门式刚架计算原理和设计实例之五

1、第五章 辅助结构系统轻型钢结构的辅助结构系统包括挑檐、雨篷、吊车梁、牛腿、楼梯、栏杆、检修平台和女儿墙等，它们构成了轻型钢结构完整的建筑和结构功能。第一节 雨篷和挑檐一、雨篷钢结构雨篷同钢筋混凝土结构雨篷一样，按排水方式可分为有组织排水和自由落水两种。钢结构雨篷的主要受力构件为雨篷梁，其常用的截面形式有轧制普通工字钢、槽钢、H型钢、焊接工字形截面等，当雨篷的造型为复杂的曲线时亦可选用矩形管或箱形截面等。在轻型门式刚架结构中，雨篷宽度通常取柱距，即每柱上挑出一根雨篷梁，雨篷梁间通过C型钢连接形成平面。挑出长度通常为1.5m或更大，视建筑要求而定。雨篷梁可做成等截面或变截面，截面高度应按承载能力计算确定。通常情况下雨篷梁挑出的长度较小，按构造做法，其截面做成与其相连的C型钢截面同高：当柱距为6m时，连接雨篷梁的C型钢为16，雨篷梁亦取16槽钢；当柱距为9m时，连接雨篷梁的C型钢为24，雨篷梁取25槽钢；有组织排水的雨篷可将天沟设置在雨篷的根部或将天沟悬挂在雨篷的端部，雨篷四周设置凸沿，以便能有组织的将雨水排入天沟内。图5-15-3为几种常见雨篷的做法。 （a）(b)图5-1 自由落水雨篷(

2、a)(b)(c)图5-2 有组织排水雨篷 （a）A-A （b）B-B（c）C-C图5-3 雨篷节点详图二、 挑檐在轻型门式刚架厂房结构中，通常将天沟（彩钢或不锈钢）放置在挑檐上，形成外天沟。挑檐挑出构件的间距取柱距，即挑出构件作为主刚架的一部分，挑出构件之间由C型钢檩条连接，。图5-4所示为典型的挑檐构造。图5-4 典型的挑檐构造 挑檐柱承受C型钢墙梁传递轻质墙体的竖向荷载和风荷载，挑檐梁主要承受考虑天沟积水满布荷载或积雪荷载。挑檐各构件（挑檐柱、挑檐梁）截面通常采用轧制工字钢或高频H型钢，截面大小由承载力计算确定。挑檐计算简图如图5-5所示，将挑檐柱和挑檐梁示作一个整体，端部与刚架柱固接，即作为悬臂构件计算。通常情况下轻钢厂房结构的挑檐所承受的荷载较小，截面多选择200高的高频焊接H型钢。（a） （b）图5-5挑檐结构计算简图第二节 吊车梁和牛腿一、 吊车梁概述直接支承吊车轮压的受弯构件有吊车梁和吊车桁架，一般设计成简支结构。吊车梁有型钢梁、组合工字形梁及箱形截面梁等（见图5-6）；吊车桁架常用截面形式为上行式直接支承吊车桁架和上行式间接支承吊车桁架（见图5-7）。（a） （b） （

3、c） （d） （e） （f） （g）（a）、（b） 型钢梁 （c）、（d）、（e）焊接工字形梁 （f）、（g）焊接箱形梁图5-6 实腹吊车梁的截面形式（a）上行式直接支撑吊车桁架 （ b）上行式间接支撑吊车桁架图5-7 吊车桁架结构简图吊车梁系统一般由吊车梁（吊车桁架）、制动结构、辅助桁架及支撑（水平支撑和垂直支撑）等组成（见图5-8）。（a）边列吊车梁 （b）中列吊车梁（1）轨道 （2）吊车梁 （3）制动结构 （4）辅助桁架 （5）垂直支撑 （6）下翼缘水平支撑图5-8 吊车梁系统构件的组成吊车梁（或吊车桁架）的设计，应首先考虑吊车工作制的影响，一般将吊车工作制分为轻、中、重和特重四级，在进行吊车梁设计时，应根据工艺提供的资料确定其相应的级别。吊车梁（或吊车桁架）均应满足强度、稳定和容许挠度的要求；对重级工作制吊车梁和重、中级工作制吊车桁架尚应进行疲劳验算。当进行强度和稳定计算时，一般按两台最大吊车的最不利组合考虑。进行疲劳验算时，则按一台最大吊车考虑（不计动力系数）。本节主要介绍额定起重量Q20t的吊车梁（或吊车桁架）。二、 常用的几种吊车梁简介1、型钢吊车梁用热轧型钢制成，制作简

