《單層工業(yè)廠房》PPT課件.ppt

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1、第二章 單層工業(yè)廠房 本章重點： 熟悉單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的選型與結(jié)構(gòu)布置方法； 掌握鋼筋混凝土排架的荷載與內(nèi)力計算方法、內(nèi) 力組合原則及柱的截面設計方法； 熟悉排架柱的配筋構(gòu)造要求。 2.1結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)體系 單層廠房依據(jù)其 跨度、高度和吊車起重量 等因素 的不同可采用 混合結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 和 鋼結(jié) 構(gòu) 。單 層廠房的結(jié)構(gòu)類型和體系可分為： 排架與剛架 單跨與多跨； 等高與不等高 ; 排架結(jié)構(gòu)圖 門式剛架結(jié)構(gòu)圖 2.2結(jié)構(gòu)組成及荷載傳遞 2.2.1 結(jié)構(gòu)組成 單層工業(yè)廠房是由多種結(jié)構(gòu)組成的空間結(jié)構(gòu)。如 根據(jù)構(gòu)件的作用不同可以分

2、為 承重結(jié)構(gòu) 和 圍護結(jié) 構(gòu) 。 承重結(jié)構(gòu)： 直接承受荷載并將荷載傳遞給其它構(gòu) 件的構(gòu)件 :如屋面板、天窗架、屋架、柱、吊車梁 和基礎是單層廠房的主要承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件； 1. 屋蓋結(jié)構(gòu) 屋蓋結(jié)構(gòu)可分有檁體系和無檁體系兩種。 有檁體系： 由小型屋面板、檁條及屋蓋支撐組成。 剛度小。 無檁體系： 由屋面板、天溝板、天窗架、屋架、 托架、及屋蓋支撐組成。剛度大。 2. 縱、橫向平面排架 橫向平面排架：包括橫梁 (屋架 )、柱及基礎。 縱向平面排架 : 由連系梁、吊車梁、縱向柱列（包括柱間支撐）和基礎組 成。作用主要是保證廠房結(jié)構(gòu)的縱向穩(wěn)定和剛度，承受作 用在廠房

3、結(jié)構(gòu)上的縱向水平荷載，并將其傳給地基，同時 也承受因溫度變化和收縮變形而產(chǎn)生的內(nèi)力。 3.圍護結(jié)構(gòu)： 包括縱墻、山墻、墻梁、抗風柱、 基礎梁。 外縱墻、山墻、連系梁、抗風柱和基礎梁都是圍 護結(jié)構(gòu)構(gòu)件，這些構(gòu)件所承受的荷載，主要是墻 體和構(gòu)件的自重以及作用在墻面上的風荷載。 2.3 結(jié)構(gòu)布置 單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)布置包括平面布置、支撐布置和圍護 結(jié)構(gòu)的布置。 2.3.1 廠房平面布置 1. 柱網(wǎng)布置： 要考慮工藝、經(jīng)濟、模數(shù)化等因素。 廠房承重柱的縱向和橫向定位軸線所形成的網(wǎng)絡，稱為柱 網(wǎng)。柱網(wǎng)布置就是確定縱向定位軸線之間（跨度）和橫向 定位軸線之間（柱距）的尺

4、寸。 在結(jié)構(gòu)平面布置中，廠房的跨度 18m時，取 3m的倍數(shù)； 18m 則取 6m的倍數(shù)。廠房的柱距，一般取 6m或 6m倍數(shù)。 2. 變形縫設置 （ 1）伸縮縫為減小由于溫 度變化所引起的應力，可 用溫度伸縮縫將廠房分成 幾個溫度區(qū)段。 最大伸縮縫間距： 處于室內(nèi)或土中 100M 處于露天時 70M （ 2）沉降縫 :解決不均勻沉降問題。 在一般單層廠房中可不設沉降縫。沉降縫應將建筑物從屋 頂?shù)交A底面全部分開，以使在縫兩邊發(fā)生不同沉降時而 不致?lián)p壞整個建筑物。沉降縫可兼做伸縮縫。 （ 3）防震縫： 減小廠房震害而采取的措施。

