正文

1.3 吊车荷载

2014全国一、二级注册结构工程师专业考试教程 作者:宋玉普 著


1.3 吊车荷载

1.3.1 吊车竖向和水平荷载

1.吊车竖向荷载标准值,应采用吊车最大轮压或最小轮压。

2.吊车纵向和横向水平荷载,应按下列规定采用:

(1)吊车纵向水平荷载标准值,应按作用在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压之和的10%采用;该项荷载的作用点位于刹车轮与轨道的接触点,其方向与轨道方向一致。

(2)吊车横向水平荷载标准值,应取横行小车重量与额定起重量之和的下列百分数,并应乘以重力加速度:

1)软钩吊车:

当额定起重量不大于10t时,应取12%;

当额定起重量为16~50t时,应取10%;

当额定起重量不小于75t时,应取8%。

2)硬钩吊车:应取20%。

(3)吊车横向水平荷载应等分于桥架的两端,分别由轨道上的车轮平均传至轨道,其方向与轨道垂直,并考虑正反两个方向的刹车情况。

悬挂吊车的水平荷载应由支撑系统承受;设计该支撑系统时,尚应考虑风荷载与悬挂吊车水平荷载的组合。手动吊车及电动葫芦可不考虑水平荷载。

1.3.2 多台吊车的组合

1.计算排架考虑多台吊车竖向荷载时,对单层吊车的单跨厂房的每个排架,参与组合的吊车台数不宜多于2台;对单层吊车的多跨厂房的每个排架,不宜多于4台;对双层吊车的单跨厂房宜按上层和下层吊车分别不多于2台进行组合;对双层吊车的多跨厂房宜按上层和下层吊车分别不多于4台进行组合,且当下层吊车满载时,上层吊车应按空载计算;上层吊车满载时,下层吊车不应计入。

表1.3-1 多台吊车的荷载折减系数

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考虑多台吊车水平荷载时,对单跨或多跨厂房的每个排架,参与组合的吊车台数不应多于2台。

当情况特殊时,应按实际情况考虑。

2.计算排架时,多台吊车的竖向荷载和水平荷载的标准值,应乘以表1.3-1(《荷载规范》的表6.2.2)中规定的折减系数。

1.3.3 吊车荷载的动力系数

当计算吊车梁及其连接的承载力时,吊车竖向荷载应乘以动力系数。对悬挂吊车(包括电动葫芦)及工作级别A1~A5的软钩吊车,动力系数可取1.05;对工作级别为A6~A8的软钩吊车、硬钩吊车和其他特种吊车,动力系数可取为1.1。

1.3.4 吊车荷载的组合值、频遇值及准永久值

1.吊车荷载的组合值、频遇值及准永久值系数可按表1.3-2(荷载规范表6.4.1)中的规定采用。

表1.3-2 吊车荷载的组合值、频遇值及准永久值系数

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2.厂房排架设计时,在荷载准永久组合中可不考虑吊车荷载。但在吊车梁按正常使用极限状态设计时,可采用吊车荷载的准永久值。

【例1.3-1】 一计算跨度l0=5.8m(柱距为6m)的简支钢筋混凝土吊车梁,该梁上运行一台吊车额定起重量Q=10t及工作级别为A5的软钩桥式吊车,其最大轮压Pmax=127.4kN(图1.3-1),吊车最大宽度B=5.922m,大车最大轮距w=4.1m。吊车梁自重及轨道重量之和为g=5.8kN/m,设计使用年限的调整系数γL=1。由此可算得Pmax作用在梁跨中时梁的最大弯矩设计值Mc,max=____kN·m。(按可变荷载效应控制组合)

(A)280 (B)300.82 (C)260 (D)270

答案:(B)

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图1.3-1 吊车梁中最大弯矩及支座处最大剪力的计算简图

解答:因该吊车为软钩吊车及工作级别为A5,则相应的动力系数为1.05,由图1.3-1a可得跨中最大弯矩设计值为

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【例1.3-2】 计算条件均同【例1.3-1】,但需按图1.3-1b所示的不利条件计算吊车梁在靠近支座边A处的剪力设计值,由此可算得该梁的最大剪力设计值VA,max=____kN。

(A)270.25 (B)262.35 (C)250 (D)280.5

答案:(B)

解答:计算吊车梁的剪力设计值时,仍需考虑动力系数1.05,由图1.3-1b可得靠近支座A处的剪力设计值为

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【例1.3-3】 一机械加工车间采用钢筋混凝土排架结构,车间跨度为18m,柱距为6m(图1.3-2),吊车梁为预制钢筋混凝土梁。车间内设置2台起重量为5t、工作级别为A5级的软钩桥式吊车,吊车跨度lc=16.5m,吊车最大宽度B=5.77m,吊车轮距w=4m,最大轮压Pmax=65kN,最小轮压Pmin=27kN。排架柱A在支承吊车梁的牛腿部位由两台吊车运行至相近位置时,则可算得牛腿面上由吊车最大轮压产生的最大竖向反力标准值Rmax=____kN。