4、单、运输及安装方便，一般用于跨度6m，吊车起重量Q10t的轻、中级工作制的吊车梁。2、焊接工字形吊车梁截面一般由三块板焊接而成。当吊车梁的跨度与吊车起重量不大，并为轻、中级工作制时，可采用上翼缘加宽的不对称截面，此时一般可不设制动结构。当吊车梁的跨度与吊车起重量较大或吊车为重级工作制时，可采用对称或不对称工字形截面，但需设置制动结构。不对称工字形截面能充分利用材料强度使截面更趋合理。工字形吊车梁一般设计成等高度等截面的形式，根据需要也可设计成变高度（支座处梁高缩小）变截面的形式。3、吊车桁架有桁架式、撑杆式、托架吊车桁架合一式等。一般设计成上承式简支桁架，由劲性上弦、腹杆和下弦组成。常用的几何形式为带中间竖杆的三角形腹杆体系平行弦桁架，其支座设于上弦平面内。上弦为劲性连续梁，适用吊车轨道直接铺设在上弦上，吊车桁架跨度L18m且吊车为轻、中级工作制的情况。吊车桁架杆件截面宜优先选用轧制型钢或其它组合截面，并尽可能选用具有较大刚度的截面。对受压杆件，应采用在桁架平面内、外两个方向长细比接近的截面。桁架的劲性上弦宜选用具有较大垂直刚度的工字形截面；桁架下弦截面采用轧制H型钢截面；桁架腹杆的轴

5、线可交汇于上弦杆的下边缘线上，在上弦节点处，上弦杆的腹板均应设置横向加劲肋。4、箱形吊车梁由上下翼缘板与两侧各一块腹板组成。箱型吊车梁具有较大的整体抗弯和抗扭刚度，梁的截面高度相对较小和具有较高的安全度的优点，但用钢量可能较多且制作和安装的难度较大。一般可用作扭矩较大的中列柱、大跨度及较大起重量的吊车梁或环形吊车梁等。箱形吊车梁可分为窄箱形梁和宽箱形梁。前者为两块腹板共同承受一条吊车轨道的荷重，后者为两块腹板各自分别承受一条吊车轨道的荷重（中列吊车梁），或两块腹板各自分别承受一条吊车轨道及屋盖（或墙架支柱）传来的荷重（边列吊车梁）。5、壁行吊车梁是承受一种可移动的悬挂吊车的梁，一般可分为分离式壁行吊车梁和整体式壁行吊车梁（即箱形梁）两种。由承受水平荷载的上梁及同时承受水平和竖向荷载的下梁组成分离型式的壁行吊车梁较为经济，但需严格控制上、下梁的相对变形。为了增加刚度亦可将上、下梁组合成箱形梁，但是这样不太经济。6、悬挂式吊车梁包括悬挂单梁和轨道梁，由轧制工字钢制成，悬挂于屋盖及楼盖承重结构下或特设的支柱、支架下。单轨吊车梁可分为直线梁和弧线梁，直线梁可根据材料、安装及支承等条件设计为简支

6、、双跨或三跨连续梁，弧线梁在弧线段及弧线与直线交接处均应设计为连续构造。单轨吊车梁所选用的工字钢型号、行驶范围、弧线梁的曲率半径、吊车起重量、吊车台数均应现由工艺设计人员提供。单轨吊车梁上的吊车荷载一般只考虑一台吊车的作用，可简化为一个集中荷载作用在梁上计算。在轻型钢结构体系中，最常见的吊车支承结构形式为焊接工字形简支吊车梁，以下介绍该形式的计算和构造要求。三、 吊车梁计算假定吊车支承结构形式为焊接工字形简支吊车梁。1、荷载计算：（1）吊车荷载1）横向水平荷载标准值 （5-1）2）纵向水平荷载标准值 （5-2）3）竖向水平荷载标准值吊车竖向荷载标准值按工艺资料所提吊车的最大轮压采用，当缺少轮压资料时，也可按吊车桥架及小车重量、吊钩极限位置等计算最大轮压。（2）其它荷载作用于吊车梁或吊车桁架走道板上活荷载一般取2.0kN/m，有积灰荷载时一般取0.31.0kN/m。式（5-1）和（5-2）中，取决于不同额定起重量Q（单位t）。对于软钩吊车的额定起重量，Q10t时；Q1550t时；Q75t时。对于硬钩吊车的额定起重量，。为小车重量（单位t），由吊车资料确定；当无明确的吊车资料时，软钩吊车的

