單層鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　單層鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　單層工業(yè)廠房是一種廣泛應(yīng)用于倉庫，廠房宿舍，食堂等配套房屋， 的廠房絕大多數(shù)見于輕工、電子、儀表、通信、醫(yī)藥等行業(yè) ，單層鋼結(jié)構(gòu)廠房具有用途廣泛、建筑簡易、施工期短、經(jīng)久耐用、造價(jià)合理等優(yōu)點(diǎn)，隨著我國鋼產(chǎn)量的增大，很多廠房都采

2、用了鋼結(jié)構(gòu)。越來越廣泛的使用亦代表著要求我們建造的工業(yè)廠房設(shè)計(jì)必須貫徹執(zhí)行國家的有關(guān)方針政策，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量，符合節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)的要求。單層廠房在自重上決定了它具有遠(yuǎn)勝于其他混凝土結(jié)構(gòu)的抗震能力，但亦由于它構(gòu)造簡單帶來了結(jié)構(gòu)在抵抗其他荷載上能力的不足。單層廠房的端墻（山墻）受風(fēng)面積較大，內(nèi)部空間要求、廠房屋頂面積、荷載等均較大，構(gòu)造復(fù)雜，如何進(jìn)行有效的荷載效應(yīng)組合、選取最不利內(nèi)力組合，作為柱及基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)依

3、據(jù)，將是本文要重點(diǎn)解決的問題。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：建筑簡易；施工期短；經(jīng)久耐用；</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1工程概況1</b></p><p>　　1.1.設(shè)計(jì)條件1</p><p>　　1.2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（柱子

4、與基礎(chǔ)圖1張，A2圖紙，打印的計(jì)算書一本）2</p><p>　　2建筑方案設(shè)計(jì)說明3</p><p>　　2.1.柱網(wǎng)布置3</p><p>　　2.2.屋面材料3</p><p>　　2.3.屋架體系3</p><p>　　2.4.吊車和吊車梁3</p><p>　　2.5.柱的

5、設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.6.基礎(chǔ)設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.7.支撐系統(tǒng)4</p><p>　　2.8.維護(hù)體系4</p><p><b>　　2.9.變形縫4</b></p><p>　　2.10.門窗布置5</p><p>　　3結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)說明

6、5</p><p>　　3.1.屋架設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.2.排架計(jì)算5</p><p>　　3.3.實(shí)腹柱設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.4.基礎(chǔ)設(shè)計(jì)6</p><p>　　4.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書6</p><p>　　4.1.屋面板設(shè)計(jì)6</p><p

7、>　　4.1.2荷載統(tǒng)計(jì)6</p><p>　　4.1.3截面選擇7</p><p>　　4.1.4內(nèi)力計(jì)算7</p><p>　　4.2.屋架設(shè)計(jì)8</p><p>　　4.2.1設(shè)計(jì)資料8</p><p>　　4.2.2屋架尺寸8</p><p>　　4.2.3支撐布置8

8、</p><p>　　4.2.4荷載計(jì)算10</p><p>　　4.2.5內(nèi)力計(jì)算11</p><p>　　4.2.6內(nèi)力復(fù)核15</p><p>　　4.2.7對(duì)比分析23</p><p>　　4.2.8截面選擇23</p><p><b>　　5.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)31<

9、/b></p><p>　　5.1桿件與節(jié)點(diǎn)板的焊縫計(jì)算31</p><p>　　5.2節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)32</p><p>　　6.吊車梁設(shè)計(jì)38</p><p>　　6.1.設(shè)計(jì)資料及說明38</p><p>　　6.2.吊車荷載計(jì)算38</p><p>　　6.3.吊車梁截面尺寸確

10、定及幾何特征計(jì)算38</p><p>　　6.4.梁截面承載力計(jì)算40</p><p>　　6.5.梁連接計(jì)算42</p><p>　　7.橫向排架計(jì)算43</p><p>　　7.1.設(shè)計(jì)資料43</p><p>　　7.2.結(jié)構(gòu)選型43</p><p>　　7.3.荷載計(jì)算44

