龙门架的设计方法.docx

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龙门架的设计方法

龙门架设计方案

一．竖井龙门架方案设计依据

1．《钢结构设计规范》；

2．《建筑施工手册》；

3．《钢结构》，上海铁路大学，中国铁路出版社；

4．《钢结构设计原理》，同济大学出版社。

二．设计龙门架的规格和布置

根据多年施工情况，龙门架统一采用工字钢和角钢连接，安装时采用焊接和螺栓连接龙门架在架立时，一定在圈梁外侧做基础，土仓的立柱应用混凝土浇注，在竖井一侧的立柱不少于6根，用28a工字钢或25槽钢对扣焊接其中预埋铁钢板采用200mm的钢板。

龙门提升架采用等跨结构，工字钢间连接采用焊接钢板，钢板间用螺栓和焊接连接。

为适应不同尺寸的竖井及运输能力，设计了6m，6.5m，7.5m三种跨度的钢梁，其中6m为双跨单轨提升架，6.5m分双跨单轨和三跨双轨两种提升架，7.5m为双跨双轨提升架。

三．设计计算

（一）.大梁

提升架的受力为集中荷载，且沿大梁移动。

一般情况下土斗的装土量为1.2m3，湿的砂及卵石容重为2.0t/m3，土重为24KN，土斗重为3KN，电葫芦重为8KN，故集中荷载取35KN。

风荷载标准值：

取风荷载为0.45KN/m2，对水平方向投影为0.45×0.33=0.15KN/m2。

根据施工经验，选用工字钢作为大梁，其受力简图如下所示。

为保证提升架经济，受力合理，选用不同类型的工字钢做大梁，进行强度和稳定性验算。

1．6m双跨大梁

采用工32a、Q235工字钢，梁跨度l最大为6.0m，荷载F为35KN，比重q为43.4Kg/m，强度和稳定性验算如下：

（1）、内力计算

电葫芦荷载考虑1.1的动力系数，跨中最大弯矩设计值：

Mmax=1.2×0.07ql2+1.1×1.4×0.203×Fl=66.96KN·M

支座最大剪力设计值：

Vmax=1.2×0.626ql+1.1×1.4×1.0×F=55.9KN

Nmax=9KN（风荷载）

（2）、抗弯强度验算

提升架为临时施工结构，重要性系数取0.9。

查表GB706-65，热轧工字钢截面特性表，

ωx=508.2×103mm3

0.9σ=0.9×Mmax/ωx=118.6N/mm2

故强度满足要求。

（3）抗剪强度验算

查表GB706-65，热轧工字钢截面特性表，

I=7114×104mm4，s=292.7×103mm3，tw=8，

0.9τ=0.9×Vmax×s/I/tw=25.9N/mm2

故强度满足要求。

（4）稳定性验算

大梁受压翼缘侧向自由度长度最大值

l=6.0m，与梁宽度的比值l/b=6.0/0.28=21.43>16

必须进行整体稳定性验算。

查表得工32a工字钢的整体稳定性系数фb=0.86Фb=0.719

0.9×Mmax/Фb/ωx=164.9N/mm2

故整体稳定性满足要求。

（5）刚度验算

最大跨中的挠度为ω0=0.521×ql4/100/E/I+1.497×Fl3/100/E/I

=7.9mm

满足要求。

2．6.5m双跨大梁

采用工32a、Q235工字钢，梁跨度l最大为6.5m，荷载F为35KN，比重q为43.4Kg/m，强度和稳定性验算如下：

（1）、内力计算

电葫芦荷载考虑1.1的动力系数，跨中最大弯矩设计值：

Mmax=1.2×0.07ql2+1.1×1.4×0.203×Fl=72.66KN·M

支座最大剪力设计值：

Vmax=1.2×0.626ql+1.1×1.4×1.0×F=56.02KN

Nmax=9KN（风荷载）

（2）、抗弯强度验算

提升架为临时施工结构，重要性系数取0.9。

查表GB706-65，热轧工字钢截面特性表，

ωx=508.2×103mm3

0.9σ=0.9×Mmax/ωx=128.7N/mm2

故强度满足要求。

（3）抗剪强度验算

查表GB706-65，热轧工字钢截面特性表，

I=7114×104mm4，s=292.7×103mm3，tw=8，

0.9τ=0.9×Vmax×s/I/tw=25.92N/mm2

故强度满足要求。

（4）稳定性验算