5、防震縫應將上部結(jié)構(gòu)和基礎都完全分開，防震縫的寬度在 廠房縱橫跨交接處可采用 100 150mm，其它情況可采用 50 90mm。地震區(qū)的廠房，其伸縮縫和沉降縫均應符合 防震縫的要求。 2.3.2支撐布置 單層廠房支撐包括屋蓋支撐和柱間支撐兩類，應了解各 支撐的作用和設置條件及設置位置。 1. 屋蓋支撐 上弦橫向水平支撐 下弦橫向水平支撐 縱向水平支撐 垂直支撐和水平系桿 天窗架支撐 上弦橫向水平支撐 下弦橫向及縱向水平支撐 垂 直 支 撐 及 水 平 系 桿 2. 柱間支撐 柱間支撐是縱向平面排架中最主要的抗側(cè)力構(gòu)件，其作用 是承受縱向水

6、平荷載和提高縱向剛度。 2.3.3圍護結(jié)構(gòu)的布置 1.抗風柱布置 抗風柱與屋架相連必須滿足兩個條件： 水平方向可靠連接； 垂直方向允許有一定的相對位移。 2 .圈梁 設置圈梁的目的是將墻體和柱、抗風柱等箍在一起，以 增加廠房的整體剛性，防止由于地基發(fā)生過大的不均勻 沉降或較大的振動荷載對廠房產(chǎn)生不利影響。 3.連系梁： 單層廠房的外墻一般做成自承重墻，不宜設置墻梁（亦稱 連系梁）。當墻的高度超過一定限度（例如 15m以上）， 墻體的砌體強度不足以承受本身自重時，需要在墻下布置 連系梁。連系梁兩端支承在柱牛腿上，并通過牛腿將墻體 荷載傳給柱子。 4.

7、基礎梁布置 在排架結(jié)構(gòu)或剛架結(jié)構(gòu)的單層廠房中，采用基礎梁承受 圍護墻體的重量，并把它傳給柱下單獨基礎，不另設墻 基礎。 2.4結(jié)構(gòu)選型和截面尺寸確定 2.4.1 屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)件 1. 屋面板無檁：大型屋面板 (1.5m 6.0m)， F型屋面板、 單肋板、空心板。 2.有檁：檁條、小型屋面板（槽瓦、波形大瓦等） 檁條擱在屋架或屋面大梁上，起著支承小型屋面板并將 屋面荷載傳給屋架的作用。它與屋架間用預埋鋼板焊接， 并與屋蓋支撐一起保證屋蓋結(jié)構(gòu)的整體剛度。 3. 屋架 4. 天窗架和托架 天窗架 托架 2.4.2 吊車梁 吊車梁直接承受吊車起

8、重、運行和制動時產(chǎn)生的各種往 復荷載；傳遞廠房的縱向荷載、保證廠房的縱向剛度。 吊車梁的類型 2.4.3 柱 1. 柱的形式 :矩形、工字形、雙肢柱。 2. 柱的截面尺寸 設計柱子的截面尺寸時不僅考慮承載力，還需考慮廠房 柱的剛度要求。 表 2.4.2給出矩形、 I形截面柱尺寸的限值，若滿足該限 值要求，就認為廠房的橫向剛度已得到保證。廠房柱截 面尺寸參考下表。 2.4.4 基礎 1. 基礎的類型： 單層廠房一般采用預制柱下基礎，其 主要形式有杯形基礎（分梯形和錐形）、高杯基礎、爆 擴樁基礎和預制樁基礎。 2. 基礎尺寸的初步 擬定基礎類型基礎底面尺寸

9、根據(jù)基底反力和地基承載力 由計算確定。基礎高度和外形尺寸可根據(jù)工程經(jīng)驗確定。 基礎類型 2.5排架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析 橫向平面排架結(jié)構(gòu)是單層廠房結(jié)構(gòu)計算的基本單 元，主要解決兩個問題： 1、求出排架柱在各種荷載作用下起控制作用的截 面的最不利內(nèi)力，作為柱截面設計和承載力校核 的依據(jù)； 2、求出柱傳給基礎的最不利內(nèi)力，作為基礎設計 的依據(jù)。 2.5.1 排架計算簡圖 1. 計算單元 :按平面結(jié)構(gòu)計算，根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和 受力狀況，選取最有代表性的計算單元。 2. 基本假定和計算簡圖 （ 1）柱上端與屋架（或屋面梁）鉸接； （ 2）柱下端與基礎固接； （ 3）排