11、</p><p>　　7.4.排架內(nèi)力分析45</p><p>　　7.5.內(nèi)力組合49</p><p>　　7.6.柱截面設(shè)計(jì)（A柱）49</p><p>　　7.7.下柱配筋計(jì)算51</p><p>　　7.8.柱裂縫寬度驗(yàn)算52</p><p>　　7.9.牛腿設(shè)計(jì)52<

12、/p><p><b>　　8.基礎(chǔ)設(shè)計(jì)53</b></p><p>　　8.1.設(shè)計(jì)參數(shù)53</p><p><b>　　8.2.荷載53</b></p><p>　　8.3.截面確定54</p><p>　　8.4.地基承載力計(jì)算54</p><p

13、>　　8.5.抗沖切驗(yàn)算55</p><p>　　8.6.配筋計(jì)算55</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)58</b></p><p><b>　　1工程概況</b></p><p><b>　　1.1. 設(shè)計(jì)條件</b></p><p>

14、　　任務(wù)該車間由原材料工段、加工段、半成品段到組裝成品工段組成，要求有良好的采光和通風(fēng)條件。其類型可分為：</p><p>　　單層單跨工業(yè)廠房畢業(yè)設(shè)計(jì)類型</p><p>　　柱間可采用6m，車間建筑面積約為1000㎡~1600㎡，車間內(nèi)設(shè)一臺(tái)橋式吊車，南北側(cè)兩端設(shè)出入側(cè)門，東西兩側(cè)設(shè)主要材料成品出入大門，按通行15噸載重汽車考慮，此外，車間內(nèi)設(shè)置兩個(gè)辦公室，兩個(gè)休息室，男女廁所及兩個(gè)小

15、型零件倉庫，并在出入口處設(shè)置清水槽。</p><p>　　工藝，設(shè)備基礎(chǔ)，設(shè)備管道照明暫不進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　資料：</b></p><p>　　1、建筑地點(diǎn)：重慶萬州 </p><p><b>　　2、抗震6度設(shè)防</b></p><p>　　3

16、、工程地質(zhì)條件：地下水位低于地面4m，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值?k=100KPa（在標(biāo)高-1.750m處）</p><p>　　4、風(fēng)壓：0.25KN/㎡ 5、雪壓：0.40 KN/㎡</p><p>　　6、主導(dǎo)風(fēng)向：全年東北風(fēng)，夏季東南風(fēng) 7、荷載的標(biāo)準(zhǔn)值數(shù)據(jù)</p><p>　　鋼筋砼重度

17、 25 KN/m³</p><p>　　水泥砂漿重度 20 KN/m³</p><p>　　磚墻重度 18 KN/m³</p><p>　　鋼門窗重度

18、 0.4 KN/㎡</p><p>　　鋼軌及墊等重 0.6 KN/㎡</p><p>　　二氈三油防水層 0.35 KN/㎡（沿斜面方向）</p><p>　　找平層自重 0.40 KN/㎡（沿斜面方向）</p&

19、gt;<p>　　屋面活荷載（不上人） 0.5 KN/㎡（沿斜面方向）</p><p>　　屋面積灰荷載 0.5 KN/㎡（沿斜面方向）</p><p><b>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求</b></p><p>　　1、建筑設(shè)計(jì)（平、立、剖面圖3張，使用

20、A2圖紙）</p><p><b>　　（1）車間平面圖</b></p><p>　　標(biāo)明定位軸線及編號(hào)：柱子、墻體、門窗及編號(hào)剖面的剖切位置，辦公室及輔助用房的布置，散水、尺寸、圖名、比例及廠房方位。</p><p><b>　?。?）車間橫剖面圖</b></p><p>　　標(biāo)明定位軸線及編號(hào)，

21、承重及維護(hù)結(jié)構(gòu)形式，標(biāo)高（室內(nèi)設(shè)計(jì)地面、柱頂、門窗洞口、檐口、屋脊、屋架下弦）室內(nèi)地面做法、詳圖索引、圖號(hào)比例。</p><p><b>　?。?）車間立面圖</b></p><p>　　會(huì)出正面、側(cè)面圖各一個(gè)，要求表示出門窗的形式，開啟方式，踢腳處理，落水管位置，屋面爬梯，詳圖索引，圖號(hào)及比例。</p><p>　?。?）節(jié)點(diǎn)詳圖（圖2~3張

