钢结构辅助结构系统

172 第五章 辅助结构系统 轻型钢结构的辅助结构系统包括挑檐、雨篷、吊车梁、牛腿、楼梯、栏杆、检修平台和 女儿墙等，它们构成了轻型钢结构完整的建筑和结构功能。 第一节 雨篷和挑檐 一、雨篷 钢结构雨篷同钢筋混凝土结构雨篷一样，按排水方式可分为有组织排水和自由落水两 种。钢结构雨篷的主要受力构件为雨篷梁，其常用的截面形式有轧制普通工字钢、槽钢、H 型钢、焊接工字形截面等，当雨篷的造型为复杂的曲线时亦可选用矩形管或箱形截面等。 在轻型门式刚架结构中，雨篷宽度通常取柱距，即每柱上挑出一根雨篷梁，雨篷梁间通 过 C 型钢连接形成平面。挑出长度通常为 1.5m或更大，视建筑要求而定。雨篷梁可做成等 截面或变截面，截面高度应按承载能力计算确定。通常情况下雨篷梁挑出的长度较小，按构 造做法，其截面做成与其相连的 C 型钢截面同高：当柱距为 6m 时，连接雨篷梁的 C型钢为 16＃，雨篷梁亦取 16＃槽钢；当柱距为 9m 时，连接雨篷梁的 C型钢为 24＃，雨篷梁取 25 ＃槽钢； 有组织排水的雨篷可将天沟设置在雨篷的根部或将天沟悬挂在雨篷的端部，雨篷四周设 置凸沿，以便能有组织的将雨水排入天沟内。 图 5-1～5-3为几种常见雨篷的做法。 （a） 173 (b) 图 5-1 自由落水雨篷 (a) (b) 174 (c) 图 5-2 有组织排水雨篷 （a）A-A （b）B-B （c）C-C 图 5-3 雨篷节点详图 175 二、挑檐 在轻型门式刚架厂房结构中，通常将天沟（彩钢或不锈钢）放置在挑檐上，形成外天沟。 挑檐挑出构件的间距取柱距，即挑出构件作为主刚架的一部分，挑出构件之间由 C 型钢檩条 连接，。图 5-4 所示为典型的挑檐构造。 图 5-4 典型的挑檐构造 挑檐柱承受 C 型钢墙梁传递轻质墙体的竖向荷载和风荷载，挑檐梁主要承受考虑天沟积 水满布荷载或积雪荷载。挑檐各构件（挑檐柱、挑檐梁）截面通常采用轧制工字钢或高频 H 型钢，截面大小由承载力计算确定。挑檐计算简图如图 5-5 所示，将挑檐柱和挑檐梁示作一 个整体，端部与刚架柱固接，即作为悬臂构件计算。通常情况下轻钢厂房结构的挑檐所承受 的荷载较小，截面多选择 200高的高频焊接 H 型钢。 （a） （b） 图 5-5 挑檐结构计算简图 176 第二节 吊车梁和牛腿 一、吊车梁概述 直接支承吊车轮压的受弯构件有吊车梁和吊车桁架，一般设计成简支结构。吊车梁有型 钢梁、组合工字形梁及箱形截面梁等（见图 5-6）；吊车桁架常用截面形式为上行式直接支 承吊车桁架和上行式间接支承吊车桁架（见图 5-7）。 （a） （b） （c） （d） （e） （f） （g） （a）、（b） 型钢梁 （c）、（d）、（e）焊接工字形梁 （f）、（g）焊接箱形梁 图 5-6 实腹吊车梁的截面形式 （a）上行式直接支撑吊车桁架 （ b）上行式间接支撑吊车桁架 图 5-7 吊车桁架结构简图 吊车梁系统一般由吊车梁（吊车桁架）、制动结构、辅助桁架及支撑（水平支撑和垂直 支撑）等组成（见图 5-8）。 （a）边列吊车梁 （b）中列吊车梁 （1）轨道 （2）吊车梁 （3）制动结构 （4）辅助桁架 （5）垂直支撑 （6）下翼缘水平支撑 图 5-8 吊车梁系统构件的组成 177 吊车梁（或吊车桁架）的设计，应首先考虑吊车工作制的影响，一般将吊车工作制分 为轻、中、重和特重四级，在进行吊车梁设计时，应根据工艺提供的资料确定其相应的级别。 吊车梁（或吊车桁架）均应满足强度、稳定和容许挠度的要求；对重级工作制吊车梁和重、 中级工作制吊车桁架尚应进行疲劳验算。当进行强度和稳定计算时，一般按两台最大吊车的 最不利组合考虑。进行疲劳验算时，则按一台最大吊车考虑（不计动力系数）。 本节主要介绍额定起重量 Q≤20t 的吊车梁（或吊车桁架）。 二、常用的几种吊车梁简介 1、型钢吊车梁用热轧型钢制成，制作简单、运输及安装方便，一般用于跨度≤6m，吊 车起重量 Q≤10t 的轻、中级工作制的吊车梁。 2、焊接工字形吊车梁截面一般由三块板焊接而成。当吊车梁的跨度与吊车起重量不大， 并为轻、中级工作制时，可采用上翼缘加宽的不对称截面，此时一般可不设制动结构。当吊 车梁的跨度与吊车起重量较大或吊车为重级工作制时，可采用对称或不对称工字形截面，但 需设置制动结构。不对称工字形截面能充分利用材料强度使截面更趋合理。 工字形吊车梁一般设计成等高度等截面的形式，根据需要也可设计成变高度（支座处 梁高缩小）变截面的形式。 3、吊车桁架有桁架式、撑杆式、托架—吊车桁架合一式等。一般设计成上承式简支桁 架，由劲性上弦、腹杆和下弦组成。