KM專題之帶吊車荷載作用的結(jié)構(gòu)設(shè)計

專題十一帶吊車荷載作用的結(jié)構(gòu)設(shè)計帶吊車的結(jié)構(gòu)大多是工業(yè)廠房的排架結(jié)構(gòu)，近來也多用于多層工業(yè)廠房的框架結(jié)構(gòu)，所以這種可移動荷載的空間整體分析，越來越重要。目前有這種功能的計算軟件很少，PKPM軟件首先在TAT和SATWE中實現(xiàn)了吊車荷載的空間計算，這為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了更先進(jìn)的設(shè)計工具。1吊車荷載的定義方式1.1軟件操作方式（1）TAT由TAT“數(shù)據(jù)檢查和圖形檢查”進(jìn)入“特殊荷載查看和定義”再進(jìn)入“吊車荷載”，則右上角菜單如下：吊車荷載=======查看定義刪除說明返回當(dāng)選擇“定義”項時，屏幕上彈出如下對話框：吊車荷載定義對話框圖輸入完相應(yīng)的參數(shù)后，選擇“確定”，則屏幕在下方提示：請用光標(biāo)指定吊車在左（上）軌道的兩端點當(dāng)選擇完一根直線上的兩點后，屏幕在下方又提示：請用光標(biāo)指定吊車在右（下）軌道的兩端點當(dāng)選擇完第二條軌道的兩端點后，這組吊車荷載就定義完畢了，如再選擇定義項，則進(jìn)入下一組吊車的定義。吊車荷載定義后，可以選擇“查看”項，來標(biāo)出各吊車荷載參數(shù)，可以選擇“刪除”項來刪除某組吊車荷載的定義，此時屏幕下方提示：請用光標(biāo)選擇吊車任一軌道的一個端節(jié)點選中軌道的端點后，該組吊車定義被刪除。（2）SATWE由SATWE“接PM生成SATWE數(shù)據(jù)”進(jìn)入“特殊構(gòu)件補(bǔ)充定義”再進(jìn)入“吊車荷載”，則右上角菜單如下：[吊車]吊車參數(shù)吊車布置吊車刪除局部放大回前菜單首先應(yīng)選擇“吊車參數(shù)”，此時屏幕上彈出如下交互界面：輸入完相應(yīng)的第1組吊車參數(shù)后，還可以繼續(xù)定義第2組、第3組吊車荷載參數(shù)，直至所有的吊車組數(shù)都定義完畢。選擇“確定”，然后選擇“吊車布置”右上角出現(xiàn)吊車組數(shù)的選擇，如選擇第1組吊車，則屏幕在下方提示：請用光標(biāo)指定吊車在左（上）軌道的兩端點當(dāng)選擇完一根直線上的兩點后，屏幕在下方又提示：請用光標(biāo)指定吊車在右（下）軌道的兩端點當(dāng)選擇完第二條軌道的兩端點后，這組吊車荷載就定義完畢了，還可以選擇其它組吊車，則進(jìn)入下一組吊車的定義。選擇“吊車刪除”項來刪除某組吊車荷載的定義，此時屏幕下方提示：請用光標(biāo)選擇吊車任一軌道的一個端節(jié)點選中軌道的端點或吊車軌跡后，該組吊車定義被刪除。1.2吊車荷載說明在TAT和SATWE的吊車荷載計算中，沒有考慮吊車荷載對吊車梁的影響，即沒有按照影響線的方式考慮吊車梁，吊車梁應(yīng)采用其它軟件專門分析。所以TAT和SATWE所分析的吊車荷載適用除吊車梁以外的其余構(gòu)件。軟件要求根據(jù)吊車的形式，如對各種軌道、輪壓點的吊車，給出最大輪壓反力（或作用）及最小輪壓反力（及作用），不論該吊車運行軌道上有幾部吊車，均按這個方式給出。在一對軌道內(nèi)的吊車荷載稱為第1組吊車荷載（不論該對軌道內(nèi)有幾部吊車），第二對吊車軌道則可以定義第2組吊車荷載等等?？v上所述，吊車的輪壓荷載是一個綜合的作用反力，它是需要通過對吊車梁、柱的影響線分析才能得到的。也可以在一些設(shè)計手冊中查找。吊車水平剎車力作用在上層的柱中間。