10、架橫梁為無軸向變形的剛桿，橫梁兩端處柱的水 平位移相等； （ 4）排架柱的高度由固定端算至柱頂鉸接處； （ 5）排架的跨度以廠房的軸線為準。 2.5.2 排架上的荷載 1. 恒載 屋蓋恒載 G1 （包括屋面構(gòu)造層、屋面板、天溝板、天 窗架、屋架、屋蓋支撐以及與屋架連接的設備管道）； 懸墻自重重力荷載 G2； 吊車梁和軌道及連接件的重力荷載 G3； 柱自重重力荷載 G4、 G5。 恒載作用位置及相應的計算簡圖 2. 屋面活荷載 (1)屋面均布活荷載： 不上人屋面取 0.5 kN/m2，上人屋 面取 2.0 kN/m2。 (2)屋面雪荷載

11、 Sk= rS0 Sk：屋面水平投影面上的雪荷載標準值，單位為： kN/m2 S0：基本雪壓，單位為 kN/m2； r：屋面積雪分布系數(shù)，當坡屋面坡度不大于 25時， r =1.0。 3. 風荷載 風荷載的計算 風荷載標準值： 風荷載的方向是變化的，設計時，既要考慮左 風荷載，又要考慮右風荷載。 4. 吊車荷載 吊車荷載示意圖 橋式吊車在排架上產(chǎn)生的吊車荷載有 豎向荷載、 橫向水平荷載 和 縱向水平荷載 。 （ 1）吊車豎向荷載 Dmax（或 Dmin） 當小車在額定最大起重 量 Q 開到大車某一極限 位置時，

12、在這一側(cè)的每 個大車輪壓為吊車的最 大輪壓標準值，在另一 側(cè)的為最小輪壓標準值。 Dmax可以發(fā)生在左柱，也可以發(fā)生在右柱，在 Dmax、 Dmin作用下單跨排架的計算應考慮兩種情 況，如下圖所示。 m a x m a x 3 m i n m i n 3;M D e M D e （ 2）吊車橫向水平荷載 Tmax 在計算吊車橫向水平荷載作用下排架結(jié)構(gòu)內(nèi)力時，無 論單跨或多跨廠房最多考慮兩臺吊車同時制動。小車 制動力可近似考慮由支承吊車的兩側(cè)排架柱各負擔一 半。吊車橫向水平制動力作用在吊車的豎向輪壓處。 對于一般的四輪橋式吊車，每個輪

13、子作用在軌 道上的橫向水平制動力為： 排架柱上最大橫向水平力為： 1 () 4 T Q g m a x m a x m a x m a x ii k T T y D TT P 或 ： 吊車荷載作用下的計算簡圖 （ 3）吊車縱向水平荷載 To 吊車縱向水平荷載是橋式吊車在廠房縱向啟 動或制動時產(chǎn)生的慣性力。 吊車縱向水平荷載由吊車每側(cè)制動輪傳至兩 側(cè)軌道，并通過吊車梁傳給縱向柱列或柱間支 撐，而與橫向排架結(jié)構(gòu)無關(guān)。 吊車縱向水平荷載標準值： 0 , m a x / 1 0pT n P 2.5.3 等高排架內(nèi)力分析 排架的內(nèi)力分析方法與排架的形式及荷載

14、的作用方式有 關(guān)，可采用力法和位移法進行分析。 1. 柱頂水平集中力作用下等高排架的內(nèi)力分析 利用解超靜定結(jié)構(gòu)的三個條件： 平衡條件、變 形條件和物理條件求解柱頂剪力。 柱頂作用的水平力與各柱頂?shù)乃郊袅ζ胶? 橫梁軸向剛度無窮大，各柱頂?shù)奈灰葡嗟? 各柱的柱頂剪力和柱頂位置的關(guān)系 解聯(lián)立方程求得各柱柱頂剪力 式中為第 i根柱的剪力分配系數(shù)： 2. 任意荷載作用下等高排架的內(nèi)力分析 任意荷載作用下等高排架的內(nèi)力分析 不能直接應用剪力法，但通過柱頂加鉸支連桿可 以通過轉(zhuǎn)換用剪力分配法求解。分四步走： 在排架柱頂附加一個不動鉸支座 ，