常用的几何形式为带中间竖杆的三角形腹杆体系平行弦 桁架，其支座设于上弦平面内。上弦为劲性连续梁，适用吊车轨道直接铺设在上弦上，吊车 桁架跨度 L≥18m 且吊车为轻、中级工作制的情况。 吊车桁架杆件截面宜优先选用轧制型钢或其它组合截面，并尽可能选用具有较大刚度的 截面。对受压杆件，应采用在桁架平面内、外两个方向长细比接近的截面。桁架的劲性上弦 宜选用具有较大垂直刚度的工字形截面；桁架下弦截面采用轧制 H 型钢截面；桁架腹杆的轴 线可交汇于上弦杆的下边缘线上，在上弦节点处，上弦杆的腹板均应设置横向加劲肋。 4、箱形吊车梁由上下翼缘板与两侧各一块腹板组成。箱型吊车梁具有较大的整体抗弯 和抗扭刚度，梁的截面高度相对较小和具有较高的安全度的优点，但用钢量可能较多且制作 和安装的难度较大。一般可用作扭矩较大的中列柱、大跨度及较大起重量的吊车梁或环形吊 车梁等。 箱形吊车梁可分为窄箱形梁和宽箱形梁。前者为两块腹板共同承受一条吊车轨道的荷 重，后者为两块腹板各自分别承受一条吊车轨道的荷重（中列吊车梁），或两块腹板各自分 178 别承受一条吊车轨道及屋盖（或墙架支柱）传来的荷重（边列吊车梁）。 5、壁行吊车梁是承受一种可移动的悬挂吊车的梁，一般可分为分离式壁行吊车梁和整 体式壁行吊车梁（即箱形梁）两种。由承受水平荷载的上梁及同时承受水平和竖向荷载的下 梁组成分离型式的壁行吊车梁较为经济，但需严格控制上、下梁的相对变形。为了增加刚度 亦可将上、下梁组合成箱形梁，但是这样不太经济。 6、悬挂式吊车梁包括悬挂单梁和轨道梁，由轧制工字钢制成，悬挂于屋盖及楼盖承重 结构下或特设的支柱、支架下。单轨吊车梁可分为直线梁和弧线梁，直线梁可根据材料、安 装及支承等条件设计为简支、双跨或三跨连续梁，弧线梁在弧线段及弧线与直线交接处均应 设计为连续构造。单轨吊车梁所选用的工字钢型号、行驶范围、弧线梁的曲率半径、吊车起 重量、吊车台数均应现由工艺设计人员提供。单轨吊车梁上的吊车荷载一般只考虑一台吊车 的作用，可简化为一个集中荷载作用在梁上计算。 在轻型钢结构体系中，最常见的吊车支承结构形式为焊接工字形简支吊车梁，以下介绍 该形式的计算和构造要求。 三、吊车梁计算 假定吊车支承结构形式为焊接工字形简支吊车梁。 1、荷载计算： （1）吊车荷载 1）横向水平荷载标准值  kN n QQ TK 102 )( 0 1    （5-1） 2）纵向水平荷载标准值 max,, 1.0 Klk PT  （5-2） 3）竖向水平荷载标准值 吊车竖向荷载标准值按工艺资料所提吊车的最大轮压采用，当缺少轮压资料时，也可按 吊车桥架及小车重量、吊钩极限位置等计算最大轮压。 （2）其它荷载 作用于吊车梁或吊车桁架走道板上活荷载一般取 2.0kN/m²，有积灰荷载时一般取 0.3～ 1.0kN/m²。 179 式（5-1）和（5-2）中，取决于不同额定起重量 Q（单位 t）。对于软钩吊车的额定起 重量，Q≤10t 时 12.0 ；Q≤15～50t 时 10.0 ；Q≥75t 时 08.0 。对于硬钩吊车 的额定起重量， 2.0 。 1Q 为小车重量（单位 t），由吊车资料确定；当无明确的吊车资 料时，软钩吊车的小车重量可近似地确定为：当 Q≤50t时， 1Q =0.4Q；当 Q＞50t时， 1Q =0.3Q。 max,KP 为作用于一侧轨道上所有制动轮最大轮压标准值之和，当缺少制动轮数资料时，一 般桥式吊车可取此侧大车车轮总数的一半。 0n 为吊车一侧轮数。 当吊车梁还承受屋盖、墙架以及侧墙分荷载或其他荷载时，应按实际计算，并考虑应力 叠加。 2、作用力计算： 计算吊车梁的内力时，应按结构力学中影响线的方法确定各内力所需吊车荷载的最不利 位置，在按此求出吊车梁的最大弯矩及其相应的剪力、支座最大剪力、横向水平荷载作用下 在水平方向所产生的最大弯矩，当为制动桁架时需计算横向水平荷载在吊车梁上翼缘所产生 的局部弯矩。 简支梁在行动轮压和横向水平力的作用下，产生的竖向弯矩、水平弯矩和剪力，应按可 能排列于梁上的轮数、轮序及最不利位置进行计算。当制动结构为桁架时，尚应计算横向水 平力对翼缘产生的弯矩。 （1）最大竖向弯矩及支座反力 当梁上有 2 个或 2 个以上轮压作用时，轮子的排列应使所有梁上轮压的合力作用线与最 近一个轮子间的距离被梁中心线平分，则此轮所在位置既为梁最大弯矩截面位置。最大剪力 maxV 可按梁反力影响线来求得。 当梁上作用有 2 个、3 个、4 个轮时，梁最大内力 maxM 、 maxV 可按下表计算。计算前 应先于梁上排列轮数及轮序，判断并选择最不利轮位后，在按下表 5－1～5－3 计算。 