22、，A2圖紙）</p><p>　　要求標(biāo)明節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，材料、尺寸，說明做法。包括墻柱連接、天溝構(gòu)造、柱與屋架連接、抗風(fēng)柱和屋架連接等。</p><p>　　1.2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（柱子與基礎(chǔ)圖1張，A2圖紙，打印的計(jì)算書一本）</p><p><b>　　（1）結(jié)構(gòu)計(jì)算</b></p><p>　　在上述設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案基礎(chǔ)上，按

23、排架受力特點(diǎn)進(jìn)行排架內(nèi)力計(jì)算、承重柱及基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，并進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)，繪出結(jié)構(gòu)圖，內(nèi)容包括：</p><p>　　A、計(jì)算簡圖及初擬柱截面尺寸。</p><p>　　B、屋蓋結(jié)構(gòu)與支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)布置，按標(biāo)準(zhǔn)圖選用。</p><p>　　C、鉸接排架內(nèi)力計(jì)算及組合。</p><p>　　D、柱強(qiáng)度核算及配筋計(jì)算。</p><p&

24、gt;　　E、牛腿幾何尺寸確定，承載力及配筋計(jì)算。</p><p>　　F、鋼筋砼階形平板基礎(chǔ)選定及配筋計(jì)算。</p><p>　　G、計(jì)算書整理，編寫包括設(shè)計(jì)說明、計(jì)算說明及計(jì)算過程的計(jì)算書一冊(cè)。</p><p>　　（2）結(jié)構(gòu)施工圖紙（圖1張，A2圖紙）</p><p>　　A、排架柱、牛腿施工圖（模板圖及配筋圖）。</p>

25、<p>　　B、基礎(chǔ)施工圖（平面布置及配筋圖）。</p><p><b>　　2建筑方案設(shè)計(jì)說明</b></p><p><b>　　2.1. 柱網(wǎng)布置</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書基本數(shù)據(jù)，布置柱網(wǎng)，柱網(wǎng)應(yīng)滿足以下的要求：</p><p>　　（1）符合國家規(guī)范《廠房建筑

26、模數(shù)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)》；</p><p>　?。?）滿足生產(chǎn)工藝的要求，柱的位置應(yīng)與地上、地下的生產(chǎn)設(shè)備后工藝流程相配合，還應(yīng)考慮生產(chǎn)發(fā)展和工藝設(shè)備更新問題；</p><p>　　（3）滿足結(jié)構(gòu)要求，為保證車間的正常使用，有利于吊車運(yùn)行，使廠房具有必要的橫向剛度，盡可能將柱布置在統(tǒng)一的橫向軸線上；</p><p>　?。?）符合經(jīng)濟(jì)合理的要求，柱的縱向間距同時(shí)也是縱向構(gòu)件的

27、跨度，它的大小對(duì)構(gòu)件的重量影響很大，廠房的柱距增大，可使柱的數(shù)量減少、總重量隨之減少，同時(shí)也可減少柱基礎(chǔ)的工程量；</p><p>　?。?）符合柱距規(guī)定要求，對(duì)廠房橫向，當(dāng)廠房跨度小于等于18m時(shí)，其跨度宜采用3m的倍數(shù)；當(dāng)廠房的跨度大于18m時(shí)，其跨度宜采用6m的倍數(shù)。</p><p>　　根據(jù)以上原則，該廠房柱網(wǎng)布置采用（跨度柱距）15m6m的布置方案。</p><

28、;p><b>　　2.2. 屋面材料</b></p><p>　　該普通機(jī)加工廠房在南方某地，冬季設(shè)計(jì)溫度為0℃，屋面采用輕質(zhì)屋面板（壓型鋼板），屋面坡度為1/10。屋面設(shè)計(jì)采用壓型鋼板作為屋面材料的有檁屋蓋體系，該方案能夠有效減輕結(jié)構(gòu)自重，加快施工速度，能有效的傳遞屋面荷載，提高屋面整體剛度、便于鋪設(shè)保溫、隔熱、隔音等材料。</p><p><b>

