吊車梁及排架柱結(jié)構(gòu)計(jì)算

吊車梁及排架柱結(jié)構(gòu)計(jì)算廠房上部結(jié)構(gòu)的屋蓋、發(fā)電機(jī)樓板、圍護(hù)磚墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與一般工業(yè)廠房相同，這里不再贅述。吊車梁與構(gòu)架則有其不同于一般工業(yè)廠房的使用特點(diǎn)，現(xiàn)將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理作簡(jiǎn)要介紹。一、吊車梁吊車梁是直接承受吊車荷載的承重結(jié)構(gòu)，是廠房上部的重要結(jié)構(gòu)之一。水電站廠房?jī)?nèi)大多采用電動(dòng)橋式吊車，其特點(diǎn)是起吊容量大、工作間歇性大、操作速度緩慢、使用率低（只在機(jī)組進(jìn)行安裝和檢修時(shí)才用）。水電站吊車性質(zhì)屬于輕級(jí)工作制，吊車梁可不驗(yàn)算重復(fù)荷載作用下的疲勞強(qiáng)度?，F(xiàn)在我國(guó)大中型水電站已大多采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土吊車梁，也有采用鋼結(jié)構(gòu)的。鋼筋混凝土吊車梁在施工上可分為現(xiàn)澆、預(yù)制和疊合梁等形式?，F(xiàn)澆吊車梁可分為單跨簡(jiǎn)支和多跨連續(xù)結(jié)構(gòu)（在廠房伸縮縫處必須分開）。預(yù)制梁大多為單跨預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。吊車梁截面截面形式有矩形、T形和I字形。（一）吊車梁荷載固定荷載：包括自重（按吊車梁實(shí)際尺寸計(jì)算），鋼軌及附件重根據(jù)廠家資料取，初估時(shí)可取1.5?2.0kN/m。移動(dòng)荷載：（1）豎向最大輪壓Pm"圖（1）豎向最大輪壓Pm"圖12-5）圖12-5 豎向最大輪壓計(jì)算簡(jiǎn)圖臺(tái)吊車工作時(shí)：Pmax=—[(G+G)匕_L1+L(G-G)]

m1 2L2 1(12-5)兩臺(tái)吊車工作時(shí)：P=上[(2G+G+G)L—L1+上(G-G)] (12-6)max2m1 2 3L2 1式中m——一臺(tái)吊車作用在一側(cè)吊車梁上的輪子數(shù);G——吊車總重，kN；G1——小車和吊具重，kN；G2——最大起吊物重，kN；G3——平衡梁重，kN；Lk——吊車跨度，m；L1——起吊最重件時(shí)，主鉤至吊車軌道的最小距離，m；在計(jì)算吊車梁時(shí)，豎向最大輪壓Pmax應(yīng)乘以動(dòng)力系數(shù)〃，輕級(jí)工作制軟吊鉤吊車動(dòng)力系數(shù)為1.1。(2)橫向水平剎車制動(dòng)力T1當(dāng)小車沿廠房橫向行駛突然剎車時(shí)，產(chǎn)生橫向水平制動(dòng)力(圖12-6)，由大車一側(cè)各輪平均傳至軌頂，方向與軌道垂直，并考慮正反兩個(gè)方向。各方向均考慮一側(cè)吊車承受，不再乘動(dòng)力系數(shù)。當(dāng)一臺(tái)吊車工作時(shí)：對(duì)硬鉤吊車：T=氣*氣 (12-7)TOC\o"1-5"\h\z1 10m對(duì)軟鉤吊車：T=氣*電 (12-8)1 20m當(dāng)兩臺(tái)吊車工作時(shí)：對(duì)硬鉤吊車：T=2氣*氣,G3 (12-9)1 20m對(duì)軟鉤吊車：T=氣*G2*G3 (12-10)1 40m式中符號(hào)意義同前。圖12-6吊車梁承受的橫向制動(dòng)力和扭矩(3)縱向水平剎車力T2縱向水平剎車力T2由大車一側(cè)制動(dòng)輪傳至軌頂，方向與軌道一致，其值為:T2=0.1￡P(guān)max (12-11)式中 ￡P(guān)max一一側(cè)軌道上各制動(dòng)輪最大輪壓之和，kN。