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完整龙门架设计方案
龙门架及施工围挡设计方案
北京城建道桥工程有限公司
北土城热力项目部
2005年6月
龙门架设计方案
一.竖井龙门架方案设计依据
1.《钢结构设计规范》;
2.《建筑施工手册》;
3.《钢结构》,上海铁路大学,中国铁路出版社;
4.《钢结构设计原理》,同济大学出版社。
二.设计龙门架的规格和布置
根据多年施工情况,龙门架统一采用工字钢和角钢连接,安装时采用焊接和螺栓连接龙门架在架立时,一定在圈梁外侧做基础,土仓的立柱应用混凝土浇注,在竖井一侧的立柱不少于6根,用28a工字钢或25槽钢对扣焊接其中预埋铁钢板采用200mm的钢板。
龙门提升架采用等跨结构,工字钢间连接采用焊接钢板,钢板间用螺栓和焊接连接.
为适应不同尺寸的竖井及运输能力,设计了6m,6.5m,7.5m三种跨度的钢梁,其中6m为双跨单轨提升架,6。
5m分双跨单轨和三跨双轨两种提升架,7.5m为双跨双轨提升架.
三.设计计算
(一).大梁
提升架的受力为集中荷载,且沿大梁移动。
一般情况下土斗的装土量为1.2m3,湿的砂及卵石容重为2。
0t/m3,土重为24KN,土斗重为3KN,电葫芦重为8KN,故集中荷载取35KN。
风荷载标准值:
取风荷载为0。
45KN/m2,对水平方向投影为0。
45×0.33=0.15KN/m2。
根据施工经验,选用工字钢作为大梁,其受力简图如下所示.
为保证提升架经济,受力合理,选用不同类型的工字钢做大梁,进行强度和稳定性验算.
1.6m双跨大梁
采用工32a、Q235工字钢,梁跨度l最大为6.0m,荷载F为35KN,比重q为43。
4Kg/m,强度和稳定性验算如下:
(1)、内力计算
电葫芦荷载考虑1.1的动力系数,跨中最大弯矩设计值:
Mmax=1。
2×0。
07ql2+1.1×1.4×0。
203×Fl=66.96KN·M
支座最大剪力设计值:
Vmax=1.2×0。
626ql+1.1×1。
4×1。
0×F=55.9KN
Nmax=9KN(风荷载)
(2)、抗弯强度验算
提升架为临时施工结构,重要性系数取0。
9。
查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表,
ωx=508。
2×103mm3
0.9σ=0。
9×Mmax/ωx=118.6N/mm2〈f=215N/mm2
故强度满足要求.
(3)抗剪强度验算
查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表,
I=7114×104mm4,s=292。
7×103mm3,tw=8,
0.9τ=0.9×Vmax×s/I/tw=25.9N/mm2〈fV=125N/mm2
故强度满足要求。
(4)稳定性验算
大梁受压翼缘侧向自由度长度最大值
l=6。
0m,与梁宽度的比值l/b=6.0/0.28=21。
43〉16
必须进行整体稳定性验算。
查表得工32a工字钢的整体稳定性系数фb=0。
86Фb=0。
719
0.9×Mmax/Фb/ωx=164.9N/mm2故整体稳定性满足要求。
(5)刚度验算
最大跨中的挠度为ω0=0。
521×ql4/100/E/I+1。
497×Fl3/100/E/I
=7。
9mm〈l/400=15mm
满足要求.
2.6.5m双跨大梁
采用工32a、Q235工字钢,梁跨度l最大为6。
5m,荷载F为35KN,比重q为43。
4Kg/m,强度和稳定性验算如下:
(1)、内力计算
电葫芦荷载考虑1.1的动力系数,跨中最大弯矩设计值:
Mmax=1.2×0.07ql2+1。
1×1.4×0.203×Fl=72.66KN·M
支座最大剪力设计值:
Vmax=1.2×0.626ql+1.1×1.4×1.0×F=56.02KN
Nmax=9KN(风荷载)
(2)、抗弯强度验算
提升架为临时施工结构,重要性系数取0。
9.
查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表,
ωx=508。
2×103mm3
0.9σ=0.9×Mmax/ωx=128.7N/mm2故强度满足要求.
(3)抗剪强度验算
查表GB706—65,热轧工字钢截面特性表,
I=7114×104mm4,s=292.7×103mm3,tw=8,
0.9τ=0.9×Vmax×s/I/tw=25.92N/mm2〈fV=125N/mm2
故强度满足要求.