29、　　2.3. 屋架體系</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求采用梯形形鋼屋架，梯形屋架適用于陡坡不大的屋面有檁屋蓋體系。屋架與柱鉸接，房屋的橫向剛度較低。從受力角度考慮，腹桿的布置采用人字形。</p><p>　　2.4. 吊車和吊車梁</p><p>　　該廠房每個(gè)車間設(shè)一臺(tái)中級(jí)工作制橋式吊車，吊車參數(shù)查閱大連重工集團(tuán)吊車數(shù)據(jù)資料。因吊車噸位

30、較小，所以采用焊接工字形吊車梁。</p><p><b>　　2.5. 柱的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用混凝土柱。選擇柱截面時(shí)，考慮以下幾個(gè)原則：</p><p>　?。?）面積的分布應(yīng)盡量開展，以增加截面的慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑，提高柱的整體穩(wěn)定性和剛度；</p><p>　?。?）使兩個(gè)主軸方向等穩(wěn)定

31、性，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)的效果；</p><p>　　（3）便于和其他構(gòu)件進(jìn)行連接；</p><p>　?。?）盡可能構(gòu)造簡單，制造省工，取材方便。</p><p>　　2.6. 基礎(chǔ)設(shè)計(jì) </p><p><b>　　采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。</b></p><p><b>　　2.7. 支撐系統(tǒng)&l

32、t;/b></p><p>　　單層廠房的支撐體系包括屋蓋支撐和柱間支撐兩部分。屋蓋支撐包括下弦橫向水平支撐、垂直支撐及縱向水平系桿?？梢员ＷC結(jié)構(gòu)的空間整體性；避免壓桿側(cè)向失穩(wěn)，防止拉桿產(chǎn)生過大的振動(dòng)，支撐可作為屋架弦桿的側(cè)向支撐點(diǎn)，減少弦桿在屋架平面外的計(jì)算長度，保證受壓弦桿側(cè)向穩(wěn)定，并使受拉下弦桿不會(huì)在某些動(dòng)力作用下產(chǎn)生過大振動(dòng)，承擔(dān)和傳遞水平荷載；保證結(jié)構(gòu)安裝時(shí)的穩(wěn)定與方便。柱間支撐的作用是：組成堅(jiān)固

33、的縱向構(gòu)架，保證廠房的縱向剛度，承受廠房端部山墻的風(fēng)荷載，吊車縱向水平荷載及溫度應(yīng)力等；可作為框架柱的框架平面支點(diǎn)，減少柱外框架平面的計(jì)算長度；柱間支撐的布置是減少支撐設(shè)在兩端時(shí)不產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力，而對(duì)廠房的剛度又提高很多。綜合以上特點(diǎn)，該廠房屋蓋支撐系統(tǒng)選擇橫向水平支撐體系，柱間支撐選用十字交叉式支撐體系。</p><p><b>　　2.8. 維護(hù)體系</b></p>&

34、lt;p>　　該廠房采用壓型鋼板做墻體材料，通過螺栓與墻架梁進(jìn)行可靠連接，形成一個(gè)能夠傳遞豎向荷載和沿壓型板平面方向的水平荷載的結(jié)構(gòu)體系。通過理論分析和試驗(yàn)結(jié)果證明，壓型鋼板與周邊構(gòu)件進(jìn)行可靠連接后，面內(nèi)剛度很好，能傳遞縱橫方向的面內(nèi)剪力，使廠房結(jié)構(gòu)簡化，節(jié)約鋼材，經(jīng)濟(jì)效益好。</p><p><b>　　2.9. 變形縫</b></p><p>　　該廠房車間

35、設(shè)計(jì)長度是90m，小于溫度區(qū)段，不考慮設(shè)伸縮縫。由于結(jié)構(gòu)簡單，均勻?qū)ΨQ，且地質(zhì)條件較好，不考慮設(shè)沉降縫。</p><p>　　2.10. 門窗布置</p><p>　　該廠房位于南方某地，應(yīng)充分考慮車間的通風(fēng)散熱以及采光要求。初步設(shè)計(jì)4扇門，大量在結(jié)構(gòu)兩側(cè)開窗，根據(jù)通風(fēng)散熱要求，采用雙排鋼側(cè)窗，上部采用通風(fēng)高側(cè)窗，下部采用平開窗。其具體布置和選材查閱規(guī)范和計(jì)算確定。</p>

