吊车梁能否作为厂房柱的纵向刚性系杆
czcivilczcivil
2023年10月23日 08:54:23
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一般轻钢结构建筑,柱间支撑可简单地采用一个交叉式圆钢即可,但对于带有吊车的厂房,因有吊车行走时的纵向制动力作用,柱间支撑必须按吊车梁标高处分成上、下两层,分层处必须要有一根纵向刚性系杆。自然,吊车梁构件截面大,刚性好,利用吊车梁兼作纵向刚性系杆是极为经济的。在轻钢结构中,吊车吨位较小,吊车梁通常搁置在柱子外伸牛腿上,如果吊车吨位不大,柱子截面不大,上柱支撑仍可采用圆钢支撑,下柱支撑则需采用角钢支撑(除非吊车吨位在5t以下,也可考采用圆钢支撑),角钢支撑宜设在柱子截面的中部。

一般轻钢结构建筑,柱间支撑可简单地采用一个交叉式圆钢即可,但对于带有吊车的厂房,因有吊车行走时的纵向制动力作用,柱间支撑必须按吊车梁标高处分成上、下两层,分层处必须要有一根纵向刚性系杆。

自然,吊车梁构件截面大,刚性好,利用吊车梁兼作纵向刚性系杆是极为经济的。

在轻钢结构中,吊车吨位较小,吊车梁通常搁置在柱子外伸牛腿上,如果吊车吨位不大,柱子截面不大,上柱支撑仍可采用圆钢支撑,下柱支撑则需采用角钢支撑(除非吊车吨位在5t以下,也可考采用圆钢支撑),角钢支撑宜设在柱子截面的中部。

当柱子截面较大时,则应设置双肢式支撑分别支撑在柱子的两个翼缘处。

显然,利用吊车梁兼作刚性系杆,对于边柱来说,因吊车梁与柱子中心有相当距离,故吊车梁仅对柱子的内翼缘构成侧向支撑作用,不能对柱子的外翼缘构成侧向支撑,因柱子的外翼缘也受压应力,故必须对外翼缘也要有侧向支撑,以构成柱子面外计算长度的支撑点。

为此,在吊车梁的上翼缘设置一道隅撑与柱子外翼缘相连。此隅撑除了用作柱子外翼缘的侧向支撑,还可使吊车梁在行车横向水平力作用下有更好的受力性能,要达此目的,应对每根吊车梁的两端都设置隅撑,如图-1所示。

对柱子而言,就是设置双侧隅撑这样的隅撑方案除了支撑柱子外,还可构成吊车梁的侧向支撑作用,使吊车梁的侧向跨度减小,从而可减小吊车梁的侧向弯矩和跨中侧向挠度,是极为经济合理的方案。

但如果对柱子仅设单侧隅撑,则该隅撑仅有约束柱子外翼缘侧向位移的作用,对吊车梁则起不到侧向支撑作用,同时,吊车的横向水平力还会使柱子产生一个附加的扭矩作用,故应对柱子设置双侧隅撑,双侧隅撑则可大大减小这个附加的扭矩。

对于中列柱,在柱子两侧对称布置有吊车梁,也宜考虑设置隅撑于两侧边吊车梁,以提高吊车梁的侧向刚度,此时的隅撑将会交叉,可使两交叉隅撑分别连于吊车梁上翼缘的上、下表面,柱子此处设加劲肋兼作隅撑的连接板,板厚可与吊车梁翼缘厚度相同以方便隅撑连接。

隅撑按刚性压杆设计,对双侧隅撑计算内力时,则考虑作为吊车梁的侧向支撑点传递行车的横向水平制动力,可取三跨计算,见图-2(a),不宜取图-2(b)的模式,此模式计算有较大偏差,所计算出的隅撑内力过大、吊车梁跨中侧向挠度过小。