180 表 5-1 作用于梁上两个轮时简支吊车梁最大竖向弯矩、剪力计算公式 简 图 算 式 最大 弯矩 maxM P aP a   110   L aLP M 4 2 0 21 PPP  最大 剪力 maxV        L a PPV 121 1 181 表 5-2 作用于梁上三个轮时简支吊车梁最大竖向弯矩、剪力计算公式 简 图 算 式 最 大 弯 矩 maxM P 合力作用线在梁中左侧  2211 aPaP  ， P aPaP a    22110   11 2 0 4 aP L aLP M    ， 21 2PPP  P 合力作用线在梁中右侧  2211 aPaP  ， P aPaP a    11220   11 2 0 4 aP L aLP M    ， 21 2PPP  最 大 剪 力 maxV         L aaL PPV 21 21 )(2 182 表 5-3 作用于梁上四个轮时简支吊车梁最大竖向弯矩、剪力计算公式 简 图 算 式 最 大 弯 矩 maxM P 合力作用线在梁中左侧    311322 aaPaaP  ， )(2 21 PPP  P aPaaP a    223110 )2( ，   )2( 4 311 2 0 aaP L aLP M    P 合力作用线在梁中右侧    311322 aaPaaP  ， )(2 21 PPP  P aPaaP a    113220 )2( ，   11 2 0 4 aP L aLP M    若 2P 大于 1P 很多，合力线进入两个 2P 轮之间时， 0a 及 M 分别改为按下式计算： P aaPaP a    )( 32122 0 ，   )2( 4 311 2 0 aaP L aLP M    最 大 剪 力 maxV               L aaaL P L a PV 231 2 1 1 )(2 2 183 （2） 最大水平弯矩及支座反力 ①当制动结构为制动板时，在横向力作用下，其最大水平弯矩 maxyM 和支座反力 maxyV 可按在竖向轮压下梁最大弯矩和反力的相同轮位进行计算，应注意此时横向力须考虑横向水 平力增大系数 T 。 ②当为制动桁架时，其计算简图如图 5－9所示，由 maxyM 在吊车梁上翼缘（或制动桁 架外弦）产生的附加轴力 TN N 按下式计算： d M N yT max 图 5-9 制动桁架计算简图 这里，d 为制动桁架弦杆重心线间距离。 制动桁架腹杆内力计算可按车轮横向力作用下桁架杆件影响线来求得，对中列制动桁架 还应考虑相邻跨吊车水平力同时作用的不利组合。 制动桁架在吊车横向水平力作用下，吊车梁上翼缘（即制动桁架弦杆）同时还产生节间 弯矩 1yM ，可按以下方式近似计算。 轻、中级工作制吊车的制动桁架： 41 Ta M y  重级工作制吊车的制动桁架： 31 Ta M y  这里，a 为桁架节间距离。 184 3、吊车梁及制动结构的强度和稳定 （1）吊车竖向荷载设计值 max4.1 kPP  （5-3） 上式中， maxkP 为最大轮压标准值。 为动力系数，对悬挂吊车（包括电动葫芦）以及 轻、中级工作制的软钩吊车， 取 1.05；对中级工作制的软钩吊车、硬钩吊车以及其它特 种吊车， 取 1.1。 为附加荷载增大系数。 （2）吊车横向水平荷载设计值 对于轻、中级吊车： kTT 4.1 （5-4） 对于重、特重级吊车： kTTT 4.1 （5-5） 这里， T 为横向荷载增大系数。 （3）弯曲正应力 1）上翼缘正应力 I.无制动结构时 f W M W M ny y nx x  max （5-6） II.有制动梁时 f W M W M ny y nx x  1 max （5-7） III.有制动桁架时 f A N W M W M ne T ny yl nx x  max （5-8） 2)下翼缘正应力 f W M nx x  max （5-9） 这里， maxxM 为吊车竖向荷载对 x 轴产生的最大竖向弯矩； yM 为对上翼缘或下翼缘与 185 制动梁组合截面 y 轴的水平弯矩； ylM 当为制动桁架时，上翼缘在桁架节间内的水平局部 弯矩；可近似按下式计算： aTM yl  )4/13/1( ～ （5-10） 上式中，T 为作用于一个吊车轮上的横向水平荷载或摇摆力；a 为制动桁架节间长度。 