2吊車荷載的計算模型由于吊車荷載作用在吊車柱的牛腿上，所以在牛腿處應(yīng)該設(shè)置一個標(biāo)準(zhǔn)樓層，并且在沿吊車運行軌跡方向應(yīng)定義框架梁，如吊車柱在吊車運行軌跡方向沒有框架梁，也應(yīng)把吊車梁作為兩端鉸接梁輸入，吊車荷載的移動順序是通過軌跡上的梁所確定的，這是吊車運行軌跡方向必須布置梁的原因。2.1吊車荷載的計算吊車荷載的作用點就是與吊車軌道平行的柱列各節(jié)點，是根據(jù)吊車軌跡由程序自動求出。在TAT、SATWE軟件中選擇“吊車荷載計算”，則對吊車荷載作如下計算：（1）程序沿吊車軌跡自動對每跨加載吊車作用；（2）求出每組吊車的加載作用節(jié)點；（3）對每對節(jié)點作用4組外力，分別為：a.左點最大輪壓、右點最小輪壓；b.右點最大輪壓、左點最小輪壓；c.左、右點正橫向水平剎車力；d.左、右點正縱向水平剎車力；（4）對每組吊車的每次加載，求每根桿件的內(nèi)力；（5）分別按輪壓力和剎車力，求每根柱的預(yù)組合力，其目標(biāo)為：最大軸力、最大彎矩等。2.2合理的計算模型吊車荷載作用的牛腿處樓層一般應(yīng)沒有樓板，所以要考慮該層的節(jié)點為“彈性節(jié)點”，即不受剛性樓板假定的制約。即使是多層工業(yè)廠房，在吊車柱的外邊有樓板，也要按“彈性樓板”考慮，或者不考慮樓板的存在和作用，這樣可以比較正確地求出水平剎車力對上、下梁的影響。當(dāng)?shù)踯囍g設(shè)有交叉支撐時，必須考慮支撐的作用。在吊車柱的設(shè)計中，可適當(dāng)減少吊車柱在支撐布置方向的長度系數(shù)。注意：當(dāng)這種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了多個“彈性節(jié)點”后，地震振型數(shù)就要增加。振型分析也應(yīng)該采用“總剛模型”。3吊車作用效應(yīng)的預(yù)組合吊車荷載作為移動荷載，在每一點作用后，對某一根柱均會產(chǎn)生影響，這就產(chǎn)生了這種移動荷載作用的多個反應(yīng)值。怎樣在設(shè)計中反映這種移動荷載的現(xiàn)象，預(yù)組合不失為一種有效的方法。結(jié)合“荷載規(guī)范”的5.2多臺吊車的組合的原則，目前軟件采用預(yù)組合的方法來處理多臺吊車的組合問題。3.1預(yù)組合目標(biāo)考慮柱配筋的最不利荷載組合情況吊車柱預(yù)組合目標(biāo)共14項：（1）Vxmax、（2）Vymax、（3）+Mxmax、（4）-Mxmax、（5）+Mymax、（6）-Mymax、（7）Nmax,+Mxmax、（8）Nmax,-Mxmax、（9）Nmax,+Mymax、（10）Nmax,-Mymax、（11）Nmin,+Mxmax、（12）Nmin,-Mxmax、（13）Nmin,+Mymax、（14）Nmin,-Mymax其中：Vx,max、Vy,max——表示X、Y剪力最大時對應(yīng)的柱內(nèi)力；+Mx,ymax——表示X、Y彎矩最大時的吊車柱的內(nèi)力項；-Mx,ymax——表示X、Y彎矩最小時的吊車柱的內(nèi)力項；Nmax——表示軸力最大時的吊車柱的內(nèi)力項；Nmin——表示軸力最小時的吊車柱的內(nèi)力項。考慮梁配筋的最不利荷載組合情況吊車荷載作用下梁的預(yù)組合目標(biāo)共4項：（1）-Mmax/T、（2）-Vmax/N、（3）+Mmax/T、（4）+Vmax/N其中：-Mmax/T——表示最大負(fù)彎矩與扭矩的組合項；+Mmax/T——表示最正負(fù)彎矩與扭矩的組合項；-Vmax/N——表示最大負(fù)剪力與軸力拉力的組合項；+Vmax/N——表示最大正剪力與軸力拉力的組合項。3.2預(yù)組合工況因為吊車的水平剎車力作用效應(yīng)不參與地震作用效應(yīng)的基本組合，所以有必要將吊車作用效應(yīng)預(yù)組合分成“只考慮輪壓的預(yù)組合力”和“考慮輪壓加剎車的預(yù)組合力”兩種工況處理。