此外，對(duì)預(yù)制吊車梁的運(yùn)輸和吊裝過程，自重應(yīng)乘以動(dòng)力系數(shù)1.5。吊車梁內(nèi)力計(jì)算吊車梁的內(nèi)力計(jì)算和截面設(shè)計(jì)包括以下內(nèi)容：承受移動(dòng)豎向輪壓作用的內(nèi)力計(jì)算。承受移動(dòng)橫向水平制動(dòng)力作用的內(nèi)力計(jì)算。正、斜截面的強(qiáng)度計(jì)算。扭矩計(jì)算。吊車梁受到的扭矩是由梁頂鋼軌安裝偏差烏(一般為2cm)和由橫向水平制動(dòng)力T對(duì)截面彎曲中心的距離弓(等于h+y0)兩項(xiàng)組成，其中h0為軌頂?shù)降踯嚵喉數(shù)拇咕啵话闳?0cm；y0為截面彎曲中心到截面頂面的垂距，如圖12-6所示。撓度計(jì)算。電動(dòng)橋式吊車最大允許撓度：鋼筋混凝土吊車梁為L(zhǎng)0/600；鋼結(jié)構(gòu)為L(zhǎng)o/750。(L0為吊車梁計(jì)算跨度)裂縫寬度驗(yàn)算和局部拉應(yīng)力計(jì)算。對(duì)預(yù)制吊車梁須進(jìn)行施工期的吊裝驗(yàn)算。對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土吊車梁還需進(jìn)行局部應(yīng)力驗(yàn)算。吊車梁是直接承受吊車荷載的承重結(jié)構(gòu)，除吊車梁自重、軌道及附件等均布恒載外，主要承受移動(dòng)的豎向集中荷載和橫向水平制動(dòng)力，因此需用影響線求出各計(jì)算截面的最大(或最小)內(nèi)力，畫出內(nèi)力包絡(luò)圖，并據(jù)此進(jìn)行截面強(qiáng)度設(shè)計(jì)及抗裂或限裂、變形等驗(yàn)算。二、排架柱排架柱是廠房上部的主要承重結(jié)構(gòu)，它承受屋面、吊車梁、樓板、風(fēng)雪等荷載。在高尾水位的水電站還承受下游水壓力。廠房排架柱一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，以牛腿面為界分上柱和下柱。與一般工業(yè)廠房相比，水電站排架所具有的特點(diǎn)：承受的荷載大且種類繁多。大、中型水電站吊車容量常達(dá)數(shù)百噸，有的達(dá)數(shù)千噸。安裝間荷載常為0.05~0.2MPa，發(fā)電機(jī)層樓板荷載一般為0.02?0.07MPa。排架柱高度較高，通常為20?30m。主廠房一般為單層排架，安裝間單層、多層均有。排架柱跨度一般在10?25m范圍內(nèi)，且大多是單跨排架。排架柱的構(gòu)成多采用實(shí)復(fù)柱與屋面大梁現(xiàn)場(chǎng)澆筑的整接型式。有的水電站因特殊需要，屋面采用整片厚板，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土墻，由厚板、墻、柱整體澆筑構(gòu)成排架。由于水電站廠房水下結(jié)構(gòu)開有各種類型的孔洞及其它布置上的原因，排架柱往往形成上、下游柱腳不同高程的不等高結(jié)構(gòu)。在施工過程中，機(jī)組的安裝使排架柱處于獨(dú)立承載的不利受力狀態(tài)。另外，由于水電站廠房布置各不相同，排架柱的型式、尺寸、受荷情況也不相同，設(shè)計(jì)較難標(biāo)準(zhǔn)化、定型化。(一)排架柱設(shè)計(jì)荷載作用在排架柱上的荷載分恒載和活荷載兩類(圖12-7)。恒載恒載一般包括：屋面自重g1（包括防水層重、天棚重）；小柱自重G］；大柱自重勺；吊車梁自重^（包括軌道和附件重）；樓板荷載；如地面高程高出柱底高程時(shí)，在上游側(cè)尚有填土壓力或山巖壓力等。2.活荷載一般包括屋面活荷載（人群荷載或雪荷載也,吊車豎向荷載Qmax、Dmin、橫向水平制動(dòng)力Tmax，風(fēng)荷載P2、P3等，溫度應(yīng)力和干縮應(yīng)力。