隅撑用摩擦型高强度螺栓连接,隅撑与吊车梁夹角最好不超过45°。

对于吊车梁跨度较大且吊车吨位较大时,需考虑设置制动梁或制动架,自然不再需要隅撑。

另外,值得注意的是,一般轻钢结构搁置吊车梁的牛腿在柱子上是悬臂梁构造,因此,行车纵向制动力会对悬臂牛腿产生一个侧向弯矩,对柱子有一个附加的扭矩,这个侧向弯矩和柱子上的附加扭矩不能依靠上述设置双侧隅撑的方案来消除,因为行车纵向制动力主要是通过柱间支撑传递的,柱间支撑吸收了几乎所有的纵向制动力,故柱子就不再有扭矩,而侧向弯矩全部集中在柱间支撑处的这个悬臂牛腿上(无柱间支撑的柱子牛腿不用考虑侧向弯矩),这个侧向弯矩对该牛腿有一定影响,还是应该计算,但一般钢结构设计手册没有给出这种计算,设计人员也就不去算它,有点欠妥。

可以按吊车纵向制动力乘以吊车梁腹板到悬臂牛腿根部的水平距离作为柱间支撑处牛腿承受的侧向弯矩,同时也是该根柱的附加扭矩。显然,侧向弯矩使该柱有附加正应力,附加扭矩使该柱有附加剪应力。

图片

设置有制动结构的吊车梁系统刚度大、整体性能好,是可以代替刚性系杆作用的。

而在门式轻钢结构中,由于吊车起重量不大,很多并未设置制动结构,在这种情况下,如果使用吊车梁代替刚性系杆承担传力构件,由于下柱支撑与吊车梁不在同一平面内,力在传递过程中便存在一个偏心,对于柱子将产生扭转作用。

但是我们可以发现,即使是设置了刚性系杆,吊车纵向力对柱产生的偏心力还是存在的,只是可能比再单独设置通长系杆小些(因为一部分力如风荷载、地震作用等可以通过通长系杆来传递)。

于是这个问题归根结底回到了我们讨论中提到的另外一个问题:当偏心力比较大时,如何平衡这个力,防止柱产生扭曲?

解决了这个问题,使用吊车梁来充当刚性系杆的作用就顺理成章了。

所以当我们采用在吊车梁之间设置角钢隅撑的做法(如图 1 所示)时,普通的单角钢构件是否足以平衡一定起重量吊车纵向力对柱产生的偏心作用呢?下面我们将进行简单的试算,计算简图如图3。

图片

这里仅对受压隅撑在吊车纵向力作用下的受力作一简单分析,当考虑其他荷载共同作用时计算方法也类似:

在门式刚架轻钢结构(指符合《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》的房屋建筑)的范畴里,吊车起重量被限制在 20t 桥式吊车的范围以内。取 Pmax=250kN,四轮中有两轮为刹车轮,按照《建筑结构荷载规范》的规定,当按两台吊车情况考虑时,纵向制动力设计值为:

T1=1.4x10%x∑Pmax=1.4x10%x2x250=70KN

n=70/2cos45°=49.5KN

隅撑采用L75x6,则:

ix=14.9mm;iy=29.1mm;A=880mm?;

根据《钢结构设计标准》,绕对称轴y轴的长细比λy采用换算长细比λyz代替,则:

λx=1414/14.9=94.9;

b/t=75/6=12.5>0.54Loy/b

λyz=4.78b/t(1+Loy2t?/13.5/b4)=69.8

得φ=0.589,则:

N/φA=95.5N/mm?<0.72x215=154.8N/mm?

满足要求

还有一个方法可以用来解决柱的扭转作用;在柱的内外翼缘设双片柱撑,利用双片柱撑的力偶来抵抗扭矩。


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天地不言
2023年10月23日 17:40:24
2楼

作者证明了:当我们采用在吊车梁之间设置角钢隅撑的做法时,普通的单角钢构件足以平衡一定起重量吊车纵向力对柱产生的偏心作用。

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