井架计算书机方案.docx
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井架计算书机方案
儋州市军休干部活动中心(那大镇社区服务中心)工程
井
架
计
算
书
及
方
案
设计人:
审核:
审批:
日期:
海南省建筑工程总公司
儋州市军休干部活动中心(那大镇社区服务中心)工程
井架设计施工计算书
井架的截面轮廓尺寸为1.60×2.00米。
主肢角钢用L75×8;缀条腹杆用L60×6。
1、荷载计算:
为简化计算,假定在荷载作用下只考虑顶端一道缆风绳起作用,只有在风荷载作用下才考虑上下两道缆风绳同时起作用。
①吊篮起重量及自重:
KQ2=1.20×1000=1200kg
②井架自重:
参考表2-67,q2=0.10t/m,28米以上部分的总自重为:
Nq2=(40-28)×100=1200kg
20米以上部分的总自重为:
Nq1=20×100=2000kg。
③风荷载:
W=W0K2KβAF(kg/m2)式中
基本风压W0=25kg/m2。
风压高度变化系数KZ=1.35(风压沿高度是变化的,现按均布计算,风压高度变化系数取平均值);
风载体型系数K,根据《工业与民用建筑结构荷载规范》表12,K=Kp(1+n)=1.3(1+η),挡风系数φ=ΣAc/AF(Ac为杆件投影面积;AF为轮廓面积)。
当风向与井架平行时,井架受风的投影面积ΣAc=[0.075×1.40(肢杆长度)×2(肢杆数量)+0.06×2(横腹杆长度)+0.06×2.45(斜腹杆长度)]×29(井架为29节)×1.1(由节点引起的面积增值)=15.13m2,井架受风轮廓面积AF=Hh=40.6×2.0=81.2m2(H为井架高度,h为井架厚度)。
所以,ω=ΣAc/AF=15.3/81.2=0.19,h/b=2/1.6=1.25,由表2-68查得η=0.88。
风振系数β,按自振周期T查出,T=0.01H=0.01×40.6=0.406
秒,由表2-71查得β=1.37。
所以,当风向与井架平行时,风荷载:
W=W0.KZ.1.3ω(1+η).β.AF=25×1.35×1.3×0.19×(1+0.88)×1.37×81.2=1740kg
沿井架高度方向的平均风载:
q=1740/40.6=43kg/m
当风向沿井架对角线方向吹时,井架受风的投影面积:
ΣAc=[0.075×1.40×3+0.06×2×sin450+0.06×1.6×sin450+
0.06×2.45×sin450+0.06×2.13×sin450]×29×1.1
=(0.075×1.40×3+0.06×2×0.70+0.06×1.6×0.70+0.06×
2.45×0.70+0.06×2.13×0.70)×29×1.1=21.0m2
井架受风轮廓面积AF=(b×1.4×sin450+h×1.4×sin450)×29
=(1.60×1.4×0.70+2.0×1.4×0.70)×29=102m2
所以,ω=ΣAc/AF=21/102=0.206;h/b=2/1.6=1.25,由表2-68查得η=0.86。
自振周期T=0.406秒,由表2-71查得β=1.37。
计算荷载时,根据《工业与民用建筑结构荷载规范》表12,当风从对角线方向吹来时,对单肢杆件的钢塔架要乘系数ψ=1.1。
所以,W,=W0.Kz.1.3ω(1+η)ψ.β.AF
=25×1.35×1.3×0.206(1+0.86)×1.1×1.37×102
=2590kg
沿井架高度方向的平均风载:
q,=2590/40.6=64kg/m
A、变幅滑轮组张T1及其产生的垂直和水平分力:
前面已算出:
T1=1920kg。
垂直分力:
T1v=T1sinβ=1920×sin440=1920×0.695=1340kg.
水平分力:
T1H=T1cosβ=1920×cos440=1920×0.719=1380kg.