(A)121.5 (B)105 (C)135( D)150

答案:(A)

解答:计算排架柱A牛腿面上由吊车荷载产生的最大轮压的最大竖向反力Rmax时,按1.3.3节(《荷载规范》6.3条)的规定可不考虑吊车竖向荷载的动力系数(因当计算吊车梁及其连接的强度时,吊车竖向荷载才应乘以动力系数),但由1.3.2-2节(《荷载规范》6.2.2条)对排架柱在考虑多台吊车的竖向荷载时应考虑荷载折减系数,该系数可按表1.3-1(《荷载规范》表6.2.2)取用0.9,因此最大反力标准值Rmax可由下式算得:

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【例1.3-4】 计算条件同【例1.3-3】,但需计算柱B牛腿面上由吊车荷载产生的最小轮压的竖向反力Rmin=____kN。

(A)50.5 (B)56.1 (C)65 (D)70

答案:(A)

解答:对应【例1.3-3】,考虑多台吊车的竖向荷载折减系数0.9,则竖向反力标准值Rmin可按下式算得:

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图1.3-2 加工车间的平剖面图及吊车梁上的最大轮压Pmax分布图

【例1.3-5】 计算条件同【例1.3-3】,但吊车横向运行的小车重量G=1.7t,现需计算作用在排架柱A及B上由吊车横向水平荷载产生的最大水平力标准值Hy=____kN。该水平力的作用位置位于吊车轨道的顶面,且垂直于吊车轨道(图1.3-3)。

(A)3.7 (B)4.1 (C)3.2 (D)4.8

答案:(A)

解答:1.根据1.3.1节2(2)(《荷载规范》6.1.2条)规定一台吊车的横向水平荷载标准值H1,当为软钩吊车及起重量Q≤10t时,则应取横行小车重量G和额定起重量Q之和的12%,并应乘以重力加速度,即

H1=0.12(Q+Gg

=0.12×(5+1.7)×9.81kN

=7.9kN

2.一台吊车总的横向水平荷载,可对吊车的4个车轮平均分配,则每个车轮上的横向水平荷载标准值h可按下式计算

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图1.3-3 作用于排架柱上的最大水平力标准值Hy

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3.现计算作用于排架柱A及B上由吊车横向水平荷载产生的最大水平力标准值Hy。计算时考虑两台吊车且每一车轮上均作用横向水平荷载h,相应地按1.3.2节(《荷载规范》6.2条)的规定,取用多台(两台)吊车的水平荷载标准值折减系数0.9。产生横向水平荷载h的车轮位置同竖向荷载作用在吊车梁上的位置(图1.3-2c),则作用于排架柱上的最大水平力标准值Hy,可类似计算排架柱牛腿上的最大竖向反力Rmax,即

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在计算排架柱的内力时,上式中的水平力Hy应按正反方向与其他荷载工况进行不利组合。

【例1.3-6】 计算条件同【例1.3-3】,现需为计算纵向排架柱的柱间支撑内力时,确定沿纵向排架柱x方向产生的吊车最大纵向水平荷载标准值Hx=____kN(图1.3-4)。

(A)23.4 (B)25.8 (C)28 (D)32

答案:(A)

解答:根据1.3.1节2(1)(《荷载规范》6.1条)的规定,吊车纵向水平荷载标准值Hx应按作用在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压之和的10%采用,该项荷载作用点位于刹车轮与轨道的接触点,其方向同轨道方向(x向)。此外,由于是考虑两台吊车,根据1.3.2节2(《荷载规范》6.2条)和表1.3-1(《荷载规范》表6.2.2),故可对纵向水平荷载标准值乘折减系数0.9,则

Hx=0.9×0.1×ΣPmax=0.9×0.1×4×65kN=23.4kN

【例1.3-7】 计算条件同【例1.3-3】,现需计算该车间内跨度为6m的吊车梁,其计算跨度l0=5.8m(图1.3-5),它承受两台起重量均为5t的A5级软钩吊车,吊车最大宽度B=5.77m,吊车轮距w=4.0m,吊车最大轮压Pmax=65kN。现需计算两台吊车的最大轮压作用下吊车梁产生的最大弯矩标准值Mmax=____kN·m,计算该值时应计及动力系数。

(A)98.96 (B)137.5 (C)150.8 (D)120.5

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图1.3-4 作用于纵向排架柱上的吊车最大纵向水平荷载标准值

答案:(B)

解答:计算两台吊车最大轮压作用下吊车梁最大弯矩标准值时,应先确定两台吊车最大轮压的作用位置,一般可用影响线法确定。由于本题中吊车最大宽度B=5.77m,而吊车梁的计算跨度l0=5.8m,因此,两台吊车最不利运行位置,可按图1.3-5a及图1.3-5b两种吊车运行位置作计算比较,以确定吊车梁的最大弯矩标准值Mmax

按1.3.3节(《荷载规范》6.3条)的规定,对A5级软钩吊车应取用动力系数1.05。

1.两台吊车中仅一台吊车的一个最大轮压作用于跨中时(图1.3-5a)

