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1、沈阳理工大学学士学位论文I摘 要本论文论述了轻型门式刚架厂房的焊接结构设计和焊接工艺的制作，针对跨度为 40米的轻型门式刚架厂房，结合钢结构设计手册、建筑结构载荷规范 等资料首先选择了结构整体用钢的型号然后进行了轻型门式刚架厂房整体平面结构的布置，起重机的型号选取，根据沈阳地区的自然情况对刚架结构进行了设计以及强度校核，选择了合适的柱脚和牛腿以及刚架柱与梁等节点，并且选取合适的柱间支撑和屋顶水平支撑等保证强度的维护体系，参照GB985.1-2008和焊接手册等资料选择了丝极埋弧焊和二氧化碳气体保护焊的焊接方法进行施工，并设计了坡口形式和尺寸等参数的焊接工艺，还叙述了轻型门式刚架厂房的现场施工工
2、艺流程，和施工注意事项。关键词：钢结构；轻型门式刚架厂房；埋弧焊沈阳理工大学学士学位论文IIAbstractThis paper discusses the structural design and welding process of welding of the singlelayer steel structure workshop production,for steel structure workshop of 40 span,first select the model of structural steel as a whole and the overall layout
3、of the planar structure of the steel structure workshop,crane model selection,combined with Steel Design Manual ,construction structural load norms and other information.Then combined with the nature of Shenyang,design and strength check of steel-framed structures,and select the appropriate level of
4、 support and roof support column ensuring the strength to maintain the system.Reference to GB985.1-2008 and Welding Handbook and other information,choose the hidden arc welding and the Carbon dioxide gas shielded arc welding,and design the groove type and the size and other Welding parameters,it als
5、o describes the site of the steel plant construction process,and Construction Notes.Key words:steel structure;steel structure workshop;submerged arc welding 沈阳理工大学学士学位论文III目 录摘 要.IAbstract.II1 绪论.-1-1.1 课题背景和意义.-1-1.2 国内外研究现状.-2-1.3 本课题的研究内容及方案.-3-2 建筑结构布置设计.-4-2.1 建筑平面设计.-4-2.1.1 厂房平面形式的选择.-4-2.1.2
6、 柱网的选择.-4-2.1.3 屋面维护体系选择.-5-2.1.4 定位轴线的确定.-5-2.2 建筑剖面设计.-5-2.2.1 柱顶标高的确定.-6-2.2.2 屋脊高度确定.-7-2.2.3 刚架结构形式的确定.-8-3 刚架内力计算.-9-3.1 刚架截面尺寸的确定.-9-3.3 计算.-11-3.3.1 恒荷载标准值（对水平投影面）.-11-3.3.2 活荷载标准值.-12-3.3 屋面荷载值.-12-3.3.4 风荷载标准值.-12-3.3.5 恒载作用内力计算.-14-3.3.6 活载作用.-16-3.3.7 风荷载作用.-16-4起重机荷载计算.-25-4.1 起重机荷载作用.-
