[交通运输]垂直运输及吊装机械工程.ppt
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1、建筑工程常用施工计算,同济大学土木工程学院 徐蓉,中建八局技术质量部,第五章 垂直运输及吊装机械,概述: 建筑施工中,建筑材料的垂直运输和施工人员的上下,需要依靠垂直运输设施。塔式起重机、施工升降机和龙门架(井架)物料提升机是建筑施工中最为常见的垂直运输设备。本章主要介绍井架搭设计算、塔吊使用计算以及吊装机械的计算。,概述:钢格构式井架主要由型钢立柱、型钢缀条或缀板(钢板)焊接(或螺栓连接)而成一个整体(图5-1a),平面形式分为方形或长方形。,1立柱 2斜缀条 3水平缀条 4缆风绳 5吊盘 Q吊物重力 q吊盘自重力 K动力系数 G井架自重力 W风荷载;实际计算时,通常将风荷载简化成沿井架高度
2、方向的平均风载,即q = W / H T缆风绳张力,(1)格构式型钢井架计算,1)荷载计算 荷载计算的内容有:起吊物和吊盘重力(包括索具等)G 、提升重物的滑轮组引起的钢丝绳拉力S 、井架自重力、风荷载W 、缆风绳张力对井架产生的垂直与水平分力 、缆风绳自重力对井架产生的垂直与水平分力。 a、起吊物和吊盘重力(包括索具等)G G = K (Q + q ) (5-1) 式中 K 动力系数,对起重5t 以下的手动卷扬机K = 1; 30t以下的机动卷扬机K = 1.2; Q 起吊物体重力; q 吊盘(包括索具等)自重力。 b、提升重物的滑轮组引起的钢丝绳拉力S S = f0 K (Q + q )
3、(5-2) 式中 f0 引出绳拉力计算系数,按表5-1取用。,表5-1 滑轮组引出绳拉力计算系数f0 值,c、井架自重力 一般截面尺寸为600600mm井架,自重力约为0.6 0.7kN/m;10001000mm井架,自重力约0.8 1.0 kN/m;15001500 20002000井架,自重力约1.0 1.5 kN/m,或按实际估算。 d、风荷载W 当风向平行与井架时(图5-2a): W = W0ZSAF (5-3),图5-2井架风向 (a)风向与井架平行; (b)风向与井架成对角线,式中 W0 基本风压,按建筑结构荷载规范中的规定,对不 同地区才采用不同的W0值; Z 风压高度变化系数,
4、从建筑结构荷载规范中查 用; S 风载体型系数,S = 1.3(1+) 桁架的挡风系数,AC 受风面杆件的投影面积; AF 受风面的轮廓面积; 系数,由井架尺寸a / b与值,按建筑机构荷载规范 (GB50009-2001,2006年版)表5.3.1,32款。 Z高度处的风振系数,与井架的自振周期有关,对于钢格构式井架,自振周期T=0.01H,由周期T可以查得;或按(建筑机构荷载规范(GB50009-2001,2006年版)7.4.2条计算求得 ; H 井架高度。 当风向与井架成对角线时(图5-2b): W = W0ZSAF (5-4) 式中 系数,对于单肢杆件的钢塔架, = 1.1; 对于双
5、肢杆件的钢塔架, = 1.2。通常将风荷载简化成沿井架高度方向的平均风载,即q = W / H。,e、缆风绳张力对井架产生的垂直与水平分力 当井架设一道缆风绳时,可从计算简图(5-3a)分别求出水平分力TH1和垂直分力TV1,如缆风绳与地面成45o角时,则 TH1 = TV1。水平分力TH1的大小,等于风荷载q作用下简支梁的支座反力。,图5-3 风载作用下井架的计算简图 (a)设一道缆风绳时; (b)设两道缆风绳时,当井架设二道缆风绳时,可从计算简图图(5-3b)中分别求出第二道缆风绳的水平分力TH2和垂直分力TV2。此时可按q作用下的两跨连续梁计算。,f 缆风绳自重力对井架产生的垂直与水平分
