吊車荷載的結(jié)構分析

1、帶吊車荷載作用的結(jié)構設計帶吊車的結(jié)構大多是工業(yè)廠房的排架結(jié)構，近來也多用于多層工業(yè)廠房的框架結(jié)構，所以這種可移動荷載的空間整體分析，越來越重要。目前有這種功能的計算軟件很少，PKPM軟件首先在TAT和SATWE中實現(xiàn)了吊車荷載的空間計算，這為結(jié)構設計提供了更先進的設計工具。一. 吊車荷載的定義方式11軟件操作方式(1) TAT由TAT“數(shù)據(jù)檢查和圖形檢查”進入“特姝荷載查看和定義”再進入“吊車荷載”，則右上角菜單如下：吊車荷載查看定義刪除說明返回當選擇“定義”項時，屏幕上彈出如下對話框:吊車荷載定義對話框圖輸入完相應的參數(shù)后，選擇“確定”，則屏幕在下方提示：請用光標指定吊車在左(上軌道的兩端點

2、當選擇完一根直線上的兩點后，屏幕在下方又提示:請用光標指定吊車在右（下軌道的兩端點當選擇完第二條軌道的兩端點后，這組吊車荷載就定義完畢了，如再選擇定義項，則進入下一組吊車的定義。吊車荷載定義后，可以選擇“查看”項，來標出各吊車荷載參數(shù)，可以選擇“刪除”項來刪除某組吊車荷載的定義，此時屏幕下方提示：請用光標選擇吊車任一軌道的一個端節(jié)點選中軌道的端點后，該組吊車定義被刪除。（2）SATWE由SATWE“接PM生成SATWE數(shù)據(jù)”進入“特殊構件補充定義”再進入“吊車荷載”,則右上角菜單如下：吊車吊車參數(shù)吊車布置吊車刪除局部放人回前菜單首先應選擇“吊車參數(shù)”，此時屏幕上彈出如卜交互界面:輸入完相應的第

3、1組吊車參數(shù)后，還可以繼續(xù)定義第2組、第3組吊車荷載參數(shù)，直至所有的吊車組數(shù)都定義完畢。選擇''確定”，然后選擇“吊車布置”右上角出現(xiàn)吊車組數(shù)的選擇，如選擇第1組吊車,則屏幕在下方提示：請用光標指定吊車在左（上）軌道的兩端點當選擇完一根直線上的兩點后，屏幕在下方又提示：請用光標指定吊車在右（下）軌道的兩端點當選擇完第二條軌道的兩端點后,這組吊車荷載就定義完畢了，還可以選擇其它組吊車,則進入下一組吊車的定義。選擇“吊車刪除”項來刪除某組吊車荷載的定義，此時屏幕下方提示：請用光標選擇吊車任一軌道的一個端節(jié)點選中軌道的端點或吊車軌跡后，該組吊車定義被刪除。1.2吊車荷載說明在TAT和

4、SATWE的吊車荷載計算中，沒有考慮吊車荷載對吊車梁的影響，即沒有按照影響線的方式考慮吊車梁，吊車梁應采用其它軟件專門分析。所以TAT和SATWE所分析的吊車荷載適用除吊車梁以外的其余構件。軟件要求根據(jù)吊車的形式，如對各種軌道、輪壓點的吊車，給出最人輪壓反力（或作用）及最小輪壓反力（及作用），不論該吊車運行軌道上有幾部吊車，均按這個方式給出。在一對軌道內(nèi)的吊車荷載稱為第1組吊車荷載（不論該對軌道內(nèi)有幾部吊車），第二對吊車軌道則可以定義第2組吊車荷載等等?？v上所述，吊車的論壓荷載是一個綜合的作用反力，它是需要通過對吊車梁、柱的影響線分析才能得到的。也可以在一些設計手冊中查找。吊車水平剎車力作用在

5、上層的柱中間。二、吊車荷載的計算模型由于吊車荷載作用在吊車柱的牛腿上，所以在牛腿處應該設置一個標準樓層，并且在沿吊車運行軌跡方向應定義框架梁，如吊車柱在吊車運行軌跡方向沒有框架梁，也應把吊車梁作為兩端較接梁輸入，吊車荷載的移動順序是通過軌跡上的梁所確定的，這是吊車運行軌跡方向必須布置梁的原因。2.1吊車荷裁的計算吊車荷載的作用點就是與吊車軌道平行的柱列各節(jié)點，它是根據(jù)吊車軌跡由程序自動求出。在TAT、SATWE軟件中選擇“吊車荷載計算”，則對吊車荷載作如下計算：（1）程序沿吊車軌跡自動對每跨加載吊車作用；（2）求出每組吊車的加載作用節(jié)點：（3）對每對節(jié)點作用4組外力，分別為：a.左點最大輪壓、