TN 为上翼缘及制动桁架组成的水平桁架中由 yM 作用在上翼缘（弦杆）产生的轴心力； neA 为梁上部参与制动结构的有效净面积； nxW 为对吊车梁截面强轴（x 轴）净截面抵抗矩； nyW 为吊车梁上翼缘截面（包括加强板、角钢或槽钢）对 y 轴的净截面抵抗矩； 1nyW 为梁上翼 缘与制动梁组合成水平受弯构件对其竖向轴（y1轴）的净截面抵抗矩； （4）剪应力 1）一般截面 v Wx x kf tI VS  （5-11） 这里，V 为梁计算截面承受的剪力； xS 为计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩； xI 为计算截面对 x 轴的毛截面惯性矩； wt 为腹板厚度； vff、 为分别为钢材抗弯、抗剪强 度设计值； k 为系数； 2）突缘支座截面 v WW f th V  2.1  （5-12） 这里， wh 为腹板高度。 （5）吊车梁腹板计算高度上边缘受集中荷载局部压应力 1）重级吊车梁 f tl P wZ C  35.1  （5-13） 2）其它吊车梁 f tl P WZ C  （5-14） maxkQ PP  （5-15） 186 yZ hmml 250  （5-16） 这里， yh 为轨顶至腹板上边缘的距离； Q 为荷载分项系数，取 1.4； wh 为腹板的高度； wt 为腹板的厚度； 为动力系数。 （6）吊车梁腹板计算高度边缘折算应力 1）简支梁 fCC 1.13 2 11 22 1   （5-17） 2）连续梁 fCC 2.13 2 11 22 1   （5-18） （7）端支承加劲肋截面强度 1）受压短柱 f A R S   （5-19） 这里， R 为支座反力；为由长细比 z z i h0 决定的轴心受压构件稳定系数； sA 为将 支座加劲肋视为轴心受压构件时的计算面积，包括支座加劲肋和加劲肋两侧或一侧 yw ft /23515 范围内的腹板面积； 2）端面承压 ce ce ce fA R  （5-20） 这里， ceA 为端面承压面积（支座加劲肋与下翼缘或柱间梁顶面接触处的净面积）。 4、吊车梁腹板及横向加劲肋强度补充验算 （1） 扭矩 T 及附加弯曲应力 YT rhTePT 1max 75.0 （5-21） kTTT 4.11  （5-22） 这里，e 为轨道偏心可取 15mm； rh 为轨道高度。 187 f I Tt T W YT  2  (5-23) 3 3 1 btII TrT  （5-24） 这里， TrI 为轨道抗扭惯性矩；b、t 分别为上翼缘宽度和厚度。 （2）考虑扭矩 T 时梁腹板上端边缘处强度补充验算 fcxx   25.0 （5-25） fYTcy   （5-26） fYTcxy   25.03.0 （5-27）       fccxcx 1222 3.03    （5-28） nx x x W M  （5-29） WIt VS  （5-30） （2） 成对布置的腹板加劲肋的强度 f bA T ss S  5.1  （5-31） 5、特重级吊车梁的疲劳计算 （1）吊车荷载设计值： maxkPP  （5-32） kTT  （5-33） （2）受拉翼缘与腹板连接处焊缝及附近主体金属疲劳应力幅 1）横向加劲肋下端点附近主体金属疲劳应力幅   6102  f （5-34）   1 minmax y I MM x   （5-35） 2）下翼缘与腹板连接处角焊缝疲劳应力幅 188   6102  f （5-36） xf Ih VS 2 1 （5-37） 6、吊车梁的竖向挠度计算 吊车荷载设计值为： maxkPP  （5-38） （1）简支梁 等截面梁： x x x EI lM v 10 2  （5-39） 渐变式变截面梁：                     x xx x x x I II EI lM v 25 3 1 10 2 （5-40） （2）连续梁 yP EI l v k x x  3 （5-41） 这里， 为附加荷载增大系数； xI 为计算截面对 x 轴的毛截面惯性矩（跨中）； ' xI 为 计算截面对 x 轴的毛截面惯性矩（支座）； xM 代表由全部竖向荷载（标准值，不考虑动力 系数）产生的最大弯矩。 7、吊车梁的水平挠度计算 吊车荷载设计值： kTT  （5-42） 对于制动板情况： y y y EI lM v 10 2  （5-43） 对于制动桁架情况： 189 y y y EI lM v 8 2  （5-44） 8、焊接吊车梁的连接计算 梁腹板与上翼缘板的连接焊缝：   22 1max 4.1 1                Zx W f f l P I SV f h  （5-45） 梁腹板与下翼缘板的连接焊缝：   xWff If SV h 4.1 1max （5-46） 支座加劲肋与梁腹板的连接焊缝： 平板支座  WfWf fl R h 4.12  （5-47） 突缘支座  WfWf fl R h 4.1 2.1  （5-48） 这里， maxV 为计算截面的最大剪力设计值（考虑动力系数 ）； 1S 为翼缘截面对梁中 和轴的毛截面惯性矩； xI 为梁的毛截面惯性矩；为系数，对中级工作制的吊车梁取 1.35； 其它梁取 1.0；P 为作用在吊车梁上的最大轮压设计值（考虑动力系数）； zl 为腹板承压 长度， yz hmml 250  （ yh 为轨顶直腹板上边缘的距离）。 