吊车荷载的结构分析

1、带吊车荷载作用的结构设计带吊车的结构大多是工业厂房的排架结构，近来也多用于多层工业厂房的框架结构，所以这种可移动荷载的空间整体分析，越来越重要。目前有这种功能的计算软件很少，PKPM软件首先在TAT和SATWE中实现了吊车荷载的空间计算，这为结构设计提供了更先进的设计工具。一. 吊车荷载的定义方式11软件操作方式(1) TAT由TAT“数据检查和图形检查”进入“特姝荷载查看和定义”再进入“吊车荷载”，则右上角菜单如下：吊车荷载查看定义删除说明返回当选择“定义”项时，屏幕上弹出如下对话框:吊车荷载定义对话框图输入完相应的参数后，选择“确定”，则屏幕在下方提示：请用光标指定吊车在左(上轨道的两端点

2、当选择完一根直线上的两点后，屏幕在下方又提示:请用光标指定吊车在右（下轨道的两端点当选择完第二条轨道的两端点后，这组吊车荷载就定义完毕了，如再选择定义项，则进入下一组吊车的定义。吊车荷载定义后，可以选择“查看”项，来标出各吊车荷载参数，可以选择“删除”项来删除某组吊车荷载的定义，此时屏幕下方提示：请用光标选择吊车任一轨道的一个端节点选中轨道的端点后，该组吊车定义被删除。（2）SATWE由SATWE“接PM生成SATWE数据”进入“特殊构件补充定义”再进入“吊车荷载”,则右上角菜单如下：吊车吊车参数吊车布置吊车删除局部放人回前菜单首先应选择“吊车参数”，此时屏幕上弹出如卜交互界面:输入完相应的第

3、1组吊车参数后，还可以继续定义第2组、第3组吊车荷载参数，直至所有的吊车组数都定义完毕。选择''确定”，然后选择“吊车布置”右上角出现吊车组数的选择，如选择第1组吊车,则屏幕在下方提示：请用光标指定吊车在左（上）轨道的两端点当选择完一根直线上的两点后，屏幕在下方又提示：请用光标指定吊车在右（下）轨道的两端点当选择完第二条轨道的两端点后,这组吊车荷载就定义完毕了，还可以选择其它组吊车,则进入下一组吊车的定义。选择“吊车删除”项来删除某组吊车荷载的定义，此时屏幕下方提示：请用光标选择吊车任一轨道的一个端节点选中轨道的端点或吊车轨迹后，该组吊车定义被删除。1.2吊车荷载说明在TAT和

4、SATWE的吊车荷载计算中，没有考虑吊车荷载对吊车梁的影响，即没有按照影响线的方式考虑吊车梁，吊车梁应采用其它软件专门分析。所以TAT和SATWE所分析的吊车荷载适用除吊车梁以外的其余构件。软件要求根据吊车的形式，如对各种轨道、轮压点的吊车，给出最人轮压反力（或作用）及最小轮压反力（及作用），不论该吊车运行轨道上有几部吊车，均按这个方式给出。在一对轨道内的吊车荷载称为第1组吊车荷载（不论该对轨道内有几部吊车），第二对吊车轨道则可以定义第2组吊车荷载等等。纵上所述，吊车的论压荷载是一个综合的作用反力，它是需要通过对吊车梁、柱的影响线分析才能得到的。也可以在一些设计手册中查找。吊车水平刹车力作用在

5、上层的柱中间。二、吊车荷载的计算模型由于吊车荷载作用在吊车柱的牛腿上，所以在牛腿处应该设置一个标准楼层，并且在沿吊车运行轨迹方向应定义框架梁，如吊车柱在吊车运行轨迹方向没有框架梁，也应把吊车梁作为两端较接梁输入，吊车荷载的移动顺序是通过轨迹上的梁所确定的，这是吊车运行轨迹方向必须布置梁的原因。2.1吊车荷裁的计算吊车荷载的作用点就是与吊车轨道平行的柱列各节点，它是根据吊车轨迹由程序自动求出。在TAT、SATWE软件中选择“吊车荷载计算”，则对吊车荷载作如下计算：（1）程序沿吊车轨迹自动对每跨加载吊车作用；（2）求出每组吊车的加载作用节点：（3）对每对节点作用4组外力，分别为：a.左点最大轮压、

6、右点最小轮压；b.右点最大轮压、左点最小轮压；c.左、右点正横向水平刹车力；d.左、右点正纵向水平刹车力；（4）对每组吊车的每次加载，求每根杆件的内力；（5）分别按轮压力和刹车力，求每根柱的预组合力，预组合力的目标为：最大轴力、最大弯矩等。2.2合理的计算模型在吊车荷载作用的有牛腿的楼层应一般没有楼板，所以应考虑该层的节点为“弹性节点”即不受刚性楼板假定的制约。即使是多层工业厂房，在吊车柱的外边有楼板，也要按“弹性楼板”考虑，或者不考虑楼板的存在和作用，这样可以比较安全地求出水平刹车力对上下梁的影响。当吊车柱之间设有交叉支撑时，必须考虑支撑的作用，在吊车柱的设计中，可适当减少吊车柱在支撑布置方

7、向的长度系数。注意：当这种结构产生了多个“弹性节点”后，地震振型数就要增加。振型分析也应该采用“总刚模型”。三、吊车作用效应的预组合吊车荷载作为移动荷载，在每一点作用后，对某一根柱均会产生影响，这就产生了这种移动荷载作用的多个反映值，怎样在设计中反映这种移动荷载的现象，预组合不失为一种有效的方法。目前软件对吊车柱考虑预组合，对梁则找出内力包络。3.1预组合目标吊车柱预组合目标共14项：(1)Vxmax、(2)Vymax>(3)+Mxmax、(4)-Mxmax、(5)+Mvmax>(6)-Mymax、(7)Nniax,+Mxinax>(8)Nmax,-Mxmax、(9)Nmax

8、.+Myinax.(10)Nmax,-Mymax(11)Nniin.+Mxmax(12)Nniui,-Mxinax(13)Nmin,+Mymax、(14)Nmia-Mymax其中：Vx,vmax表示X、Y剪力最人时的吊车柱的内力项；+Mx,yniax表示X、Y弯矩最人时的吊车柱的内力项；-Mx,ymax表示X、Y弯矩最小时的吊车柱的内力项；Nmax表示轴力最人时的吊车柱的内力项；Ninin表示轴力最小时的吊车柱的内力项。吊车荷载作用下梁的预组合目标为：(1)+MmaxT、(2)-Mmax/T、(3)-VmaxN其中：-MniaxT一一表示最人负弯矩与扭矩的组合项；+MiiiaxT一一表示最正负

9、弯矩与扭矩的组合项；-VniaxN表示最人剪力与轴力拉力的组合项。3.2预组合方式吊车柱预组合分别有“只考虑轮压的预组合力”和''考虑轮压加刹车的预组合力”。预组合1一一是吊车的“轮压+刹车”内力组合；预组合2一是吊车的“轮压”内力组合。梁预组合也按照“只考虑轮压的预组合力”和“考虑轮压加刹车的预组合力”这两种情况搜索出梁的包络内力，即为：预组合1一一轮压+刹车包络内力；预组合2一轮压包络内力。软件在整个移动荷载作用的过程中，按照上述预组合14个工况受搜索出个工况的预组合内力，如下图所示为吊车柱的预组合内力图之一：吊车柱预组合内力之一Vymax工况图梁包络内力输出为：M-LM-

10、l,M-2,M-3,M-4,M-5,M-6,M-7,M-JV-I,V-l,V2,V3,V-4,V-5,V6V-7,V-J其中:M-LMJ一一为梁两端包络弯矩；V-LV-J为梁两端包络剪力；M-1-M-7为梁跨中包络弯矩;V-1V7为梁跨中包络剪力。四. 预组合内力与其它荷载的组合配筋4.1荷载组合原则承载能力极限状态设计荷载效应组合活载控制的组合按建筑结构荷载规范的第3.23-1条：恒载控制的组合按建筑结构荷载规范的第3.23-2条。恒载的分项系数当不利时取1.2,有利时取1.0,倾覆、滑移验算取0.9：活荷载和风荷载的分项系数取1.4；活荷载和风荷载的组合系数分别取0.7和0.6。地震荷载的

11、组合按建筑抗震设计规范的第5.4.1条。正常使用极限状态设计荷载效应组合标准组合（短期效应组合）按建筑结构荷载规范的第3.2.8条：准永久组合（长期效应组合）按建筑结构荷载规范的第3.2.10条。需要强调的是新规范版本在地基承载力计算时，要采用上部荷载的标准组合式。4.2分项系数和组合系数软件内力组合采用以下原则：1.35恒载+WlYl活载Yg恒载+Yl活载1.0恒载+Yl活载当有风力作用时：Yg恒载±Yw风力1.0恒载土Yw风力Yg恒载+Yl活载土叭vYw风力1.0恒载+Yl活载土巾vYv风力Yg恒载+巾lYl活载土Yw风力1.0恒载+WlYl活载±Yw风力其中：Yl、Y

12、w为活荷载、风荷载的分项系数，隐含为规范取值，可由用户输入:“L、巾w为活荷载、风荷载的组合值系数，隐含为规范值，可由用户输入。当有地震力作用时：对多层结构：1.2（恒载+Yeg活载）±Yeb水平地震作用土Yev竖向地震作用1.0（恒载+丫凸活载）±Yrh水平地震作用±Yev竖向地震作用对高层结构：1.2（恒载+丫凸活载）±0.2丫寂风力土丫班水平地震作用土Yev竖向地震作用1.0（恒载+Yeg活载）±0.2丫寂风力土丫班水平地震作用土Yev竖向地震作用其中：YEG为可变荷载的组合值系数，隐含为规范取值，可由用户输入；YEh、Yev为水平地震作

13、用分项系数和竖向地震作用分项系数，隐含为规范取值,口I由用户输入。在遇到水平风力和地震力时，要考虑两个相互垂直方向的作用。由以上原则，并根据多层、高层结构的区别，计算出标准内力的组合数。在实际组合时，考虑有利、不利的原则，以及工程设计经验，排列出以下组合数：1. 考虑恒、活组合，有3组；2. 考虑恒、活、风组合，有24组；3. 考虑恒、活、风、水平地震，有16组，当考虑竖向地震时，组合数为18。当考虑梁活荷载不利布置时，对梁则以上组合数乘以3；当考虑偶然偏心时，以上有水平地震参与的组合数乘以3。4.3偶然偏心、活载不利布置和其它可变荷载的内力组合当结构地震力分析考虑偶然偏心时，按上节的地震作用

14、的组合原则分别对地震作用进行+5%和-5%的偶然偏心地震力的组合。当结构考虑活荷载不利布置，就产生了3项活荷载内力，即活1:全楼一次性加载的弯矩、剪力；活2：不利布置的负弯矩，剪力包络；活3不利布置的正弯矩、剪力包络。在进行上节的内力组合时，对梁可以得到不利分布的“活2”、“活3”，再加上一次性加荷计算的“活1”，一共3种活荷工况，按上面的组合原则分别对这3种活荷載进行组合,取出正负弯矩包络图并计算配筋。当结构考虑温度应力作用计算时，温度应力作为可变荷载的一种类型，按上节的组合原则分别对温度应力作用进行+温度效应和温度效应组合。4.4吊车荷载的组合方式当结构考虑吊车计算时，吊车荷载作为可变荷载

15、的一种类型，按上节的组合原则对吊车荷载作用进行相应组合。在有活荷载参与的组合中，把楼面的竖向作用活荷载产生的内力与各个吊车荷载预组合内力叠加，产生新的活荷载，再与恒载、地震力组合，产生组合设计内力，对构件进行配筋、验算等操作。吊车荷载的组合系数与楼面竖向活荷载一样，即为：Yl。五、吊车荷载结构的设计注意事项TAT、SATWE可以分析带吊车的结构。但有以下几个问题：(1) 地震分析时，没有计入吊车的桥架重和吊重；(2) 没有考虑吊车梁的作用；(3) 吊车柱的配筋，没有考虑排架的长度系数。因为吊车的桥架重和吊重是移动荷裁，所以很难确定质量的位置，在地震分析中这部分的质童没有计入，则计算地震作用局部算小了，可以通过地震作用放大来弥补这个问题。对于吊车梁，当排架中间有框架梁，则应输入该框架梁，否则应把吊车梁按两端较接梁定义、输入。在用TAT、SATWE分析时，排架柱之间必须要有