6、右點最小輪壓；b.右點最大輪壓、左點最小輪壓；c.左、右點正橫向水平剎車力；d.左、右點正縱向水平剎車力；（4）對每組吊車的每次加載，求每根桿件的內(nèi)力；（5）分別按輪壓力和剎車力，求每根柱的預組合力，預組合力的目標為：最大軸力、最大彎矩等。2.2合理的計算模型在吊車荷載作用的有牛腿的樓層應一般沒有樓板，所以應考慮該層的節(jié)點為“彈性節(jié)點”即不受剛性樓板假定的制約。即使是多層工業(yè)廠房，在吊車柱的外邊有樓板，也要按“彈性樓板”考慮，或者不考慮樓板的存在和作用，這樣可以比較安全地求出水平剎車力對上下梁的影響。當?shù)踯囍g設有交叉支撐時，必須考慮支撐的作用，在吊車柱的設計中，可適當減少吊車柱在支撐布置方

7、向的長度系數(shù)。注意：當這種結(jié)構產(chǎn)生了多個“彈性節(jié)點”后，地震振型數(shù)就要增加。振型分析也應該采用“總剛模型”。三、吊車作用效應的預組合吊車荷載作為移動荷載，在每一點作用后，對某一根柱均會產(chǎn)生影響，這就產(chǎn)生了這種移動荷載作用的多個反映值，怎樣在設計中反映這種移動荷載的現(xiàn)象，預組合不失為一種有效的方法。目前軟件對吊車柱考慮預組合，對梁則找出內(nèi)力包絡。3.1預組合目標吊車柱預組合目標共14項：(1)Vxmax、(2)Vymax>(3)+Mxmax、(4)-Mxmax、(5)+Mvmax>(6)-Mymax、(7)Nniax,+Mxinax>(8)Nmax,-Mxmax、(9)Nmax

8、.+Myinax.(10)Nmax,-Mymax(11)Nniin.+Mxmax(12)Nniui,-Mxinax(13)Nmin,+Mymax、(14)Nmia-Mymax其中：Vx,vmax表示X、Y剪力最人時的吊車柱的內(nèi)力項；+Mx,yniax表示X、Y彎矩最人時的吊車柱的內(nèi)力項；-Mx,ymax表示X、Y彎矩最小時的吊車柱的內(nèi)力項；Nmax表示軸力最人時的吊車柱的內(nèi)力項；Ninin表示軸力最小時的吊車柱的內(nèi)力項。吊車荷載作用下梁的預組合目標為：(1)+MmaxT、(2)-Mmax/T、(3)-VmaxN其中：-MniaxT一一表示最人負彎矩與扭矩的組合項；+MiiiaxT一一表示最正負

9、彎矩與扭矩的組合項；-VniaxN表示最人剪力與軸力拉力的組合項。3.2預組合方式吊車柱預組合分別有“只考慮輪壓的預組合力”和''考慮輪壓加剎車的預組合力”。預組合1一一是吊車的“輪壓+剎車”內(nèi)力組合；預組合2一是吊車的“輪壓”內(nèi)力組合。梁預組合也按照“只考慮輪壓的預組合力”和“考慮輪壓加剎車的預組合力”這兩種情況搜索出梁的包絡內(nèi)力，即為：預組合1一一輪壓+剎車包絡內(nèi)力；預組合2一輪壓包絡內(nèi)力。軟件在整個移動荷載作用的過程中，按照上述預組合14個工況受搜索出個工況的預組合內(nèi)力，如下圖所示為吊車柱的預組合內(nèi)力圖之一：吊車柱預組合內(nèi)力之一Vymax工況圖梁包絡內(nèi)力輸出為：M-LM-

10、l,M-2,M-3,M-4,M-5,M-6,M-7,M-JV-I,V-l,V2,V3,V-4,V-5,V6V-7,V-J其中:M-LMJ一一為梁兩端包絡彎矩；V-LV-J為梁兩端包絡剪力；M-1-M-7為梁跨中包絡彎矩;V-1V7為梁跨中包絡剪力。四. 預組合內(nèi)力與其它荷載的組合配筋4.1荷載組合原則承載能力極限狀態(tài)設計荷載效應組合活載控制的組合按建筑結(jié)構荷載規(guī)范的第3.23-1條：恒載控制的組合按建筑結(jié)構荷載規(guī)范的第3.23-2條。恒載的分項系數(shù)當不利時取1.2,有利時取1.0,傾覆、滑移驗算取0.9：活荷載和風荷載的分項系數(shù)取1.4；活荷載和風荷載的組合系數(shù)分別取0.7和0.6。地震荷載的

