火力发电厂主厂房吊车梁结构设计

刘洪泉

【摘要】随着我国火力发电技术的飞速发展，电厂建设项目的经济性越来越受到重视。作为电厂主厂房安装检修起吊主要受力构件的吊车梁的造价也逐渐受到关注。本文通过对某火力发电厂主厂房采用的9m吊车梁设计过程的分析，介绍钢筋混凝土吊车梁设计的一般思路和方法。

【关键词】 吊车梁； 工程条件；结构计算； 裂缝控制； 技术总结

Abstract With the rapid development of China's thermal power technology, the economics of power plant construction projects more and more attention. As the POWER PLANT installation and maintenance is lifting mainly by the force component of the cost of the crane beam gradually attention. In this paper, the analysis of the main plant of a thermal power plant using the 9m crane beam design process to introduce the general ideas and methods of reinforced concrete crane beam design.

[Keyword] crane beam; engineering conditions; structure calculations; crack control; technical summary

中图分类号:TM62文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

1.引言

该工程为一(2×300MW)工程，系火力发电项目，主厂房为新建。

2.工程情况

吊车采用两台河南省新乡市矿山起重机有限公司QD75/20-28.5m A3型行车。

行车的基本参数：

G1,k=597.6kN

G2,k=198.8kN

G3,k=750kN

Pmax,k=315kN

说明:G1,k为大车重量，G2,k为小车重量，G3,k为额定起吊重量，Pmax,k为最大轮压标准值

大车轮距：28500mm

小车轮距：4000mm

大车运行速度：7.5～32m/min

小车运行速度：4.0～18m/min

工作制度：M3

大车缓冲距离：110mm

小车缓冲距离：40mm

大车钢轨型号：QU100

小车车轮直径：φ315（重型）

大车车轮直径：φ400（重型）

3设计方案的确定

结合2011年建筑建材市场原材料价格比较：钢材7000元/吨，混凝土300元/m3。从结构设计角度比较可知与钢吊车梁相比，钢筋混凝土吊车梁体积大、自重大，对结构主体存在不利影响；但从工程经济性方面比较，在满足结构功能条件的前提下，钢筋混凝土吊车梁更为经济合理。因此该工程在吊车梁设计方案中选择钢筋混凝土结构型式。

4设计方案思路及计算

4.设计方案思路

明确计算目标和计算步骤：

4.1计算目标是取得吊车梁的绝对最大弯矩、最大剪力，为吊车梁的配筋提供数据依据。

计算步骤：

4.1.1利用结构力学影响线知识点确定未知参数。

4.1.2确定吊车梁的绝对最大弯矩、最大剪力。

4.1.3根据受力计算结果进行配筋计算。

4.1.4 进行正常使用极限状态验算。

4.1.5 疲劳验算。

4.1.6 得出全部数据作为施工图依据。

4.2 结构计算

4.2.1吊车梁基本数据计算:

吊车的计算跨度9000mm,梁上部荷载按Pmax,k=315kN

（说明：将吊车作用在吊车梁上，以确定最大轮压，即中心点最大轮压）

（说明：确定中心点轮压，取得各点轮压的影响线值）

（说明：确定吊车梁的绝对最大轮压，用以弯矩比较）

（按两台车考虑）

4.2.1.1跨中截面C的最大弯矩（Mcmax），临界荷载为315KN

Mcmax=315×(0.614+1.314+2.25+1.1+0.25)

=315×7.328=2308.32kN.m

4.2.1.2绝对最大弯矩

合力为315×5=1575kN

R至临界荷载（315kN）的距离a由合力矩定理求得：

a=

(315×2.3+315×4-315×1.873-315×4.173)/1575=0.0508m

Mmax=

1575/9×(9/2-0.0508/2)2-315(1.873+2.3)

