米双跨钢排架结构厂房毕业设计计算书.doc

第一章 建筑设计
§1.1 平面设计
根据题目所给条件：采用双跨钢排架结构，跨度18米，长90 米。参照工程应用实例，厂房平面布置为双跨矩形平面。其柱网采用9m×18m，除两端部柱中心线内偏横向定位轴线300mm 外，其余均与横向定位轴线重合；纵向定位轴线与柱外缘重合(详见施工图)。抗风柱距取6m。
§1.2 剖面设计
厂房高度的确定
厂房高度指室内地面至柱顶(或倾斜屋盖最低点或下沉式屋架下弦底面)的距离,在设计时,将室内地面的标高定为土0.000,柱顶标高、吊车轨道标高等均是相对于室内地面标高而言的.
柱顶标高的确定:
对有吊车厂房时
柱顶标高 H=H1+H2
轨顶标高H1=h1+h2+h3+h4+h5
轨顶至柱顶高度H2=h6+h7
h1: 需跨越最大设备高度;
h2: 起吊物与跨越物间的安全距离,一般为400-500mm;
h3: 起吊物最大物件高度;
h4: 吊索最小高度,根据起吊物件的大小和起吊方式决定,一般>1m;
h5: 吊钩到轨顶面的距离,由吊车规格表中查得;
h6: 轨顶至吊车顶面的距离, 由吊车规格表中查得;
h7； 小车顶面至屋架下弦底面之间的安全距离,应考虑到屋架的挠度,厂房可能不均匀沉陷等因素,一般取300-400mm;
根据本设计的起重机的整体外型尺寸:12.17m*2.5m*3.43m(长、宽、高)
取h1=3500mm,h2=500mm,h3=2000mm,h4=1200mm,h5=1800
即H1=h1+h2+h3+h4+h5=3500+500+2000+1200+1800=9000mm
取 h6=2732,h7=400,
即H2=h6+h7=2732+400=3132mm,
则H=H1+H2=9000+3132=12132mm
根据<<厂房建筑模数协调标准>>的规定,柱顶标高H应为300mm的倍数,轨顶的标志高度H1常常取600mm的倍数,则综合上述计算及此条规定,H1=9000mm符合是600的倍数,H2取3300,即H=H1+H2=9000+3300=12300mm=12.3m
所以厂房的高度为12.3m(H1=9m,H2=3.3m)
厂房标高详见施工平面图。
厂房室内外高差按一般值取300mm，屋面坡度取1:10()
§1.3 采光通风设计
根据厂房生产状况，查表拟定厂房的采光等级为Ⅲ级。采用双侧窗采光.柱距间都设侧窗进行采光.
高侧窗高度取1.5m，低侧窗取3.3m，窗底标高为1.2m，
厂房为两跨，中间部分通风效果较差，一般可在厂房内设风扇迫使室内
空气流动，提高室内舒适感。
§1.4 屋面排水设计
屋面排水方式采用内天沟有组织排水，屋面排水坡度取为1/10，檐沟
纵向坡度取为5‰。落水管每侧6 根，分别位于②④⑥⑧⑩轴线处，用直
径φ110 的PVC 管。
§1.5 立面设计
采用竖向波形压型钢板外墙及彩板钢窗，形成竖向线条的立面效果，改变厂房长度和高度尺度扁平视觉效果，使厂房显得庄重、挺拔。
立面图详见施工图纸。
§1.6 构造设计
(1)外墙构造
外墙底部窗台以下部分采用240 厚空心混凝土砌块，高度为1.2m，墙下设基础梁支承在基础上。窗台以上部分外墙采用保温型压型钢板外墙，墙板用墙梁(C 型钢)与钢排架柱连接。
(2)屋顶构造
屋顶采用保温型压型钢板，高频轻型焊接H型钢檩条与钢屋架相连接，屋面檐口采用有组织排水。
(3)地面构造
因厂房内生产对地面无特殊要求，故采用水泥沙浆地面。