7、25-5 吊车梁设计.-31-5.1 10T 吊车梁资料（13.5 米吊车）6：.-31-5.1.1 内力计算（单台).-31-5.1.2 梁高：.-32-5.1.3 腹板厚度.-33-5.1.4 翼缘尺寸：.-33-5.1.6 稳定性验算：.-35-5.1.7 价劲肋计算：.-36-5.1.8 疲劳计算：.-37-5.19 焊缝连接计算.-37-5.2 跨度为 22.5m 的吊车梁的设计计算.-37-5.2.1 吊车梁基本资料.-37-5.2.2 吊车梁内力计算.-38-沈阳理工大学学士学位论文IV5.2.3 强度验算.-39-5.2.4 整体稳定验算.-39-5.2.5 刚度验算.-40-
8、6 刚架强度验算.-42-6.1 梁柱截面宽厚比验算.-42-6.2 梁的验算.-42-6.2.1 抗剪验算.-42-6.2.2 弯、剪、压共同作用下的验算.-43-6.3 柱的验算.-43-6.3.1 抗剪验算.-43-6.3.2 弯、剪、压共同作用下的验算.-43-6.3.3 整体稳定性的验算.-44-7 牛腿尺寸确定及验算.-46-7.1 牛腿尺寸.-46-7.2 验算.-48-8 焊接工艺.-49-8.1 材料焊接性分析.-49-8.2 焊接工艺的制定.-49-8.2.1 焊接方法的选择.-49-8.2.2 焊接材料的选择.-50-8.2.3 坡口形式及尺寸的选择.-50-8.2.4
9、焊接参数的选择.-51-8.2.5 焊接防止变形及矫正措施.-51-8.2.6 焊缝检测.-52-8.2.7 焊缝缺陷的补救.-52-8.3 施工流程.-52-8.3.1 下料切割.-52-8.3.2 钢结构的焊接.-53-8.3.3 除锈及涂装.-53-8.3.4 钢结构的安装.-53-结论.-55-致谢.-56-参考文献.-57-附录 A：英文原文.-58-附录 B：中文翻译.-66-沈阳理工大学士学位论文-0-1 绪论1.1 课题背景和意义 被喻为“绿色工厂”的轻型门式刚架厂房体系具有自重轻、安装容易、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等综合优势，与钢筋混凝土结构相比，更具有
10、在“高、大、轻”三个方面发展的独特优势。最近在我国建筑工程领域中已经出现了产品结构调整，长期以来混凝土和砌体结构一统天下的局面正在发生变化，轻型门式刚架厂房以其自身的优越性引起业内关注，已经在工程中得到合理的、迅速的应用，所以轻型门式刚架厂房的发展前景美好。众所周知，建筑钢结构是一个复杂的系统工程，它包括钢结构设计等 13 个主要工艺流程。焊接应用技术对整个工艺流程起到决定性的作用。在钢结构行业的主要工艺流程中，焊接技术对整个流程起到决定性的作用。以热轧型钢（角钢、工字钢、槽钢、钢管等）、钢板、冷加工成型的薄壁型钢以及钢索作为基本元件，通过焊接、螺栓或铆钉连接将基本构件连成能够承受外载荷的结构
11、称为钢结构。目前钢结构已经在国门经济各部门获得非常广泛的应用。不仅在传统工业部门，如工业与民用建筑业的建筑结构，交通运输业的船舶、车辆、飞机、桥梁，电力部门的高架塔桅，水工建筑中的闸门、大型管道以及机械工业中的工程机械、重型机械等方面，而且在近年来新兴的航空业、海洋工程中都大规模应用了钢结构。钢结构有如此广泛的应用，原因在于它具有以下的特点：a、强度高、重量轻 钢才的强度要比混凝土高很多倍，因此当承受载荷和周围环境相同时，用钢才制成的结构自重较轻，所需截面积较小，运输和架设方便。b、塑性和韧性好 钢材具有良好的塑性，一般情况下，不会偶然超载或局部超载造成突然的断裂破坏，而是实现有塑性变形的征兆
12、，可以及时采取补救的措施。钢材的良好韧性，对加载在其上的动载荷有很好的适应性，为结构的安全提供了可靠的保证。c、材质均匀 钢材的内部组织均匀，各个方向的物理力学性能大致相同，很接近各向同性体，在一定的应力范围内，钢材处于理想的弹性状态，与工程力学所采用的基本假定较符合，故计算结果准确可靠。d、制造方便 钢结构是由各种加工制成的型钢和钢板组成的，采用焊接、螺栓或沈阳理工大学士学位论文-1-铆接等工艺制成基本构件，运到现场装配拼接。所以制造简单、施工周期短、效率高，且修配、更换方便。这种工厂制造、工地安装的施工方法，具备了成批大件生产和成品精度高等优点，同时为降低造价、发挥投资的经济效益创造了条件