四、吊车梁的构造 轻钢结构中吊车的起重量通常较小，一般做法为等截面或变截面的焊接 H 型钢简支梁。 焊接工字形吊车梁的横向加劲肋与上翼缘相接处应切角。当切成斜角时，其宽约为 bs/3(但不大于 40mm)，高约为 bs/2(但不大于 60mm)。bs为加劲肋宽度。横向加劲肋的上端 应与上翼缘刨平顶紧后焊接，加劲肋的下端宜在距离受拉翼缘 50～100mm 处断开，不应另加 零件与受拉翼缘焊接（见图 5-10a）；当同时采用横向加劲肋和纵向加劲肋时，其相交处应 留有缺口（图 5-10（a）剖面图 2-2），以免形成焊接过热区。重级工作制吊车梁，对此间隙 190 应由疲劳验算决定，横向加劲肋下端点焊缝宜采用连续回焊后灭弧的施焊方法。（见图 5-10b） (a) 轻、中级工作制吊车梁 (b) 重级工作制吊车梁 图 5-10 焊接工字形吊车梁构造 吊车梁制作时，翼缘板和腹板的工厂拼接应采用加引弧板的对接焊缝，对接完毕后应将 引弧板割去并打磨平整。吊车梁制作应符合要求： （1） 上下翼缘板的对接焊缝一般要求采用自动焊的直缝对接，并要求焊透。当夏翼缘 对接焊缝位于跨中的 1／3 范围内时，宜采用 45o～55o斜缝对接； （2） 翼缘或腹板的工厂拼接接头不应设在同一截面上，应尽量错开≥200mm，接头位 置宜设在距支座约为 1／3～1／4 梁跨度范围内； 对与腹板纵横梁方向的对接焊缝，可采用 T 形交叉也可采用十字形交叉，对 T 形交叉， 其交叉点的距离不得小于 200mm；当拼接焊缝与加劲肋相交时，加劲肋与腹板连接角焊缝应 中断，其端部与拼接焊缝的距离约为 50mm。 191 （3） 对接焊缝所选用的引弧板，必须与母材的材质、厚度相同，剖口形式也需与母材 相同。 吊车梁与制动结构的连接，重级工作制吊车梁应采用高强度螺栓连接，轻、中级工作制 吊车梁可采用工地焊接。 吊车梁的受拉翼缘上不得焊接悬挂设备零件，吊车梁的受拉翼缘与水平支撑的连接应采 用螺栓连接不得焊接。 五、牛腿构造 柱上设置牛腿以支承吊车梁、平台梁或墙梁。一般有实腹式柱上支承吊车梁的牛腿和格 构式柱上支承吊车梁的牛腿。 实腹式柱上支承吊车梁的牛腿，柱在牛腿上、下盖板的相应位置上，应按要求设置横向 加劲肋。上盖板与柱的连接可采用角焊缝或开坡口的 T 形对接焊缝，下盖板与柱的连接可. 采用开坡口的 T 形对接焊缝，腹板与柱的连接可采用角焊缝。（见图 5-11） （a）边列柱牛腿 （b）中列柱牛腿 图 5-11 实腹柱牛腿构造 格构式柱上支承吊车梁的牛腿：第一种可由两个槽钢（或角钢对焊成的槽形钢）与一盖 板组成，两槽钢（或角钢对焊成的槽形钢）焊与柱分肢的两侧，并在其上翼缘间设置横隔板 或横隔架（见图 5-12）。第二种可由内焊于柱分肢之间的焊接工字钢组成（见图 5-13）。 192 图 5-12 格构柱上支撑吊车梁的牛腿之一 图 5-13 格构柱上支撑吊车梁的牛腿之二 六、牛腿计算 1、牛腿与柱连接处截面强度计算 （1）抗弯强度 f W M n   （5-49） （3） 抗剪强度 193 V W f It VS  （5-50） （4） 腹板计算高度边缘处的正应力 1yI M n  （5-51） （5） 腹板计算高度边缘处的折算应力 f 22 3 （5-52） 2、牛腿与柱连接处焊缝强度计算 实腹式柱上牛腿及第二种格构式柱上牛腿： Wff f f f        2 2    （5-53） 第一种格构式柱上牛腿： Wf ff f lnh R  7.0  （5-54） 七、吊车梁及牛腿计算示例 1、6m 焊接工字形吊车梁计算 已知条件：某单层工业厂房，跨度 24m，柱距 6m，设有一台 3 吨单梁吊车，轻级工作制。 吊车跨度 S=22.5m；起重机重量：50.2KN；轮距： mma 30001  ；最大轮压： kNP 2.28max  ； 最小轮压： kNP 9.11min  。 