如果下游水位高出柱底高程時(shí)，還有尾水壓力。如廠房建在地震區(qū)還有地震荷載。圖12-7排架荷載圖作用在排架柱上的最大豎向荷載Dmax為吊車梁作用最大輪壓Pmax時(shí)的支座反力，Dmin為另一側(cè)相應(yīng)的反力，Dmax與Dmin同時(shí)產(chǎn)生，計(jì)算時(shí)不考慮動(dòng)力系數(shù)。如吊車梁為連續(xù)結(jié)構(gòu)時(shí)，可視為簡(jiǎn)支梁來計(jì)算Dmax、D訕。橫向水平制動(dòng)力Tmax的計(jì)算，按下式進(jìn)行：T Dmall （12-12）maxpmax荷載組合要選擇可能發(fā)生的最不利情況進(jìn)行組合。（二）排架計(jì)算簡(jiǎn)圖廠房排架結(jié)構(gòu)為一空間構(gòu)架，但一般均簡(jiǎn)化成按縱、橫兩方向的平面結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行計(jì)算。由于縱向平面排架柱較多，剛度較大，荷載較小，往往可不必計(jì)算。但當(dāng)廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)為磚墻，開窗面積較大，且吊車梁又是簡(jiǎn)支的情況下，應(yīng)進(jìn)行縱向平面排架柱的計(jì)算。橫向平面排架柱由于荷載大，剛度相對(duì)較小，為排架計(jì)算的主要內(nèi)容。1.計(jì)算單元橫向平面排架是由相鄰柱距的中線劃出一個(gè)典型區(qū)段作為一個(gè)計(jì)算單元，如圖12-8所示。除吊車等移動(dòng)荷載外，圖中陰影線部分就是一個(gè)排架柱的受荷范圍。12-8排架計(jì)算單元計(jì)算簡(jiǎn)圖排架由于上、下柱截面不等，為一變截面排架，其計(jì)算簡(jiǎn)圖根據(jù)柱與屋面大梁、樓板和基礎(chǔ)連接的實(shí)際情況選取，如圖12-9所示。當(dāng)排架柱與屋面大梁整體澆筑時(shí)，柱與梁視為剛接；屋蓋采用厚板結(jié)構(gòu)時(shí)，也為剛接；當(dāng)屋蓋采用屋架結(jié)構(gòu)時(shí)，柱與屋架視為鉸接。排架柱與基礎(chǔ)連接。排架上游柱腳一般假設(shè)固定在水輪機(jī)層塊體混凝土頂部，并避開進(jìn)廠鋼管或蝴蝶閥坑等大孔洞。如上游墻較厚，墻柱的剛度比在12~15之間時(shí)，則上游柱可假設(shè)固定在底墻頂部。當(dāng)廠房下游墻為與尾水閘墩整體澆筑的厚墻時(shí)，排架下游柱腳可假設(shè)固定在尾水閘墩頂部，否則按固定在水輪機(jī)層考慮。排架柱與樓板連接。主機(jī)間發(fā)電機(jī)層樓板一般為后澆的二期混凝土，且剛度較小，樓板可視為柱的鉸支承。安裝間樓板剛度較大，且大梁與柱均為一期混凝土整體澆筑，柱與梁可視為剛接。計(jì)算簡(jiǎn)圖中，橫梁的計(jì)算工作線取截面形心線(屋架則取其下弦線)。柱取上部小柱的形心線，整個(gè)柱為一階形變截面構(gòu)件。計(jì)算寬度計(jì)算排架各桿的剛度時(shí)，柱截面計(jì)算寬度的取法為：當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)為磚墻時(shí)，取柱寬；當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)為與柱整澆的混凝土墻時(shí)，取窗間凈距。橫桿計(jì)算寬度的取法是：當(dāng)橫桿為獨(dú)立梁(即采用預(yù)制屋面板)時(shí)，取梁寬；當(dāng)橫桿為整澆肋形結(jié)構(gòu)時(shí)，按T形截面梁計(jì)算剛度。商 山I 心 Kb圖12-9主機(jī)間和安裝間典型排架計(jì)算簡(jiǎn)圖（三）內(nèi)力計(jì)算排架計(jì)算中，忽略桿件自身軸向變形的影響，各桿均視為剛桿計(jì)算。排架的內(nèi)力計(jì)