吊車柱預(yù)組合工況分別有：。預(yù)組合1——吊車的“輪壓+剎車”內(nèi)力組合，用于非地震參與的荷載組合；預(yù)組合2——吊車的“輪壓”內(nèi)力組合，用于地震參與的荷載組合。軟件按照上述二種預(yù)組合工況分別搜索出14項預(yù)組合目標(biāo)的最不利預(yù)組合內(nèi)力。下圖所示的為吊車柱的預(yù)組合內(nèi)力圖之一：吊車柱預(yù)組合內(nèi)力之一Vymax同樣梁預(yù)組合工況分別有：預(yù)組合1——輪壓+剎車包絡(luò)內(nèi)力，用于非地震參與的荷載組合；預(yù)組合2——輪壓包絡(luò)內(nèi)力，用于地震參與的荷載組合。分別搜索出梁的包絡(luò)內(nèi)力。梁包絡(luò)內(nèi)力輸出為：M-I，M-1，M-2，M-3，M-4，M-5，M-6，M-7，M-JV-I，V-1，V-2，V-3，V-4，V-5，V-6，V-7，V-J其中：M-I、M-J——為梁兩端包絡(luò)彎矩；V-I、V-J——為梁兩端包絡(luò)剪力；M-1～M-7——為梁跨中包絡(luò)彎矩；V-1～V-7——為梁跨中包絡(luò)剪力。4預(yù)組合內(nèi)力與其它荷載的組合配筋4.1荷載組合原則承載能力極限狀態(tài)設(shè)計荷載效應(yīng)組合活載控制的組合按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的第-1條；恒載控制的組合按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的第3.2.3-2條。恒載的分項系數(shù)當(dāng)不利時取1.2，有利時取1.0，傾覆、滑移驗算取0.9；活荷載和風(fēng)荷載的分項系數(shù)取1.4；活荷載和風(fēng)荷載的組合系數(shù)分別取0.7和0.6。地震荷載的組合按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的第5.4.1條。正常使用極限狀態(tài)設(shè)計荷載效應(yīng)組合標(biāo)準(zhǔn)組合（短期效應(yīng)組合）按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的第條；準(zhǔn)永久組合（長期效應(yīng)組合）按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的第3.2.10條。需要強(qiáng)調(diào)的是新規(guī)范版本在地基承載力計算時，要采用上部荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合式。4.2分項系數(shù)和組合系數(shù)軟件內(nèi)力組合采用以下原則：1.35恒載+ψLγL活載γG恒載+γL活載1.0恒載+γL活載當(dāng)有風(fēng)力作用時：γG恒載±γW風(fēng)力1.0恒載±γW風(fēng)力γG恒載+γL活載±ψWγW風(fēng)力1.0恒載+γL活載±ψWγW風(fēng)力γG恒載+ψLγL活載±γW風(fēng)力1.0恒載+ψLγL活載±γW風(fēng)力其中：γL、γW為活荷載、風(fēng)荷載的分項系數(shù)，隱含為規(guī)范取值，可由用戶輸入；ψL、ψW為活荷載、風(fēng)荷載的組合值系數(shù)，隱含為規(guī)范值，可由用戶輸入。