大梁受压翼缘侧向自由度长度最大值

l=6.5m，与梁宽度的比值l/b=6.5/0.28=23.21>16

必须进行整体稳定性验算。

查表得工32a工字钢的整体稳定性系数фb=0.86Фb=0.719

0.9×Mmax/Фb/ωx=186.75N/mm2

故整体稳定性满足要求。

（5）刚度验算

最大跨中的挠度为ω0=0.521×ql4/100/E/I+1.497×Fl3/100/E/I

=10.1mm

满足要求。

3．6.5m三跨大梁

采用工32a、Q235工字钢，梁跨度l最大为6.5m，荷载F为35KN，比重q为43.4Kg/m，强度和稳定性验算如下：

（1）、内力计算

电葫芦荷载考虑1.1的动力系数，跨中最大弯矩设计值：

Mmax=1.2×0.08ql2+1.1×1.4×0.2×Fl=71.83KN·M

支座最大剪力设计值：

Vmax=1.2×0.6ql+1.1×1.4×1.0×F=55.93KN

Nmax=9KN（风荷载）

（2）、抗弯强度验算

提升架为临时施工结构，重要性系数取0.9。

查表GB706-65，热轧工字钢截面特性表，

ωx=508.2×103mm3

0.9σ=0.9×Mmax/ωx=127.17N/mm2

故强度满足要求。

（3）抗剪强度验算

查表GB706-65，热轧工字钢截面特性表，

I=7114×104mm4，s=292.7×103mm3，tw=8，

0.9τ=0.9×Vmax×s/I/tw=25.9N/mm2

故强度满足要求。

（4）稳定性验算

大梁受压翼缘侧向自由度长度最大值

l=6.5m，与梁宽度的比值l/b=6.5/0.28=23.21>16

必须进行整体稳定性验算。

查表得工32a工字钢的整体稳定性系数фb=0.86Фb=0.719

0.9×Mmax/Фb/ωx=176.87N/mm2

故整体稳定性满足要求。

（5）刚度验算

最大跨中的挠度为ω0=0.677×ql4/100/E/I+1.458×Fl3/100/E/I

=9.9mm

满足要求。

4．7.5m双跨大梁

采用工32a、Q235工字钢，梁跨度l最大为7.5m，荷载F为35KN，比重q为52.7Kg/m，强度和稳定性验算如下：

（1）、内力计算

电葫芦荷载考虑1.1的动力系数，跨中最大弯矩设计值：

Mmax=1.2×0.07ql2+1.1×1.4×0.203×Fl=84.55KN·M

支座最大剪力设计值：

Vmax=1.2×0.626ql+1.1×1.4×1.0×F=56.9KN

Nmax=9KN（风荷载）

（2）、抗弯强度验算

提升架为临时施工结构，重要性系数取0.9。

查表GB706-65，热轧工字钢截面特性表，

ωx=692.2×103mm3

0.9σ=0.9×Mmax/ωx=109.89N/mm2

故强度满足要求。

（3）抗剪强度验算

查表GB706-65，热轧工字钢截面特性表，

I=11076×104mm4，s=400.5×103mm3，tw=9.5，

0.9τ=0.9×Vmax×s/I/tw=19.53N/mm2

故强度满足要求。

（4）稳定性验算

大梁受压翼缘侧向自由度长度最大值

l=7.5m，与梁宽度的比值l/b=7.5/0.32=23.44>16

必须进行整体稳定性验算。

查表得工32a工字钢的整体稳定性系数фb=0.55

0.9×Mmax/фb/ωx=199.8N/mm2

故整体稳定性满足要求。

（5）刚度验算

最大跨中的挠度为ω0=0.521×ql4/100/E/I+1.497×Fl3/100/E/I

=10.1mm

满足要求。

（二）横梁

考虑根据竖井提升要求用单轨和双轨，受力简图如下所示：

（1）单轨

a、横梁长3.6m

按简支梁计算跨中弯矩设计值：

Mmax=1.1×1.4×0.25FL=48.51KN·M

最大弯矩点位于C点。

采用工32a、Q235工字钢

σ=Mmax/ωx=95.45N/mm2

l/b=1.8/0.28=6.4<16，故不需进行整体稳定性验算。

挠度验算：

ωmax=Fl3/48/E/I=2.32mm

满足要求。

b、横梁长4.6m

按简支梁计算跨中弯矩设计值：

