井架计算书机方案

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案

设计人：                                    

审  核：                                    

审  批：                                    

日  期：                                    

海南省建筑工程总公司

儋州市军休干部活动中心(那大镇社区服务中心)工程

井架设计施工计算书

井架的截面轮廓尺寸为1.60×2.00米。主肢角钢用L75×8；缀条腹杆用L60×6。

1、荷载计算：

为简化计算，假定在荷载作用下只考虑顶端一道缆风绳起作用，只有在风荷载作用下才考虑上下两道缆风绳同时起作用。

①吊篮起重量及自重：

KQ2=1.20×1000=1200kg

②井架自重：

参考表2-67，q2=0.10t/m，28米以上部分的总自重为：

Nq2=（40-28）×100=1200kg

20米以上部分的总自重为：

Nq1=20×100=2000kg。

③风荷载：

W=W0K2KβAF（kg/m2）   式中

基本风压W0=25kg/m2。

风压高度变化系数KZ=1.35（风压沿高度是变化的，现按均布计算，风压高度变化系数取平均值）；

风载体型系数K，根据《工业与民用建筑结构荷载规范》表12，K=Kp（1+n）=1.3（1+η），挡风系数φ=ΣAc/AF （Ac为杆件投影面积；AF为轮廓面积）。当风向与井架平行时，井架受风的投影面积ΣAc=[0.075×1.40(肢杆长度) ×2（肢杆数量）+0.06×2（横腹杆长度）+0.06×2.45（斜腹杆长度）]×29（井架为29节）×1.1（由节点引起的面积增值）=15.13m2，井架受风轮廓面积AF=Hh=40.6×2.0=81.2m2（H为井架高度，h为井架厚度）。所以，ω=ΣAc/AF=15.3/81.2=0.19，h/b=2/1.6=1.25,由表2-68查得η=0.88。

风振系数β，按自振周期T查出，T=0.01H=0.01×40.6=0.406

秒，由表2-71查得β=1.37。

所以，当风向与井架平行时，风荷载：

W=W0.KZ.1.3ω（1+η）. β.AF=25×1.35×1.3×0.19×（1+0.88）×1.37×81.2=1740kg

沿井架高度方向的平均风载：

q=1740/40.6=43kg/m

当风向沿井架对角线方向吹时，井架受风的投影面积:

ΣAc=[0.075×1.40×3+0.06×2×sin450+0.06×1.6×sin450+

0.06×2.45×sin450+0.06×2.13×sin450] ×29×1.1

=(0.075×1.40×3+0.06×2×0.70+0.06×1.6×0.70+0.06×

2.45×0.70+0.06×2.13×0.70) ×29×1.1=21.0m2

井架受风轮廓面积AF=（b×1.4×sin450+h×1.4×sin450）×29

=（1.60×1.4×0.70+2.0×1.4×0.70）×29=102m2

   所以，ω=ΣAc/AF=21/102=0.206;h/b=2/1.6=1.25,由表2-68查得η=0.86。自振周期T=0.406秒，由表2-71查得β=1.37。

   计算荷载时，根据《工业与民用建筑结构荷载规范》表12，当风从对角线方向吹来时，对单肢杆件的钢塔架要乘系数ψ=1.1。

     所以，W，=W0.Kz.1.3ω(1+η) ψ. β.AF

         =25×1.35×1.3×0.206（1+0.86）×1.1×1.37×102

         =2590kg

沿井架高度方向的平均风载：

                         q，=2590/40.6=kg/m

A、变幅滑轮组张T1及其产生的垂直和水平分力：

前面已算出：T1=1920kg。

垂直分力：T1v=T1sinβ=1920×sin440=1920×0.695=1340kg.

水平分力：T1H=T1cosβ=1920×cos440=1920×0.719=1380kg.