13、1。1.2 国内外研究现状轻型门式刚架厂房是近十年来发展最快的领域，在美国采用轻型轻型门式刚架厂房占非住宅建筑投资的 50%以上。这种结构工业化、商品化程度高，施工快，综合效益高，市场需求量很大，已引起结构设计人员认识。目前已经有多种的低层、多层和高层的设计方案和实例。因其可做到大跨度、大空间，分隔使用灵活，而且施工速度快、抗震有利的特点，必将对我国传统的厂房结构模式产生较大冲击。目前还存在着种种不尽人意或有待提高的方面，但轻型门式刚架厂房的发展潜力巨大，前景广阔。我国三十年来的改革开放和经济发展，已经为轻型门式刚架厂房体系的应用创造极为有利的发展环境。首先，从发展轻型门式刚架厂房的主要物质基
14、础来看，自 1996 年开始我国钢的总产值就已超过 1 亿吨，居世界首位。而且随着钢材产量和质量持续提高，其价格正逐步下降，轻型门式刚架厂房的造价也相应有较大幅度的降低。与之相应的是，轻型门式刚架厂房配套的新型建材也得到了迅速发展。其次，从发展轻型门式刚架厂房的技术基础来看，在普通轻型门式刚架厂房、薄壁轻轻型门式刚架厂房、高层建筑轻型门式刚架厂房、门式刚架轻型房屋轻型门式刚架厂房、网架结构、压型钢板结构、轻型门式刚架厂房焊接和高强度螺栓连接、钢与混凝土组合楼盖、钢管混凝土结构及钢骨（型钢）混凝土结构等方面的设计、施工、验收规范规程及行业标准已发行。有关轻型门式刚架厂房的规范规程的不断完善为轻型
15、门式刚架厂房体系的应用奠定了必要的技术基础，为设计提供了依据。第三，从发展轻型门式刚架厂房的人才素质来看，经过几年来的发展，专业轻型门式刚架厂房设计人员已经形成一定的规模，而且他们的专业素质在实践中得到不断提高。而随着计算机在工程设计中的普遍应用，国内外轻型门式刚架厂房设计软件发展迅猛，软件功能日臻完善，为协助设计人员完成结构分析设计，施工图绘制提供了极大的便利条件。国外的门式刚架体系已经进入了设计、分析、出图程序化（如大型通用化设计软件包 Loseke Building System Software）、构件加工、安装施工、经营管理一体化流程的时代。同时在建造方面也发生了变化。业主不是带图纸
16、委托加工，而是向承包商定购某种沈阳理工大学士学位论文-2-轻型钢结构房屋，承包商在规定时间内按业主要求按质建成并交付使用。而且很多公司都有自己的系列，以商品的形式交付使用。门式刚架钢结构体系已经普及到了各个领域内。日本工程界目前正就主刚架在地震力作用时保有水平耐力(即构件达到塑性阶段时的承载力)所需的 Ds 值的取法(Ds 为地震空间结构分维，反映地震空间结构的相似性)，大断面 Z 型冷弯薄壁型钢檩条及墙梁、高强度螺栓在椭圆孔处的受力状态等几个方面进行研究。现今我国已建成的门式刚架轻钢结构房屋已达 800 多万 m2，而且以每年约 100 万m2的速度增加。这是个前所未有的大好机遇，必将带动建
17、筑业产品结构的调整，促进建筑结构向轻型化、系列化发展。目前国内门式刚架结构优化设计研究领域取得了较好的成绩。研究了门式刚架工业厂房最优柱距的问题，有了详细的数据。在优化算法和敏度分析的研究上也已经取得了显著的成果。我国学者采用渐近满应力法，研究开发了门式刚架结构优化设计软件SOA。采用 GIG(General Interactive Gradient)一般梯度法，研究了门式刚架在荷载作用下的优化，与传统设计方法相比，取得了较好的效果。采用离散复合形优化方法，依据门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS 102:98)，建立了门式刚架轻型结构离散变量优化的数学模型，在 3D3S(V3.0)软件的
18、基础上编制了门式刚架的结构优化程序。使用遗传算法，对门式刚架进行了包括离散和连续变量的截面、形状混合优化的研究，并与PFCAD 系统相结合，形成了一个完整的门式刚架轻型房屋设计与优化系统2。1.3 本课题的研究内容及方案本课题主要研究在沈阳地区跨度为 40m 的轻型门式刚架厂房的焊接结构及焊接工艺，从最开始对轻型门式刚架厂房的整体的平面布置结构和立面布置结构的研究，然后对厂房的一些维护系统例如檩条、系杆、水平支撑等进行了选取和连接方式的选择，以及节点的形式选择，并且对刚架进行的强度校核，最后对需要焊接连接而成的部位进行了焊接工艺的确定。通过对轻型门式刚架厂房的特点及布置情况的学习后。查阅钢结构