B、缆风绳自重T2及其产生的垂直和水平分力:
T2=n.qL2/8f
式中:
n---缆风绳根数,一般为4根;
q---缆风绳自重,当直径为13—15mm时,q=0.80kg/m;
L---缆风绳长度(L=H/cosr,H---井架高度,r---缆风绳与井架夹角)
f---缆风绳垂度,一般控制f=L/300左右。
所以,T2=n.qL2/8f=4×0.80×(40.6/cos450)2/8×0.03(40.6/cos450)=740kg
垂直分力:
T2v=T2cosr=T2cos450=740×0.707=520kg。
水平分力:
T2H=0(对井架来说,4根缆风绳的水平分力相互抵消)。
C、起重时缆风绳的张力T3及其产生的垂直和水平分力:
起重时只考虑顶端一道缆风绳起作用,在起重时缆风绳的张力:
T3=K(Q1+q)×7.80+G1×7.80/2/Hsin450
=1980×7.80+300×3.90/40.6×0.707
=576kg
垂直分力:
T3v=T3cosr=576×COS450=408kg。
水平分力:
T3H=T3sinr=576×sin450=408kg。
D、风荷载作用下,缆风绳张力产生的垂直和水平分力:
在风荷载作用下,考虑井架顶部及20.60米处上、下两道缆风绳皆起作用,故整个井架可近似按两等跨连续梁计算。
顶端缆风处:
水平分力T4H=0.375q,L=0.375×64×20=480kg,
垂直分力T4v=T4H=480kg
中间缆风处:
水平分力T5H=1.25q,L=1.25×64×20=1600kg
垂直分力T5v=T5H=1600kg
E、摇臂杆轴力N0及起重滑轮组引出索拉力S1对井架引起的垂直和水平分力:
水平分力:
NH1=(N0-S1)cosa=(3770-2100)cos300=1670×0.866=1450kg
垂直分力:
Nv1=(N0-S1)sina=(3770-2100)sin300=1670×0.50=835kg
F、起重滑轮组引出索拉力S1经导向滑轮后对井架的垂直压力:
Nv2=S1=2100kg
G、提升吊篮的引出索拉力S2对井架的压力:
Nv3=S2=f0KQ2=1.06×1.20×1000=1280kg
2、内力计算:
①轴力:
㈠、O截面(摇臂杆支座处)井架的轴力
N0=KQ2+Nq2+T1v+T2v+T3v+T4v+Nv1+Nv2+Nv3
=1200+1200+1340+520+408+480+835+2100+1280
=9360kg
㈡、D截面(第一道缆风处)井架的轴力
ND=KQ2+Nq1+T1v+T2v+T3v+T4v+T5v+Nv1+Nv2+Nv3
=1200+2000+1340+520+408+480+1600+835+2100+1280
=11760kg
②弯矩:
㈠、风载对井架引起的弯矩:
考虑上、下两道缆风绳同时起作用,因而近似的按两跨连续梁计算(忽略上、下缆风绳支点处位移不同的影响)。
M01=T4H×12-1/2q,×122
=480×12-1/2×64-122
=1150kg-m
MD1=-0.125×q,×202
=-0.125×64×202
=-3200kg-m
㈡、起重荷载引起的水平分力对井架产生的弯矩:
此时只考虑顶端的缆风绳起作用。
M02=(T1H-T3H)×12+(T1v+T3v+Nv1+NV2)×2.55/2
=(1380-408)×12+(1340+408+835+2100)×1.28
=11800+6000
=17800kg-m
ND2=(T1H-T3H)×20-NH1×8+(T1v+T3V+Nv1+Nv2)×2.55/2
=(1380-408)×20-1450×8+(1340+408+835+2100)×1.28
=19440-11600+6000
=13840kg-m
所以,井架O截面的总弯矩:
M0=M01+M02=1150+17800=18950kg-m
井架D截面的总弯矩:
MD=MD1+MD2=3200+13840=17040kg-m
3截面验算:
㈠井架截面的力学性能:
查型钢特性表得:
主肢:
∟75×8A0=11.50cm2,4A0=46cm2,Z0=2.15cm2,Ix=Iy=60cm4,
Imin=25.30cm4,rmin=1.48cm。
缀条:
∟60×6A0=6.91cm2,Ix=23.30cm4,Z0=1.70cm2,rx=1.84cm,
Imin=9.76cm4,rmin=1.19cm。
井架的总惯矩:
y-y轴:
Iy=4[Iy+A0(Bz1/2-Z0)2]
=4[60+11.50(160/2-2.15)2]
=279000cm4
X-X轴:
Ix=4[Ix+A0(Bz2/2-Z0)2]
=4[60+11.50(200/2-2.15)2]
=440000cm4
y,-y,轴和x,-x,轴:
I,y=I,x=Ix×cos2450+Iy×sin2450
=440000×0.7072+277000×0.7072
=221000+140000
=361000cm4
井架的总惯矩以Iy=279000cm4最小,截面验算应采用Iy进行验算。
㈡井架的整体稳定验算:
(计算轴力、弯矩时,风荷载是按井架对角线方向考虑的,故偏于安全)。
井架的整体稳定验算,按格构式构件偏心受压计算:
①、O截面:
N0=9360kg、M0=18950kg-m.
井架的长细比:
λy=L0/√Iy/4A0=4060/√279000/46=51.8
井架的换算长细比:
λ0=√λ2y+40.A/A1=√51.82+40×46/2×6.91
=53.0
相对偏心率:
ε=M0/N0.A/W=1895000/9360×46/279000/160/2=2.68
查《钢结构设计规范》附录表21,得稳定系数ωpg=0.257
所以,σ0=N0/ωpgA=9360/0.257×46=792kg/cm2<[σ]=1700kg/cm2
②、D截面:
ND=11760kg,MD=17040kg-m.
λ0=53.0
ε=MD/ND.A/W=1704000/11760×46/279000/160/2=1.89
查得:
ωpg=0.321
所以,σD=ND/ωpgA=11760/0.321×46=796kg/cm2<[σ]=1700kg/cm2
沿井架对角线方向,由于I,x=I,y>Iy,偏于安全,不再验算。
㈢、主肢角钢的稳定验算:
1.O截面的主肢角钢验算:
N0=9360kg、M0=18950kg-m.
主肢角钢的轴力:
N=N0/4+M0/255
=9360/4+1895000/255
=2340+7420
=9760kg
已知主肢角钢的计算长度L0=1.40m。
∟75×8的rmin=1.48cm。
λ=L0/rmin=140/1.48=94。
由《钢结构设计规范》附录四附表16查得稳定系数ω=0.644。
所以,σ=N/ωA0=9360/0.644×11.50=1270kg/cm2<[σ]
②、D截面的主肢角钢验算:
ND=11760kg、MD=17040kg-m。
主肢角钢的轴力:
N=ND/4+ND/255=11760/4+1704000/255
=2940+6680=9620kg。
ω=0.644所以,σ=N/ωA0=9620/0.644×11.50=1300kg/cm2<[σ]
③、缀条验算:
O截面的剪力:
按《钢结构设计规范》第43条:
Q=20A=20×60=920kg。
按内力分析:
考虑两道缆风绳均起作用,所以,
Q=T3H+q,×12+NH1-T1H
=408+64×12+1450-1380
=1246kg
取计算剪力为Q=1246kg。
缀条的内力:
N=Q/2cosa=1246/2×200/245=763kg
缀条的计算长度L0=245cm,rmin=1.19。
所以,计算长度λ=L0/rmin=245/1.19=206
查得稳定系数ω=0.170,所以,
σ=N/ωA=763/0.170×6.91=645kg/cm2<[σ],满足要求。
3、结论:
通过上述截面验算知道,本工程选用的厦门市***机械有限公司制造的型号为SSD60的井架提升机,在上述荷载作用下是安全的。