1、吊车梁内力计算（采用简支吊车梁） 194 图 5-14 计算简图 （1）最大弯矩   m8KN4a-1/2PM 22Cmax  (2)最大剪力 A A max RV    0M 02.2832.2866R A  KN3.42R A  KNV A 3.42max  2、吊车梁截面选择 （1）根据容许挠度确定吊车梁截面 mKNMM CMAXw  4.494803.1max β     500/6101020610/6104.4910/ 63232max  xx IEIlMf 446 7149)(1094.71 cmmII x   选用 H300×200×6×8。 (2)按剪力确定吊车梁腹板 采用 Q235 钢  2/215 mmKNf  。 KNVV Aw 6.433.4203.1maxmax β 195     mmfhVt Aw 1215284/106.432.1/2.1 30max  (3)按经验公式确定吊车梁腹板     mmht w 55.3/2845.3/ 2/12/1 0  综上所述三种情况,初选吊车梁截面为:H300×200×6×8。 3、吊车梁稳定性验算 （1）整体稳定验算: 1）弯矩计算  xM 轨道及吊车梁自重产生的弯矩 1M （轨道采用 24kg/m 轻轨）：   mKNqlM  14.38/639.024.02.18/ 221 图 5-15 吊车梁截面 最大轮压产生的弯矩设计值 2M : mKNM  71484.105.12 mKNMMM x  4.74714.321 432 7968141912/28497212/300200 mmI x  42 1066666712/2008 mmI y  31062419150/796814192/2 mmhIW xx  3106667100/106666672/2 mmbIW yy    KNgQT 9.04/3012.04/12.0  196 2）水平弯矩 )( yM mKNPMTM Cy  1.22.28/489.04.1/4.1 max 3）整体稳定系数 bψ 432 1067177912/628412/20082 mmI y  A=4900mm2   mmAIi yy 47)4900/10671779(/ 2/12/1  12847/6000/  yy il   8.0)300200/(86000/ 111  hbtl 874.08.018.073.018.073.0   b      6.0404.02354.4/14320 2/121  yxybybb fWhthA    22 /215/193// mmNmmNWMWM yyxbx   整体稳定满足满足要求。 （2） 部稳定验算 803.476/284/0 ＜wth 按构造配置横向加加劲肋,按最大间距 02h 配置， )550(5682842 取 ，在腹板两侧 成对配置。加劲板尺寸为：外伸 mmhbs 494030/0  ，取 mmbs 80 ；厚度 mmbt ss 3.515/  ，取 mmt s 6 。 4、吊车梁的强度验算 （1）上翼缘的正应力计算 mKNM  4.74max mKNMM yT  1.2 31062419mmWnx  上 3106667mmWny  22 max /215/90// mmNfmmNWMWM nyynx  ＜　上 满足要求。 （2）下翼缘的正应力计算 197 满足＜下 22max /215N/mm70/ mmNfWM nx  （3）吊车梁支座处截面的剪应力设计值 1V   Vw fItSV  /max 1）吊车梁及轨道自重产生的剪力设计值 1V   KNV 3.22/639.024.02.11  2）最大轮压产生的剪力设计值 2V ： KNV 2.623.4205.14.12  KNVVV 5.6421max  面积矩 S： 22940927114261462008 mmS  截面惯性矩 I: 433 7968141912/28497212/300200 mmI  22 max /125/40)/( mmNfmmNItSV w  ＜ 满足要求。 (4)局部承压强度验算 fltP zwc  )/( 0.1 KNP 5.412.284.105.1  mmhaH yy 2801152502  223 /215/25)6280/(105.410.1)/( mmNfmmNltP zwC  ＜ 经验算:吊车梁截面选用 86200300 H 。 