19、设计手册、建筑荷载规范以及焊接手册等资料，并且在指导老师的指导下，对厂房的具体布置进行确定然后完成焊接工艺等内容。沈阳理工大学士学位论文-3-2 建筑结构布置设计2.1 建筑平面设计2.1.1 厂房平面形式的选择本设计厂房跨度为 40m，由文献3,413可知道门式刚架跨度一般单跨为 9-36m，所以该厂房设计为单跨，为形式对称再设计为单跨双坡的常见形式。有起重机的厂房高度一般为 9-12m，所以定厂房牛腿高度 9m（满足 3M 模数）3，厂房具体高度由起重机轨顶标高及起重机所需净空高度进一步确定，由高度 9-12m 确定为单层轻型门式刚架厂房。另外考虑到温度区段长度问题，由钢结构设计手册表 2
20、-17（见表 2.1）查得采暖和非采暖地区纵向温度区段长度为 220m，横向温度区段长度为 120m，本结构横向 40m纵向 100m 都在以上范围内所以不用加设温度伸缩缝3。表 2.1 温度区段长度值（m）横向温度区段结构情况纵向温度区段柱顶为刚接柱顶为铰接采暖和非采暖地区房屋热车间和采暖地区非采暖房屋露天结构2201801201201001501252.1.2 柱网的选择由车间的长，宽尺寸，柱距的要求确定柱子的位置，柱在平面中排列所形成的网络为柱网。柱网的选择实际上是厂房跨度和柱距的选择。一般情况下柱距即刚架的最优距离为 6-9m，超过 9m 时，屋面檩条与墙架体系用钢沈阳理工大学士学位论
21、文-4-量增加太多，综合造价并不经济，现在我国应用的基本柱距为 6m，本结构厂房选择 6m和 5m 的两种相搭配的柱距6。其中 6m 柱距为中间 15 个，5m 柱距为两边 2 个。2.1.3 屋面维护体系选择檩条间距选择最常用的 1.5m，并且选择应用最普遍，用钢量省，制造和安装方便且跨度小于等于 6m 的冷弯薄壁卷边槽钢（C 型）檩条5。檩条高度的确定见公式（2.1）11()3550hL（2.1）式中 L 檩条跨度为 6m。其高度在 171.43mm 附近，由钢结构设计手册表 7-3 选择檩条截面规格为：C180*70*20*3.0 的檩条3。屋面钢板由钢结构设计手册表 6-1 采用 YX
22、51-360 压型钢板，选取钢板厚度为1mm，当檩距去 1.5m 时，载荷 q=3.22kN/m2.为使屋面构成稳定的体系，还要在屋面上设置横向水平支撑，一般横向水平支撑间距为 30m-40m，本结构厂房总厂 100m 总共 17 个开间，所以在第一个开间、第七个开间和最后一个开间上设置水平支撑，详细布置见图纸4。2.1.4 定位轴线的确定单层厂房的定位轴线是确定厂房主要承重构件位置的基准线，同时也是设备安装，施工放线的依据。依据我国现行的厂房建筑模数协调标准 中的规定，定位轴线的划分与柱网布置是一致的，通常把厂房定位轴线划分为横向和纵向。垂直与厂房长度方向的称为横向定位轴线，平行于厂房长度方
23、向的称为纵向定位轴线4。横向定位轴线与刚架柱的横向中心线重合，纵向定位轴线与起重机轨道中心线向外距离 750mm。沈阳理工大学士学位论文-5-2.2 建筑剖面设计2.2.1 柱顶标高的确定为满足 3M 模数，牛腿高度已定为 9m，吊车的轨道梁选择工字型截面的 600mm 高的工字钢，这样吊车轨顶标高即为 9600mm，又根据文献3中的北京起重运输机械研究所 1-10t 吊钩 LDB 型电动单梁起重机技术规格中的 10t 起重机参数（见表 2.2）中得知起重机自身梁高 875mm，起重机参数说明见图 2.1，并且由钢结构设计手册中得知吊车顶面至屋顶的安全高度即所需净空尺寸一般取 250mm-35
24、0mm，本结构取 350mm3。这样厂房的柱顶标高可用式（2.2）计算：123Hhhh（2.2）式中 h1 轨顶标高；h2 吊车自身高度；h3 吊车以上所需安全高度。计算得 H=10825mm，因为要满足 3M 模数，所以取 11100mm 即 11.1m。表 2.2 10t 起重机参数起重量工作制跨度 s（m）起升高度（m）基本尺寸（mm）轨道型号总重（t）轮压（KN）10tA3A522.59/12B3500W3000H1875b12038kg/m8.84Pmax74.95Pmin19.2310tA3A516.59/12B3500W2500H1875b12038kg/m5.42Pmax66.