6、力 (5-5) 式中 TS 缆风绳自重力产生的张力; n 缆风绳的根数,一般为4根; q 缆风绳单位长度的自重力,当绳直径= 13 15mm 时,q = 8N / m; l 缆风绳长度,l = H / cos; H 井架高度; 缆风绳与井架的夹角; w 缆风绳自重产生的挠度,w = 1 / 300左右; TH 缆风绳自重力对井架产生的水平分力; TV 缆风绳自重力对井架产生的垂直分力。,因缆风绳都对称设置,水平分力互相抵消,故为零,只垂直分力对井架产生轴向压力。 设一道缆风绳时,缆风绳自重水平和垂直分力分别为TH3和 TV3;设两道缆风绳时,缆风绳自重第二道缆风绳处的水平和垂直分力,分别TH4
7、和TV4。,2)井架计算 一般简化为一个铰接的平面桁架来进行。 a、内力计算 轴向力计算 当设一道缆风绳时,需要验算井架顶部的截面。顶部的轴压力N01为: N01 = G + S + TV1 + TV3 (5-6) 当设两道缆风绳时,应分别验算顶部和第二道缆风绳的截面。顶部的轴力计算同上;第二道缆风绳与井架相交截面处的轴压力N02为:(一道揽风绳通常有 4根) N02 = G + S + 验算截面以上井架自重 + TV1 + TV2 +TV3 +TV4 (5-7), 弯矩计算 当设一道缆风绳时,井架在均布 q = W/ H作用下按简支梁计算弯矩Mmax(图5-3a) 当设二道缆风绳时,井架在均
8、布 q = W/ H作用下,按两跨连续梁计算弯矩Mmax(图5-3b) b、 截面验算 井架的整体稳定性验算 格构式井架为偏心受压构件,并假定弯矩作用于与缀条面平行的主平面内。 井架的长细比按下式计算: (5-8) 式中 H 井架的总高度,按两端为简支考虑,即计算长度l0 = H; Imin 截面的最小惯性矩; A0 一个主肢的截面面积。,换算长细比: 见钢结构设计规范(GB50017-2003)5.1.3对于缀条连接的格构柱: (5-9) 式中 A 井架截面的毛截面面积; A1x 井架截面所截垂直于x x 轴的平面内各斜缀条毛截面面积之和。,图5-4井架截面特征计算,根据计算的换算长细比,
9、x从钢结构设计规范(GB50017-2003)附录C中即可查得值。 井架在弯矩作用平面内的整体稳定性按下式验算:,式中 N 所计算构件段范围内的轴心压力; x 稳定系数,根据换算长细比由钢结构设计规范附 录中查得; M 所计算构件段范围内最大弯矩; W1x 弯矩作用平面内较大的受压纤维的毛截面抵抗矩; mx 等效弯矩系数,对于有侧移的框架柱和悬臂构件, mx = 1; NEx 欧拉临界力,,(5-10),(5-11), 主肢角钢稳定性验算,对于格构式偏心受压构件,当弯矩作用在和缀条面平行的主平面内时,弯矩作用平面外的整体稳定性可不需验算,但应验算单肢的稳定性。 已知作用在验算截面的弯矩M1轴力
10、N,则作用于每一个主肢上的轴力N,可按下式计算:,式中 M、N 分别为作用在验算截面上的已知的弯矩和轴力; n 截面中的主肢根数; d 两主肢的对角线距离(风载作用于对角线方向)。,主肢应力按下式进行验算:,式中 : 纵向弯曲系数,可根据l0 / imin查钢结构设计规范附录得; l0 主肢计算长度,一般取水平缀条之间的距离; i min 主肢截面的最小回转半径,根据选用的型钢,由型钢规格表查得; N 一个主肢的轴向力,由式(5-11)计算; A0 一个主肢的横截面面积; f 钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值。,(5-12),(5-13), 缀条(板)验算 当计算求得所需验算的截面剪力V1,根
11、据求得的V值和缀条的夹角,即可按下式求出斜缀条的轴向力N。,按轴心受压构件验算缀条的稳定性按下式计算:,图5-5 缀条尺寸简图,(5-14),(2)扣件式钢管井架 概述: 采用扣件式钢管脚手杆搭设井架做为现场垂直运输工具,为施工常用井架形式之一,它具有可利用现场常规脚手工具,材料易得,搭拆方便、快速,使用灵活,节省施工费等优点。 扣件式钢管井架常用井孔尺寸有4.22.4m、4.02.0m和1.91.9m三种,起重量前二种为1 t,后一种为0.5t,常用高度为20 30 m。井架为由四榀平面桁架用系杆构成的空间体系,主要由立杆、水平杆、斜杆、扣件和缆风绳等构成(图5-8)。计算时,通常简化为平面