Mmax=1.1×1.4×0.25FL=61.99KN·M

最大弯矩点位于C点。

采用工32a、Q235工字钢

σ=Mmax/ωx=121.98N/mm2

l/b=2.3/0.28=8.2<16，故不需进行整体稳定性验算。

挠度验算：

ωmax=Fl3/48/E/I=4.84mm

满足要求。

（2）双轨

横梁长4.6m，按简支梁计算，弯矩最大点在C~D之间。

Mmax=1.1×1.4×0.25FL=75.5KN·M

采用工32a、Q235工字钢

σ=Mmax/ωx=148.6N/mm2

l/b=1.8/0.28=6.4<16，故不需进行整体稳定性验算。

挠度验算：

挠度最大位于AC、DB之间

ωmax=Fα3（3-4α2）/24/E/I=8.58mm

满足要求。

（三）立杆

立杆分为单轨和双轨提升梁计算。

（1）单轨

采用工32a工字钢，总高度为6.5m，平面内计算长度为0.626×6.5m，考虑剪刀撑和横撑的作用，平面外计算长度5.5m。

截面特性值：

A=54.89cm2

Ix=7114cm2

Iy=345cm2

刚度验算：

长细比λx=l0x/ix=36λy=l0y/iy=219

λmax=λy=219>150

计算整体稳定性：

对X轴属a类，对y轴属b类

查表得фx=0.910,фy=0.308

σ=N/ф/A=17.5×103/0.308/54.89/102=10.35N/mm2

（2）双轨

若采用I32a工字钢，高度为6.5米，经查规范附表计算长度系数为0.626，平面内计算长度为0.626×6.5米，考虑剪刀撑和横撑的作用，平面外的计算长度为5.5米。

刚度验算：

长细比

λx=36

λy=219

λmax=λy=219>150。

对X轴属a类，对y轴属b类

查表得фx=0.910，фy=0.308

σ=N/ф/A=35×103/0.308/54.89/102=20.7N/mm2

（四）挡土撑计算

采用I14、Q235工字钢做挡土撑，长度为7.5m及最底部处最不利，为三跨连续梁：

（1）荷载计算

堆土高度按2.5m计算，不计粘结力，土内摩擦角按15°，底部挡土撑所受主动土压力均布荷载为：

q=1/2×20×（1.7+2.5）tg2（45-15/2）×0.8=19.9KN/m

（2）内力计算

最大弯矩设计值：

Mmax=1.2×0.08ql2

=1.2×0.08×19.9×2.52

=11.94KN·M

支座最大剪力设计值：

Vmax=1.2×0.6ql

=1.2×0.6×19.9×2.5

=35.82KN

Nmax=9KN（风荷载）

（3）抗弯强度验算

提升架为临时施工结构，重要性系数取0.9。

查表GB706-65中热轧工字钢截面特性表，可知

ωx=101.7×103mm3

0.9σ=0.9×Mmax/ωx=0.9×11.94×106/101.7/103

=0.9×117.4N/mm2

故满足强度要求。

（4）抗剪强度计算

查表GB706-65中热轧工字钢截面特性表，可知

I=712×104mm4，s=44.4×103mm3，tw=5.5

0.9τ=0.9×V×s/I/tw=0.9×35.82×103×44.4×103/712/104/5.5

=0.9×40.61N/mm2

故满足要求。

（5）稳定性计算

挡土撑上满铺钢板，稳定性不用计算。

（6）刚度验算

D点的挠度为

ω0=0.677×ql4/100/E/I

=0.6777×19.9×2.54×1012/100/206/103/712/104

=3.6

满足要求

（五）、节点验算

（1）、柱脚及横梁和立柱采用螺栓固定后施焊。

节点螺栓选用M20，主要用于连接固定作用，M20螺栓满足要求。

（2）、柱脚及横梁和立柱焊缝：

焊缝高度为h=8mm，满足要求，可不进行计算。

五．提升架的加工图见附图。

六．提升架附属设施

（1）检修平台和雨棚

在提升架上设电葫芦检修平台，如附图所示。

检修平台未设置栏杆，在进行检修作业时，应按高空作业进行，必须佩带保险绳。

另外，本检修平台承载力较低，检修人员不超过两人，检修用工具不超过10Kg.