25、41Pmin10.98沈阳理工大学士学位论文-6-图 2.1 起重机参数2.2.2 屋脊高度确定刚架的坡度一般为 1/81/20，在雨水大的地方取较大值，沈阳地区雨水不是很多，本结构选择 1/10 的坡度。则屋脊的高度 H由公式（2.3）确定L 跨度i 坡度算得屋脊高度为 13.1m。12HHL i（2.3）沈阳理工大学士学位论文-7-2.2.3 刚架结构形式的确定门式刚架框架柱的形式有多种，按截面形式分，有等截面和变截面形式，变截面虽然节省材料但是构造连接及加工制造不方便，一般当跨度较大或者高度很高时采用，所以本结构中采用等截面刚架柱，等截面柱一般适合用于无吊车或者吊车起重量 Q20t 时，
26、本结构中起重机为 10t，所以适用。并且等截面刚架柱一般为工字型，本结构中选择焊接型工字钢作为刚架柱，按构件体系分有实腹式和格钩式，因为选择了工字钢自然是实腹式刚架柱3。门式刚架的梁选用与柱相同的工字钢，刚架梁与柱的连接为刚接，柱脚与地面的连接因为厂房内设起重机，为了稳定性的考虑选择刚接柱脚。另外在上述加设水平支撑的开间还要加设柱间支撑，在两端山墙处每端加设四根抗风柱，抗风柱间距 8m 对称分布，根据钢结构设计手册 表 11-23以及本钢结构的具体情况综合考虑，选择 QJZ12-9.0-1即为 H350*175*4.5*6.0 的普通高频焊接 H 型钢，门式刚架详细见图纸。沈阳理工大学士学位论
27、文-8-3 刚架内力计算3.1 刚架截面尺寸的确定在轻型门式刚架厂房中，厂房梁柱的截面高度的计算公式可按公式（3.1）计算6：11()3045hL（3.1）式中 h 柱截面高度；L 厂房跨度。所以1.33mm9.040 x451301h暂取截面高度为 1200mm。然后由钢结构设计手册中的焊接工字型钢的截面特性表 17-6 选出一种截面3，其尺寸及截面特性见表 3.1，尺寸说明见图 3.1。表 3.1 所选焊接工字钢的截面尺寸及特性截面特性 尺寸（mm）x-x 轴y-y 轴h0whtb t截面面积A（cm）每米重量（Kg/m）xI（4cm）xW（3cm）xi（cm）xS（3cm）yI（4cm）
28、yW（3cm）yi（cm）12001140*12800*30662.4520.011405793067652.7116639256039640119.66沈阳理工大学士学位论文-9-图 3.1 工字钢截面尺寸参数钢架斜梁单位自重200.540100)17201.20(200.540)172(qLS =0.884KN/m 3.2 材料的选择钢结构所用钢材主要有两个种类，即碳素结构钢和低合金高强度结构钢。在本设计中选用碳素结构钢作为结构构件的主要用钢。钢材强度主要由其中碳元素含量的多少来决定，对建筑结构用钢而言，在满足强度的前提下，还要具有一定的塑性和韧性，随着含碳量的增加，碳素钢的强度也在提高，
29、而塑性和韧性却在降低。在由 Q195 到 Q275 的所有碳素结构钢的牌号中，且综合考虑结构和构件的重要性，荷载性质，连接方法，工作条件等方面，Q235 钢是较理想的钢号。还有吊车梁用钢也选用焊接钢板组成的工字形钢。其余的小柱，檩条，墙架，小梁，板材均可直接由热轧型钢，冷弯薄壁型钢和热轧钢板表中选用，这样可以减少制作工作量，提高工业化水平，加快施工速度，进而降低工程造价。另外设计资料中给出厂房所处环境在沈阳，沈阳冬季室外温度多数处在-12.9-2之间，对于刚架和吊车梁承受重要载荷的部件由于计算温度处于 0和-20之间，根据钢结构设计手册 应选用具有 0冲击性能和合格 C 级钢，即为 Q235C
30、。关于其材料沈阳理工大学士学位论文-10-的成分和焊接性能在焊接工艺中会进一步阐述，表 3.2 和表 3.3 中分别表述了 Q235 钢材的力学性能和钢材强度设计值3。表 3.2 钢材力学性能 表 3.3 钢材强度设计值（N/mm）一般机械性能V 形冲击试验标准代号钢材牌号厚度屈服点 fy（N/mm）抗拉强度fu（N/mm）伸长率（%）质量等级温度（）冲击功（纵向）KJ 不小于1623526B20174022525C0GB/T 700-1988Q235365021537550024D2027钢材抗拉、抗弯和抗压 f抗剪 fv厚度或直径16125牌号Q2351740215375500125沈阳理