第二章 厂房主排架设计
1.结构选型与布置
因吊车吨位较大，屋面恒载和活荷载都又很小，跨度较大，故主体结构采用普通钢排架结构，屋架采用桁架式钢屋架,造价较低，施工速度快，施工难度较低。钢排架结构形式采用实腹式，排架形式为双跨双坡，屋面坡度皆取为1/10。厂房长度为90m，故只设一个温度区段，柱间支撑在端部的第一个开间各设一道，在厂房纵向中央设一道，在与有柱间支撑开间相应的屋盖位置均设置横向支撑，以形成几何不变体系。在屋架上弦端部、屋脊处及下弦支座处设置刚性系杆。屋面檩条的间距取1.5m，墙架的间距取1.5m,截面尺寸根据计算得到。在跨中设置两道拉条，在屋脊和侧墙的顶部，还应设置斜拉条。

第三章 屋面檩设计
薄壁H型钢檩条
1.设计资料
封闭式建筑,屋面材料为夹心板,屋面坡度1/10(),檩条跨度6m,于檩条跨度3分点处各设一道拉条,水平檩距1.5m,檐口距地面高度为13.8m,屋脊距地面高度14.7m,钢材Q235.
2.荷载标准值(对水平投影面)
(1)永久荷载:
夹心板 0.2KN/m²
檩条自重(包括拉条) 0.1 KN/m²

0.3 KN/m²
(2)可变荷载:
屋面均布活动场所.3 KN/m²,雪荷载为0.4 KN/m²,计算时取两者的较大值0.4 KN/m²,基本风压=0.3 KN/m².
3.内力计算:
(1)永久荷载与屋面活荷载组合:
檩条面荷载:
=(0.3+0.4)*1.5=1.05 KN/m²
=(1.2*0.3+1.4*0.4)*1.5=1.38 KN/m²
===0.137 KN/m²
==1.37 KN/m²
弯矩设计值:
=1.37*9²/8=13.88 KN.m
=0.137*9²/90=0.124KN.m(负)
=0.031 KN.m(正)
(2) 永久荷载与风吸力荷载组合:
按<<建筑结构荷载规范>>(GB50009-2001),B类,14.7m的风压高度变化系数=1.138,风阵系数=1(单层厂房),风荷载体型系数=-1.4(边缘带 ,A=1.1.5*9=13.5>10㎡)
垂直屋面的风荷载标准植:
=1.0*1.138*(-1.4)*0.3=-0.478 KN/m²,
线荷载:
=0.3*1.5*=0.045 KN/m
=1.4*0.478*1.5-0.3*1.5*=0.556 KN/m
弯矩设计值(采用受压下翼缘不设拉条的方案)
=0.556*9²/8=5.63 KN.m
=0.045*9²/8=0.456 KN.m
4.截面选择及强度计算:
(1) 选用轻型H型钢 200*100*3.2*4.5
A=15.11
=1045.92
=75.05
受压翼缘自由外伸宽度与其厚度之比:

可考虑截面塑性发展,取=1.05,=1.2
先按毛截面计算截面应力为:

=126.39+6.88=133.27N/mm²(压)

=126.39-6.88=119.5N/mm²(压)
=126.39 N/mm²(压)

=126.39-6.88=119.5N/mm²(拉)

=126.39+6.88=133.27N/mm²(拉)
=126.39 N/mm²(拉)
(2) 受压板件的稳定性系数:
1) 腹板
腹板为加劲板件,
则
2)上翼缘板:
上翼缘板为最大压应力作用于非加劲板的支承边,

则
(3) 受压板件的有效宽度:
1)腹板
, , b=(200-2*4.5)=191mm, c=100mm,
t=3.2mm ,
则, 则板组约束系数为:

由于<0,则

则,
则腹板的有效宽度为:

则
2)上翼缘板:
, , b=100mm, c=(200-2*4.5)=191mm,
t=4.5mm ,
则,则板组约束系数为:
,
则
由于则,
,
则,
则翼缘的有效宽度为:

则
4)下翼缘板:
下翼缘板全截面受压,全截面有效.
(4) 截面模量:
上翼缘板的扣除面积宽度为:100-95.3=4.7mm;腹板的扣除面积宽度为:191-175.99=15.01mm,同时在腹板的计算截面有2个15拉条连接孔(距上翼缘边缘为60mm),孔位置与扣除面积位置基本相同,所以腹板扣除面积宽度按15mm计算,见下图.
有效净截面模量为:
=
=
.为简化计算,=0.95,=0.95;
当腹板下侧有拉条时可取:=0.9,=0.9.
(5) 强度计算:
屋面能阻止檩条失稳和扭转时,且腹板有拉条孔时,则