36、<p><b>　　3結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)說明</b></p><p><b>　　3.1. 屋架設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1.基本理論</b></p><p>　　該設(shè)計(jì)中，屋架為梯形形鋼屋架。對(duì)屋架中的各感桿件按造壓彎和拉彎構(gòu)件設(shè)計(jì)基本理論，主要驗(yàn)算桿件的強(qiáng)度、穩(wěn)定性。對(duì)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

37、時(shí)，著重考慮使構(gòu)件受力合理，焊縫滿足強(qiáng)度要求等。</p><p><b>　　2.主要公式</b></p><p>　　強(qiáng)度驗(yàn)算： </p><p>　　平面內(nèi)穩(wěn)定性驗(yàn)算： </p><p><b>　　平面外穩(wěn)定性驗(yàn)算：</b></p><p>　　剛度驗(yàn)算

38、： ，</p><p><b>　　3.2. 排架計(jì)算</b></p><p>　　1.假定鋼柱下端與基礎(chǔ)剛結(jié)；</p><p>　　2.假定鋼柱上端與屋架鉸結(jié)；</p><p>　　3.假定屋架平面內(nèi)剛度無窮大。</p><p>　　3.3. 實(shí)腹柱設(shè)計(jì)</p>&l

39、t;p><b>　　1.計(jì)算要點(diǎn)</b></p><p>　　因荷載較小，采用實(shí)腹式柱。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：截面選擇；強(qiáng)度驗(yàn)算；整體穩(wěn)定性驗(yàn)算；剛度驗(yàn)算；牛腿及柱腳地板設(shè)計(jì)。依據(jù)現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）及鋼結(jié)構(gòu)手冊(cè)設(shè)計(jì)。</p><p>　　2.主要公式：利用的公式與屋架設(shè)計(jì)中的相同。</p><p><b

40、>　　3.4. 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1.計(jì)算要點(diǎn)</b></p><p>　　該廠房的基礎(chǔ)形式采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。根據(jù)所受荷載和獨(dú)立基礎(chǔ)的相關(guān)構(gòu)造要求確定基礎(chǔ)的尺寸。設(shè)計(jì)中計(jì)算了基礎(chǔ)基礎(chǔ)底面尺寸，驗(yàn)算了地基承載力和基礎(chǔ)抗沖切承載力。</p><p><b>　　2.主要公式</b>

41、</p><p><b>　　地基承載力特征值：</b></p><p>　　基礎(chǔ)長邊彎矩： </p><p>　　基礎(chǔ)短邊彎矩： </p><p><b>　　4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書</b></p><p>　　4.1. 屋面板設(shè)計(jì)</p><p&

42、gt;　　屋蓋材料為壓型鋼板，屋面坡度（），檁條跨度6m，于處設(shè)一道拉條；檁距1.875m；壓型鋼板與屋架連接處采用疊置搭接，鋼材Q235。</p><p>　　4.1.2 荷載統(tǒng)計(jì)</p><p><b>　　1.永久荷載</b></p><p>　　壓型鋼板自重 0.1</p><p>　　

43、檁條自重(包括拉條) 0.05</p><p>　　合計(jì) 0.15</p><p><b>　　2.可變荷載</b></p><p>　　活荷載或雪荷載 0.5</p><p>　?。ㄎ菝婊詈奢d按均勻分布為0.5×sin5.71=0.05K

44、N/m2，雪荷載按均勻分布為0.4KN/m2，按不均勻分布取1.25×0.4=0.5KN/m2）</p><p>　　積灰荷載 0.01</p><p>　　4.1.3 截面選擇</p><p>　　選用C形冷彎薄壁型鋼，型號(hào)為，其力學(xué)特征為：</p><p>　　4.1.4 內(nèi)力計(jì)算</p

45、><p><b>　　1.檁條線荷載</b></p><p><b>　　2.彎矩設(shè)計(jì)值</b></p><p><b>　　3.強(qiáng)度計(jì)算</b></p><p>　　應(yīng)考慮有效截面；同時(shí)，跨中截面有孔洞的影響，為簡化計(jì)算，統(tǒng)一考慮0.9的折減系數(shù)，則有效凈截面抵抗矩：</p

46、><p>　　44×0.9=39.6cm3 Wymax=23.32×0.9=20.99cm3</p><p>　　Wymin=9.35×0.9=8.415cm3</p><p>　　屋面能阻止檁條側(cè)向失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)rx=1.05 ry=1.2</p><p>　　本工程風(fēng)荷載較小，永久荷載與風(fēng)荷載組合不起

