ116-98建筑抗震加固技术规程
3结构平面计算机辅助设计软件PMCAD.北京:
中国建筑科学研究院,2005
4编写组.钢筋混凝土结构设计.广州:
华南理工大学出版社,1998:
262
5GBJ10-89混凝土结构设计规范
6GB50010-2002混凝土结构设计规范
7多层与高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE.北京:
中国建筑科学研究院,2005
8钢筋混凝土框排架与连续梁计算与施工图绘制软件PK.北京:
9GB50009-2001建筑结构荷载规范
10编写组.建筑结构静力手册.北京:
中国建筑工业出版社,1985:
273
11陆祖欣.混凝土结构计算图表.北京:
中国建筑工业出版社,
2002:
228
开洞板洞口周边弹性加强探讨———韦芳芳,等
317
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