15、 限制其水平側(cè)移 ； 此時排架變?yōu)槎喔淮纬o定柱，利用柱頂反力系數(shù)可 求得各柱頂反力 Ri及相應的柱端剪力，則柱頂假想的不 動鉸支座反力為： R= Ri ； 撤除不動鉸支座，將 R反向加于排架柱頂，用剪力分配 法將其分配給各柱，求得柱頂分為 : iR； 疊加上述計算結(jié)果 ， 可得到排架在任意荷載作用下的柱 頂剪力 ， 至此 ， 排架各柱的內(nèi)力即可求解 。 2.5.6 內(nèi)力組合 柱的控制截面內(nèi)力組合就是確 定柱的控制截面和相應的最不利內(nèi)力，并進行 荷載組合。 1. 柱的控制截面 - 上柱柱底截面 - 牛腿頂面 - 下柱柱底截面 柱的控

16、制截面 2. 內(nèi)力組合原則 通過組合求出可能出現(xiàn)的最不利內(nèi)力 荷載規(guī)范 規(guī)定荷載效應組合的設計值 S， 應從下列組合值中取最不利值： 請注意：當（ 3-18）式中 n=1時，組合系數(shù) 0.9應改為 1.0。 3. 內(nèi)力組合項目 偏心受壓柱的破壞形態(tài)有兩種：大偏心受壓和小 偏心受壓，故對控制截面考慮四種最不利內(nèi)力組 合： Mmax及相應的 N、 V Mmin及相應的 N、 V Nmax及相應的 M、 V Nmin及相應的 M、 V 彎矩、軸力和配筋關(guān)系圖 2.6柱的設計 柱的設計包括柱的形式的選擇、確定截面尺寸、配筋計 算、吊裝驗

17、算、牛腿設計等。 2.6.1 截面設計 1. 截面配筋計算 柱按偏心受壓構(gòu)件計算配筋： （ 1）斜截面和正截面 ; （ 2）大偏心 ,小偏心 ; （ 3）對稱配筋 ,非對稱配筋。 配筋計算要點（使用階段驗算）： 單層廠房排架柱各控制截面的不利內(nèi)力組合值（ M , N , V ） 是柱配筋計算的依據(jù)。 一般情況下，矩形、工字形截面實腹柱可按構(gòu)造要求配置 箍筋，不必進行受剪承載力計算。 因柱截面上同時作用彎矩和軸力，且彎矩有正、負兩種情 況，故這種柱應按對稱配筋偏心受壓截面進行彎矩作用平 面內(nèi)的受壓承載力計算，還應按軸心受壓截面進行平面外 受壓承載力驗算。

18、在對柱進行受壓承載力計算或驗算時，需要考慮二階效應 影響。 內(nèi)力組合的取舍： 對稱配筋時，取： |Mmax|及相應的 N； Nmax及相應的 M； Nmin及相應的 M。 對于大偏心受壓， M接近， N小不利； 對于小偏心受壓， M接近， N大不利； 無論什么情況， N接近， M大不利。 2. 構(gòu)造要求 受力縱筋： 直徑 d12mm, 全部縱向配筋率不宜超過 5%。 混凝土強度等級： C20，一般在 C25 C40之間當偏心 受壓柱的截面高度 h600 mm 時，在側(cè)面應設置直徑為 10 16mm

19、的縱向構(gòu)造鋼筋，并相應地設置復合箍筋 或拉筋。柱內(nèi)縱向鋼筋的凈距不應小于 50 mm ； 對水平澆筑的預制柱，其上部縱向鋼筋的凈距不應小于 30 mm和 1. 5d （ d 為鋼筋的最大直徑），下部縱向鋼 筋的凈距不應小于 25 mm 和 d 。 偏心受壓柱中垂直于彎矩作用平面的縱向受力鋼筋以及軸 心受壓柱中各邊的縱向受力鋼筋，其中距不應大于 350 mm 。 箍筋： 直徑 6 mm, 且 d /4（ d為縱向鋼筋的最小直徑） 間距 400 mm,且 柱寬 b ; 當 h600 mm、 d10 16 mm時，箍筋應為封閉 式。 當