(4)稳定性验算
大梁受压翼缘侧向自由度长度最大值
l=6。
5m,与梁宽度的比值l/b=6.5/0.28=23.21>16
必须进行整体稳定性验算。
查表得工32a工字钢的整体稳定性系数фb=0.86Фb=0。
719
0.9×Mmax/Фb/ωx=186.75N/mm2〈f=215N/mm2
故整体稳定性满足要求.
(5)刚度验算
最大跨中的挠度为ω0=0。
521×ql4/100/E/I+1.497×Fl3/100/E/I
=10。
1mm〈l/400=16。
25mm
满足要求.
3.6。
5m三跨大梁
采用工32a、Q235工字钢,梁跨度l最大为6.5m,荷载F为35KN,比重q为43.4Kg/m,强度和稳定性验算如下:
(1)、内力计算
电葫芦荷载考虑1.1的动力系数,跨中最大弯矩设计值:
Mmax=1。
2×0。
08ql2+1。
1×1.4×0。
2×Fl=71。
83KN·M
支座最大剪力设计值:
Vmax=1。
2×0。
6ql+1。
1×1.4×1.0×F=55.93KN
Nmax=9KN(风荷载)
(2)、抗弯强度验算
提升架为临时施工结构,重要性系数取0.9。
查表GB706—65,热轧工字钢截面特性表,
ωx=508.2×103mm3
0。
9σ=0.9×Mmax/ωx=127。
17N/mm2〈f=215N/mm2
故强度满足要求。
(3)抗剪强度验算
查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表,
I=7114×104mm4,s=292。
7×103mm3,tw=8,
0.9τ=0.9×Vmax×s/I/tw=25.9N/mm2〈fV=125N/mm2
故强度满足要求.
(4)稳定性验算
大梁受压翼缘侧向自由度长度最大值
l=6.5m,与梁宽度的比值l/b=6。
5/0。
28=23.21〉16
必须进行整体稳定性验算。
查表得工32a工字钢的整体稳定性系数фb=0.86Фb=0。
719
0。
9×Mmax/Фb/ωx=176.87N/mm2〈f=215N/mm2
故整体稳定性满足要求。
(5)刚度验算
最大跨中的挠度为ω0=0。
677×ql4/100/E/I+1。
458×Fl3/100/E/I
=9.9mm〈l/400=16.25mm
满足要求。
4.7。
5m双跨大梁
采用工32a、Q235工字钢,梁跨度l最大为7.5m,荷载F为35KN,比重q为52.7Kg/m,强度和稳定性验算如下:
(1)、内力计算
电葫芦荷载考虑1。
1的动力系数,跨中最大弯矩设计值:
Mmax=1.2×0.07ql2+1.1×1。
4×0.203×Fl=84。
55KN·M
支座最大剪力设计值:
Vmax=1。
2×0.626ql+1。
1×1.4×1.0×F=56。
9KN
Nmax=9KN(风荷载)
(2)、抗弯强度验算
提升架为临时施工结构,重要性系数取0.9。
查表GB706-65,热轧工字钢截面特性表,
ωx=692.2×103mm3
0.9σ=0.9×Mmax/ωx=109.89N/mm2〈f=215N/mm2
故强度满足要求。
(3)抗剪强度验算
查表GB706—65,热轧工字钢截面特性表,
I=11076×104mm4,s=400。
5×103mm3,tw=9.5,
0.9τ=0.9×Vmax×s/I/tw=19。
53N/mm2故强度满足要求.
(4)稳定性验算
大梁受压翼缘侧向自由度长度最大值
l=7.5m,与梁宽度的比值l/b=7。
5/0.32=23。
44>16
必须进行整体稳定性验算。
查表得工32a工字钢的整体稳定性系数фb=0。
55
0。
9×Mmax/фb/ωx=199.8N/mm2故整体稳定性满足要求.
(5)刚度验算
最大跨中的挠度为ω0=0。
521×ql4/100/E/I+1。
497×Fl3/100/E/I
=10。
1mm〈l/400=16.25mm
满足要求。
(二)横梁
考虑根据竖井提升要求用单轨和双轨,受力简图如下所示:
(1)单轨
a、横梁长3。
6m
按简支梁计算跨中弯矩设计值:
Mmax=1。
1×1。
4×0。
25FL=48.51KN·M
最大弯矩点位于C点。
采用工32a、Q235工字钢
σ=Mmax/ωx=95。
45N/mm2〈f=215N/mm2
l/b=1。
8/0。
28=6.4<16,故不需进行整体稳定性验算.