31、工大学士学位论文-11-3.3 计算3.3.1 恒荷载标准值（对水平投影面）压型钢板（二层含 80厚的保温层）3.22 KN/m2 檩条（包括拉条）0.93 KN/m2刚架斜梁自重 0.88 KN/m 屋面支撑 0.05 KN/m 设备管线 0.05 KN/m2 恒荷载 5.13 KN/m23.3.2 活荷载标准值屋面活荷载：按不上人屋面考虑，取为 0.50 KN/m2。雪荷载：基本雪压0.30KN/m2。取屋面活荷载与雪荷载中的较大值 0.50 KN/m2，不考虑积灰荷载3。3.3 屋面荷载值首先恒载的设计值是标准值乘以分项系数 1.2，活载的设计值应为标准值乘以分项系数 1.4。恒载 标准
32、值 5.136=30.78.0KN/m 设计值 30.781.2=36.94 KN/m活载 标准值 0.56=3.0KN/m 设计值 3.01.4=4.2KN/m3.3.4 风荷载标准值根据建筑结构载荷规范（GB50009-2006）中规定风荷载标准值 Wk可按公式（3.2）计算4：0(/)kzszWw KN m（3.2）式中z 高度 z 处的风振系数；沈阳理工大学士学位论文-12-s 风载荷体形系数；z 风压高度变化系数；0w 沈阳地区基本风压。地面粗糙度类别为 B 类其中0w查得为 0.4，z为 1.0，z为 1.0，s取值说明见图3.24：图 3.2 风荷载体形系数（左来风）那么风荷载的
33、的具体标准值计算见式（3.3）：0(/)kkzszqWBwB KN m（3.3）式中 B 刚架间距。1、向风面的风荷载（1）柱上11.0 1.0 0.8 0.4 61.92/kqKN m标准值：11.92 1.42.68/wqKN m设计值：（2）横梁上沈阳理工大学士学位论文-13-21.0 1.0(0.6)0.4 61.44/kqKN m 标准值：2w1.44 1.4=2.02/mqKN 设计值：2、被风面的风荷载 住上31.0 1.0(0.5)0.4 61.20/kqKN m 标准值：3w1.2 1.4=1.68/qKN m 设计值：横梁上41.0 1.0(0.5)0.4 61.20/kq
34、KN m 标准值：4w1.2 1.4=1.68/qKN m 设计值：3.3.5 恒载作用内力计算首先确定几个基本参数 s、f、h，其具体意义见图 3.31，其值可经过简单的几何计算确定 s=20.01m，f=2.00m，H 即为柱顶标高由以上计算为 11.10m。图 3.3 刚架尺寸基本参数说明沈阳理工大学士学位论文-14-根据文献1提供的双坡门式刚接刚架计算公式 k=h/s=11.10/20.01=0.562224NKhfk hhff带入数据算得 N=402.18KN恒载作用下的计算公式如下支反力2AEqlVVV（3.4）剪力2458AEKhffqlHHHN（3.5）弯矩2815648AEK
35、hhffhfqlMMN（3.6）弯矩22161548BDKhhffqlMMN（3.7）弯矩28AcqlMH hfM（3.8）式中 l 厂房的跨度由以上公式带入具体数据可以算出 VA=VE=738.8KN，H=HA=-HE=596.21KN，MA=ME=2656.40KNm，MB=MD=-3963.02 KNm，MC=2204.05 KNm 由此作出恒载作用下的弯矩图见图 3.4：沈阳理工大学士学位论文-15-图 3.4 恒载弯矩图3.3.6 活载作用活载作用时各个力及弯矩的计算公式和恒载作用下的公式一样，此时活载为4.20KN/m，带入具体公式后计算得出此时的 VA=VE=84KN，H=HA=
36、-HE=67.79KN，MA=ME=302.03KNm，MB=MD=-450.58KNm，MC=245.11KNm，此时活载作用下的弯矩图可以参照图 3.4 其形式完全一样。沈阳理工大学士学位论文-16-图 3.5 活载弯矩图3.3.7 风荷载作用1、左半跨吸力此时的风荷载作用值为-2.016KN/m，各个支反力、剪力及弯矩的计算公式如下：支反力36133231AqlKVK（3.9）支反力1233231EqlKVK（3.10）剪力24516AEKhffqlHHHN（3.11）弯矩281563962 31AKhhffhfqlMNK（3.12）弯矩281563962 31EKhhffhfqlMNK
37、（3.13）弯矩2216153962 31BKhhffqlMNK（3.13）弯矩2216153962 31DKhhffqlNK （3.14）弯矩12EEcMH hfMV（3.15）由 以 上 公 式 带 入 具 体 数 据 后，计 算 得 出 VA=31.18KN，VE=-9.14KN，沈阳理工大学士学位论文-17-H=HA=-HE=-19.48KN，MA=-67.87KNm，ME=-105.55KNm，MB=148.29KNm，MD=148.29KNm，MC=154.21KNm，此时的弯矩图见图 3.5：图 3.5 左半跨吸力弯矩图2、右半跨吸力考虑右半跨的时候，此时的风荷载作用值由以上叙述
