钻机井架的设计与计算

格构式型钢井架计算书依据《龙门架及井架物料提升机安全技术规范》完成。

一、荷载计算:井架所受到的荷载主要包括以下几项：1.起吊物和吊盘重力（包括索具等）G其中 K ——动力系数，K=1.20；Q ——起吊物体重力，Q=5.00kN；q ——吊盘（包括索具等）自重力，q=1.50kN。

经过计算得到 G=7.80kN。

2.提升重物的滑轮组引起的缆风绳拉力S其中 f0 ——引出绳拉力计算系数，取1.06。

经过计算得到 S=8.27kN。

3.井架自重力为25.00kN/m4.风荷载为 Qw = 0.020kN/m5.摇臂杆端点A各杆件的内力摇臂杆的起重荷载为 Q2=5.00kN则起重滑轮组引出的索拉力S1=1.20×5.00=6.00kNA点三向力平衡公式根据已知条件=30.00，=30.00。

其中 N ——摇臂杆的A端点轴力，经计算得到为12.00kN；T1 ——变幅滑轮组缆风绳的张力，经计算得到为6.00kN。

6.每根缆风绳的自重力其中 Ts ——每根缆风绳自重力产生的张力(kN)；q ——缆风绳单位长度自重力，取0.008kN/m；l ——每根缆风绳长度，H/cos确定(m)；H ——缆风绳所在位置的相对地面高度(m)；——缆风绳与井架的夹角；w ——缆风绳自重产生的挠度(m)，取w=l/300。

经过计算得到由上到下各缆风绳的自重力分别为H1=30.00m —— Ts1=12.73kN；H2=20.00m —— Ts2=8.49kN；格构式型钢井架立面示意图二、井架内力计算:1. 各缆风绳与型钢井架连接点截面的轴向力计算：经过计算得到由上到下各缆风绳与井架接点处截面的轴向力分别为第1道H1=30.00mN1=7.80+8.27+25.00×(30.00-30.00)+6.00×sin30.00+2×12.73=44.52kN第2道H2=20.00mN2=7.80+8.27+25.00×(30.00-20.00)+6.00×sin30.00+(12.00-6.00)×sin30.00 +2×8.49+2×12.73=314.49kN摇臂杆的支点截面处 H=22.00mN0=7.80+8.27+25.00×(30.00-22.00)+6.00×sin30.00+(12.00-6.00)×sin30.00+2×12.73=247.52kN2. 各缆风绳与型钢井架连接点截面的弯矩计算：型钢井架计算简图经过连续梁的计算得到4.594.553.253经过计算得到由上到下各缆风绳与井架接点处截面的弯矩分别为第1道H1=30.00m弯矩和支点力分别为M1=0.05kN.m； Q1=4.39kN第2道H2=20.00m弯矩和支点力分别为M2=3.25kN.m； Q2=4.95kN摇臂杆的支点截面处 H0=22.00m弯矩为M0=5.88kN.m三、整体稳定性计算:1. 井架截面的力学特性：井架的截面尺寸为2.00×2.00m；主肢的截面力学参数为 A0=11.50cm2，Z0=2.15cm，Ix0=60.00cm4，Iy0=60.00cm4；格构式型钢井架截面示意图井架的y-y轴截面总惯性矩：井架的x-x轴截面总惯性矩：井架的y1-y1轴和x1-x1轴截面总惯性矩：经过计算得到：Ix=440672.63cm4；Iy=440672.63cm4；Iy'=Ix'=440672.63cm4；计算中取井架的惯性矩为其中的最小值440672.63cm4。

6。

井架设计1.井架基本参数:井架总长：L=18m独立长度：h=14。

427m选A3钢材，［σ] =140Mpa钢密度，ρ=7800kg/m3(1)架强度计算井架总载荷=g1+g2+g3+g4+g5=30+1。

5+1。

5+1。

5+2。

28=36。

78t {g1-—-——-大钩载荷g2——————天车质量g3—--—-—天车质量g4———-——游车质量g5—-——--井架质量}四根支腿均压力：36。

78/4×10=91。

95KN选热轧等边角钢,型号：b×b×t=90×90×10角钢截面图角钢数据：截面积A=17。

17cm3重心距x=2。

59cm惯性矩Ix=128.6cm压应力计算:σ=P÷A=91。

95×103÷(17。

17×10—4)=53。

55Mpa〈[σ] （2)杆稳定性校核井架成梯形，顶端做截面宽×长=700×900出于安全考虑，取顶端截面建模井架示意图惯性矩 lxc=4×［lx ＋A 2)2(x a -÷］=4×［128。

58＋17.176×2)59.2260(-÷]=521324cmlyc=4×［lx ＋A 2)2(x b -÷]=4×[128。

58＋17。

176×2)59.2290(-÷]=1240214cm惯性半径 xc i =A I 4/=167.174/52132*=27.55cmyc i =—A I 4/=167.174/124021*=42。