挠度验算:
ωmax=Fl3/48/E/I=2.32mm〈l/400=9mm
满足要求.
b、横梁长4。
6m
按简支梁计算跨中弯矩设计值:
Mmax=1.1×1.4×0。
25FL=61。
99KN·M
最大弯矩点位于C点.
采用工32a、Q235工字钢
σ=Mmax/ωx=121。
98N/mm2l/b=2.3/0。
28=8.2<16,故不需进行整体稳定性验算。
挠度验算:
ωmax=Fl3/48/E/I=4.84mm满足要求。
(2)双轨
横梁长4.6m,按简支梁计算,弯矩最大点在C~D之间。
Mmax=1。
1×1.4×0。
25FL=75.5KN·M
采用工32a、Q235工字钢
σ=Mmax/ωx=148.6N/mm2l/b=1.8/0。
28=6。
4〈16,故不需进行整体稳定性验算。
挠度验算:
挠度最大位于AC、DB之间
ωmax=Fα3(3-4α2)/24/E/I=8。
58mm满足要求。
(三)立杆
立杆分为单轨和双轨提升梁计算。
(1)单轨
采用工32a工字钢,总高度为6。
5m,平面内计算长度为0.626×6.5m,考虑剪刀撑和横撑的作用,平面外计算长度5。
5m.
截面特性值:
A=54。
89cm2
Ix=7114cm2
Iy=345cm2
刚度验算:
长细比λx=l0x/ix=36λy=l0y/iy=219
λmax=λy=219>150
计算整体稳定性:
对X轴属a类,对y轴属b类
查表得фx=0。
910,фy=0.308
σ=N/ф/A=17。
5×103/0。
308/54。
89/102=10.35N/mm2〈f=215N/mm2(满足)
(2)双轨
若采用I32a工字钢,高度为6。
5米,经查规范附表计算长度系数为0。
626,平面内计算长度为0。
626×6.5米,考虑剪刀撑和横撑的作用,平面外的计算长度为5.5米。
刚度验算:
长细比
λx=36
λy=219
λmax=λy=219>150。
对X轴属a类,对y轴属b类
查表得фx=0。
910,фy=0。
308
σ=N/ф/A=35×103/0。
308/54.89/102=20.7N/mm2〈f=215N/mm2(满足)
(四)挡土撑计算
采用I14、Q235工字钢做挡土撑,长度为7。
5m及最底部处最不利,为三跨连续梁:
(1)荷载计算
堆土高度按2。
5m计算,不计粘结力,土内摩擦角按15°,底部挡土撑所受主动土压力均布荷载为:
q=1/2×20×(1.7+2。
5)tg2(45-15/2)×0。
8=19.9KN/m
(2)内力计算
最大弯矩设计值:
Mmax=1。
2×0.08ql2
=1。
2×0。
08×19。
9×2。
52
=11.94KN·M
支座最大剪力设计值:
Vmax=1.2×0.6ql
=1.2×0.6×19.9×2。
5
=35。
82KN
Nmax=9KN(风荷载)
(3)抗弯强度验算
提升架为临时施工结构,重要性系数取0。
9。
查表GB706-65中热轧工字钢截面特性表,可知
ωx=101.7×103mm3
0.9σ=0.9×Mmax/ωx=0.9×11.94×106/101。
7/103
=0.9×117。
4N/mm2〈f=215N/mm2
故满足强度要求。
(4)抗剪强度计算
查表GB706-65中热轧工字钢截面特性表,可知
I=712×104mm4,s=44.4×103mm3,tw=5.5
0.9τ=0.9×V×s/I/tw=0.9×35.82×103×44.4×103/712/104/5.5
=0.9×40.61N/mm2故满足要求。
(5)稳定性计算
挡土撑上满铺钢板,稳定性不用计算。
(6)刚度验算
D点的挠度为
ω0=0.677×ql4/100/E/I
=0.6777×19.9×2。
54×1012/100/206/103/712/104
=3.625mm
满足要求
(五)、节点验算
(1)、柱脚及横梁和立柱采用螺栓固定后施焊。
节点螺栓选用M20,主要用于连接固定作用,M20螺栓满足要求.
(2)、柱脚及横梁和立柱焊缝:
焊缝高度为h=8mm,满足要求,可不进行计算.