38、可知为-1.68KN/m，各个支反力、剪力及弯矩计算公式与左半跨吸力用的公式相同，带入具体数值可以算出VA=-33.80KN，VE=-7.62KN，H=HA=-HE=-16.24KN，MA=-56.56KNm，ME=-87.92KNm，MB=-123.57 KNm，MD=-123.57KNm，MC=-286KNm，此时的弯矩图见图 3.6：沈阳理工大学士学位论文-18-图 3.6 右半跨吸力弯矩图3、左柱身迎风 当左柱身迎风时，风荷载值为 2.69KN/m，此时各个支反力、剪力及弯矩计算公式如下：支反力2231AEqhKVVVlK（3.16）剪力2324Eh kfqKhHN（3.17）剪力EA
39、HqhH（3.18）弯矩2226151661262431AKhkkfhffqhkMNk（3.19）沈阳理工大学士学位论文-19-弯矩2226151661262431EKhkkfhffqhkMNk（3.20）弯矩（3.21）弯矩DEEMH hM（3.22）弯矩()2CEElMHhfMV（3.23）由以上公式，带入具体数值得 V=-VA=VE=-0.86KN，HA=-23.85KN，HE=-6.61KN，MA=-76.13KNm，ME=36.89KNm，MB=18.5 KNm，MD=91.22KNm，MC=-28.24KNm，此时的弯矩图见图 3.7：22BAAqhMH hM 沈阳理工大学士学位论
40、文-20-图 3.7 左柱身迎风时的弯矩图4、右柱身被风当计算右柱身被风时，由以上被风面的风荷载计算知道柱上的风荷载此时为-1.68KN/m，计算右柱身被风时的计算公式同左柱身迎风的计算公式3，这里就不再重复，带入此时的风荷载-1.68KN/m 可以计算得出：V=-VA=VE=-0.54KN，HA=14.90KN，HE=3.75KN，MA=-47.57KNm，ME=-23.05KNm，MB=104.7 KNm，MD=36.08KNm，MC=-73.25KNm，此时的弯矩图见图 3.8：图 3.8 右柱身被风时弯矩图5、左屋面高度吸力 考虑左面来风对左屋面的作用，此时作用的屋面上的风荷载值为-2
41、.02KN/m，此时沈阳理工大学士学位论文-21-各个支反力、剪力及弯矩计算公式如下：支反力512831AEfk fhqfVVVlk（3.24）剪力2224141134AkhkkhffkqfHN（3.25）剪力2252244EkfhfkhkfqfHN（3.26）弯矩496123232462Af khhffhfhkfqfMNk（3.27）弯矩496123232462Ef khhffhfhkfqfMNk（3.28）弯矩BAAMH hM（3.29）弯矩DEEMH hM（3.30）弯矩2ECEEV lMHhfM（3.31）由以上公式，带入具体数值得 V=-VA=VE=-0.258KN，HA=1.24K
42、N，HE=1.07KN，MA=8.24KNm，ME=-7.99KNm，MB=-4.82KNm，MD=-19.23KNm，MC=-134.17KNm，此时的弯矩图见图 3.9：沈阳理工大学士学位论文-22-图 3.9 左屋面迎风时弯矩图6、右屋面高度吸力此时的情况，风荷载值为-1.68KN/m，计算公式和左屋面迎风时相同，带入具体数值计算可得出：V=-VA=VE=-0.44KN，HA=1.03KN，HE=0.89KN，MA=6.92KNm，ME=-6.70KNm，MB=-3.92KNm，MD=-16.06KNm，MC=-27.16KNm，此时的弯矩图见图 3.10：图 3.10 右屋面被风时弯矩
43、图7、各种风荷载组合将以上六种风荷载情况弯矩图组合后得到左来风时的整体风作用弯矩图，如图沈阳理工大学士学位论文-23-3.11：图 3.11 左来风风作用组合内力弯矩图 当风从右边来时的风作用弯矩图和左边来风时的弯矩图对称沈阳理工大学士学位论文-24-4 起重机荷载计算4.1 起重机荷载作用1、起重机各轮对应的支反力影响线 图 4.12 起重机各轮支反力影响线2、一些载荷值的计算（1）根据以上数据可用公式(4.11)和公式(4.12)计算出作用于柱上的吊车垂直荷载8：最大荷载maxmax,QkiDPy（4.11）最小荷载minminQkiDPy（4.12）式中Q 分项系数 1.4；max,kP
