大跨度中級吊車門式鋼架設(shè)計

劉洪強 張玉青 王寶燕

(1.煤炭工業(yè)濟南設(shè)計研究院有限公司，山東 濟南 250031；2.濟南國能環(huán)境工程有限公司，山東 濟南 250031)

大跨度中級吊車門式鋼架設(shè)計

劉洪強1張玉青2王寶燕1

(1.煤炭工業(yè)濟南設(shè)計研究院有限公司，山東 濟南 250031；2.濟南國能環(huán)境工程有限公司，山東 濟南 250031)

某工程火車翻車機房采用單品大跨度門式鋼架形式，且配備25/5 t中級吊車,為保障門式鋼架施工及使用安全，節(jié)約成本，結(jié)構(gòu)設(shè)計時采用雙截面H型鋼立柱，利用PKPM門式鋼架計算軟件驗算構(gòu)件強度，吊車荷載PKPM輸入時采用吊車荷載程序?qū)惴?此設(shè)計方法對類似工程設(shè)計具有一定的參考價值。

門式鋼架，中級吊車，大跨度，結(jié)構(gòu)設(shè)計

某工程火車翻車機房為火車翻車機系統(tǒng)的上部圍護(hù)結(jié)構(gòu)，跨度要求大；同時其中部需配備吊車，供設(shè)備安裝及平時設(shè)備維修時使用。為保障翻車機房在施工和使用安全的前提下，節(jié)約成本，深入研究其結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，合理進(jìn)行設(shè)計，具有非常重要的意義。

1 工程概況

某工程火車翻車機房基本工藝要求為：凈寬18.5 m，牛腿高9 798 mm，吊車采用橋式雙梁起重機，載重25/5 t。外墻采用100 mm厚巖棉加芯保溫板。其建筑圖如圖1所示。場區(qū)自然條件如表1所示。

表1 場區(qū)自然條件

抗震設(shè)防烈度/度地震加速度設(shè)計地震分組場地類別結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限安全等級抗震等級風(fēng)壓雪壓/kPa70.10g一Ⅲ類50二級二級0.45/0.3

2 PKPM結(jié)構(gòu)計算

2.1參數(shù)選取

1)柱、梁結(jié)構(gòu)的初步確定。

根據(jù)跨度、高度及荷載的不同，門式鋼架的梁、柱可采用變截面或等截面的實腹焊接工字形截面或軋制H形截面。設(shè)有橋式吊車時，柱宜采用等截面形式，但為節(jié)約成本，吊車梁牛腿上部柱可適當(dāng)減小截面寬度，形成雙截面柱。即牛腿以下柱采用LH700×350×12×18，高9.798 m；牛腿以上柱采用400×350×12×18，高4.5 m；梁采用LH600×250×10×14，坡度1∶15。

型鋼材料為Q235B鋼，焊條為E43系列焊條。

柱腳與基礎(chǔ)采用高強螺栓鉸接連接方式。

2)鋼架跨度18.5 m(柱外邊)。

3)柱軸壓對Y軸截面分類為b類；梁軸壓對Y軸截面分類為b類。

4)梁間恒載為0.8 kN/m2，跨度6 000 mm。梁間活載為0.5 kN/m2，跨度6 000 mm。

5)左風(fēng)輸入：地面粗糙度A類；迎風(fēng)寬度6 000 mm；基本風(fēng)壓0.45 kN/m2；調(diào)整系數(shù)1.05。右風(fēng)輸入：地面粗糙度A類；迎風(fēng)寬度6 000 mm；基本風(fēng)壓0.45 kN/m2；調(diào)整系數(shù)1.05。

6)檁條允許撓度1/150，柱頂水平位移允許：有吊車的H/400；無吊車的H/80。

受拉桿件允許長細(xì)比400，主要受壓桿件允許長細(xì)比150。

2.2模型建立與計算

1)模型建立。

根據(jù)上述參數(shù)，在PKPM門式鋼架計算軟件中建立模型，并輸入荷載，其中吊車荷載采用荷載程序?qū)惴ㄝ斎?，?dǎo)入后吊車對牛腿中心產(chǎn)生的荷載為：左柱橫向12.31 kN，豎向301.54 kN；右柱橫向12.31 kN，豎向67.28 kN。

2)構(gòu)件計算及其結(jié)果分析。

利用PKPM門式鋼架計算軟件，對上述已建模型進(jìn)行了計算，計算所得鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力比如圖2所示。

由于門式剛架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎剛度、抗扭剛度較小，結(jié)構(gòu)的整體剛度較弱，運輸和安裝過程中構(gòu)件很可能出現(xiàn)損傷，另外考慮到銹蝕對結(jié)構(gòu)構(gòu)件可能產(chǎn)生的削弱影響，設(shè)計時應(yīng)適當(dāng)提高構(gòu)件強度，柱、梁鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力比應(yīng)小于0.8。通過圖2可知，所選柱、梁均能滿足設(shè)計要求。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計說明

3.1鋼材

剛架梁、柱，屋面與墻面檁條及系桿均采用Q235B。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中第3.9.1條和3.9.2條規(guī)定,鋼結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)符合下列規(guī)定：1)鋼材的屈服強度實測值與抗拉強度實測值的比值不應(yīng)大于0.85；2)鋼材應(yīng)有明顯的屈服臺階，且伸長率不應(yīng)小于20%；3)鋼材應(yīng)有良好的焊接性和合格的沖擊韌性。

3.2構(gòu)件的連接

構(gòu)件的連接采用10.9級摩擦型連接高強度螺栓，連接接觸面的處理采用噴砂除銹。

高強螺栓施工應(yīng)符合下列要求：1)采用高強螺栓連接的構(gòu)件貼合面上嚴(yán)禁有電焊、氣割濺點、毛刺飛邊、塵土及油漆等不潔物質(zhì)；2)在螺栓上下接觸面處如有1/20以上斜度時應(yīng)采用墊圈墊平；3)安裝前將螺栓，螺母和墊圈進(jìn)行配套，并在螺母里涂抹少許礦物油，以減少摩擦力，但切忌沾在螺桿上，以免滲入母材接觸面，并注意勿使螺栓頭，墊圈及母材接觸面有油污；4)高強螺栓孔必須是鉆成的或沖成較小孔徑，然后擴鉆，孔邊應(yīng)無飛邊、毛刺。

3.3焊接要求

焊條為E43系列焊條；未注明的角焊縫最小焊腳尺寸為6 mm，一律滿焊；對接焊縫的焊縫質(zhì)量不低于二級。

3.4柱腳保護(hù)

柱安裝完畢后，從柱底至0.15 m用C30混凝土包住柱腳，混凝土外包層厚180 mm(其表面應(yīng)采用耐腐蝕材料進(jìn)行防護(hù))。

3.5鋼構(gòu)件噴漆

表2 除銹要求

漆層要求如表2所示。鋼構(gòu)件噴漆前應(yīng)先除銹，采用噴砂除銹，除銹等級為Sa2 1/2。

4 結(jié)語

1)門式鋼架柱選擇時采用了雙截面H型鋼立柱，在滿足安全性能的前提下，降低了成本。

2)利用了PKPM門式鋼架計算軟件對門式鋼架構(gòu)件強度，進(jìn)行了驗算，且采用吊車荷載程序?qū)惴ㄟM(jìn)行了吊車荷載的輸入，保證了結(jié)構(gòu)計算的準(zhǔn)確性。

3)某工程火車翻車機房通過合理計算，順利完成設(shè)計，并進(jìn)行了施工，在試運行階段，構(gòu)件變形量等各項指標(biāo)均滿足相關(guān)規(guī)范要求，證明了設(shè)計的合理性。

[1] GB 50017—2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[2] GB 50009—2012,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[3] CECS 102:2002，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(2012版)[S].

[4] JGJ 82—2011,鋼結(jié)構(gòu)高強度螺栓連接的設(shè)計施工及驗收規(guī)范[S].

[5] GB 50011—2010,建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[6] GB 8923—88,涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級[S].

Portalframedesignoflarge-spanintermediatecrane

LiuHongqiang1ZhangYuqing2WangBaoyan1

(1.CoalMineIndustryJinanDesignAcademyCo.,Ltd,Jinan250031,China;2.JinanNationalEnergyEnvironmentEngineeringCo.,Ltd,Jinan250031,China)

The single large-span portal frame style is adopted in the engineering train dumper room, which is equipped wit 25/5 t intermediate crane. In order to guarantee the portal frame construction and using security and save cost, it adopts double-section H-style steel upright in the structural design, calculates the establishment strength by using PKPM portal frame; In addition, the crane loading program algorithm method is applied in the crane load PKPM input. The above-mentioned design method has certain reference value for similar engineering design.

portal frame, intermediate crane, large span, structural design

TU318

A

1009-6825(2017)26-0043-02

2017-07-08

劉洪強(1985- )，男，碩士，工程師