=140.43+28.13=168.56 N/mm²<215 N/mm²
5.在风吸力下下翼缘的稳定计算:
(1)受弯构件整体稳定系数:
因有拉条靠近上翼缘,故不考虑对下翼缘的约束作用,
,查教材(上册)附表15得,

=
=0.246
(2) 屋面为夹心板(压型钢板的一种,自重为0.2 KN/m²),不考虑屋面对上翼缘的约束,亦不考虑屋面自重的y分量,则该檩条在永久荷载与风吸力组合作用下可承受的最大风荷载标准值为:
,
则=
=0.474 KN/m²>0.3 KN/m²
6. 挠度计算:

=41.33mm<
7. 构造要求:
故此檩条在平面内、外均能满足要求.
8.绘制檩条施工图:
见图纸.

第四章 钢屋架设计
18mT型钢弦杆双角钢腹杆梯形屋架设计
1.设计资料
该工程为跨度18m双坡双跨封闭式厂房，厂房长99m，用梯形钢屋架，屋面坡度i=1/10,屋架间距为9m,屋架铰接柱顶，有2台50/10t中级工作制吊车（A5）,内天沟。屋架下弦标高为12.3m,屋面材料采用金属夹心板，Z型檩条，檩距1.5m.地面粗糙度为B类，结构重要系数=1.0，抗震设防烈度为6度。基本风压=0.3KN/㎡，基本雪压=0.4KN/㎡，钢屋架材料采用Q235B，焊条采用E43型。
2.屋架形式及几何尺寸
梯形屋架结构布置图及剖面图如图，檩条支承于屋架上弦节点。均为节点荷载。经计算可知，屋架坡角（上弦和下弦之间的夹角）为arctg(1/10)=，檩距为1.507m,水平投影间距为1.507×cos=1.5m.
3．支撑布置
依据《建筑抗震设计规范》GB50017——2001，支撑布置见下图，上弦横向水平支撑设置在房屋两端及五开间，并在相应开间屋架跨中设置竖向支撑，在其余开间屋架下弦每6m处设置一通长水平系杆，故上弦杆在屋架平面外的计算长度等于横向支撑的节距；下弦杆在屋架平面外的计算长度为6m.
4.荷载计算(标准值)
(1)永久荷载(恒荷载): (对水平投影面)
夹心板 0.2/ cos=0.2KN/㎡
檩条自重 0.1KN/㎡
屋架及支撑自重 经验公式:(0.12+0.11×L)=0.12+0.1×18=0.32KN/㎡
悬挂管道等 0.1KN/㎡
合计: 0.72KN/㎡
(2)可变荷载(活荷载): (对水平投影面)
1) 屋面活荷载 0.3KN/㎡
2) 积灰荷载 0.3KN/㎡
3) 雪荷载
基本荷载:=0.4KN/㎡.根据<<建筑结构荷载规范>>(GB50017--2001)表6.2.1,由于=<,=1.0.雪荷载标准值=0.4KN/㎡,雪荷载不与屋面活荷载同时组合,仅考虑两者中的较大作用.另据<<建筑结构荷载规范>>(GB50017--2001)表6.2.1注1可知,不考虑全跨积雪不均匀分布情况.
4) 风荷载
基本风压:=0.3KN/㎡
(3)荷载组合
1) 恒荷载+雪(或活)荷载
2) 恒荷载+半跨(雪荷载+积灰荷载)
3) 恒荷载+风荷载
(4) 上弦的集中荷载及节点荷载
由檩条传给屋架上弦的节点恒荷载见下图ttrz
由檩条传给屋架上弦的节点活荷载见下图
(5) 具体计算过程如下:
1)全跨屋面恒荷载
上弦集中荷载标准值
=0.72×1.5×9=9.72KN
2)全跨屋面活荷载
上弦集中活荷载标准值
=(0.3+0.4)×1.5×9=9.45KN
假定由可变荷载组合控制,则上弦节点荷载设计值为1.2×9.72+1.4×9.45=24.89KN;若永久荷载组合控制,则上弦节点荷载设计值为1.35×9.72+1.4×0.7×9.45=22.38KN,综上可知,本工程屋面荷载由可变荷载组合控制.
3) 风荷载标准值
本工程为双跨双坡封闭式厂房,根据<建筑结构荷载规范>表7.3.1
风荷载体形系数:

为了制作,安装,施工,计算的方便,以及考虑左,右风吹向,把上述风荷载体型系数,简化为两跨相同的体型系数,进而可以简化成单跨双坡型.风荷载体型系数迎风面为-0.6,背风面为-0.5.其简化后的风荷载体型系数见下图:

风压高度变化系数.本设计地面粗糙度为B类,屋脊高14.7m,坡度为1/10,风压高度变化系数,查<<建筑结构荷载规范>>表7.2.1得=1.138,风阵系数为(对单层厂房取1).
计算主要承重结构: =
迎风面: =1.×(-0.6)×1.138×0.3=-0.204KN/㎡(垂直屋面为风吸力)
背风面: =1.0×(-0.5)×1.138×0.3=-0.170KN/㎡(垂直屋面为
风吸力)
由檩条传给屋架上弦节点风荷载标准值:
=0.204×1.507×9=-2.77KN
=-0.17×1.507×9=-2.31KN
风荷载计算简图见下图:

5. 内力组合及截面选择
(1) 内力组合见下表: (注表中求解的内力由结构求解器解得)
假定杆件受拉符号为正,受压符号为负.
(2) 截面选择
1) 上弦杆
整个上弦杆不改变截面,按最大内力设计,=-276.09KN
上弦杆计算长度,在屋架平面内,为节间轴线长度=150.7㎝,在屋架平面外,根据支撑布置和内力变化情况取=301.4㎝,设=60,按Q235钢,轴心受压构件,属B类截面,查表得:
=0.807,需要截面A===1592=15.92
需要的回转半径:
===2.51㎝ ==5.02㎝
根据A,,查部分T型钢截面特性表(GB/T11263--1988)
选用T75×150×7×10 A=20.28,=1.81㎝ ,=3.73㎝
按所选截面验算:
===83.26<[]=150 ,===80.8<[]=150
由于>,只需求,查表得: =0.664
==205.3N/<215
所选截面合适.
2) 下弦杆
整个下弦杆也不改变截面,按最大内力=281.3KN,按下弦截面支撑布置情况 =300㎝,=600㎝.
计算下弦截面净面积:
===1308=13.08㎝
选用T100×100×5.5×8
A=13.79㎝ =2.88㎝ =2.21㎝
验算:如果连接支撑的螺栓孔中心至节点板边缘距离不小于100㎜,螺栓孔对下弦截面的削弱可不考虑,即=.
==204N/<215N/
===104.7<[]=350
===271.5<[]=350
满足要求.
3) 端斜杆10
=-176.91KN =213.2㎝
查<<钢结构设计手册>>,该杆件为压杆,截面选择根据该书表19—11的承载力设计值查得:
=-176.91KN ,=213.㎝,选择截面2L75×508,A=18.93㎝,两长肢相并,平面内稳定承载力[N]=-252KN,平面外承载力[N]=-219KN,均大于杆件内力N=-176.9KN,满足要求,由面外稳定控制.
验算: 2L75×508 A=18.93㎝ =2.35㎝ =2.12㎝
==90.7<150 ==100.56<150
因 =50/8=6.250.48=0.48×=20.47
=
查表,得:

满足要求.
4) 斜腹杆11
=124.90KN,几何长度为, =0.8×2230=1784mm, .
所需截面 A===581mm=5.81cm²
选用2L50×6 , A=11.38㎝ , =1.52㎝ , =2.32㎝
验算:

5) 斜腹杆12
几何长度
查表19-9的承载力设计值,得:
选用截面2L50×6 ,A=11.38㎝,平面内稳定承载力[N]=-96KN, 平面外稳定承载力[N]=-125KN, 均大于杆件内力N=-82.5KN,满足要求,由平面内稳定控制.
6) 斜腹杆13
, 几何长度,
所需截面 A===204mm=2.04cm²
选用2L50×5, A=9.6㎝ ㎝
验算: 满足要求.
7) 斜腹杆14

选用2L50×5 A=9.6㎝
几何长度

查表得: ,按所选截面进行验算:

当时,无虚验算,肯定满足.
8) 斜腹杆15
,几何长度
选用2L50×5

查表得: ,按所选截面进行验算:

.
9) 竖腹杆16,17,18

选用2L50×5, ,根据上面以计算过的构件可得知, 因内力较小,可不进行验算,肯定满足.
10) 竖腹杆19

选用2L50×5, 组成十字形截面,
满足要求,
强度计算:
因内力较小,可不进行验算,肯定满足.
6.节点设计:
下弦节点B:
用E43型焊条,角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计=160,
设11杆()的肢背、肢尖焊缝=5mm
,
N11=124.9,所选截面为2┕50*6,分配系数,则所需焊缝长度为:
肢背
肢尖
N12()=-85.2,所选截面为2┕50*6,分配系数,设肢背、肢尖焊缝=5mm,则所需焊缝长度为:
肢背
肢尖
N17()=-24.89,内力较小,焊缝尺寸按构造选取=5mm,.
根据以上求得的焊缝长度,并考虑杆件之间应有的间隙,以制作装配等误差,按比例作出节点详图,从而确定节点板尺寸为 230*80 mm. 节点板与下弦T型钢等厚,与T型钢腹板采用对接焊缝,焊缝与母材等强,一般不需要验算焊缝强度,(节点板与弦杆的对接焊缝承受相连两腹板内力的合力).

下弦节点C
N13()=43.86,所选截面为2┕50*5,分配系数,设肢背、肢尖焊缝=5mm,则所需焊缝长度为:
肢背
肢尖
N14()=-11.86,所选截面为2┕50*5,分配系数,设肢背、肢尖焊缝=5mm,则所需焊缝长度为:
肢背
肢尖
N18(IC)=-24.89,内力较小,焊缝尺寸按构造选取=5mm,.
根据以上求得的焊缝长度,并考虑杆件之间应有的间隙,以制作装配等误差,按比例作出节点详图,从而确定节点板尺寸为190*80mm 节点板与下弦T型钢等厚,与T型钢腹板采用对接焊缝,焊缝与母材等强,一般不需要验算焊缝强度,(节点板与弦杆的对接焊缝承受相连两腹板内力的合力).
上弦节点F
N10()=-176.91,所选截面为2┕75*50*8,长肢相并,分配系数,设肢背、肢尖焊缝=5mm,则所需焊缝长度为:
肢背
肢尖
杆11()与节点B相同, =5mm,肢背
根据以上求得的焊缝长度,并考虑杆件之间应有的间隙,以制作装配等误差,按比例作出节点详图,从而确定节点板尺寸为290*110mm 节点板与下弦T型钢等厚,与T型钢腹板采用对接焊缝,焊缝与母材等强,一般不需要验算焊缝强度,(节点板与弦杆的对接焊缝承受相连两腹板内力的合力).

H节点:
杆12()与节点B相同, =5mm,肢背
杆13()与节点C相同, =5mm,肢背
根据以上求得的焊缝长度,并考虑杆件之间应有的间隙,以制作装配等误差,按比例作出节点详图,(详图见施工图)从而确定节点板尺寸为190*70mm ,节点板与下弦T型钢等厚,与T型钢腹板采用对接焊缝,焊缝与母材等强,一般不需要验算焊缝强度,(节点板与弦杆的对接焊缝承受相连两腹板内力的合力).
J节点:
杆14()与节点C相同, =5mm,肢背
N15()=-30,所选截面为2┕50*5,分配系数,设肢背、肢尖焊缝=5mm,则所需焊缝长度为:
肢背
肢尖
根据以上求得的焊缝长度,并考虑杆件之间应有的间隙,以制作装配等误差,按比例作出节点详图, (详图见施工图)从而确定节点板尺寸为150*70mm节点板与下弦T型钢等厚,与T型钢腹板采用对接焊缝,焊缝与母材等强,一般不需要验算焊缝强度,(节点板与弦杆的对接焊缝承受相连两腹板内力的合力).
上弦跨中拼接节点K:
上弦跨中拼接节点K,采用下图所示连接方式,由拼接板,盖板,组成的屋脊节点与翼缘相连的盖板厚度与翼缘同厚,宽度为翼缘宽度加20mm,,以便施焊.与腹板相连的拼接板同腹板厚,节点与弦点杆间采帮对接焊缝,强度同母材,此焊缝传递弦杆腹杆所承担的部分内力,其他焊缝为角焊缝,弦杆翼缘的内力由盖板和盖板与弦杆的连接角焊缝来承担.
其节点板及盖板尺寸由考虑杆件之间应有的间隙,以制作装配等误差,按比例作出节点详图如下:

支座节点: （支座与下部是采什么样的连接方式？）
下弦杆与支座板的距离取为140mm,锚栓用2M20,位置见图下图,在节点中心设置加劲肋,加劲肋的高度同节点板高.