=3503.85-1314.5=2189.35kN.m

所以比较可知吊车梁的绝对最大弯矩为2189.35kN.m（标准值）

4.2.1.3对应的水平最大水平推力产生弯矩

M水（吊车梁）= MmaxX T横向水平,k/ Pmax,k=2189.35X9.5/315

=66.03kN.m

4.2.1.4由剪力包络图可知：

（说明：确定吊车梁最大剪力，用以确定吊车梁箍筋配置）

Vmax=Pmax,k∑yi

=315×（1+0.744+0.536+0.281+0.092）

=315×2.653=835.695kN（标准值）

由上可得出吊车梁计算的基本数据：（标准值）

Mmax=2189.35kN.m M水（吊车梁）=66.03 kN.m Vmax=835.695kN

4.2.2吊车梁配筋计算：

吊车梁自重：（0.7×0.2+1.45×0.4）×25=18kN/m

轨道自重：0.9kN/m

∑=18+0.9=18.9kN/m

恒载：M=1/8ql2=1/8×18.9×92=191.4kN.m

V=1/2ql=1/2×18.9×9=85.08kN

4.2.2.1承载力极限状态

承载力计算（按两台车考虑）

M=1.2×191.4+1.4×1.05×2189.35

=229.68+3218.34=3448.02kN.m

判断T形梁截面类型（参见《混凝土结构设计规范》7.2.2-1）

Mu=

=α1fcbf hf(h0- hf/2)

=1.0×19.1×700×200(1650-25-200/2)

=4077.85kN.m

>M=3549.018kN.m

所以为第一种类型（受压区在梁翼缘内部）

选配13三级28（AS=7998.9mm2）

（最小配筋率参见《混凝土结构设计规范》9.5.1）

满足最小配筋条件

4.2.2.2正常使用极限状态

正常使用极限状态验算（按两台车考虑）

标准组合：M标=191.4+2189.35=2380.75kN.m

准永久组合：

M准=191.4+0.5X2189.35=1286.075kN.m

（最大裂缝宽度限值参见《混凝土结构设计规范》3.1.3.2，3.3.4，因其不需做疲劳验算，裂缝最大限值取0.3mm）

利用PKPM结构计算软件计算：

** 裂缝宽度验算 **

受拉钢筋面积

As (mm2):9229.501

受拉钢筋等效直径

deq(mm): 28.000

构件受力特征系数

αcr:2.100

有效受拉钢筋配筋率

ρte:0.024

标准组合荷载下受拉钢筋的应力

σsk:184.458

纵向受拉钢筋应变不均匀系数

ψ:0.743

最大裂缝宽度

Wmax(mm): 0.245

** 刚度挠度计算 **

纵向受拉钢筋配筋率

ρte: 0.028

考虑荷载长期效应对挠度增大系数

θ:2.000

受弯构件的短期刚度

Bs(kN.m2 /E12):3157655.000

受弯构件长期刚度

Bl(kN.m2 /E12):2050162.500

受弯构件挠度值

(mm): 9.798

受弯构件相对挠度的倒数

(lo/f):918.542

综上可知梁配筋为15三级28（AS=9229.5 mm2）

滿足条件

（在经济配筋率范围）

4.2.2.3箍筋计算：

（参见《混凝土结构设计规范》7.5）

V=1330.53kN

计算得出配置四肢φ10钢筋

4.2.2.4.水平刹车力对应的翼缘配筋

AS=M/0.9fyh0=1.4×1.05×66030000/[0.9×300×(700-25)]=533mm2

选配2三级20AS=628.4 mm2

（确定翼缘两侧配筋）

4.2.2.5疲劳验算

根据<<混凝土结构设计规范>>(GB50010-2010)

3.1.3第二条规定：直接承受吊车的构件；但直接承受安装或检修用吊车的构件，根据使用情况和设计经验可不作疲劳验算

5. 计算方法总结：

吊车梁计算分为：承载力极限状态计算、正常使用极限状态验算、疲劳验算三个方面

因火力发电厂主厂房吊车梁主要起检修起吊的作用，并结合规范，故在此不做疲劳验算

即：

1. 明确吊车的基本数据。

2. 计算吊车梁的配筋所必须的参数。

3. 进行承载力极限状态计算。

4. 进行正常使用极限状态验算。

5. 进行疲劳验算（可根据具体情况参见规范要求）

6. 进行施工图绘制。

特别需要注意在计算吊车梁时吊车计算参数的选取、以及绝对最大轮压、最大剪力的准确性。

6结论

本次设计在跨度和荷载一定的情况下，计算得出梁高为1650mm，配筋率为1.419%，结合当前的市场价格，可以明显看出钢筋混凝土吊车梁的经济性和可行性，充分体现了结构设计安全适用、经济合理特点。值得进一步推广和优化。

参 考 文 献

［1］《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)

中国建筑工业出版社

［2］《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)

中国建筑工业出版社

［3］《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)

中国建筑工业出版社

［4］《火力发电厂土建结构设计技术规定》(DL5022-93)

电力工业出版社

［5］《结构力学》.高等教育出版社1996 李廉昆