另设电葫芦防雨棚，简易雨棚用瓦楞铁制做，用钢板和螺栓固定在大梁工字钢上面，如附图所示。

（2）爬梯及挡土设施

在龙门架立柱上焊接ф20的圆钢作爬梯踏步，间距300mm，圆钢与立柱工字钢两翼焊牢。

为方便堆土和出土，在堆土跨距立柱0.4m,1.2m和2.0m处立柱内侧各设一道挡土撑，挡土撑采用I14。

挡土撑与立柱之间14mm厚200×200连接板。

在堆土跨均匀布置挡土柱，如附图所示，挡土柱采用I28a,长3000mm，并嵌固于600×600×600的混凝土基础内500mm，施工时可根据堆土和出土需要进行安装。

七．加工说明

1．立柱的预埋件采用20mm厚钢板，预埋时，其上螺栓的位置尺寸必须准确无误。

2．圈梁外的立柱，要设置0.8m×1.0m×0.8m（长×宽×高）的混凝土基础，在混凝土基础上预埋钢板，要求基础混凝土一次浇筑完成。

3．提升架立柱与横梁预固定用高强度螺栓连接，螺栓均为ф18。

大梁与中间横梁的预固定连接采用ф20螺栓连接。

4．提升架侧向加设剪刀撑，以增强侧向强度。

剪刀撑为角钢，与立柱间采用焊接连接。

5．电葫芦应设垂直和水平运输限位器。

6．在立柱上下部各焊一块16mm厚剪刀撑连接钢板，上部剪刀撑连接钢板中心距立柱顶0.5m,下部剪刀撑连接钢板中心距立柱底0.5m。

在剪刀撑角钢端部直接打螺栓孔，并与剪刀撑连接钢板用ф18×60螺栓预固定。

固定后采用焊缝连接，焊缝高度不小于8mm。

7．横撑、斜撑及剪刀撑的连接均用螺栓预固定后焊缝连接。

围挡设计计算

围挡得搭设要求：

1、钢材等级：

Q235

柱高（m）：

4.000

柱截面：

普通热轧工字钢I16

柱平面内计算长度系数：

2.000

柱平面内计算长度：

2.000

强度计算净截面系数：

1.000

截面塑性发展：

不考虑

是否进行抗震设计：

不进行抗震设计

2、风压计算

风动压（伯努力方程）

ω0=0.5γ.ν2

由于γ.=γ/gγ=0.01225KN/m3（标准状态）

10级风速ν=28.4m/s

所以十级风速的基本风压

ω0=0.5×0.01225×28.42/9.8KN/m2=0.51KN/m2

风荷载标准值

ωk=βgzμsμzω0

βgz=1.88（B类，地面）

μs=1.3μz=1.4

所以ωk=1.88×1.3×1.4×0.51=1.746KN/m2

每柱均布荷载设计值

ωk＇=1.2×1.746=2.10KN/m

根部弯矩

μk＇=2.10×4×0.5×1.4×4=23.52KN·M

3、设计内力：

绕X轴弯矩设计值Mx（Kn.m）:

23.520

绕Y轴弯矩设计值My（Kn.m）:

0.000

轴力设计N（Kn）：

0.000

4、截面特性计算

A=2.6110e-003;Xc=4.4000e-002；Yc=8.0000e-002

Ix=1.1270e-005Iy=9.3100e-007；

Ix=6.5700e-002;iy=1.8900e-002

W1x=1.4090e-004;W2x=1.4090e-004

W1y=2.1100e-005;W2y=2.1100e-005

5、柱构件平面内稳定验算结果

平面内计算长度（m）：

8.000

平面内长细比λx：

121.766

对X轴截面分类：

a类

轴心受压稳定系数фx：

0.483

等效弯矩系数βmx:

1.000

计算系数Nex＇（KN）:

325.486

柱平面内长细比：

λx=121.766<[λ]=300.000

受拉构件没有进行平面内稳定验算。

柱构件平面内验算满足。

4.柱构件平面外稳定验算结果

平面外计算长度（m）:

2.000

平面外长细比λy:

105.820

对y轴截面：

b类

轴心受压稳定系数фy：

0.518

受弯整体稳定系数фbx:

0.816

等效弯矩系数βtx：

1.000

柱平面外长细比：

λy=105.820<[λ]=300

受拉构件没有进行平面外稳定验算。

柱构件平面外验算满足。

5.局部稳定验算

腹板计算高厚比Ho/Tw=20.70<容许高厚比[Ho/Tw]=119.8

翼缘宽厚比B/T=3.47<容许宽厚比[B/T]=15.0

柱构件验算满足。