50cm 柔度 xc λ=μh ÷xc i =2×1400÷27.55=102 yc λ=μh ÷yc i =2×1400÷42。

50=66 由xc λ〉yc λ，故在xc 面首先失稳，应按xc λ计算许可压应力 确定折减系数ϕ查表得 λ=100时 ϕ=0。

井架构件的计算书1．立柱计算立柱由主角钢组成，它要支承天梁，通过天梁承受吊篮及重物，因而在垂直方向上，主柱底层除承受自身钢结构重量之外，还承受吊篮的重量及承吊物体的重量，和卷扬机的拉力，此外在水平方向的风力，主要由附墙撑支撑，故对附墙撑进行计算。

对缀条又叫横撑和斜撑，因水平方向的风力可用缆风绳来平衡，故缀条不作计算，仅计算主角钢架轴向风力，及其稳定性和天梁受力。

⑴主角钢轴向受压强度计算式中： N ——轴向力N ＝钢结构重量（按30m 高设计）＋起重量＋卷扬机拉力 ＝2484＋820＋1000＋500＝4804kgAa ——净面积由四根70×70×7的角钢组成，每根钻有连接孔Ф17.5Aa ＝4×9.424×100－4×87.5＝3419.6f ——钢材抗压强度 取f ＝235N ／mm2⑵主角钢架稳定性计算式中：N ——轴向力 N ＝48040NA ——承压构件的毛面积 A ＝4×9.428＝37.696cm2 ——轴心受压构件稳定系数，又叫折减系数，由λ按表选f A N a ≤f A N 〈ψψf ——钢材抗压强度，取f ＝235N ／mm2安JGJ －88－92标准附录＝附表2.4的计算式：式中：——主角钢的换算长细比——角钢架长细比——构件横截面积所截垂直X －X 轴的平面内各斜缀条的毛截面积之和U ——长度系数 一端固定一端自由的柱U ＝2L ——钢架长度 L ＝30×1000m——截面的最小回转半径（cm ）——角钢在钢架X －X 轴的惯性矩。

因70×70×7角钢，对角钢边的惯性矩为80.29cm4，截面积为9.424cm2所以＝2×[80.29+80×80×(9.424×2)]＝241414.98lx x ox A A 402+=λλmin C ULx =λA C x ν=min ox λx λlx A min C x νx ν03.80696.3756.241414min ===A C x ν7597.7403.801010302min ≈=⨯⨯⨯==C UL x λ每节X 截面方向的缀条图。

井架载荷设计计算书井架的截面轮廓尺寸为1.60×2.00米。

主肢角钢用∠75×8；缀条腹杆用∠60×6。

一、荷载计算：为简化计算，假定在荷载作用下只考虑顶端一道缆风绳起作用，只有在风荷载作用下才考虑上下两道缆风绳同时起作用。

⑴、吊篮起重量及自重：KQ2=1.20×1000=1200kg⑵、井架自重：参考表2-67，q2=0.10t/m，28米以上部分的总自重为：Nq2=（40-28）×100=1200kg20米以上部分的总自重为：Nq1=20×100=2000kg。

⑶、风荷载：W=W0K2KβA F（kg/m2）式中，基本风压W0=25kg/m2。

风压高度变化系数K Z=1.35（风压沿高度是变化的，现按均布计算，风压高度变化系数取平均值）；风载体型系数K，根据《工业与民用建筑结构荷载规范》表12，K=K p（1+n）=1.3（1+η），挡风系数φ=ΣA c/A F（A c为杆件投影面积；A F为轮廓面积）。

当风向与井架平行时，井架受风的投影面积ΣA c=[0.075×1.40(肢杆长度)×2（肢杆数量）+0.06×2（横腹杆长度）+0.06×2.45（斜腹杆长度）]×29（井架为29节）×1.1（由节点引起的面积增值）=15.13m2，井架受风轮廓面积A F=Hh=40.6×2.0=81.2m2（H为井架高度，h为井架厚度）。

所以，ω=ΣA c/A F=15.3/81.2=0.19，h/b=2/1.6=1.25,由表2-68查得η=0.88。

风振系数β，按自振周期T查出，T=0.01H=0.01×40.6=0.406秒，由表2-71查得β=1.37。

所以，当风向与井架平行时，风荷载：W=W0.K Z.1.3ω（1+η）. β.A F=25×1.35×1.3×0.19×（1+0.88）×1.37×81.2=1740kg沿井架高度方向的平均风载：q=1740/40.6=43kg/m当风向沿井架对角线方向吹时，井架受风的投影面积:ΣA c=[0.075×1.40×3+0.06×2×sin450+0.06×1.6×sin450+0.06×2.45×sin450+0.06×2.13×sin450]×29×1.1=(0.075×1.40×3+0.06×2×0.70+0.06×1.6×0.70+0.06×2.45×0.70+0.06×2.13×0.70)×29×1.1=21.0m2井架受风轮廓面积A F=（b×1.4×sin450+h×1.4×sin450）×29=（1.60×1.4×0.70+2.0×1.4×0.70）×29=102m2所以，ω=ΣA c/A F=21/102=0.206;h/b=2/1.6=1.25,由表2-68查得η=0.86。