當(dāng)有地震力作用時：對多層結(jié)構(gòu)：1.2（恒載+γEG活載）±γEh水平地震作用±γEV豎向地震作用1.0（恒載+γEG活載）±γEh水平地震作用±γEV豎向地震作用對高層結(jié)構(gòu)：1.2（恒載+γEG活載）±0.2γW風(fēng)力±γEh水平地震作用±γEV豎向地震作用1.0（恒載+γEG活載）±0.2γW風(fēng)力±γEh水平地震作用±γEV豎向地震作用其中：γEG為可變荷載的組合值系數(shù)，隱含為規(guī)范取值，可由用戶輸入；γEh、γEV為水平地震作用分項系數(shù)和豎向地震作用分項系數(shù)，隱含為規(guī)范取值，可由用戶輸入。在遇到水平風(fēng)力和地震力時，要考慮兩個相互垂直方向的作用。由以上原則，并根據(jù)多層、高層結(jié)構(gòu)的區(qū)別，計算出標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)力的組合數(shù)。在實際組合時，考慮有利、不利的原則，以及工程設(shè)計經(jīng)驗，排列出以下組合數(shù)：考慮恒、活組合，有3組；考慮恒、活、風(fēng)組合，有24組；考慮恒、活、風(fēng)、水平地震，有16組，當(dāng)考慮豎向地震時，組合數(shù)為18。當(dāng)考慮梁活荷載不利布置時，對梁則以上組合數(shù)乘以3；當(dāng)考慮偶然偏心時，以上有水平地震參與的組合數(shù)乘以3。4.3偶然偏心、活載不利布置和其它可變荷載的內(nèi)力組合當(dāng)結(jié)構(gòu)地震力分析考慮偶然偏心時，按上節(jié)的地震作用的組合原則分別對地震作用進(jìn)行+5%和-5%的偶然偏心地震力的組合。當(dāng)結(jié)構(gòu)考慮活荷載不利布置，就產(chǎn)生了3項活荷載內(nèi)力，即活1:全樓一次性加載的彎矩、剪力；活2：不利布置的負(fù)彎矩，剪力包絡(luò)；活3不利布置的正彎矩、剪力包絡(luò)。在進(jìn)行上節(jié)的內(nèi)力組合時，對梁可以得到不利分布的“活2”、“活3”，再加上一次性加荷計算的“活1”，一共3種活荷工況，按上面的組合原則分別對這3種活荷載進(jìn)行組合，取出正負(fù)彎矩包絡(luò)圖并計算配筋。當(dāng)結(jié)構(gòu)考慮溫度應(yīng)力作用計算時，溫度應(yīng)力作為可變荷載的一種類型，按上節(jié)的組合原則分別對溫度應(yīng)力作用進(jìn)行+溫度效應(yīng)和-溫度效應(yīng)組合。4.4吊車荷載的組合方式當(dāng)結(jié)構(gòu)考慮吊車計算時，吊車荷載作為可變荷載的一種類型，按上節(jié)的組合原則對吊車荷載作用進(jìn)行相應(yīng)組合。在進(jìn)行荷載組合前，首先將吊車荷載直接加到活荷載中，即把活荷載產(chǎn)生的內(nèi)力與兩個工況的吊車荷載預(yù)組合內(nèi)力分別疊加，產(chǎn)生新的兩個工況的活荷載。再將這兩個工況的活荷載分別與無地震作用參與的其它荷載組合和有地震作用參與的其它荷載組合，產(chǎn)生相應(yīng)的組合設(shè)計內(nèi)力。吊車荷載的組合系數(shù)與樓面豎向活荷載一樣，即為：γL。5吊車荷載結(jié)構(gòu)的設(shè)計注意事項TAT、SATWE可以分析帶吊車的結(jié)構(gòu)。但有以下幾個問題：（1）地震分析時，沒有計入吊車的橋架重和吊重；（2）沒有考慮吊車梁的作用；（3）吊車柱的配筋，沒有考慮排架的計算長度系數(shù)。因為吊車的橋架重和吊重是移動荷載，所以很難確定質(zhì)量的位置，在地震分析中這部分的質(zhì)量沒有計入，則計算地震作用局部算小了，可以通過地震作用放大來彌補(bǔ)這個問題。對于吊車梁，當(dāng)排架中間有框架梁，則應(yīng)輸入該框架梁，否則應(yīng)把吊車梁按兩端鉸接梁定義、輸入。在用TAT、SATWE分析時，排架柱之間必須要有梁才能正確分析。排架柱