44、 起重机轮压最大值；minkP 起重机轮压最小值；沈阳理工大学士学位论文-25-iy 各轮支反力影响线中 y 轴个数值。计算得到 Dmax和 Dmin分别为 298KN 和 76.46KN。（2）作用在每个轮子上吊车水平制动力设计值此值可用公式(4.13)计算：4QTQG（4.13）式中 动摩擦系数；Q 起重量；G 起重机小车重量。因为起重量为 10t 所以取 0,12，由起重机资料查得G为 4t，带入计算得出 T 为5.88KN。（3）作用在牛腿上的吊车最大水平荷载见式（4.14）maxmaxmaxQTTDP（4.14）带入数据计算得出此值为 16.70KN（4）作用在左侧柱牛腿处的最大集中
45、力 maxmax&L GFDG（4.15）式中&LGG 起重机自身梁与轨道重量计 算 得 出maxF为 388.23KN，maxF在 牛 腿 处 产 生 的 最 大 弯 矩 Mmax为388.23KN0.75m=290KNm（0.75m 为吊车轨道中心距柱体中心距离）。相应的在右侧柱出现最小集中力minF：同理minmin&L GFDG=166.70KN，Mmin=125KNm3、Tmax作用内力计算计算所需系数1hH沈阳理工大学士学位论文-26-LHfH 124 12HKsKK2233226KKK 1222 13 22KCKKCK计算得=0.87，=2.20，=0.11，K=0.90，1=4
46、.96，2=1.29，3=7.24，1C=4.90，2C=5.03此时计算剪力及弯矩的公式如下：剪力221121 13323AKFHC （4.16）剪力221121 13323EKFHC （4.17）弯矩2213233311123AFhKKMC（4.18）弯矩2213233311123EFhKKMC（4.19）弯矩221329336DFhKM（4.20）沈阳理工大学士学位论文-27-支反力1012EAEAEMFhMMVV（4.21）弯矩02CCEEAMLMHHfMV（4.22）弯矩max1TAAMHhM（4.23）式中：maxTM 最大集中力 Tmax处的作用弯矩；F Tmax。带 入 具 体
47、 数 值 计 算 可 得 出：VA=-VE=3.04KN，HA=-9.60KN，HE=7.10KN，MA=-54.3KNm，ME=25.9KNm，MB=25.9KNm，MD=-22.05KNm，MC=20.90KNm，maxTM=33.73KMm。4、Dmax作用在左侧柱时内力此时剪力、弯矩等计算公式如下：剪力max21122AEMKHHCh（4.24）弯矩max221326221112AMKKMC（4.25）弯矩max2131322BMMK（4.26）弯矩max2131322DMMK（4.27）沈阳理工大学士学位论文-28-支反力maxmaxmax0EAEAEAMMMMVFLVFV（4.28
48、）弯矩()2CAEELMHHfMV（4.29）带 入 具 体 数 值 计 算 可 得 出：VA=380KN，VE=8.23KN，HA=HE=19KN，MA=23.20KNm，ME=130.50KNm，MB=114.14KNm，MD=-65.85KNm，MC=-6.39KNm。把此步的计算结果加下脚标“4”以便在下一步计算方便区分。5、Dmin作用在左侧柱时内力剪力、弯矩等计算公式如下：剪力min4maxAEAMHHHM（4.30）弯矩min4maxAEMMMM（4.31）弯矩min4maxEAMMMM（4.32）弯矩min4maxBBMMMM（4.33）弯矩min4maxDDMMMM（4.34
49、）支反力minminEAEMMMVFL（4.35）沈阳理工大学士学位论文-29-支反力minAEVFV（4.36）弯矩()2CAAALMHHfMV（4.37）带入具体数值计算可得出：VA=3.82KN，VE=163.42KN，HA=HE=8.19KN，MA=56.25KNm，ME=9.98KNm，MB=49.08KNm，MD=-28.32KNm，MC=0.46KNm。由以上计算以及内力组合结果可知柱截面 A 处和梁截面 B 处为危险截面，所对应的柱截面内力值为弯矩 M=337.50KNm，支反力 N=220.50KN，剪力 V=76.02KN，梁截面内力值为弯矩 M=236.93KNm，支反力
50、 N=81.98KN，剪力 V=81.03KN。沈阳理工大学士学位论文-30-5 吊车梁设计5.1 10T 吊车梁资料（13.5 米吊车）6：根据文献6实例计算有：Pmax=63.5kN，G+g=55.9kN，B=3000mm，W=2500mm 图 5.15.1.1 内力计算（单台)求 Mmax图 5.2Fmax=11rQPmax=1.051.051.463.5=98.01kN （5.11）沈阳理工大学士学位论文-31-Mc=14F.l=0.2598.016=147kN （5.12）VC 左=-VC 右=F/2=49kN求 MTmaxT=2rQT1=1000.4 1001 1.40.12 2=