47、控制作用。</p><p><b>　　4.連接螺栓計(jì)算</b></p><p><b>　　對(duì)的彎矩設(shè)計(jì)值</b></p><p>　　支座處采用普通螺栓連接，，螺栓群可承受的彎矩：</p><p><b>　　滿足強(qiáng)度要求。</b></p><p>

48、<b>　　5.撓度計(jì)算</b></p><p>　　偏于安全按兩跨連續(xù)梁計(jì)算，跨內(nèi)最大撓度為</p><p><b>　　6.構(gòu)造要求</b></p><p>　　故檁條在平面內(nèi)、外均滿足要求。</p><p><b>　　7.拉條計(jì)算</b></p><

49、p>　　拉條選用，，每根拉條承載力：</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　4.2. 屋架設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.2.1 設(shè)計(jì)資料</p><p>　　廠房車間以長90m，跨度為15m，柱距為6m，設(shè)一臺(tái)30/5t中級(jí)工作制橋式吊車，屋架采用梯形鋼屋

50、架。鋼材：Q235B鋼；焊條E43型。</p><p>　　4.2.2 屋架尺寸</p><p>　　屋架采用三角形芬克式，跨度15 m，坡度i=1：10，屋架幾何尺寸、節(jié)點(diǎn)編號(hào)、桿件編號(hào)如圖4.1、4.2所示。</p><p>　　4.2.3 支撐布置</p><p>　　上下弦橫向水平支撐和垂直支撐，在房屋兩端布置；在屋架下弦設(shè)置三道通長

51、水平系桿，以保持部分桿系的側(cè)向穩(wěn)定，支撐系統(tǒng)布置如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.1 屋架布置圖</p><p>　　圖4.2 屋架節(jié)點(diǎn)及單元圖</p><p>　　圖4.3 支撐系統(tǒng)布置圖</p><p>　　4.2.4 荷載計(jì)算</p><p>　　1.永久荷載（對(duì)水平投影面）</p>&l

52、t;p>　　壓型鋼板自重 0.1</p><p>　　檁條自重 0.05</p><p>　　屋架及支撐自重 0.15</p><p>　　合計(jì) 0.3</p><p>　　2.可變荷載（對(duì)水平投影面）</p><p>　　活荷載

53、或雪荷載 0.5</p><p>　　積灰荷載 0.01 </p><p><b>　　3.風(fēng)荷載</b></p><p>　　基本風(fēng)壓 0.25</p><p><b>　　4.荷載組合 </b></p>

54、<p>　　（1）恒荷載+活（或雪）荷載</p><p>　?。?）恒荷載+半跨活（或雪）荷載</p><p>　?。?）恒荷載+風(fēng)荷載</p><p>　　5.上弦集中荷載見下圖4.5、4.6</p><p>　　圖4.5 全跨荷載布置圖</p><p>　　圖4.6 半跨活荷載布置圖</p>

55、<p><b>　　節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值：</b></p><p>　　按可變荷載效應(yīng)控制的組合</p><p>　　恒載 P1=1.2×0.3×1.847×6=3.99KN</p><p>　　活荷載 P2=（1.4×0.5+1.4×0.9×0.01

56、）×1.847×6=7.897KN</p><p>　　6.上弦風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值</p><p><b>　　(1)風(fēng)載體型系數(shù)</b></p><p><b>　　迎風(fēng)面 </b></p><p>　　背風(fēng)面 取為-0.5計(jì)算 </p><p&g

57、t;　　(2)上弦節(jié)點(diǎn)風(fēng)荷載（見圖4.7）</p><p>　　圖4.7 風(fēng)荷載布置圖</p><p>　　W=1.2×（-0.5）×0.25×1.847×6=-1.939KN</p><p>　　4.2.5 內(nèi)力計(jì)算</p><p><b>　　1.內(nèi)力計(jì)算</b></p&

