吊车梁设计

第一章 吊车梁设计
2.1 荷载的计算 2.1.1 最大轮压的计算
由《钢结构设计手册》中吊车资料可知，其最大轮压为13.9吨，最小轮压为6.65吨，则根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001中5.1.1之规定可知：
竖向荷载标准值为
.max 139k p kN = ,m i n 66.5
k p k N = 又根据《建筑结构荷载规范》5.3.1之规定取吊车荷载动力系数α=1.05，则吊车竖向荷载设计值为：
max .max 1.4k p p =α=1.4⨯1.05⨯139=204.33kN
min .min 1.4 1.4 1.0566.597.55k p p kN α==⨯⨯=
2.1.2 横向荷载设计值
由吊车资料可知吊车额定起重量为10吨，小车重量为8.2吨，且吊车工作制为A5级，为轻级工作制，因此每个轮上的横向荷载标准值为：
1
(`)4
k H Q Q g ξ=+
由《建筑结构荷载规范》5.1.2之规定知ξ=0.12，
则：1
0.1210(108.2)10 5.464
k H kN =⨯⨯⨯+⨯=
则其设计值为： 1.4 1.4 5.467.64k H H kN ==⨯=
2.2 内力计算
由于本厂房有两台10t 吊车，设计时取最不利情况设计。

吊车最大轮压标准值及轮距如图所示。

吊车梁两端设计为铰接， L=7.5m 。

一台吊车的最大轮压标准值示意图
2.2.3 一台吊车荷载作用下的内力（2个轮子时）
一台吊车两个轮压时的计算简图
（1）吊车梁的最大弯矩及相应的剪力
2.max
292(3.750.8875)207.057.5c k M
kN m ωβ⎡⎤⨯⨯-=⨯=⋅⎢⎥⎦⎣
最大弯矩处的相应剪力值为：
392(3.75
0.8875)
72.337.5c k V k N ωβ⎡⨯⨯-⎤=⨯=⎢
⎥⎦
⎣
（2）吊车梁的最大剪力 .
m a x
3.951.0392 1.0392114
4.677.5c k i p V b p k
N l ⎡⎤
⎛⎫=∑++⨯⨯=⨯⨯+= ⎪⎢⎥⎦⎝⎭
⎣
（3）由水平荷载产生的最大弯矩和剪力
3207.05
4.4613
5.24 1.03ky M kN m ⨯=
=⋅⨯
3144.67
3.12135.24 1.03
ky H kN m ⨯==⋅⨯
2.2.4 两台吊车荷载作用下的内力（2个轮子时） （1）.max 168.2c k M kN m =⋅
.
m a x
48.45c k V k N
= （2）.max 94.76k V kN =
（3）3168.2
3.62135.24 1.03ky M kN m ⨯=
=⋅⨯
394.76
2.04135.241.03
ky H kN m ⨯=
=⋅⨯ 则根据以上吊车计算汇总所需内力表：
吊车计算汇总表
吊车台数 轮压数 .max k M
max M
.max
ky M .max
y M
,max k V max V ky H y H
一台
2
283.51 416.76 4.04 5.656 208.7 305.86 2.97 4.16 1
268.44
394.6
3.83
5.362
143.1
7
210.46 2.04 2.86
2.3 截面选择
取吊车梁为单轴对称工字型截面600300200816⨯⨯⨯⨯，如图：
吊车梁截面示意图
2.3.1毛截面特性
23001620016(60032)812544A mm =⨯+⨯+-⨯=
020*********(60032)(60032)8600/2
337.2512544
y mm ⨯⨯+⨯⨯-+-⨯⨯=
=
32323244
118(60032)(60032)8(600/2337.25)1212
1
3001630016(6008337.25.18)2001620016(337.258)12
78704.8910x I mm =
⨯⨯-+-⨯⨯-+⨯⨯+⨯⨯--+⨯⨯+⨯⨯-=⨯
233
830016(6008364.18)(60016337.25)21466.3410S mm =⨯⨯--+--⨯=⨯
4
33max 78704.89102995.410600337.25
x x I W mm y ⨯===⨯-
2.3.2 净截面特性
212544221.51611856n A mm =-⨯⨯=
()()()30021.52166008200168600328600/2322.4611856
no y mm -⨯⨯⨯-+⨯⨯+-⨯⨯=
=
32323264
1
(30021.52)16(30021.52)16(600812
1
322.46)8(60032)(60032)8(600/2322.46)12
1
2201620016(322.468)12
739.7910nx I mm =
-⨯⨯+-⨯⨯⨯--+⨯⨯-+-⨯⨯-+
⨯⨯+⨯⨯-=⨯ 633nx
739.79102815.56610mm W
⨯==⨯上600-337.25
633739.79102193.5910mm 337.25
nx
W
⨯==⨯下
上翼缘对y 轴的特性：
2300164800mm A =⨯=上
2
n 34442444
33
4
33
mm 1
1630036001012
360010221.516903042.72103042.7210202.851015036001024010150
y ny ny y A I mm I mm W mm W mm =⨯⨯=
⨯⨯=⨯=⨯-⨯⨯⨯=⨯⨯==⨯⨯==⨯上（300-21.52）16=4112 2.4 强度验算 2.4.1 正应力
按《钢结构设计规范》GB50017-2003中公式4.1.1计算上翼缘正应力，由于吊车梁要进行疲劳验算，所以x γ、y γ均取1.0，则：
66
2233
416.7610 5.65610175.90/215/2815.56610202.8510y x ny nx M M N mm N mm W W σ⨯⨯=+=+=<⨯⨯上 下翼缘应力：
622
3
416.7610189.99/215/2193.5910
x nx M N mm N mm W σ⨯===<⨯下
2.4.2 剪应力
按《钢结构设计规范》GB50017-2003中公式4.1.2计算，平板支座时：
3322max 4
305.86101466.341071.2/125/78704.89108
v x w V S N mm f N mm I t τ⋅⨯⨯⨯===<=⋅⨯⨯ 2.4.3 腹板的局部压应力
采用《钢结构设计手册》GB50017-2003中4.1.3之规定： 吊车轨道自重430N/m ，轨高140mm ，则：
52505162140410z y R l a h h mm =++=+⨯+⨯= 集中荷载增大系数 1.0ψ=，F=P=204.33kN
3
221.0204.331062.3/215/8410
c w z F
N mm f N mm t l ψσ⋅⨯⨯===<=⋅⨯
2.4.4 腹板计算高度边缘处的折算应力
根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中4.1.4规定：
262.3/c N mm σ=
6216
416.7610(60016322.46)147.33/739.7910nx M y N mm I σ⋅⨯⨯--===⨯ 32
max 4
305.861030016(6008337.25)59.39/78704.89108
w V S N mm I t τ⋅⨯⨯⨯⨯--===⋅⨯⨯ 由于c σ与σ同号，则1β取1.1。