20、柱中全部縱向受力鋼筋的配筋率超過 3 時，箍筋直徑 不宜小于 8 mm ，間距不應大于 10d ( d 為縱向鋼筋的最小 直徑），且不應大于 200 mm。 2.6.3 柱的吊裝驗算（施工階段驗算） 柱的吊裝方式及簡圖 吊裝采用一點吊時 ， 吊點設在牛腿的根部 ， 吊車驗算 的控制截面有上柱柱底 、 牛腿根部和下柱跨中三個控 制截面 。 吊裝方法有平吊和翻身吊兩種 ； 吊裝時，柱自重的分項系數(shù)取 1.2；應考慮動力系數(shù) 1.5；結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)取 0.9; 應注意不同的起吊方法，柱的受力狀態(tài)不同，截面尺 寸和可利用鋼筋的數(shù)量不同。 吊裝時通過限制鋼筋應力來限制

21、裂縫寬度。 00 .8 7 k sk s M hA 2.6.2 牛腿設計 牛腿設置在柱上，用來支承屋架、托架、吊車梁和連系 梁等主要受力構(gòu)件。 牛腿按力的作用位置分為： 長牛腿 (a1h0)，短牛腿 (a1h0)。 牛腿類別 1. 牛腿的受力特點及破壞形態(tài) 試驗表明，從加載至破壞，牛腿大體經(jīng)歷彈性、裂縫出 現(xiàn)與開展和破壞三個階段。 牛 腿 的 受 力 特 點 裂縫開展 : 當達到極限值的 2040%，出現(xiàn)垂直裂縫； 在極限荷載的 4060%，出現(xiàn)第二條斜裂縫； 約極限荷載的 80%，突然出現(xiàn)第三條斜裂縫。

22、彎壓破壞 當 1 a/h0 0.75時，且縱向鋼筋配筋率較低時，隨著 荷載增加縱向鋼筋應力不斷增加最終受拉鋼筋屈服，牛 腿下部與柱相交的受壓區(qū)砼壓碎。 斜壓破壞 當 a/h0=0.10.75時，隨著荷載增加，整個壓桿范圍內(nèi) 出現(xiàn)大量短小斜裂縫，最終形成一條通長斜裂縫而破壞， 此時受拉鋼筋達到屈服強度。 剪切破壞 當 a/h0 0.1時，牛腿與下柱的交接面上出現(xiàn)一系列短 而細的斜裂縫，最后牛腿沿此裂縫從柱上切下而破壞。 局部受壓破壞 當加載墊板過小時，可能發(fā)生局部受壓破壞。 2. 牛腿截面尺寸的確定 牛腿的寬度與柱同寬 ； 牛腿的高度由不出現(xiàn)斜

23、裂縫為控制條件來確定； 3. 牛腿的配筋計算與構(gòu)造 斜截面受彎承載力計算及縱筋構(gòu)造 牛 腿 的 計 算 簡 圖 2.7柱下單獨基礎設計 按受力特點分為： 軸心受壓基礎 和 偏心受壓基礎 ； 按施工方法分為：現(xiàn)澆柱下基礎和預制柱下杯形基礎； 基礎受力類型 2.7.1 概述 1.基礎的作用和設計要求作用： 作用： 將上部結(jié)構(gòu)的荷載通過基礎安全均勻地 擴散到地基土中 。 要求： 應有足夠大的基礎外形尺寸 (與荷載重和地基 承載力有關(guān) )； 應有足夠的基底配筋 (受彎計算 )。 應有足夠的基礎高

24、度 (沖韌驗算 )； 2.7.2柱下單獨基礎設計 1. 基底外形尺寸的確定 ： 軸心受壓柱下基礎 上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載效 應為： Nk； 地基土的承載力特征值 為： pk； 基礎埋深為 d，基礎自重 和基底以上土重度的平 均值為 m，可近似取 m=20KN/m3。 軸心受壓基礎 基礎底面積的確定條件是： 偏心受壓柱下基礎 ： 上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載： Nk、 Mk、 Vk； 地基土的承載力特征值： fa。 基底的線性分布的 應力 Pmax,Pmin應滿 足以下條件： Pmax,Pmin可由材料力學公