2、吊车梁牛腿计算 已知条件厂房跨度 S＝24m；柱间距 Bay＝6m；吊车荷载 Q＝10t；轮距 K＝4.1m；鞍座长 B ＝5.7m；最大轮压 P＝120kN；吊车梁重 G＝0.6t；牛腿反力 N＝239.46kN；偏心距 e＝300 mm； 外伸长度 d＝200mm；牛腿型号：BH450-300×250×6×10；材料：Q345；截面高 h：450 mm； 198 截面宽 b：250mm；翼板厚 tf：10 mm；腹板厚 tw：6mm；力作用点处截面：BH360×250×6 ×10。 图 5-16 牛腿计算简图 （1） 拉应力计算 牛腿根部弯矩 mkNeNM  838.71 ； 牛腿根部截面惯性矩    433 52.2817912/)2( cmthtbhbI fw  ； 牛腿根部截面抗弯模量 342.1252/2 cmhIW  ； 最大拉应力 2/36.57/ mmNWMf t  ； 2/315F mmNf tt 抗拉强度设计值 , 满足要求。 （2）剪应力计算 力作用点处腹板中点剪应力最大。 截面惯性矩    433 87.1728112/2)( cmthtbhbI fw  ； 腹板中点以上截面面积矩     32 83.5152/2/2/ cmthtthtbS fwff  ； 最大剪应力 2/12.119)/( mmNtISNf wv  ； 2/185F mmNf vv 抗剪强度设计值 , 满足要求。 （3）折算应力计算 199 验算牛腿根部腹板与翼板相交点折算应力。 该点以上截面面积矩   35502/ cmthtbS ff  ； 该点剪应力   2/9.77/ mmNtISNf wv  该点拉应力   2/81.54/2/ mmNIthMf ft  ； 该点折算应力 f = tvt fmmNff 1.1/63.1453 222  , 满足要求。 （4）焊缝计算 角焊缝抗拉，抗剪强度设计值 2/200 mmNFw  。 翼板周边角焊缝长   mmttbL wff 5142  ； 腹板周边角焊缝长   mmthL fw 86022  ； 翼板角焊缝高度   mmFLtbFh wfftf 94.10/  ； 腹板角焊缝高度   mmfltthfh wwwftw 75.6/)2(  。 第三节 楼梯和栏杆 楼梯和栏杆是建筑物的一个重要组成部分，本节主要讲述轻钢结构中的楼梯和栏杆的 结构计算及构造要点。 一、楼梯 在轻钢结构中较为常用的楼梯形式有：直梯和斜梯。直梯通常是在不经常上下或因场地 限制不能设置斜梯时采用，多为检修楼梯；经常通行的钢梯宜采用斜梯，它是工业建筑厂房 及其构筑物经常采用的钢梯形式。 1. 直梯 轻型钢结构厂房的室外检修楼梯通常采用直钢梯，其宽度一般为 600～700mm。直梯的 竖向荷载按 1.5kN 的集中力考虑。直梯的立杆及其它受力构件一般采用角钢，踏步通常采用 d=16mm 的圆钢。 图 5-17 为轻钢厂房中常见的检修爬梯。 200 图 5-17 检修爬梯 2. 斜梯 （1）概述 楼梯一般由楼梯梁、踏板、平台梁和平台板等几个部分组成。楼梯梁的截面通常选用槽 钢、工字钢或钢板等；平台梁截面一般是槽钢或工字钢；踏步板的做法很多，较为常用的材 料有花纹钢板、玻璃、木材以及混凝土和钢板组成的组合踏步板；平台板多是组合楼板、混 凝土楼板、花纹钢板等。 钢楼梯的做法较多，但其受力特点基本相同，因此其计算特点也基本相同。其计算特 点是：梯梁按斜放的简支梁计算，设计荷载按均布荷载进行考虑，计算跨度取平台梁间的斜 长净距；平台梁按两端固接梁计算，设计荷载为梯梁传来集中力和休息平台上的设计荷载， (a) (b) A-A 剖 (c) B-B 剖 201 计算跨度取柱轴线间距离；踏步板计算可按两端固接或两端铰接计算：如果踏步板的材料为 钢板，则按两端固接进行计算，如果踏步板的材料为玻璃、木材等，则应按两端简支进行计 算，计算荷载取设计荷载，计算跨度取梯梁轴线间距离；平台板的计算详见第四节的检修平 台板的计算。 楼梯荷载应根据建筑类别，按《建筑结构荷载 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 》（GB5009-2001）确定楼梯的活荷 载标准值。需要注意的是楼梯的活荷载往往比所在楼面的活荷载大。生产车间楼梯的活荷载 可按实际情况确定，但不宜小于 3.5kN／㎡（按水平投影面计算）。荷载的传力路径为（图 5-18）： 图 5-18 楼梯荷载传力路径 设楼梯单位水平长度上的竖向均布荷载 p=g+q（与水平面垂直），则沿梯梁单位斜长上的 竖向均布荷载 cospp  ，此处α为梯梁与水平线间的夹角，将 p分解为：  coscoscos pppx  （5-55）  sincossin ppp y  （5-56） 图 5-19 楼梯荷载传力路径 此处 xp 、 yp 分别为 p在垂直于梯梁方向及沿梯梁方向的分力。 