7、小车重量可近似地确定为：当Q50t时，=0.4Q；当Q50t时，=0.3Q。为作用于一侧轨道上所有制动轮最大轮压标准值之和，当缺少制动轮数资料时，一般桥式吊车可取此侧大车车轮总数的一半。为吊车一侧轮数。当吊车梁还承受屋盖、墙架以及侧墙分荷载或其他荷载时，应按实际计算，并考虑应力叠加。2、作用力计算：计算吊车梁的内力时，应按结构力学中影响线的方法确定各内力所需吊车荷载的最不利位置，在按此求出吊车梁的最大弯矩及其相应的剪力、支座最大剪力、横向水平荷载作用下在水平方向所产生的最大弯矩，当为制动桁架时需计算横向水平荷载在吊车梁上翼缘所产生的局部弯矩。简支梁在行动轮压和横向水平力的作用下，产生的竖向弯矩、水平弯矩和剪力，应按可能排列于梁上的轮数、轮序及最不利位置进行计算。当制动结构为桁架时，尚应计算横向水平力对翼缘产生的弯矩。（1）最大竖向弯矩及支座反力当梁上有2个或2个以上轮压作用时，轮子的排列应使所有梁上轮压的合力作用线与最近一个轮子间的距离被梁中心线平分，则此轮所在位置既为梁最大弯矩截面位置。最大剪力可按梁反力影响线来求得。当梁上作用有2个、3个、4个轮时，梁最大内力、可按下表计算。计算前

8、应先于梁上排列轮数及轮序，判断并选择最不利轮位后，在按下表5153计算。表5-1 作用于梁上两个轮时简支吊车梁最大竖向弯矩、剪力计算公式简 图算 式最大弯矩最大剪力表5-2 作用于梁上三个轮时简支吊车梁最大竖向弯矩、剪力计算公式简 图算 式最大弯矩合力作用线在梁中左侧 ， ，合力作用线在梁中右侧 ， ，最大剪力表5-3 作用于梁上四个轮时简支吊车梁最大竖向弯矩、剪力计算公式简 图算 式最大弯矩合力作用线在梁中左侧，合力作用线在梁中右侧，若大于很多，合力线进入两个轮之间时，及分别改为按下式计算：，最大剪力编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页 共1页（2） 最大水平弯矩及支座反力当制动结构为制动板时，在横向力作用下，其最大水平弯矩和支座反力可按在竖向轮压下梁最大弯矩和反力的相同轮位进行计算，应注意此时横向力须考虑横向水平力增大系数。当为制动桁架时，其计算简图如图59所示，由在吊车梁上翼缘（或制动桁架外弦）产生的附加轴力N按下式计算：图5-9 制动桁架计算简图这里，为制动桁架弦杆重心线间距离。制动桁架腹杆内力计算可按车轮横向力作用下桁架杆件影响线来求得，对中列制动桁架还应考虑相邻跨吊车水平力同时作用的不利组合。制动桁架在吊车横向水平力作用下，吊车梁上翼缘（即制动桁架弦杆）同时还产生节间弯矩，可按以下方式近似计算。轻、中级工作制吊车的制动桁架：重级工作制吊车的制动桁架：这里，为桁架节间距离。3、吊车梁及制动结构的强度和稳定（1）吊车竖向荷载设计值 （5-3）上式中，为最大轮压标准值。为动力系数，对悬挂吊车（包括电动葫芦）以及轻、中级工作制的软钩吊车，取1.05；对中级工作制的软钩吊车、硬钩吊车以及其它特种吊车，取1.1。为附加荷载增大系数。（2）

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