五.提升架的加工图见附图。
六.提升架附属设施
(1)检修平台和雨棚
在提升架上设电葫芦检修平台,如附图所示.检修平台未设置栏杆,在进行检修作业时,应按高空作业进行,必须佩带保险绳.另外,本检修平台承载力较低,检修人员不超过两人,检修用工具不超过10Kg。
另设电葫芦防雨棚,简易雨棚用瓦楞铁制做,用钢板和螺栓固定在大梁工字钢上面,如附图所示。
(2)爬梯及挡土设施
在龙门架立柱上焊接ф20的圆钢作爬梯踏步,间距300mm,圆钢与立柱工字钢两翼焊牢。
为方便堆土和出土,在堆土跨距立柱0。
4m,1。
2m和2。
0m处立柱内侧各设一道挡土撑,挡土撑采用I14.挡土撑与立柱之间14mm厚200×200连接板.在堆土跨均匀布置挡土柱,如附图所示,挡土柱采用I28a,长3000mm,并嵌固于600×600×600的混凝土基础内500mm,施工时可根据堆土和出土需要进行安装。
七.加工说明
1.立柱的预埋件采用20mm厚钢板,预埋时,其上螺栓的位置尺寸必须准确无误.
2.圈梁外的立柱,要设置0.8m×1.0m×0。
8m(长×宽×高)的混凝土基础,在混凝土基础上预埋钢板,要求基础混凝土一次浇筑完成。
3.提升架立柱与横梁预固定用高强度螺栓连接,螺栓均为ф18。
大梁与中间横梁的预固定连接采用ф20螺栓连接。
4.提升架侧向加设剪刀撑,以增强侧向强度.剪刀撑为角钢,与立柱间采用焊接连接。
5.电葫芦应设垂直和水平运输限位器。
6.在立柱上下部各焊一块16mm厚剪刀撑连接钢板,上部剪刀撑连接钢板中心距立柱顶0.5m,下部剪刀撑连接钢板中心距立柱底0.5m。
在剪刀撑角钢端部直接打螺栓孔,并与剪刀撑连接钢板用ф18×60螺栓预固定.固定后采用焊缝连接,焊缝高度不小于8mm.
7.横撑、斜撑及剪刀撑的连接均用螺栓预固定后焊缝连接。
围挡设计计算
围挡得搭设要求:
1、钢材等级:
Q235
柱高(m):
4。
000
柱截面:
普通热轧工字钢I16
柱平面内计算长度系数:
2.000
柱平面内计算长度:
2.000
强度计算净截面系数:
1。
000
截面塑性发展:
不考虑
是否进行抗震设计:
不进行抗震设计
2、风压计算
风动压(伯努力方程)
ω0=0。
5γ.ν2
由于γ。
=γ/gγ=0。
01225KN/m3(标准状态)
10级风速ν=28.4m/s
所以十级风速的基本风压
ω0=0.5×0.01225×28。
42/9。
8KN/m2=0.51KN/m2
风荷载标准值
ωk=βgzμsμzω0
βgz=1。
88(B类,地面)
μs=1。
3μz=1.4
所以ωk=1.88×1。
3×1。
4×0。
51=1.746KN/m2
每柱均布荷载设计值
ωk'=1。
2×1。
746=2。
10KN/m
根部弯矩
μk'=2.10×4×0。
5×1.4×4=23。
52KN·M
3、设计内力:
绕X轴弯矩设计值Mx(Kn。
m):
23。
520
绕Y轴弯矩设计值My(Kn。
m):
0。
000
轴力设计N(Kn):
0.000
4、截面特性计算
A=2.6110e—003;Xc=4.4000e-002;Yc=8.0000e-002
Ix=1.1270e-005Iy=9。
3100e—007;
Ix=6。
5700e—002;iy=1。
8900e-002
W1x=1。
4090e—004;W2x=1。
4090e—004
W1y=2.1100e—005;W2y=2.1100e—005
5、柱构件平面内稳定验算结果
平面内计算长度(m):
8。
000
平面内长细比λx:
121。
766
对X轴截面分类:
a类
轴心受压稳定系数фx:
0.483
等效弯矩系数βmx:
1.000
计算系数Nex'(KN):
325。
486
柱平面内长细比:
λx=121.766<[λ]=300.000
受拉构件没有进行平面内稳定验算。
柱构件平面内验算满足。
4.柱构件平面外稳定验算结果
平面外计算长度(m):
2.000
平面外长细比λy:
105。
820
对y轴截面:
b类
轴心受压稳定系数фy:
0。
518
受弯整体稳定系数фbx:
0。
816
等效弯矩系数βtx:
1.000
柱平面外长细比:
λy=105.820〈[λ]=300
受拉构件没有进行平面外稳定验算。
柱构件平面外验算满足。
5。
局部稳定验算
腹板计算高厚比Ho/Tw=20.70〈容许高厚比[Ho/Tw]=119。
8
翼缘宽厚比B/T=3.47〈容许宽厚比[B/T]=15.0
柱构件验算满足。