则：
222222
2
2
13147.3362.3147.3362.3359.39164.29/ 1.1215/c c N mm f N mm
σσσστβ+-+=+-⨯+⨯=<=⨯
2.5 稳定性验算 2.5.1梁的整体稳定性
按《钢结构设计规范》GB50017-2003中4.2.1之规定有：
75002513300
l b ==≥，应计算梁的整体稳定性，
按《钢结构设计规范》GB50017-2003中4.2.1之规定有：
1111750016
0.67 2.0300600
l t b h ξ⋅⨯=
==<⋅⨯ ∴在集中荷载下
0.730.180.490.818b β=+⨯=
由《钢结构设计规范》GB50017-2003表B.1
3441344
24
144
121
16300360010121
162001066.6710123600100.770.83600101066.6710(21)0.8(20.771)0.80.432b b b I mm I mm I I I αηα=
⨯⨯=⨯=⨯⨯=⨯⨯===≤+⨯+⨯=-⨯=⨯-⨯= 对单轴对称工字型截面：加强受压翼缘
31244412221
(60032)812
3600101066.6710 2.641061.0112544
750061.01122.930.81843202351(
)4.4432012544600122.93160.8181(122.932995400y y b y b b b y x y
I I i A
mm
t A h W h f λβλϕβηλ++
⨯-⨯=
⨯⨯⨯+⨯====∴=∴⎡⎤⋅⋅=++⋅⎢⎥⎢⎥⎣⎦⨯⨯=⨯⨯⨯+，，整体稳定性2
235)0.4324.46002350.588 1.680.9870.6⎡⎤+⨯
⎢⎥⨯⎣⎦=⨯=>
'0.282
1.070.7840.987
b ϕ=-
= 则
66
3
322
416.7610 5.656100.7842995.41024010201.03/215/y x b x y M M W W N mm f N mm σϕ⨯⨯=+=+⋅⨯⨯⨯=<= ∴满足要求。

2.5.2 腹板的局部稳定性
根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中4.3.2之规定：
由于
(60032)
71808
w
h t -==＜，由于有局部压应力，故必须配置横向加劲
肋，且应在支座处配置支撑加劲肋。

根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中4.3.6之规定： 横向加劲肋应该在00.50.5(60032)284h mm =⨯-=
与022(60032)1136h mm =⨯-=之间设置，故取横向加劲肋间距500a mm =，横向加劲肋在腹板两侧成对称布置。

其外伸宽度0568404058.933030
s h b mm ≥+=+=，取80s b mm =，则腹板加劲肋厚度为 5.3315
s
s b t mm =
=。