58、gt;<p>　　在上面單位荷載分別作用下，通過節(jié)點(diǎn)法、截面法計(jì)算屋架桿件的內(nèi)力系數(shù)，因計(jì)算過程較為簡單，不在計(jì)算書上體現(xiàn)。</p><p><b>　　2.內(nèi)力組合</b></p><p>　?。?）恒荷載+活（或雪）荷載</p><p>　?。?）恒荷載+半跨活（或雪）荷載</p><p>　　（3）恒

59、荷載+風(fēng)荷載</p><p><b>　　組合結(jié)果見下表</b></p><p>　　4.2.6 內(nèi)力復(fù)核</p><p>　　內(nèi)力復(fù)核采用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器求解，下面對(duì)此軟件的研發(fā)及功能做簡要介紹</p><p><b>　　1.簡介</b></p><p>　　《結(jié)構(gòu)力學(xué)求

60、解器》(SM Solver) 版本 2.0由清華大學(xué)土木系結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器研制組研制，高等教育出版社發(fā)行結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器（SM Solver for Windows）是一個(gè)面向教師、學(xué)生以及工程技術(shù)人員的計(jì)算機(jī)輔助分析計(jì)算軟（課）件，其求解內(nèi)容包括了二維平面結(jié)構(gòu)（體系）的幾何組成、靜定、超靜定、位移、內(nèi)力、影響線、自由振動(dòng)、彈性穩(wěn)定、極限荷載等經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中所涉及的一系列問題，全部采用精確算法給出精確解答。本軟件界面方便友好、內(nèi)容體系完

61、整、功能完備通用，可供教師擬題、改題、演練，供學(xué)生做題、解題、研習(xí)，供工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)、計(jì)算、驗(yàn)算之用，可望在面向21世紀(jì)的教學(xué)改革中發(fā)揮其特有的作用。目前有兩個(gè)版本：學(xué)生版和工程版。學(xué)生版解題規(guī)模有限制，最多80個(gè)單元。工程版解題規(guī)模無此限制，只受機(jī)器的內(nèi)外存空間大小的限制。</p><p>　　求解器v2.0比v1.5更加精致、先進(jìn)、方便、快捷、強(qiáng)健，同時(shí)不失其原有的小巧、簡約、儉樸、平實(shí)。</p>

62、;<p><b>　　2.求解功能</b></p><p>　　求解功能分為自動(dòng)求解和智能求解兩種模式。</p><p>　?。?）自動(dòng)求解模式:</p><p>　　平面體系的幾何組成分析，對(duì)于可變體系，可靜態(tài)或動(dòng)畫顯示機(jī)構(gòu)模態(tài)；</p><p>　　平面靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算和位移計(jì)算，并繪制內(nèi)

63、力圖和位移圖；</p><p>　　平面結(jié)構(gòu)的自由振動(dòng)和彈性穩(wěn)定分析，計(jì)算前若干階頻率和屈曲荷載，并靜態(tài)或動(dòng)畫顯示各階振型和失穩(wěn)模態(tài)；</p><p>　　平面結(jié)構(gòu)的極限分析，求解極限荷載，并可靜態(tài)或動(dòng)畫顯示單向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模態(tài)；</p><p>　　平面結(jié)構(gòu)的影響線分析，并繪制影響線圖。</p><p>　?。?）智能求解模式:</p&g

64、t;<p>　　平面體系的幾何構(gòu)造分析：按兩剛片或三剛片法則求解，給出求解步驟；</p><p>　　平面桁架的截面法：找出使指定桿成為截面單桿的所有截面；</p><p>　　平面靜定組合結(jié)構(gòu)的求解：按三種模式以文字形式或圖文形式給出求解步驟。</p><p>　　另外，從v2.0開始，還有本地求解和遠(yuǎn)程求解兩種求解方式。</p>&l

65、t;p>　　利用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器v2.0版本建模計(jì)算桿件內(nèi)力系數(shù)，模型及桿件單元編號(hào)如圖4.8所示。</p><p>　　圖4.8屋架模型及桿件單元編號(hào)圖</p><p><b>　　3.求解結(jié)果</b></p><p>　?。?）屋架全跨內(nèi)力系數(shù)計(jì)算</p><p>　　在屋架全跨布置單位荷載如圖4.9所示，上弦各

66、節(jié)點(diǎn)施加單位荷載，計(jì)算結(jié)果如下</p><p><b>　　內(nèi)力計(jì)算</b></p><p>　　桿端內(nèi)力值 ( 乘子 = 1)</p><p>　　桿端 1 桿端 2</p><p>　　-----------------------