均布荷载 踏板 均布荷载 梯梁 集中荷载 平台梁 框架梁柱 集中荷载 均 布 荷 载 平台板 梯段荷载 202 根据计算所得 xp 、 yp ，对梯梁按压弯构件进行设计即可。 平台梁按一般压弯构件进行设计即可。 踏步板与楼梯梁之间可采用焊缝连接或螺栓连接，如图 5-20（a）所示，（踏步板为钢 板的情况）；梯梁与平台梁之间一般采用螺栓连接，如图 5-20（b）所示，连接螺栓的大小 可根据梯梁传到平台梁的竖向分力进行设计；梯梁与地面连接见 5-20（c）。 图 5-20 典型的楼梯连接图 （2）设计实例 某轻钢工业厂房检修平台的钢楼梯（如图 5-21）踏步板采用 5mm 花纹钢板，钢梯斜梁 采用槽钢，两梯梁轴线间距离为 1500mm,试确定槽钢的型号。（恒荷载标准值取 0.4kN/m2, 活荷载标准值取 3.0KN/m2）。 图 5-21 楼梯斜梁计算简图 (a) 踏板与梯梁的连接 (b) 梯梁与平台梁的连接 （c） 梯梁与地面的连接 P=g+q 203 选用 10 号槽钢，材质 Q235。 1）荷载计算 作用于楼梯斜梁的恒荷载标准值： mKNg k /4.01.075.04.0  作用于楼梯斜梁的活荷载标准值： mKNqk /25.275.03  则作用于楼梯斜梁的荷载设计值： mKN qgp kk /63.3 25.24.14.02.14.12.1   2）内力计算 楼梯斜梁跨中最大弯矩： mkN pl M    09.4 8 363.3 8 22 max ； 斜梁剪力： kNplV 85.489.00.363.3 2 1 cos 2 1 max   ； 3）截面验算 10 号槽钢，材质 Q235，Wx=39.7cm3,Ix=198.3 cm4； 22 3 6 max /215/12.98 107.3905.1 1009.4 mmNfmmN W M xx       ；   22 4 max /125/47.12 3.5103.198 253.550505.8484850 mmNfmmN tI SV v wx     ；     mmmmv mm EI lp f k 42.1330001500 250 1 56.9 103.19810206384 30001500cos65.25 384 5 22 43 4 224 max       。 二、栏杆 1、概述 在轻钢结构厂房中，平台的周边、斜梯的侧边以及因工艺要求不得通行地区的边界均应 设置防护栏杆。工业平台和人行通道的栏杆应符合 GB4053-3-83 的要求。平台和斜梯的栏杆 可自行设计，亦可按国家标准图集 87J432 选用。 栏杆由立杆、顶部扶手、中部纵条以及踢脚板等组成。工业建筑中栏杆的形式相对较为 204 简单，其主要构件（立杆和顶部扶手）可选用刚度较好的角钢（∟50X4㎜）或圆钢管(φ38～ 45×2 ㎜)。栏杆立柱的间距不大于 1m，并应采用不低于 Q235 钢的材料制成。中部纵条可选 用不小于－30×4 的扁钢或φ16 的圆钢固定在立杆内侧中点处，中部纵条与上下杆件之间的 间距不应大于 380mm。为保证安全，平台栏杆均须设置挡板（踢脚板），挡板一般采用-100 ×4 ㎜扁钢。室外栏杆的挡板与平台面之间宜留 10mm的间隙，室内栏杆不宜留间隙。 栏杆可分段整体制作，栏杆各部件之间宜采用焊缝连接。立杆与平台边梁的连接可采用 工地焊接或螺栓连接。 栏杆设计时应按规定考虑栏杆顶部水平荷载 0.5kN/m（对住宅、宜园、幼儿园等）或 1.0kN/m（对于学校、车站、展览馆等）。 栏杆高度一般为 1000㎜，对高空及安全要求较高的区域，宜用 1200 ㎜；工业平台栏杆 的高度不应小于 1050mm；对于不经常通行的走道平台和设备防护栏，其高度宜降低至 900 ㎜。平台栏杆应与相连接的钢体栏杆在截面和高度上协调一致。 (a)室内栏杆及剖面 205 图 5-22 典型楼梯栏杆图 2、设计实例 某工业平台栏杆（如图 5-23），栏杆高度 l＝1050mm；立杆间距 750mm，采用∟50X4 ㎜角钢；验算立杆的强度及立杆与平台梁连接的焊缝强度。（栏杆顶部水平荷载 q=0.5KN/m） 立杆与平台梁（或其它梁）的连接采用双面角焊缝承担栏杆顶部水平力产生的弯矩。取 mmlmmh f 100 ,4  焊缝实际长度 ； 则焊缝的有效厚度 mmhh fe 8.27.0  ,焊缝的计算长度 mmlw 9010100  。 22 2 6 2 maxmax /160/12.52 908.22 10394.06 2 6 mmNfmmN lh M W M w