擦窗机轮压计算

高层建筑擦窗机轨道基础的设计计算

隧道网 (2007-5-5) 来源：中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院

擦窗机作为一种常没高空作业载人设备，其安全性和可靠性要求非常高，各个部件都必须具有足够的强度和承载力。本文针对轨道基础的设计进行了分析和计算，供同行参考。

1 水平轨道式擦窗机轨道基础

水平轨道式擦窗机工作简图如图1所示，其轨道(一般为工字钢或H型钢)在屋顶水平布置，擦窗机通过电机驱动在轨道上行走。

预埋件将设备载荷传递到屋顶结构上，其承载能力是擦窗机安全使用的一个非常重要的影响因素。在正常工作状态下，按照国标GBl9154-2003《擦窗机》的要求，整机最大倾覆力矩比设备自身的抗倾覆力矩小，机器不会有倾翻趋势，轨道只承受压力。但在极特殊情况下(如突然强阵风、吊篮在上升过程中碰撞建筑物等)，有可能使设备的瞬间倾覆力矩超过其自身的抗倾覆力矩，因此需要在机器的行走轮上设置防倾翻装置，该装置应能可靠地钩住轨道。在这种情况下，轨道需要承受拉力，传递到预埋件上，就是向上的拉拔力。

(1)轨道预埋件的埋设间距。轨道与预埋件一般是焊接或采用压板连接，可近似地视为固接。根据擦窗机设计标准，在最大载荷作用下，轨道2个支承点之间的最大挠度不应超过其跨距的1/250。按照这个要求，已知最大轮压(或根据同类设备类比)，就可以计算出预埋件的埋设间距。

(2)正常工作状况预埋件受力分析。由于轨道与预埋件是固接，在正常工作状态下，当擦窗机行走轮在2个预埋件中间时(即行走轮不落在预埋件上方)，预埋件不仅承受固端反力，还承受设备对轨道压力在承点产生的固端反力矩(如图2所示)，因此预埋件承受的是压弯载荷。根据

GB50010-2002《混凝土结构设计规范》，应当按照式(1)计算预埋件的承载力。

式中As——钢筋锚筋的总截面面积；

N——预埋件承受的正压力，取正值；

M——预埋件承受的弯矩，取正值；

z——平行弯矩方向外层锚筋之间的距离；

αr——锚筋层数影响系数，2层时取1，3层取0.9，超过3层取0.85；

αb——锚板弯曲变形折减系数。

式(1)中，压力N和弯矩M根据固支梁的反力计算方法算得并取各工况下的最大值。

αb=0.6+0.25t/d

式中t——锚板厚度；

d——锚筋直径。

当垂直受拉传力板方向的锚筋间距或该间距减去受拉传力板的加筋板(或工字钢翼缘板)宽

度的差值不大于5倍的锚板厚度，或采取其它措施防止锚板弯曲变形等情况取αb =1。

锚筋的受剪承载力系数αv按下式计算：

对于钢筋锚筋，αb =4(1-0.02d)√f c/ f y，当αb≥0.7时，取αv=0.7。

式中f c——锚筋的抗拉强度许用值，MPa；

f y——混凝土的抗压强度许用值，MPa。

(3)非正常工作状况预埋件受力分析。在这种工况下，轨道有可能要承受向上的拉力(见图3)。

由于轨道是依靠其翼缘产生对设备的拉力，在该载荷的反作用下，轨道不仅承受拉力，还有固端反力矩M，和拉力偏心作用产生的附加弯矩％。因此，在该工况下轨道载荷传递到预埋件的是拉拔力和双向弯矩，应按公式(2)计算预埋件受力。

因为弯矩M1和心与拉力N存在一定的比例关系，根据式(2)就呵以计算出预埋件最大能承受的拉拔力。在保证轨道强度和连接强度的情况下，该拉拔力是设备抗倾覆力矩的补充。

图1 擦窗机工作简图

图2 正常工作状况下预埋件受力图

图3 非正常工作状况下预埋件受力图

2 附墙轨道式擦窗机轨道基础

附墙轨道式擦窗机轨道一般沿女儿墙上下布置，整机重量及载荷由单根轨道承受(见图4)。其轨道预埋件受力较复杂，承受的载荷主要有：

(1)轨道承受的设备自重及外载传递到预埋件上的剪力V；

(2)设备抗倾覆所产生的轨道侧导向载荷传递到预埋件上的拉力N；

(3)轨道压力和侧导向力转化到预埋件中心所产生的弯矩M；

(4)由于轨道与牛腿固接所产生的固端反力矩传递到预埋件上的扭矩T。

在N、V、M作用下，受拉剪弯预埋件直锚筋的总截面面积As应满足式(3)。

式中各参数含义同前。

公式(3)可变换成下列形式：

式中V u1——单根直锚筋的抗剪强度；

n——预埋件锚筋总根数。

当预埋件同时承受拉、剪、弯、扭载荷时，应按照下述方法计算预埋件的受力(见图5)。

图4 附墙轨道安装及受力分析图

图5 附墙预埋件受力分析

在扭矩作用下，直锚筋的受剪承载力按照下列公式计算：

式中V1——扭矩作用下受力最大锚筋的剪力；

R1x,R1y——受力最大锚筋在扭矩作用下在以锚筋总截面形心为原点的直角坐标轴上的剪力

分力；

r i——任意i锚筋至总截面形心的距离；

r1——受力最大锚筋至总截面形心的距离，即t的最大值；

x i，y i——相应于n的直角坐标值。

将式(5)计算得到的V，叠加到式(4)中的

式(4)可变换成

因为附墙轨道式擦窗机所有载荷要依靠预埋件来承受，相对来说其预埋件受力要比水平轨道大得多，工况更恶劣，安全性要求更高。又由于一般女儿墙厚度较小，很难完全满足预埋件埋设要求，因此对于附墙轨道式擦窗机的设计，必须详细计算轨道及其基础的承载能力，保证设备的安全使用。

吴安，曹恩钦

(中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院，河北廊坊065000)

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