A支座板:
支座反力: ,支座底板的平面尺寸取280*280=78400mm²
验算柱顶抗压强度:

最大弯矩:

则,
查表,,则
底板厚度:
B:加劲肋节点板的连接焊缝:
设加劲肋承受屋架支座的四分之一,即,焊缝受剪力
弯矩.
设焊缝 =5mm ,焊缝长度330-20=310mm,
焊缝应力:
=
=27.5<160
C节点板: 加劲肋与底板的连接焊缝:
节点板与底板的连接焊缝所需焊脚尺寸为:
,取=5mm,
每块加劲肋与底板的连接焊缝所需焊脚尺寸为: ,取=5mm.
7.屋架端部内天沟验算:
因端节间设有内天沟,有节间荷载,故按受弯构件验算上弦杆的承载力,设端节间集中荷载为,作用位置距左端0.6m,,按简支梁跨中弯矩
杆1跨中弯矩
对T型钢截面
上弦钢T型钢:TW75*150*7*10,
A=20.28cm²
强度验算:
<215
稳定验算:
,
<215,满足要求.
8.绘制屋架施工图:
见图纸.

第五章 吊车梁设计
9M焊接工字形吊车梁
1. 设计资料
⑴吊车梁跨度9.0m,制动结构采用制动梁,吊车梁支承于钢柱,采用突缘式支座,计算跨度L=8.99m,设有两台超重Q=50/10t,中级工作制(A5),软钩吊车,吊车跨度S=16.5m,钢材采用Q345,焊条为E50型.
⑵ 吊车采用大连重工.起重集团有限公司DQQD型50/10t,轮距W=4800㎜,桥架宽度B=6724㎜,最大轮压Pmax=373KN,P min=75.3KN,
小车重g’=15.42t,吊车总重G=42.042t,吊车轮压及轮距见图⑴

2. 吊车荷载计算
吊车坚向荷载的动力系数α为1.05,吊车荷载有分项系数γQ为1.4则吊车荷载设计值为:
P =α.γQ.P max =1.05*1.4*373=548.31KN
H=γQ.0.1*(Q+g’)g/n =1.4*0.1*(50+15.425)*9.8/4 =22.44KN
3. 内力计算
⑴ 吊车梁中最大弯矩及相应的剪力
1) 吊车梁上有三个轮压时,见图(2),a3 =(a2-a1)/6,梁上所有吊
轮压的位置为:
a1=B-W=6724-4800=1924mm,a2=W=4800mm,a3=(a2-a1)/6=(4800-1924)/6=479mm
自重影响系数取取1.05,由公式=(L/2-a3)²/L-Pa1,点C的最大弯矩为:
=* =1.05*[3*548.31*(8.99-0.479)²/8.99-548.31*1.924]=1994KN.
2) 吊车梁上有三个轮压时,见图(3),a2=a1/4,梁上所有吊车轮压的位置为:
a1=B-W=6724-4800=1924mm,a2=a1/4=1924/4=481mm,由公式求C点的最大弯矩为:
=**(L/2-a2)²/L=1.05*2*548.31*(8.99/2-0.481)²/8.99=2063.672KN.m
可见由第二种情况控制,由公式求在Mmax处相应的剪力为:
=*(L/2-a2)/L=1.05*548.31*2(8.99/2-0.481)/8.99
=514.12KN

(2)吊车梁最大剪力
根据结构力学影响线,做出两台吊车,其中一台轮压作用于一端,另一台紧贴在其一边,如下图所示:

则=1376.24KN
⑶按=H/P*=22.44*2063.672/548.31/1.05=80.44KN.m

4.截面特性
截面的选择:吊车梁截面尺寸根据<<钢结构设计手册>>(上册)有关吊车章节中提供的公式进行初步确定.
1) 经济高度:(以㎜为单位)
h=7-300=7-300=7-300
=1122mm 取=1200mm
2) 翼缘的厚度及腹板的确定
由于吊车额定荷载较大些,翼缘厚度暂取=20mm,腹板的厚度按
=7+3=7+3*1200/1000=10.6mm,取=12mm
翼缘宽度b=(1/2+1/3)=(400-600)mm,取b=450mm
(1) 吊车梁
毛截面面积:A=45*2*2+120*1.2=324
毛截面惯性矩:=1/12*1.2*120³+2*45*2*61²=842580
净截面面积:An=324-4*2.4*2=304.8
净截面惯性矩:Inx=1/12*1.2*120³+(2*45-2*2.4*2)*61²*2