12、桁架来进行。井架所用管子均为一般搭脚手架的管子,即外径48mm、壁厚3.5mm的焊接钢管或外径51mm、壁厚3 4mm的无缝钢管。,图5-6 扣件式钢管井架构造 (a)进料口侧面;(b)进料口侧面;(c)侧面 1立杆; 2水平杆; 3斜杆:4缆风绳,1)荷载计算 作用在井架上的荷载有: a、垂直荷载:包括井架自重Q;吊盘和吊盘物重力q,并考虑1.24振动系数的影响;起重钢丝绳的拉力S;缆风绳张力和垂直分力TV; b、水平荷载:包括风载和缆风绳张力的水平分力TH。 荷载计算与格构式井架相同。 2)井架计算 井架的计算包括立杆稳定性验算和井架的整体稳定性验算。 a、立杆稳定性验算 在垂直荷载作用下
13、,立杆可按压杆稳定的条件来验算截面,因水平杆的内力为零,立杆应力按下式验算:,式中 N 平均作用在每根钢管上的轴压力, ; N 作用在某一截面上的轴压力 n 立杆的杆数; A 每一根立杆的毛截面面积; 纵向弯曲系数,由l0 / imin 值查钢结构设计规范附 录C得; l0 立杆的计算长度,按两端铰接考虑,等于节点间的间 距; imin 最小回转半径,对于钢管, d 、d1 分别为钢管的外径和内径。,b、井架整体稳定验算 在风载作用下,对井架产生倾覆力矩Wpihi,当井架上吊盘无荷载时,由井架自重力产生的抵抗力矩 来平衡,验算其稳定性(图5-7), 即:,(5-15),图5-7 钢管井架稳定性
14、计算简图,如倾覆力矩大于抵抗力矩,对于有缆风绳的井架有可能引起井架立杆产生一定挠度和弯曲应力,但实践情况表明,其值均小于容许值,因此可以认为,井架设缆风绳时,由风载所引起的倾覆失稳可不予考虑,但对缆风绳的拉力应不小于下式计算数值:,(5-16),为缆风绳和井架之间的夹角。 式中其他符号见图5-7。,概述: 塔机的基础形式应根据工程地质、荷载大小与塔机稳定性要求、现场条件、技术经济指标,并结合塔机制造商提供的塔机使用说明书的要求确定。 塔机基础的设计应按独立状态下的工作状态和非工作状态的荷载分别计算。塔机基础工作状态的荷载应包括塔机和基础的自重荷载、起重荷载、风荷载,并应计入可变荷载的组合系数,
15、其中起重荷载不应计入动力系数;非工作状态下的荷载应包括塔机和基础的自重荷载、风荷载。 塔机工作状态的基本风压应按0.2KN/m2取用,风荷载作用方向应按起重力矩同向计算;非工作状态的基本风压应按现行国家标准建筑结构荷载规范50年一遇的风压取用,且不小于0.35KN/m2,风荷载作用方向应从平衡臂吹向起重臂。,塔机基础和地基应分别按下列规定进行计算: 塔机基础及地基均应满足承载力计算的有关规定。 地基主要受力层的承载力特征值不小于130Kpa或小于130Kpa但有地区经验,且粘性土的状态不低于可塑(液性指数IL不大于0.75)、砂土的密实度不低于稍密时,可不进行塔机基础的天然地基变形验算。但当塔
16、机基础符合下列情况之一时,应进行地基变形验算:基础附近地面有堆载可能引起地基产生过大的不均匀沉降;地基持力层下有软弱下卧层或厚度较大的填土。其他塔机基础的天然地基均应进行变形验算。 当塔机基础底标高接近边坡底或基坑底部,且符合下列要求之一时,可不作地基稳定性验算:a不小于2.0m,c不大于1.0m, fak不小于130KN/m2,且地基持力层下无软弱下卧层;或采用桩基础。,图5-8,1)概述: 天然地基塔吊基础适用于地基条件好的塔吊基础工程,塔吊直接落在天然基础上。 塔吊天然基础设计参数包括两部分,塔吊的基本参数和塔吊基础设计参数。 塔吊的基本参数由塔吊的说明书给出,塔吊基础设计参数包括基础混
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