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2.两台吊车紧贴运行,致使轮间距为1.77m的两个最大轮压作用在跨中时(图1.3-5b)

Mmax=1.05Pmax×2.015kN·m=137.5kN·m>98.96kN·m

因此,图1.3-5b为两台吊车的最不利运行位置,相应地产生最大跨中弯矩标准值。

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图1.3-5 跨中弯矩为最大值时两台吊车最大轮压的作用位置比较图

【例1.3-8】 计算条件同【例1.3-3】,但需计算在两台5t的A5级软钩吊车最大轮压作用下吊车梁的最大剪力设计值Vmax,以此可验算吊车梁的受剪承载力设计值。该吊车梁上除需考虑两台吊车外,尚应计及吊车梁自重和轨道设施等永久荷载标准值gk=6.0kN/m。根据上述荷载情况,可算得吊车梁的最大剪力设计值Vc,max=____kN。

(A)145.67 (B)150.8 (C)182.74 (D)200.9

答案:(C)

解答:计算两台吊车最大轮压作用下吊车梁最大剪力设计值时,也应先确定两台吊车最大轮压的作用位置,一般也可用影响线法确定。由于本题中两台吊车的最大宽度均为B=5.77m,吊车轮距w=4.0m,而吊车梁的计算跨度l0=5.8m,因此,两台吊车最不利运行位置,可按图1.3-6a及图1.3-6b的两种吊车运行位置作计算比较,以确定吊车梁的最大剪力设计值Vc,max。另外因永久荷载标准值仅6.0kN/m,而吊车最大轮压为65kN,所以按由可变荷载控制的效应设计计算。

按1.3.3节(《荷载规范》6.3条)的规定,对A5级软钩吊车应取用动力系数1.05,对永久荷载的分项系数取用1.2,对可变荷载(吊车荷载)的分项系数取用1.4。现按图1.3-6a及图1.3-6b作(假定C点距A点0.01m)最大剪力设计值的计算比较。

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图1.3-6 C点剪力最大值时两台吊车最大轮压的作用位置比较图

1.两台吊车仅一台吊车的两个最大轮压作用在梁上时(图1.3-6a)

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2.两台吊车有3个最大轮压作用在梁上时(图1.3-6b)

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因此,图1.3-6b为两台吊车的最不利运行位置,相应地产生最大剪力设计值。

【例1.3-9】 某单层双跨等高钢筋混凝土柱厂房,其平面布置图、排架简图及边柱尺寸如图1.3-7所示。该厂房每跨各设有20t/5t桥式软钩吊车两台,吊车工作级别为A5级,吊车参数见表1.3-3。

提示:1t=10kN

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图1.3-7 某单层双跨等高钢筋混凝土柱厂房

a)平面布置图 b)边柱尺寸图 c)排架简图

表1.3-3 吊车参数

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1.试问,在计算Ⓐ或Ⓒ轴纵向排架的柱间内力时所需的吊车纵向水平荷载(标准值)F(kN)与( )项数值最为接近。

(A)16 (B)32 (C)48 (D)64

答案:(B)

解答:根据1.3.1节2和1.3.2节1、2(《荷载规范》第6.1.2条、6.2.1条及6.2.2条),作用在Ⓐ轴、Ⓒ轴轨道上的吊车轮各有四个;一台四轮桥式吊车每侧的刹车轮数为1,在计算纵向水平荷载时,无论单跨或多跨厂房,一侧的整个纵向排架上最多只能考虑两台吊车。由于吊车工作级别为A5,因此吊车的纵向水平荷载标准值应乘以折减系数0.9。

F=0.9×0.1×2×178kN=32.04kN

2.试问,当进行仅有的两台吊车参与组合的横向排架计算时,作用在边跨柱牛腿顶面的最大吊车竖向荷载(标准值)Dmax(kN)、最小吊车竖向荷载(标准值)Dmin(kN),分别与( )项数值最为接近。

(A)178,43.7 (B)201.5,50.5 (C)324,80 (D)360,88.3

答案:(C)

解答:根据1.3.2节1(《荷载规范》第6.2.1条),本题计算吊车荷载时,对于边柱应考虑两台吊车,吊车支座反力影响线如图1.3-8所示。

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图1.3-8 吊车支座反力影响线

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根据1.3.2节2(《荷载规范》第6.2.2条),荷载折减系数为0.9。

Dmax=0.9×178×2.02kN=323.6kN Dmin=0.9×43.7×2.02kN=79.4kN

3.已知作用在每个吊车车轮上的横向水平荷载(标准值)为TQ,试问,在进行排架计算时,作用在Ⓑ轴柱上的最大吊车横向水平荷载(标准值)H,应与( )项表达式最为接近。

(A)1.2TQ (B)2.0TQ (C)2.4TQ (D)4.8TQ

答案:(C)

解答:根据1.3.2节1(《荷载规范》第6.2.1条),仅2台吊车参与组合,根据1.3.2节2(《荷载规范》第6.2.2条),乘以0.9的折减系数,当AB跨、BC跨各有一台吊车同时在同一方向刹车时(参见图1.3-8的右半部):

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