=771136.8
净截面抵抗矩:Wn=77136.8/62=12438cm³
半个毛截面对X轴的面积矩:Sx=45*2*61+1.2*60*30=7650cm³
(2) 制动梁
净截面面积An=2*(45-2*2.4)+1*30+40=150.4cm²
截面形心至吊车梁腹板中心线之间的距离:
=(1*30*29.7+40*42.9)/150.4=17.3cm
截面惯性矩Iny=2*45³/12-2*2.4*2*10²+(45*2-2*2.4*2)*17.3²+1*30³/12 +30*12.7²+4765+40*25.6²
=242030
对-轴的净截面抵抗矩(吊车梁上翼缘右侧外边缘)
Wny1=242030/39.8=6096cm³
5.强度计算
(1)弯曲正应力:
=Mmax/Wnx+
=2063.672*/(12438*)+80.44*/(6096*10³)
=179.1N/mm²<295 N/mm²
下翼缘正应力:
= Mmax/Wnx=2063.672*/(12438*)
=166 N/mm²<295 N/mm²
(2)剪应力: (突缘式支座)
=1.2*1376.26*10³/(1200*12)
=114.69N/mm²<180 N/mm²
(3) 腹板局部压应力:
轨道型号为QU80,则轨道高130㎜,
㎜,
集中荷载放大系数Ψ=1.0,则腹板局部压应力为:
N/mm²<180 N/mm²
(4)腹板计算高度处的折算应力:

=253 N/mm²<1.1=1.1*310=341N/mm²
6.稳定性计算:
(1) 梁的整体稳定:
由于吊车梁有制动结构体系,梁的侧向稳定性有可靠保证,故可不计算梁的整体稳定.
(2) 腹板的局部稳定性:
>,应配置横向加劲肋,加劲肋间距
,取=1500mm,
外伸宽度,厚度,
计算跨中处吊车梁腹板计算高度处边缘的弯曲正应力为:
N/mm²
腹板的平均剪应力为:

腹板边缘的局部压应力为:

1)计算

则
2) 计算

则
则3)计算

则,
=
则

则计算跨中区格的局部稳定性为:
其他区格经计算均能满足,计算从略.
(3) 翼缘板的局部稳定:
满足要求.
7.挠度计算:
按一台吊车计算,吊车轮距为4800mm,所以求一到吊车的最大弯矩有2个轮压作用在梁上,
则挠度为:

8. 疲劳验算:
根据<<钢结构设计规范>>GB50017-2003条文说明6.2.3条,吊车梁超重量3-50t的中级工作制(A4,A5)可不进行疲劳计算.
9.支座处加劲肋计算:
加劲肋端部刨平顶紧,对称布置,,
取突缘支座加劲肋板的宽度=220mm,厚度=14mm,
取平板支座(端跨)加劲肋的外伸宽度=100mm,厚度=14mm,
则平板支座加劲肋端面承压力为:
400 N/mm²
对于突缘支座(图a)
A=22*1.4+15*1.2*12.=52.4

对于平板支座(图b)
A=10*1.4*2+15*1.2*1.2*2=71.2cm²
=1.4*(10+10*1.2)³/12+15*1.2*1.2³*2/12=1116.8

由平板支座控制,属b类截面,查表得=0.935,则支座加劲肋在腹板平面外的稳定性为:

10.焊缝的计算:
(1) 上翼缘与腹板的连接焊缝为:
=5.4mm
又6.7=1.5,取=8mm,
(2) 下翼缘与腹板的连接焊缝为:
取=8mm,
(3)平板支座加劲肋与腹板的连接焊缝为:
取=8mm,
(4)突缘式支座与腹板的连接焊缝为:

取=8mm,
11.绘制吊车梁施工图.
见图纸.

第六章 单阶排架柱设计
i单阶排架边柱设计
1. 设计资料：
装配车间具有单层吊车的铰接阶形实腹式排架柱,钢材为Q235钢,该柱在排架平面内和平面外的高度如下图,车间排架跨度为2跨,每跨18m,柱距为9m ,车间总长90m,屋盖采用梯形钢屋架结构,金属夹心板屋面系统,吊车为50/10t,中级工作制(A5)吊车,车间所在地区的地震烈度为6度.基本地震加速度为0.05g,地基场地为二类,设计地震分组第一组.