井架计算书本计算书按照《龙门架及井架物料提升机安全技术规范》（JGJ88-1992）、《建筑施工计算手册》（江正荣主编）、《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-99）编制。

一、荷载计算1.起吊物和吊盘重力（包括索具等）G其中 K ──动力系数，K= 1.00 ；Q ──起吊物体重力，Q= 10.000 kN；q ──吊盘（包括索具等）自重力，q= 1.000 kN；经过计算得到 G=K×(Q+q) =1.00×(10.000+1.000)= 11.000 kN。

2.提升重物的滑轮组引起的缆风绳拉力S其中 f──引出绳拉力计算系数，取1.02 ；经过计算得到 S= f×[K×(Q+q)] =1.020×[1.00×(10.000+1.000)]=11.220 kN ；3.井架自重力井架自重力1.5kN/m；井架的总自重Nq=1.5×18=27 kN；缆风绳以上部分自重：Nq1=1.5×(18-6)= 18kN；Nq2=1.5×(18-12)= 9kN；4.风荷载为 q = 0.719 kN/m；风荷载标准值应按照以下公式计算：Wk =W×μz×μs×βz= 0.45×1.42×0.48×0.70 = 0.215 kN/m2；其中 W──基本风压(kN/m2)，按照《建筑结构荷载规范》(GBJ9)的规定；采用：W= 0.45 kN2；μz──风压高度变化系数，按照《建筑结构荷载规范》(GBJ9)的规定；采用：μz = 1.42 ；μs──风荷载体型系数：μs = 0.48 ；βz──高度Z处的风振系数，βz = 0.70 ；风荷载的水平作用力:q = Wk×B=0.215×3.35= 0.719 kN/m；其中 Wk ──风荷载水平压力，Wk= 0.215 kN/m2；B──风荷载作用宽度，架截面的对角线长度，B= 3.35 m；经计算得到风荷载的水平作用力 q = 0.719 kN/m；5.每根缆风绳的自重力其中 T ──每根缆风绳自重力产生的张力(kN)；n ──缆风绳的根数，取4根；q ──缆风绳单位长度自重力，取0.008kN/m；l ──每根缆风绳长度，Hi/cosθ 确定(m)；H ──缆风绳所在位置的相对地面高度(m)；θ ──缆风绳与井架的夹角；w ──缆风绳自重产生的挠度(m)，取w=l/300。

井架受力分析计算书一、斜架抬头时受力分析与计算1、斜架起立前安装部分总质量104260.7kg ，重心在距底脚中心约19.77m 处。

考虑到安全和计算方便，质量按105000kg ，重心按21.5m 计算。

现拟定铰链中心O 位于沿斜架中心线立面投影方向0.3m 处，水平距底脚重心基础边缘0.25m 处；吊车吊耳中心位于距底脚中心27m 位置，在G1-6构件纵向中心线上；两台16t 凿井绞车吊耳位于距底脚中心28.36m 位置，偏G1-6构件纵向中心线1.15m 处。

2、斜架铰链定位设计Oh1h2L1L2300250P HQFM N ER如图，斜架起吊到位后侧立面角为69.6955°，G1-1底脚宽为1000㎜，NH=1000㎜，则ER=500+148430050028461⎛⎫⨯- ⎪⎝⎭=508.5808㎜ 由图可知，h1=300/sin69.6955°=319.8766㎜ 则铰链孔至底脚中心的水平距离为OF=OP+PF=250+HQ=250+NH ×sin69.6955=1187.8618㎜ 则h2=MF-h1=OF/tan69.6955°-319.8766=119.6323㎜ L1=OR=OM-MR=OF/sin69.6955°-NR/tan69.6955°=1188/sin69.6955-300/tan69.6955° =1155.5638㎜可知铰链孔中心O 点标高为878.4-h2=758.7677㎜ 至井筒中心线水平距离L=10700-1187.8618=9512.1382mm 3、主斜加抬头时受力分析斜架抬头时，受到竖直向上吊车起吊拉力T ，竖直向下重力G 及铰链支点作用力N ，受力分析图见图一。

对支点O 由力矩平衡原则，得 T ·OB=G ·OA()()105000021.50.3=833707.8652N 270.3G OA T OB ⨯-⋅==-故铰链支点O 对斜架的作用力为N ＝G －T ＝1050000-833707.8652=216292.1348N ，方向竖直向上。