        B、缆风绳自重T2及其产生的垂直和水平分力：

T2=n.qL2/8f

式中:n---缆风绳根数，一般为4根；

q---缆风绳自重，当直径为13—15mm时，q=0.80kg/m；

L---缆风绳长度（L=H/cosr,H---井架高度，r---缆风绳与井架夹角）

f---缆风绳垂度，一般控制f=L/300左右。

所以，T2=n.qL2/8f=4×0.80×（40.6/cos450）2/8×0.03(40.6/cos450) =740kg

垂直分力:T2v=T2cosr=T2cos450=740×0.707=520kg。

水平分力：T2H=0（对井架来说，4根缆风绳的水平分力相互抵消）。

C、起重时缆风绳的张力T3及其产生的垂直和水平分力:

起重时只考虑顶端一道缆风绳起作用，在起重时缆风绳的张力：

T3=K(Q1+q) ×7.80+G1×7.80/2/Hsin450

=1980×7.80+300×3.90/40.6×0.707

=576kg

    垂直分力：T3v=T3cosr=576×COS450=408kg。

水平分力：T3H=T3sinr=576×sin450=408kg。

D、风荷载作用下，缆风绳张力产生的垂直和水平分力：

在风荷载作用下，考虑井架顶部及20.60米处上、下两道缆风绳皆起作用，故整个井架可近似按两等跨连续梁计算。

顶端缆风处：水平分力   T4H=0.375q,L=0.375××20=480kg，

            垂直分力   T4v=T4H=480kg

中间缆风处：水平分力   T5H=1.25q，L=1.25××20=1600kg

      垂直分力   T5v=T5H=1600kg

E、摇臂杆轴力N0及起重滑轮组引出索拉力S1对井架引起的垂直和水平分力：

水平分力：NH1=（N0-S1）cosa=(3770-2100)cos300=1670×0.866=1450kg

垂直分力：Nv1=（N0-S1）sina=(3770-2100)sin300=1670×0.50=835kg

F、起重滑轮组引出索拉力S1经导向滑轮后对井架的垂直压力：

Nv2=S1=2100kg

G、提升吊篮的引出索拉力S2对井架的压力：

                 Nv3=S2=f0KQ2=1.06×1.20×1000=1280kg

2、内力计算:

①轴力：

㈠、O截面（摇臂杆支座处）井架的轴力

N0=KQ2+Nq2+T1v+T2v+T3v+T4v+Nv1+Nv2+Nv3

  =1200+1200+1340+520+408+480+835+2100+1280

  =9360kg

㈡、D截面（第一道缆风处）井架的轴力

        ND=KQ2+Nq1+T1v+T2v+T3v+ T4v+ T5v+Nv1+Nv2+Nv3

  =1200+2000+1340+520+408+480+1600+835+2100+1280

  =11760kg

②弯矩:

㈠、风载对井架引起的弯矩:

考虑上、下两道缆风绳同时起作用，因而近似的按两跨连续梁计算（忽略上、下缆风绳支点处位移不同的影响）。

M01=T4H×12-1/2q, ×122

   =480×12-1/2×-122

   =1150kg-m

MD1=-0.125×q, ×202

   =-0.125××202

   =-3200kg-m

㈡、起重荷载引起的水平分力对井架产生的弯矩:

    此时只考虑顶端的缆风绳起作用。

  M02=（T1H-T3H）×12+（T1v+T3v+Nv1+NV2）×2.55/2

    =(1380-408)×12+(1340+408+835+2100)×1.28       

=11800+6000

    =17800kg-m

  ND2=（T1H-T3H）×20-NH1×8+（T1v+T3V+Nv1+Nv2）×2.55/2

    =(1380-408)×20-1450×8+(1340+408+835+2100)×1.28

    =19440-11600+6000

    =13840kg-m

所以，井架O截面的总弯矩：M0=M01+M02=1150+17800=150kg-m

      井架D截面的总弯矩：MD=MD1+MD2=3200+13840=17040kg-m

3截面验算：

㈠井架截面的力学性能：

查型钢特性表得：

主肢：∟75×8   A0=11.50cm2,4A0=46cm2,Z0=2.15cm2,Ix=Iy=60cm4,

Imin=25.30cm4,rmin=1.48cm。

缀条：∟60×6   A0=6.91cm2,Ix=23.30cm4, Z0=1.70cm2,rx=1.84cm,

Imin=9.76cm4,rmin=1.19cm。

   井架的总惯矩：

y-y轴：

           Iy=4[Iy+A0（Bz1/2-Z0）2]

             =4[60+11.50(160/2-2.15)2]

             =279000cm4

    X-X轴： Ix=4[Ix+A0（Bz2/2-Z0）2]

              =4[60+11.50(200/2-2.15)2]

=440000cm4

    y,-y,轴和x,-x,轴：

                   I，y=I，x=Ix×cos2450+Iy×sin2450

=440000×0.7072+277000×0.7072

=221000+140000

=361000cm4

井架的总惯矩以Iy=279000cm4最小，截面验算应采用Iy进行验算。

㈡井架的整体稳定验算：（计算轴力、弯矩时，风荷载是按井架对角线方向考虑的，故偏于安全）。

井架的整体稳定验算，按格构式构件偏心受压计算：

①、O截面：N0=9360kg、M0=150kg-m.

井架的长细比：λy=L0/√Iy/4A0=4060/√279000/46=51.8

井架的换算长细比：λ0=√λ2y+40.A/A1=√51.82+40×46/2×6.91

                            =53.0

相对偏心率：ε=M0/N0.A/W=15000/9360×46/279000/160/2=2.68

查《钢结构设计规范》附录表21，得稳定系数ωpg=0.257

所以，σ0=N0/ωpgA=9360/0.257×46=792kg/cm2<[σ]=1700kg/cm2

②、D截面：ND=11760kg,MD=17040kg-m.

           λ0=53.0

           ε=MD/ND.A/W=1704000/11760×46/279000/160/2=1.

查得：ωpg=0.321

所以，σD=ND/ωpgA=11760/0.321×46=796kg/cm2<[σ]=1700kg/cm2

     沿井架对角线方向，由于I，x=I，y>Iy,偏于安全，不再验算。

㈢、主肢角钢的稳定验算：

1．O截面的主肢角钢验算：N0=9360kg、M0=150kg-m.

           主肢角钢的轴力：N=N0/4+M0/255

                           =9360/4+15000/255

                           =2340+7420

                           =9760kg

已知主肢角钢的计算长度L0=1.40m。∟75×8的rmin=1.48cm。

λ=L0/rmin=140/1.48=94。

 由《钢结构设计规范》附录四附表16查得稳定系数ω=0.4。

所以，σ=N/ωA0=9360/0.4×11.50=1270kg/cm2<[σ]

②、D截面的主肢角钢验算：

   ND=11760kg、MD=17040kg-m。

  主肢角钢的轴力：N=ND/4+ND/255=11760/4+1704000/255

                   =2940+6680=9620kg。

ω=0.4   所以，σ=N/ωA0=9620/0.4×11.50=1300kg/cm2<[σ]

③、缀条验算：

O截面的剪力：按《钢结构设计规范》第43条：Q=20A=20×60=920kg。

按内力分析：考虑两道缆风绳均起作用，所以，

Q=T3H+q,×12+NH1-T1H

             =408+×12+1450-1380

             =1246kg

  取计算剪力为Q=1246kg。

缀条的内力：N=Q/2cosa=1246/2×200/245=763kg

        缀条的计算长度L0=245cm，rmin=1.19。

所以，计算长度λ=L0/rmin=245/1.19=206

         查得稳定系数ω=0.170，所以，

 σ=N/ωA=763/0.170×6.91=5kg/cm2<[σ]，满足要求。

3、结论：

通过上述截面验算知道，本工程选用的厦门市***机械有限公司制造的型号为SSD60的井架提升机，在上述荷载作用下是安全的。