初选截面尺寸:
根据<<钢结构设计手册>>(上册)表10-3,柱截面尺寸选择参考表进行如下截面初选,
边柱之上柱:

所选截面尺寸为:
截面如下图(1):
边柱之下柱:

所选截面尺寸为:
所选截面如下图(2):
中柱之上柱:

所选截面尺寸为:
所选截面如下图(3):
中柱之下柱:

所选截面尺寸为:
所选截面如下图(4):

荷载计算:
屋盖自重:
边柱之上柱自重:
边柱之下柱自重:
中柱之上柱自重:
中柱之下柱自重:
吊车梁及轨道自重:
吊车梁自重标准值:
轨道自重标准值:

屋面均布活荷载标准值:
左风时:
迎风面
背风面

吊车竖向荷载标准值:
根据结构力学影响线,做出两台吊车,其中一台轮压作用于一端,另一台紧贴在其一边,如下图所示:

大车一个轮压的水平力为:
,
:小车重量(t), Q:吊车的额定起重量(t)
g:重力加速度,近似取10.
作用于排架上柱的水平荷载标准值为:
.
横向排架柱的各种荷载(标准值)及相应的排架计算简图详见下表.
各种荷载的内力组合详见下表,(包括边柱和中柱).

由排架内力组合得柱截面的最不利内力组合为：
截面1-1（上段柱）
+

截面2-2（变截面处）

截面3-3（下段柱）

2. 柱截面几何特性计算
柱的截面尺寸如下：
边上柱：

边下柱：

2. 柱计算长度
（1） 各段柱排架平面内的高度,最大轴向力和相对惯性矩
上段柱：
下段柱：
（2） 柱段的线刚度比和计算参数

查表得
有纵向水平支撑,乘以折减系数0.7,则
则
(3) 各柱的平面内计算长度为：

(4) 平面外的计算长度为：
上段柱:
下段柱:
柱截面计算
上柱内力第1组合：
,
第2组合：
,
1) 强度计算
上柱截面无孔径削弱,塑性发展系数
第1组合：
第2组合：
2）
排架平面内稳定计算
计算长度
E=206 （有侧移排架柱）

焊接工字钢对X 轴为b类截面,查得
第1组合：
第2组合：

3）排架平面外的稳定计算

按b类截面查表得
整体稳定系数由近似公式计算：

第一组合：

第二组合：

4.腹板及翼缘板局部稳定验算
第一组合：腹板

则翼缘板：
第二组合：腹板

则5.边下柱截面验算
第一组合：
第二组合：
（1）强度计算
上柱截面无孔径削弱,塑性发展系数
第一组合：

=
第二组合：

2）排架平面内稳定计算
计算长度
E=206 （有侧移排架柱）

焊接工字钢对X 轴为b类截面,查得
第一组合：
第二组合：

3）排架平面外的稳定计算

按b类截面查表得
整体稳定系数由近似公式计算：

第一组合：
第二组合：

4.腹板及翼缘板局部稳定验算
第一组合：腹板

则
第二组合：腹板

则
翼缘板：
6.边柱肩梁设计(单壁式肩梁)
肩梁腹板高度取排架下段柱高度的0.6～1.0倍,即（0.6～1.0）×600=360～600取600㎜. 吊车梁为突缘支座,肩梁加肋板应满足下式要求：
取,外挑100mm
（吊车梁支座反力）
下盖板厚20mm,垫板厚20mm
b=20cm（吊车梁支座加劲肋宽度）
肩梁加劲板采用12mm,肩梁高度同h,应考虑符合上柱传力要求,安全考虑为上翼缘的内力
N=1300.78KN, M=-372.22KNm,这种组合对肩梁受力最为不利
假设计算简图偏于安全的计算,假设如下图所示,则:

选取肩梁腹板厚度为30mm,则,其截面模量

肩梁腹板的计算:
腹板上所作用的最大弯矩和剪力分别为:

肩梁抗弯强度与抗剪强度计算：

连接焊缝的计算: 取最大一侧计算,即

又8.2mm=
取,

边柱牛腿的设计与计算:
牛腿采用焊接工字形钢,截面形式如下: