大跨度吊车厂房计算书修订版

厂房设计参数：

厂房跨度37m

柱子间距排架柱间距为12m（每6m设置墙架柱），山墙抗风柱间距为6m

屋架间距6m（设置跨度为12m的托架）

屋面结构采用1.5mx6m的预应力钢筋混凝土大型屋面板（无楝体系）

上层吊车设有两台Q=2OOt30tA8级工作制吊车

上策吊车轨rWj25.94m

下层吊车设有两台Q=75t/20tA8级工作制吊车

下层吊车轨高16.98m

基本风压O.5kN/m2

基本雪压O.5kN/〃『

使用钢材除吊车梁采用Q345钢外，其他构件均为Q235钢

墙面材料采用1.5mx6mx0.24m的太空板

1、刚接排架计算

1.1排架的结构形式及竖向布置

排架的结构形式及竖向布置，如图1・1所示。

a)

+31.490+31.490

善

+25.9402001/301AS+23.88Q

♦16,980>15,280

D口

-1.60

500

1.2柱截面选择

按《钢结构设计手册》（第三版）上册P479“柱截面尺寸选择参考表”选取

柱截面的高度及宽度如下:

上段柱：H,=8.71-1.10=7.61m,

h,=aH,=-x7.61=0.951m,^h,=1.0m

8

b]=/Jhj=0.5x1.0=0.5m

中段柱：h2=h,+0.75=1.75m

b2=b3=0.8m

下段柱：H=7.61+8.60+16.88=33.09m

h,=«H=—x33.09=2.758m,MXh,=2.75m

312

b3=如=0.3x2.75=0.825m,取b,=0.8m

1.3柱截面几何特性计算

柱子的截面形式如图1-2所示。

上段柱：A=2x50x3+94xl.4=431.6cm2

I=2x50x3x48.52+—xl.4x943=802576®8.03x105cm4

x12

中段柱：A=70x3+2x28x1.4+2x50x3+74xl.8=722cm2

3x70x173.5+28x1.4x(14.9+158)…

y=----------------------------------------------=59.8cm

722

T=(2x50x3+74x1.8)x59.82+2x—x3x503+70x3xll3.72+

x12

28xl.4x(44.92+98.22)+2xx1.4x282=4788620«47.89xIO5cm4

下段柱：

2

屋盖肢：Az=74x3.6+2x90.66=447.72cm

2

吊车肢：Ay=2x60x3+74x2=508cm

74x3.6x273.2+2x90.66x265.6

y==126.5cm

447.72+508

T=[508x126.52+2x—x3x603+74x3.6x146.72

'12

+2x90.66X139.12+2x3838.2]x0.9=157.37x105cm"

图1-2

1.4柱的形常数计算

按《钢结构设计手册》附录五附表19的公式进行计算。

5454

I1=8.03xl0cm,I?=47.89x1()5cm：I3=157.37x10cm

8.03xl05cm4ci乩_7.61

nh.---------------------------O.UJ1,=0.230

i=157.37xlO5cm44IT-33.09

I2

47.89xlOW生也7.61+8.60

k=3Q4)=0.490

54

I3157.37xl0cm'H33.09

11

4=一■=16.32

0.0510.304

〃21=2.29

0.304

仇++%右)=丁(1+16.32x0.233+2.29x0.493)=0.489

8,++%若)=；x(1+16.32x0.232+2.29x0.492)=1.207

3=1+〃|4+〃2力2=1+16.32X0.23+2.29x0.49=5.876

D=d&-8}=0.489x5.876-1.2072=1.417

8X_0.498

k（）i=0.345

D1.417

/图="5。

I

&5.876一e

k（）3—=-----=4.147

D1.417

1.4.1柱顶发生单位转角

当。=1时（图1-3）

0.642聪3.340特

2.698评

H

图1-4

EI3

H2

EI

B=(kA.-kA)H=0.345——-

MDU0N21U()I12Z[j

rl

EL

R=kA-kA.=-0.850—f-

RD07Z2U(BJI[[2

EIEI

M=M-RH=(0.345-0.850)=-0.505

ABBHH

传递系数：/人=必=2逆=1464

AMB0.345

1.4.2柱顶发生单位位移

当△=1时（图1-4）

EL八

Aj=......-,=0

H3

EL

M=(21-k0A)H=0.850号

BH"

RB=卜()2八2-LA]=4.147—y-

H

EIEI

M.=-M+RH=(-0.850+4.147)-^-=3.297—^

ABBTJ3TT2

5

6

_

"

_

A

w

a

图1-5图1-6

1.4.3横梁与柱的弯矩分配系数

a.屋架惯性矩（图1-5）

A=2x54.64+2x37.44=184.16cm2

2x54.64x445

y=254.3cm

2184.16

屋架坡度为1：8,查《钢结构设计手册》第十章表10-1得K=0.7

由《钢结构设计手册》第十章公式(10-2)得：

I。=(A1yj+Azy；)K=(2x54.64x190.72+2x37.44x254.32)x0.7

=54.87x1()5xcm4

b.判断横梁是否为有限刚度(排架计算跨度取上段柱轴线间距离/=37m)

当节点B发生单位转角6=1时(图1-6),横梁与柱的杆端弯矩。

4Ex54.87xlO5

Mi=5932E

3700

BA

M=0.3452=0.345x157.37xl（yE=1641E

BAH3309

由《钢结构设计手册》第十章公式(10-1)得:

MBF5932E

=3.61<4

164IE

横梁应按有限刚度计算。

c.屋架与柱的弯矩分配系数:

MBF5932E

〃BF=MBF+MBA=0.783

5932E+1641E

〃BA=1-0.783=0.217

1.5排架在单位力作用下的内力计算

1.5.1单位水平力作用于柱顶时的排架内力

采用弯矩分配法与位移法联合求解：

a.先在节点B和F分别加上转动约束，以阻止节点转动。

b.令排架的横梁发生单位线位移(A=l),由图1-7可知，当A=1时各柱的柱端

弯矩为：

EI,

M=M

DBrAtrFcE.=-0.850VTT2

H

-3.297g

M,\B=MEF

H2

[0,217|0.785~|4段|027|0.783|

Q）

BF

-OLBSO-0.850

+0L1&4+0.666■H0.666+0,网

+Q333柏333

-QD72-0.261-0.261-0.072

-0.153-0.130

+0L期+0,102■-F0.102+QQ28

+Q051蚀151

-0.011-0.040--0.011

-0.020

+0,016+0,明

•+<m7

-a717+Q717-

I

-3.237-3.297

-----------+0J95+Q.N5---------

（麻螂眸）E777777,

己471声2.471

图1-7

c.放松B、F点的转动约束，进行弯矩分配，如图l-7a所示。

d.将图图l-7a的分配结果绘制弯矩图，如图l-7b所示，并从中可求得排架的抗

剪刚度：

0.717+3.102EL0.2308^

T)=2x-------x—T=

33.09H2H2

e.根据r,A=P即可求出实际的线位移值:

P11…H?

AA=—=—=---------——=4.33-----

%。0.2308与EL

H2

将图中各杆端弯矩乘以系数△即得到图1-8所示的各杆端弯矩。

U2EI

即：MBA=MFE=4.33——x(-0.717^-)=-3.105t»m

EI3比

TJ2E[

MAB=Mpp=4.33----x3.102—y-=13.432t•m

EI3H

3.105+13.432

RBA=RFE=-RAB=-REF

--------------------------------二0.5t

33.09

=Mr=0.5x7.61-3.105=0.7t•m

MD=MH=0.5X16.21-3.105=5.0t・m

1.5.2单位弯矩作用于节点B时的排架内力

a.先在节点F处加一水平链杆，以阻止排架发生侧移，并将作用于节点B处的单

位弯矩进行弯矩分配（图1-9）可得杆端弯矩。

b.将图1-9的分配结果，绘制弯矩图，如图l-10b所示，并利用图中各柱端弯矩

即可求出各柱中的剪力Vt,弯矩M,及其附加链杆内的反力R1Po

0.256+0.3751

VV=-VV=Q0191kN

BA3309

0.100+0.146=00074kN

33.09

Mc=0.0191x7.61-0.256=-0.11IkA^•m

MD=0.0191x16.21-0.256=0.0541dV・m

MG=0.100-0.0074x7.6l=0.044kN・m

MH=0.100-0.0074x16.21=-Q.020kN・m

R,Irp=nVR+VrF=0.0191-0.0074=0.0117kA/(f)

c.将图l-10b中的R|p反向作用于排架横梁上，利用图1-8的内力乘以-0.0117,

即可得到如图1-lOc所示的弯矩及剪力。

d.迭加图l-10b和图1-lOc的内力。即为单位弯矩(M=HJV・m)作用于B点时

1.5.3单位水平力作用于上层吊车轨顶时的排架内力

按《钢结构设计手册》附录五附表19的有关公式计算图1-llb所示排架的弯矩

及剪力：

a=-^-=0.168,4=0.230,2,=0.490

33.09'2

a<A],=16.32,JLI2=2.29

k。]=0.345,k09=0.850,k03=4.147

T0

A।=—[(1-a)-(2+a)+〃2(%.0)-(2%2+a)

6

+从(4-a>(24+<z)]=-x[(l-0.168)2x(2+0.168)

6

+2.29x(0.490-0.168)2x(2x0.490+0.168)

+16.32x(0.230-0.168)2x(2x0.230+0.168)]=0.3021

T

A2=5](l・a)~++〃i(4・a)~]

=；X[(1-0.168)2+2.29X(0.490-0.168)2

+16.32x(0.230-0.168>]=04962

RDR=k(U„ZAZ2-kUn3,A.1=0.850x0.4962-4.147x0.3021=-0.83IkN

RA=1-0.831=0.169kN

MB=(k02A,-k01A2)H=(0.85x0.3021-0.345x0.4962)

x33.09=2.832k7V・m

Me=2.832-0.83lx7.61+lx2.06=-1.432k7V・m

MD=2.832-0.831X16.21+1X10.66=0.02lldV-m

MA=2.832-0.83lx33.09+1x27.54=2.874kN・m

排架弯矩及剪力计算的全部过程如图所示。

1.5.4单位水平力作用于下层吊车轨顶时的排架内力

按《钢结构设计手册》附录五附表19的公式计算图l-12b所示排架的弯矩及

=16.32,//2=2.29,k。]=0.345,k02=0.850,k03=4.147

T

=—[(1-a)2(2+a)+〃2(%2-二产设4+a)]

6

=-x[(l-0.439)2x(2+0.439)+2.29x(0.490-0.439)2

6

x(2x0.490+0.439)]=0.1293

△2T+〃2(4-a)-]

=^x[(l-0.439)2+2.29X(0.490-0.439)2]=0.1603

RB=k02A2-k03A,=0.850X0.1603-4.147X0.1293=-0.400kN

RA=1-0.400=0.600kN

MB=(k02A,-k01A2)H=(0.85x0.1293-0.345x0.1603)

x33.09=1.807kA^•m

Mc=1.807-0.400x7.61=-1.237kN•m

MD=1.807-0.400xl6.21+lxl.68=一2.9971JV・m

MA=1.807-0.400x33.09+1xl8.56=7.13lldV・m

排架弯矩及剪力计算的全部过程如图l-12a~e所示。

1.5.5单位弯矩作用于上阶处时的排架内力

按《钢结构设计手册》附录五附表19的有关公式计算图l-13b所示排架的弯

矩及剪力：

图1-13

△1=诟[1”；+〃2(/-2加

=—[1-0.2302+2.29X(0.4902-0.2302)]=

2HH

△2=彳口-4+〃2(，2-4)1

=—[1-0.230+2.29x(0.49-0.23)]=

HH

R=心42-k3=0.850x”叫-4.147X^^=-0.051kN

BDUZZUJ1pj

RA=-RB=0.051kN

M=(kA,-kA)H=(0.85x-0.345x)

B020]2HH

xH=0.114kN・m

M；、=0.114-0.051x7.61=-0.274kN•m

=1-M；=1-0.274=0.726kTV・m

MD=0.114-0.051x16.21+1=0.2391JV•m

MA=0.114-0.051x33.09+1=-0.5741JV・m

排架弯矩及剪力计算的全部过程如图l；3a~e所示。

1.5.6单位弯矩作用于下阶处时的排架内力

按《钢结构设计手册》附录五附表19的有关公式计算图l-14b所示排架的

弯矩及剪力：

图1-14

0.380

A,=—(1-2P=—(l-0.4902)=

12H'2HH

AM〃，、1“八”c、0.510

A=一(1-A)=­(1-0.49)=-------

2H2HH

RDB=kU0N9AZ2-kU03A,1=0.850x][-4.14]7[x=-O.O35kN

RA=-RB=0.035t

0.3800.510、

MrR>=(UZk02IA,U-Ik0Z1A2)H=(0.85x---------0.345x--------)

HH

xH=0.147t*m

Mc=0.147-0.035x7.61=-0.119t•m

=0.147-0.035x16.2l=-0.420t・m

=0.147-0.035x16.21+1=0.580t•m

MA=0.147-0.035x33.09+1=-0.01It*m

排架弯矩及剪力计算的全部过程如图l-14a~e所示。

1.5.7柱在单位均布荷载作用下的排架内力

按《钢结构设计手册》附录五附表19的有关公式计算图l；5b所示的弯矩及剪

力：

图1-15

△i=瞿(1+〃2/+W=1x；°2(1+2.29X049()4

+16.32x0.2304)=4.8712

A=变(1+4-■X*09(1+2.29x0.4903

266

+16.32x0.2303)=8.0959

RnR=UkN0,ZA,-UkSmIA,=0.850x8.0959-4.147x4.8712=-13.319kN

RA=-(lx33.09-13.319)=-19.771kN

MnR=(UZk(pIA,-UIkmzAJH=(0.85x4.8712-0.345x8.0959)

x33.09=44.5871JV•m

M=44.587-13.319x7.61+-xlx7.612=-27.815kN・m

cr2

2

Mn=44.587-13.319x16.21+-x1x16.21=-39.932kN•m

D2

1,

M.=44.587-13.319x33.09+-xlx33.092=151.335k//•m

A2

排架弯矩及剪力计算的全部过程如图l-15a~e所示。

1.5.8柱子刚度计算

在实际设计中，对于设有重级工作制的吊车的单跨或双跨厂房以及设有中级

工作制吊车的单跨或双跨的高大厂房，通常在假定柱截面后,应先验算柱的刚度,

以避免在排架分析后，不致因在验算柱截面时虽强度和稳定性能满足要求，而柱

的刚度不够，位移超过容许值而引起排架分析的返工。

按照规定，验算本例柱的刚度时一，应取上层一台最大吊车(Q=200〃30)

的横向水平荷载(不考虑动力系数)来计算，其荷载布置如图1T6所示。

1200012000

图1-16

25.95kN

内力计算:

1等=0.08x苦泻—。5加

一台吊车作用时最大内力:

4x14.05x(7.06+10.24)

=81.02攵N

12

由（皿引起排架的弯矩及剪力，可用图-He的内力乘以81.01得到，如图

l-17a所示。

在上段柱吊车梁顶面处的水平位移计算

545454

已知：/]=6.80x10cm,/2=41.14x10cm,Z2=222.31x10cm

将图l-17b的数值代入下式可求得排架在上层吊车梁上翼缘顶面上（图

l-17c）的水平位移A】值。

1Q913_分312_o2

4=—1(^-^)-^--+5+%。-27；促)x+④忑+储。)(九~明

£/132

1A9L3_L3〃2_62

+—t(^ax-%-24的)X+(小。2+M常)出一4)]

El232

2

+兽加-/+5+/。-2。/)x+(Tmmd+M初他-4)]

EI332

in9O7[3_£65，

=—[(81.02-25.95)x°”一如+(-4.38+25.95x6.65-2x81.02x6.65

o7]2_£rc21Q9

X~+(81.02X6.652+4.38x6.65)x(8.71-6.65)]+—[(81.02+4.38)

2EI2

x17.31-8.71+(Y38+2595x665一2x81.02x6.65)x"川；&65

c10934193-17313

+(81.02x6.652+4.38x6.65)x(17.31-8.71)]+——[(81.02-25.95)——-----：—

34IQ2-17312

+(-4.38+25.95x6.65-2x81.02x6.65)x~+(81.02x6.652+4.38x6.65)

x(34.19-17.31)]

109x(一516.08)10X8155109x304140

-2.1X106X6.80X1052.1X106X41.14X!052.1x106x222.3lx105

27370

=-0.361+6.731+6.515=12.885mm<-----=19.71mm

1250

满足刚度要求。

这里扣除10%是参照《钢结构设计手册》(第三版)上册2.4.2条中表2-13

注3的做法。

1.6排架在实际荷载作用下的内力计算

L6.1由柱、吊车梁系统的结构自重作用下的排架内力

柱自重：

364

上段柱：N.=—^—x8.71x7.85xl.1x10-27.38^

100x100

中段柱：N,=623-4-x8.60x7.85x1.1x1.2x10=55.55^

~100x100

下段柱：N产上二一x16.88x7.85x1.1x1.2x1.2x10=179.1WN

3100x100

吊车梁自重（按《钢结构设计手册》（第三版）上册第十章公式（10-3）计算）

上层吊车梁：

梁自重：

a,-a2=8x7200xVl?xlx1.25

=741.3依/加=7.4MN/〃2

轨道自重：

以=118.10"/"?(QU120)=\.18kN/m

QD=(q%+%)优=(7.41+1.18)x12x1.2=123.75打

下层吊车梁：

梁自重：

qDz=rR,乔•[•%=8乂屈X随又\xl.25

=453.9依/m=4.54内VIm

轨道自重：

义=88.96&g/皿QU100)=0.89AN/m

QD=(qDz+q”k=(4.54+0.89)x12x1.2=78.17攵N

柱及吊车梁的自重作用位置如图18.

作用于上阶处的偏心弯矩：

M=123.75x0.597-27.38x0.653=56.00ZN-m

图1-18

作用于下阶处的偏心弯矩:

M2=78.17x1.225-(82.93+123.75)x0.372=18.875•m

计算在上述偏心弯矩作用下(图19a)排架的弯矩及剪力。

先将图13e的A柱与E柱及图14e的A柱与E柱的内力分别进行迭加，然后再分

别乘以偏心弯矩M]=56.00左心加,加2=18.87左N•机即可得图19b和图19c,

再将图19b与图19c进行迭加，即可得到排架的最后弯矩及剪力，如图19d所示。

（由U13eAE糊般豺■魏）（曲绊鼬力秉昭6隔）

1.6.2屋面恒载作用下的排架内力

a.横梁的固端弯矩

屋面荷载：

大型屋面板:156依/m2

防水层35

找平层40

保温层（0.06x600）30

钢屋架及支撑51.6

q=312.6%g/m2=3.13kN/m2

q=3.13x6=18.76kN/m

横梁在上柱内侧处的支座反力

Pi=18.76x36=337.68kN

横梁在上柱轴心线交点处的固端弯矩

=或x0.8+Re,=1876X36乂08+337.68x0.5=1789.70攵N-m

0121112

（式中系数0.8系考虑屋面板及横梁与柱子的施

工安装连接程序，横梁的弯矩折减系数，但在计算横

梁支座反力对柱子产生的偏心弯矩时，则其荷载不应

折减）

b.作用在柱的偏心弯矩

托架自重13小/加2

6=^x13x12x37=2886依=28.86攵N

由托架传来的屋面荷载

6=gxl8.76x37=347.06kN

作用于上阶处的偏心弯矩

M=(4+£+耽=(337.68+28.86+347.06)x0.653=466.0履

作用于下阶处的偏心弯矩

加2=(6+2+6虫3=(337.68+28.86+347.06)x0工

c.排架内力计算

利用结构的对称性，取其半边结构进行弯矩分配（图l-21a）

求分配系数:

_E/_38.62X105E

横梁：M()=2088E

Bk~T72~1850

22332x10£

柱：MBA=0.223^=0.223x=1457£

播H3419

2088E

分配系数：/k=0.589

2088E+1457E

4郎=1—0.589=0.411

弯矩分配后的弯矩图如图121b所示。

a)

1382,141382.14

图1-21

其中:

735.57+1382.14、/..

「=-(--------------------)=-6L9n4旬V,吟=6r11.9n4ZN

34.19-

M.=-61.94x8.71+735.57=196.07左N-7m,M=-196.07kN-m

C(CJr

U=-61.94x17.31+735.57=-336.6W7n=336.6IkN-m

匕="=61.94攵N,V£=-61.94^

（猾19c梯触旅自躺）（*抖醐内烁联65.46膈）MBit-m）

图1-22

排架弯矩及剪力计算的全部过程如图「22a-e所示

1.6.3屋面活荷载作用下的排架内力

活荷载：

q^0.5kN/m2

q-0.5x6=3.0kN/m

6=g%=gx3.0x36=54&N

鸟=■!•〃='x3.0x37=55.5攵N(由托架传来)

22

横梁在上柱轴心线交点处的固端弯矩

2

M_^o_+p1X3.0X36+54x0.5=351.0^-m

0121112

作用于中柱和F柱的偏心弯矩：

上阶处：M2=(P}+P2)e2=(54+55.5)x0.653=71.50kN-m

下阶处：%=(4+P2)e3=(54+55.5)x0.372=40.73切V-m

图1-23

L6.4风荷载作用下的排架内力

图1-24

风荷载：基本风压w()=G.5kN/m2

vv5k==LOx0.8x1.Ox0.5=0.4AN//A?

卬32K=B.HSH-WQ=l.Ox0.8x1.448x0.5=0.58氏N/m2

左2。

w36k=J3:JUS/J.W{)=1.0x0.8x1.504x0.5=0.60N/m

均布荷载近似取平均值。

0.4+0.58

卬=卬5人-+叼2K=0.49kN/m2

2~2~

柱顶水平集中力:

1.448+1.504

w=12xx0.5x[2.2x(0.8+0.5)+(0.5-0.6)x2.25]=23.34攵N

2

风压力：q{k-yvB-0A9xl2-5.SSkN/m

风吸力：q..=q..—=5.88x—=3.68Z:7V/m

2k0.80.8

a.当风从左向右吹来时，排架弯矩及剪力计算的全部过程如图l-25a-e所示

反轮

换大

互最

,

图r

M9

0

的3

柱

=

右G。

左重」

中

e总8

59=

23车：=

NB力g

-k40吊为)

l3,3内量4

32，）5

图架重7.

_加23

将3排5车-

ln.1+

5可12的4小6

2，N图8

-k6下3，（.

1_5,=f8

力0用8力

_42+

图剪_作2反4

及载度2.

=座02

矩―荷跨11

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