11、組合按建筑抗震設計規(guī)范的第5.4.1條。正常使用極限狀態(tài)設計荷載效應組合標準組合（短期效應組合）按建筑結(jié)構荷載規(guī)范的第3.2.8條：準永久組合（長期效應組合）按建筑結(jié)構荷載規(guī)范的第3.2.10條。需要強調(diào)的是新規(guī)范版本在地基承載力計算時，要采用上部荷載的標準組合式。4.2分項系數(shù)和組合系數(shù)軟件內(nèi)力組合采用以下原則：1.35恒載+WlYl活載Yg恒載+Yl活載1.0恒載+Yl活載當有風力作用時：Yg恒載±Yw風力1.0恒載土Yw風力Yg恒載+Yl活載土叭vYw風力1.0恒載+Yl活載土巾vYv風力Yg恒載+巾lYl活載土Yw風力1.0恒載+WlYl活載±Yw風力其中：Yl、Y

12、w為活荷載、風荷載的分項系數(shù)，隱含為規(guī)范取值，可由用戶輸入:“L、巾w為活荷載、風荷載的組合值系數(shù)，隱含為規(guī)范值，可由用戶輸入。當有地震力作用時：對多層結(jié)構：1.2（恒載+Yeg活載）±Yeb水平地震作用土Yev豎向地震作用1.0（恒載+丫凸活載）±Yrh水平地震作用±Yev豎向地震作用對高層結(jié)構：1.2（恒載+丫凸活載）±0.2丫寂風力土丫班水平地震作用土Yev豎向地震作用1.0（恒載+Yeg活載）±0.2丫寂風力土丫班水平地震作用土Yev豎向地震作用其中：YEG為可變荷載的組合值系數(shù)，隱含為規(guī)范取值，可由用戶輸入；YEh、Yev為水平地震作

13、用分項系數(shù)和豎向地震作用分項系數(shù)，隱含為規(guī)范取值,口I由用戶輸入。在遇到水平風力和地震力時，要考慮兩個相互垂直方向的作用。由以上原則，并根據(jù)多層、高層結(jié)構的區(qū)別，計算出標準內(nèi)力的組合數(shù)。在實際組合時，考慮有利、不利的原則，以及工程設計經(jīng)驗，排列出以下組合數(shù)：1. 考慮恒、活組合，有3組；2. 考慮恒、活、風組合，有24組；3. 考慮恒、活、風、水平地震，有16組，當考慮豎向地震時，組合數(shù)為18。當考慮梁活荷載不利布置時，對梁則以上組合數(shù)乘以3；當考慮偶然偏心時，以上有水平地震參與的組合數(shù)乘以3。4.3偶然偏心、活載不利布置和其它可變荷載的內(nèi)力組合當結(jié)構地震力分析考慮偶然偏心時，按上節(jié)的地震作用

14、的組合原則分別對地震作用進行+5%和-5%的偶然偏心地震力的組合。當結(jié)構考慮活荷載不利布置，就產(chǎn)生了3項活荷載內(nèi)力，即活1:全樓一次性加載的彎矩、剪力；活2：不利布置的負彎矩，剪力包絡；活3不利布置的正彎矩、剪力包絡。在進行上節(jié)的內(nèi)力組合時，對梁可以得到不利分布的“活2”、“活3”，再加上一次性加荷計算的“活1”，一共3種活荷工況，按上面的組合原則分別對這3種活荷載進行組合,取出正負彎矩包絡圖并計算配筋。當結(jié)構考慮溫度應力作用計算時，溫度應力作為可變荷載的一種類型，按上節(jié)的組合原則分別對溫度應力作用進行+溫度效應和溫度效應組合。4.4吊車荷載的組合方式當結(jié)構考慮吊車計算時，吊車荷載作為可變荷載

15、的一種類型，按上節(jié)的組合原則對吊車荷載作用進行相應組合。在有活荷載參與的組合中，把樓面的豎向作用活荷載產(chǎn)生的內(nèi)力與各個吊車荷載預組合內(nèi)力疊加，產(chǎn)生新的活荷載，再與恒載、地震力組合，產(chǎn)生組合設計內(nèi)力，對構件進行配筋、驗算等操作。吊車荷載的組合系數(shù)與樓面豎向活荷載一樣，即為：Yl。五、吊車荷載結(jié)構的設計注意事項TAT、SATWE可以分析帶吊車的結(jié)構。但有以下幾個問題：(1) 地震分析時，沒有計入吊車的橋架重和吊重；(2) 沒有考慮吊車梁的作用；(3) 吊車柱的配筋，沒有考慮排架的長度系數(shù)。因為吊車的橋架重和吊重是移動荷裁，所以很難確定質(zhì)量的位置，在地震分析中這部分的質(zhì)童沒有計入，則計算地震作用局部算小了，可以通過地震作用放大來彌補這個問題。對于吊車梁，當排架中間有框架梁，則應輸入該框架梁，否則應把吊車梁按兩端較接梁定義、輸入。在用TAT、SATWE分析時，排架柱之間必須要有