取之为6mm 计算跨中处，吊车梁腹板计算高度边缘处的弯曲压应力为：
62
24
416.7610(600337.2516)130.66/78704.8910n M y N mm I σ⋅⨯⨯--∆===⨯ 腹板的平均剪应力：
3
2308.561067.31/(60032)8w w V N mm h t τ⨯===⋅-⨯
腹板边缘局部压应力：
3
221.0204.331062.29/215/8410c w z F N mm f N mm t l σψ⋅⨯⨯===<=⋅⨯
根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中4.3.3之规定：
○1 cr
σ的计算 由于
2
22(60016337.25)
2350.4030.851538153
215/c
w b y cr h t f f N mm λσ⨯--=
==<⨯∴== ○
2 cr τ的计算 0
5005680.88 1.0a
h ==<
02
2
568/8
1
235
414 5.34(
)
41 5.344(568/500)
0.5340.8
w
h t y
s h a
f λ=
=
⨯⨯+⨯⨯+⨯=<
2125/cr v f N mm τ== ○
3 .c cr σ的计算 由于00.5500/5680.86 1.5a h <==<，
03
3
235
2810.913.4(1.83)618
8
10.640.9
568
2810.913.4(1.83)
500
y w
h t c a h f λ=
+-=
⨯=<⨯+⨯-
2.215/c cr f N mm σ==
2
2
2
2
.130.6667.3162.29
0.949 1.021*******c cr cr c cr σστστσ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫++=++=< ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭
所以，局部稳定性满足要求。

2.6挠度验算
验算吊车梁的挠度应按最大一台吊车的荷载标准值计算，且不乘动力系数，则挠度为：
[]2625283.511075001010 2.06107870489009.8369.8360.001375001000kx x M l E I mm v l v l ν⋅⨯⨯==
⋅⨯⨯⨯=∴==<=
∴满足刚度要求。

2.7 支承加劲肋的验算
取支座加劲肋为29010mm -⨯，布置如下图：
支座加劲肋示意图
则支座加劲肋的端面承受压应力为：
3
22max 305.8610218/325/2(8010)10ce ce ce R N mm f N mm A σ⨯===<=⨯-⨯
稳定计算：
23344
4
0(4010120)828010296011
10(2808)(40120)8395.82101212395.821036.572960
56815.53
36.57z z z z z
A mm I mm I i mm
A h i λ=++⨯+⨯⨯==⨯⨯⨯++⨯+⨯=⨯⨯======
属于b 类截面，查表得0.983ϕ=，则支座加劲肋在腹板平面外的稳定性：
3
22max 305.8610105.11/215/0.9832960R N mm f N mm A σϕ⨯===<=⋅⨯
∴满足要求。

2.8 焊缝计算
2.8.1 上翼缘与腹板连接处的角焊缝设计
22
122334120.71305.861030016(6008337.25) 1.0204.331020.716078704.89104102.22f t w x z V S F h f I l mm ϕ⎛⎫⎛⎫⋅⋅=+ ⎪ ⎪⨯⨯⎝⎭⎝⎭⎛⎫⎛⎫⨯⨯⨯⨯--⨯⨯=+ ⎪ ⎪⨯⨯⨯⎝⎭⎝⎭
= 由于构造要求， 1.5 1.58 4.242f h t ≥=⨯= 故取6f h mm =。

2.8.2下翼缘与腹板连接处的连接角焊缝设计
13420.7290.661020016(365.188) 1.5620.716094156.113910f t w x V S h f I mm ⋅=
⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-==⨯⨯⨯⨯
根据构造要求取 6f h mm =。

2.8.3 支座加劲肋与腹板的焊缝
设 8f h mm =，则
3
max 305.8610 1.130.70.71604(5683016)
f t w w R h mm l n f ⨯===⨯⨯⨯⨯⨯⨯-- 根据构造要求取 8f h mm =。

2.9 疲劳验算
由于循环次数为5510⨯次，根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中6.1.1之规定，应进行疲劳验算。

○
1 最大弯矩（C 点截面）处下翼缘连接焊缝附近主体金属的疲劳应力幅 62max min 16283.5110/1.03(322.4616)114.02/739.7910
x nx M y N mm I σσσ⨯∆=-==⨯-=⨯ 按照规范要求，采用一台起重量最大吊车的荷载标准值，不计动力系数。

根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中附表E 之规定可知：
构件和连接类别分别为2类，再查表6.2.1可知：
1286110C =⨯ 4β= 则：
[][]114
122586110203.71/510C N mm n βσσσ⎛⎫⨯⎛⎫∆=== ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭
∆<∆ 所以满足要求。

○
2横向加劲肋下端部附近主体金属的疲劳应力幅 横向加劲肋下端部（离腹板下边缘60mm ）附近主体金属的疲劳应力幅：
6224283.5110/1.03(322.461660)91.69/739.7910
n M y N mm I σ⋅⨯⨯--∆===⨯ 查《钢结构设计规范》GB50017-2003中附表E 可知，构件和连接类别均为4类，查表6.2.1得：
122.1810C =⨯ 3β=
[]1
1312252.1810163.4/510c N mm n βσ⎛⎫⨯⎛⎫∆=== ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭ []σσ∆<∆，故满足要求。