25、式求解： , m a x , m in 2 6 ( 1 ) ,, ,: : : k bk k bk k k w k bk k k h W K w bk bk w k w p N e bl bp N N G N M M V N e M e A bl W l b N Ne b l 基 礎 梁 傳 來 的 豎 向 標 準 值 及 基 礎 梁 中 線 至 基 礎 底 面 中 心 線 的 距 離 ； 力 矩 作 用 方 向 的 基 礎 底 面 邊 長 ； 垂 直 于 力 矩 作 用 方 向 的 基 礎 底 面 邊 長 ； 當 ea/6 時，用下式計算 pmax:

26、 確定偏心受壓基礎底面積時，采用以下方法 （試算法）： （ 1）按軸心受壓基礎公式計算，計算基礎底面積 A1 （ 2）考慮偏心影響， A=（ 1.1-1.4） A1 （ 3）確定最大和最下基底壓力 ; （ 4）驗算是否滿承載力計算公式要求 ,修改 b,l指 導符合條件為止。 , m a x 2 3 bk k Np la 2.基礎高度的確定 基礎高度是由構(gòu)造條件及基礎抗沖切條件確定的。 式中： am 沖切破壞錐體 截面上邊長， at和下邊長 ab的平均值： am=（ at+ ab） /2 00 . 7 l j l l h p t m P p A F f a h 3.

27、基礎板底配筋的確定 基礎底板在地基凈反 力作用下，在兩個方 向都會產(chǎn)生彎曲，其 受力如同支承于柱的 反向懸臂結(jié)構(gòu)。因此 ，需在板底兩個方向 都配有鋼筋來抵抗正 截面受彎破壞。 沿長邊 b方向截面 ( -) 截面處的彎矩 M : 沿短邊 l方向截面 ( -) 截面處的彎矩 M : 21 ( ) ( 2 ) 24I j c cM p b b l l 21 ( ) ( 2 ) 24 j c c M p l l b b 2.8屋架設計要點 2.8.1 屋架的高度和桿件截面尺寸 屋架高度與跨度之比一般取 1/101/6； 上、下弦

28、截面寬度一般取 200 240 mm； 上、下弦截面高度一般取 180 140 mm； 上弦節(jié)間長度一般采用 3 m，下弦節(jié)間長度為 4.56.0 m ； 腹桿長細比不應大于 40(拉桿）或 35（壓桿）。 2.8.2 荷載及荷載組合 設計屋架時應考慮三種荷載組合 ： 全跨恒載 +全跨活載 全跨恒載 +半跨活載 屋架自重恒載 +半跨屋面板重 +半跨屋面安裝荷載 2.8.3 計算簡圖和內(nèi)力計算 1. 按具有不動鉸支座的連續(xù)梁計算上弦桿的彎 矩； 2. 按鉸支桁架計算各桿件的軸力。 2.8.4 桿件截面設計和配筋構(gòu)造要求 混凝土

29、一般采用 C30C50；預應力鋼筋采用鋼 鉸線、螺旋肋鋼絲，普通鋼筋用 HRB335、 HRB400級 。 屋架上弦桿為小偏心受壓構(gòu)件；下弦桿一般為 軸心受拉構(gòu)件；腹桿為軸心受力構(gòu)件 。 2.8.5 屋架的扶直和吊裝驗算 2.9吊車梁設計要點 2.9.1 擬定截面尺寸 混凝土一般采用 C30C50； 預應力鋼筋采用鋼鉸線、螺旋肋鋼絲，普通鋼筋 用 HRB335、 HRB400級 。 吊車梁的截面一般為工字形或 T形，高度取 h=(1/101/5） l。 l為吊車梁的跨度。 2.9.2 吊車梁的荷載特點及吊車梁驗算項 吊車荷載是兩組移動的集中荷載 ： 豎向輪壓和 橫向水平制動力 。 吊車荷載具有沖擊和振動作用 ， 設計時應考慮 動力系數(shù) 。 吊車荷載是重復荷載，設計時應進行疲勞驗算。 吊車荷載使吊車梁產(chǎn)生扭矩。