施工现场井架的设计与计算.doc

施工现场井架的设计与计算井架的截面轮廓尺寸为1.602.00 米。主肢角钢用758；缀条腹杆用606。一、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。、吊篮起重量及自重：kq2=1.201000=1200kg、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=1200kg20 米以上部分的总自重为：nq1=20100=2000kg。、风荷载：w=w0k2kaf（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+），挡风系数=ac/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ac=0.0751.40(肢杆长度)2（肢杆数量）+0.062（横腹杆长度）+0.062.45（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=40.62.0=81.2m2（h 为井架高度，h 为井架厚度）。所以，=ac/af=15.3/81.2=0.19，h/b=2/1.6=1.25,由表2-68 查得=0.88。风振系数，按自振周期t 查出，t=0.01h=0.0140.6=0.406 秒，由表2-71查得=1.37。所以，当风向与井架平行时，风荷载：w=w0.kz.1.3（1+）. .af=251.351.30.19（1+0.88）1.3781.2=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:ac=0.0751.403+0.062sin450+0.061.6sin450+0.062.45sin450+0.062.13sin450 291.1=(0.0751.403+0.0620.70+0.061.60.70+0.062.450.70+0.062.130.70) 291.1=21.0m2井架受风轮廓面积af=（b1.4sin450+h1.4sin450）29=（1.601.40.70+2.01.40.70）29=102m2所以，=ac/af=21/102=0.206;h/b=2/1.6=1.25,由表2-68 查得=0.86。自振周期t=0.406 秒，由表2-71 查得=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=1.1。所以，w，=w0.kz.1.3(1+) . .af=251.351.30.206（1+0.86）1.11.37102=2590kg沿井架高度方向的平均风载：q，=2590/40.6=64kg/m、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=t1sin=1920sin440=19200.695=1340kg.水平分力：t1h=t1cos=1920cos440=19200.719=1380kg.、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1315mm 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=40.80（40.6/cos450）2/80.03(40.6/cos450)=740kg垂直分力:t2v=t2cosr=t2cos450=7400.707=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）。、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+g17.80/2/hsin450=19807.80+3003.90/40.60.707=576kg垂直分力：t3v=t3cosr=576cos450=408kg。水平分力：t3h=t3sinr=576sin450=408kg。、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=0.3756420=480kg，垂直分力t4v=t4h=480kg中间缆风处：水平分力t5h=1.25q，l=1.256420=1600kg垂直分力t5v=t5h=1600kg、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=16700.866=1450kg垂直分力：nv1=（n0-s1）sina=(3770-2100)sin300=16700.50=835kg 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、提升吊篮的引出索拉力s2 对井架的压力：nv3=s2=f0kq2=1.061.201000=1280kg二、内力计算:、轴力：、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、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、弯矩:.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=t4h12-1/2q, 122=48012-1/264-122=1150kg-mmd1=-0.125q, 202=-0.12564202=-3200kg-m、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-mnd2=（t1h-t3h）20-nh18+（t1v+t3v+nv1+nv2）2.55/2=(1380-408)20-14508+(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=18950kg-m井架d 截面的总弯矩：md=md1+md2=3200+13840=17040kg-m三、截面验算：、井架截面的力学性能：查型钢特性表得：主肢：758 a0=11.50cm2,4a0=46cm2,z0=2.15cm2,ix=iy=60cm4,imin=25.30cm4,rmin=1.48cm。缀条：606 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=4iy+a0（bz1/2-z0）2=460+11.50(160/2-2.15)2=279000cm4x-x 轴： ix=4ix+a0（bz2/2-z0）2=460+11.50(200/2-2.15)2=440000cm4y,-y,轴和x,-x,轴：i，y=i，x=ixcos2450+iysin2450=4400000.7072+2770000.7072=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。、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：o 截面：n0=9360kg、m0=18950kg-m.井架的长细比：y=l0/iy/4a0=4060/279000/46=51.8井架的换算长细比：0=2y+40.a/a1=51.82+4046/26.91=53.0相对偏心率：=m0/n0.a/w=1895000/936046/279000/160/2=2.68查钢结构设计规范附录表21，得稳定系数pg=0.257所以，0=n0/pga=9360/0.25746=792kg/cm2=1700kg/cm2d 截面：nd=11760kg,md=17040kg-m.0=53.0=md/nd.a/w=1704000/1176046/279000/160/2=1.89查得：pg=0.321所以，d=nd/pga=11760/0.32146=796kg/cm2iy,偏于安全，不再验算。、主肢角钢的稳定验算： o 截面的主肢角钢验算：n0=9360kg、m0=18950kg-m.主肢角钢的轴力：n=n0/4+m0/255=9360/4+1895000/255=2340+7420=9760kg已知主肢角钢的计算长度l0=1.40m。758 的rmin=1.48cm。=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=0.644。所以，=n/a0=9360/0.64411.50=1270kg/cm2、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。=0.644 所以，=n/a0=9620/0.64411.50=1300kg/cm2、缀条验算：o 截面的剪力：按钢结构设计规范第43 条：q=20a=2060=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+6412+1450-1380=1246kg取