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资料来源:Henry Laoyu 的结构设计一般针对轻钢结构建筑。柱间支撑可简单使用十字圆钢。但对于有起重机的工厂,由于起重机行驶时的纵向制动力,立柱中间支撑必须根据起重机梁的标高分为上下两层,并且必须有纵向刚性拉杆在分层位置。
当然,吊车梁构件截面大、刚性好。使用吊车梁作为纵向刚性拉杆是极其经济的。
在轻钢结构中,起重机吨位较小,通常将起重机梁放置在柱外伸的牛腿上。如果起重机吨位不大,立柱截面不大,则上部立柱支撑仍可用圆钢支撑,下部立柱支撑需采用角钢支撑(除非起重机吨位在5t以下,采用圆钢支撑)也可考虑钢支撑),角钢支撑宜位于柱截面中部。
当柱截面较大时,应在柱的两翼缘处安装双肢支撑。
显然,吊车梁被用作刚性拉杆。对于边柱,由于吊车梁距柱中心较远,吊车梁仅对柱内翼缘提供侧向支撑,无法对柱外翼缘形成侧向支撑。侧向支撑,由于柱外翼缘也承受压应力,因此外翼缘也必须有侧向支撑,形成柱面外计算长度的支撑点。
为此,在吊车梁上翼缘上设置角撑,与立柱外翼缘连接。这种角撑除了作为柱外翼缘的侧向支撑外,还可以使吊车梁在行车水平水平力的作用下具有更好的受力性能。为此,每个吊车梁的两端均应设置角撑,如图1所示。
对于柱来说,设置双面角撑的角撑方案不仅可以支撑柱,还可以对吊车梁形成横向支撑功能,从而可以减小吊车梁的横向跨度,从而减少起重机梁的横向跨度。这是一种极其经济合理的减少弯矩和跨中横向挠度的解决方案。
但如果柱只有一侧角撑,角撑只能约束柱外翼缘的侧向位移,而不会起到对吊车梁的侧向支撑作用。同时,起重机的侧向水平力也会使立柱产生附加扭矩,因此应在立柱上安装双面角撑。双面角撑可以大大减少这种额外的扭矩。
中心柱,柱两侧对称布置吊车梁。还宜考虑在两侧吊车梁上设置角撑,以提高吊车梁的侧向刚度。此时角撑会交叉,可以使交叉处的两个角撑分别连接到吊车梁上翼缘的上、下表面。此处,柱上设有加强筋,并用作角撑的连接板。板厚可与吊车梁翼缘厚度相同,以利于角撑的连接。
角撑是根据刚性压杆设计的。计算双面角撑内力时,将其视为起重机梁的侧向支撑点,传递起重机的侧向水平制动力。可以用三个跨度来计算,如图2(a)所示。不适合图2(b)的模型,该模型的计算存在较大偏差。角撑计算内力过大,吊车梁跨中横向挠度过小。
角撑采用摩擦式高强螺栓连接,角撑与吊车梁的夹角不宜超过45°。
当起重机梁跨度较大、起重机吨位较大时,需要考虑设置制动梁或制动架,因此不再需要角撑。
另外,值得注意的是,一般轻钢结构吊车梁的牛腿都是悬挑在立柱上的。因此,驱动的纵向制动力将在悬臂牛腿上产生横向弯矩,并在立柱上产生附加扭矩。 ,这种侧向弯矩和柱上的附加扭矩不能通过上述设置双面角撑的方案来消除,因为车辆的纵向制动力主要通过柱间支撑传递,而柱间支撑几乎吸收了全部纵向制动力,因此柱不再产生扭矩,横向弯矩全部集中在柱间支撑处的悬臂牛腿上(柱间支撑无需考虑横向弯矩)没有柱间支撑的柱牛腿)。这个横向弯矩对牛腿有一定的影响,仍应计算。不过一般的钢结构设计手册并没有提供这个计算,所以设计者也不计算钢结构刚性连接,这就有点不妥了。
起重机的纵向制动力乘以起重机梁腹板到悬臂牛腿根部的水平距离即可作为牛腿在柱间支撑处所承受的侧向弯矩,也是附加力矩列的。显然,横向弯矩使柱子产生附加正应力,附加扭矩使柱子产生附加剪应力。
配备制动结构的起重机梁系统刚度高,综合性能好,可替代刚性横拉杆。
在门式轻钢结构中,由于起重机的起重能力较小,很多都没有制动结构。在这种情况下,如果用吊车梁代替刚性拉杆来承受传力构件,由于下立柱支撑与吊车梁不在同一平面,在传力时就会出现偏心。过程中,会对立柱产生扭转作用。
但我们可以发现,即使设置了刚性拉杆,起重机纵向力对立柱产生的偏心力仍然存在,但可能比单独设置全长拉杆要小(因为有些力,如如风荷载、地震作用等可以通过全长拉杆传递)。
那么这个问题最终又回到了我们讨论中提到的另一个问题:当偏心力比较大时,如何平衡这个力,防止立柱扭转?
解决了这个问题后,使用吊车梁充当刚性拉杆就顺理成章了。
那么当我们采用在吊车梁之间设置角钢角撑的方法时(如图1所示),普通的单根角钢构件是否足以用一个角钢来平衡吊车纵向力对立柱的偏心作用呢?一定的起重能力?下面我们进行一个简单的试算。计算图如图3所示。
这里仅对受压角撑在起重机纵向力作用下的受力情况进行简单分析。考虑其他载荷共同作用时,计算方法类似:
在门式刚架轻钢结构(指符合《门式架轻钢结构技术规程》的房屋建筑)类别中,起重机的起重能力仅限于20t桥式起重机的范围。取Pmax=250kN,四个轮子中有两个为制动轮。根据《建筑结构荷载规范》,考虑两台起重机情况时,纵向制动力设计值为:
T1=1.4x10%xΣPmax=1.4x10%x2x250=70KN
n=70/2cos45°=49.5KN
若角撑采用L75x6,则:
ix=14.9mm; iy=29.1毫米; A=880mm²;
根据《钢结构设计标准》,将对称轴y轴周围的长细比λy替换为换算后的长细比λyz,则:
λx=1414/14.9=94.9;
b/t=75/6=12.5>0.54Loy/b
λyz=4.78b/t(1+Loy2t²/13.5/b4)=69.8
求得φ=0.589,则:
N/φA=95.5N/mm²N/mm²
满足要求
还有另一种方法可以用来解决柱的扭转效应;在立柱内外法兰上设置双片式立柱支撑钢结构刚性连接,并利用双片式立柱支撑对来抵抗扭矩。