67、--------------------------------------------------</p><p>　　單元碼 軸力 剪力 彎矩 軸力 剪力 彎矩</p><p>　　-------------------------------------------------------------------

68、------</p><p>　　1 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.00000000</p><p>　　2 8.062383 0.000000 0.000000 8.062383 0.000000 0.00000000</p>&l

69、t;p>　　3 8.472997 0.000000 0.000000 8.472997 0.000000 0.00000000 </p><p>　　4 8.472997 0.000000 0.000000 8.472997 0.000000 0.00000000</p><p>　　5 8.06

70、2383 0.000000 0.000000 8.062383 0.000000 0.00000000 </p><p>　　6 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.00000000</p><p>　　7 -5.460126 0.000000

71、 0.000000 -5.460121 0.00000 0.00000000 </p><p>　　8 -5.460121 0.000000 0.000000 -5.460621 0.000000 0.00000000 </p><p>　　9 -8.928516 0.000000 0.000000 -8.9

72、28616 0.000000 0.00000000</p><p>　　10 -8.928616 0.000000 0.000000 -8.929616 0.000000 0.00000000</p><p>　　11 -8.929616 0.000000 0.000000 -8.929616 0.000000

73、0.00000000</p><p>　　12 -8.928596 0.000000 0.00000000 -8.928596 0.000000 0.00000000 </p><p>　　13 -5.460126 0.000000 0.000000 -5.460126 0.000000 0.00000000 </p&g

74、t;<p>　　14 -5.460126 0.000000 0.000000 -5.460126 0.000000 0.00000000 </p><p>　　15 -4.500000 0.000000 0.000000 -4.500000 0.000000 0.00000000</p><p>　　16

75、 -4.500000 0.000000 0.000000 -4.500000 0.000000 0.00000000</p><p>　　17 6.185487 0.000000 0.000000 6.185487 0.000000 0.00000000</p><p>　　18 -3.277554 0.000

76、000 0.000000 -3.277554 0.000000 0.00000000 </p><p>　　19 1.024533 0.000000 0.000000 1.024533 0.000000 0.00000000 </p><p>　　20 0.565659 0.000000 0.000000

77、 0.565659 0.000000 0.00000000</p><p>　　21 0.565659 0.000000 0.000000 0.565659 0.000000 0.00000000 </p><p>　　22 1.024533 0.000000 0.000000 1.024533 0.00

78、0000 0.00000000 </p><p>　　23 -3.277554 0.000000 0.000000 -3.277554 0.000000 0.00000000 </p><p>　　24 6.185488 0.000000 0.000000 6.185487 0.000000 0.00000000&l

79、t;/p><p>　　25 -1.000000 0.000000 0.000000 -1.000000 0.000000 0.00000000</p><p>　　26 -1.000000 0.000000 0.000000 -1.000000 0.000000 0.00000000</p><p>　

80、　27 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.00000000 </p><p>　　28 -1.000000 0.000000 0.000000 -1.000000 0.000000 0.00000000</p><p>　　29 -1.000000

81、 0.000000 0.000000 -1.000000 0.000000 0.00000000</p><p>　?。?）屋架半跨荷載內(nèi)力系數(shù)計(jì)算</p><p>　　在屋架全跨布置單位荷載如圖4.10所示，上弦各節(jié)點(diǎn)施加單位荷載，計(jì)算結(jié)果如下</p><p><b>　　內(nèi)力計(jì)算</b></p><

82、p>　　桿端內(nèi)力值 ( 乘子 = 1)</p><p>　　-----------------------------------------------------------------------------</p><p>　　桿端 1 桿端 2 </p><p&g

83、t;　　單元碼 軸力 剪力 彎矩 軸力 剪力 </p><p>　　-----------------------------------------------------------------------------</p><p>　　1 0.00000000 0

84、.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 </p><p>　　2 5.37492241 0.00000000 0.00000000 5.37492241 0.00000000 </p><p>　　3 4.23649877 0.00000000 0.000

85、00000 4.23649877 0.00000000 </p><p>　　4 4.23649877 0.00000000 0.00000000 4.23649877 0.00000000 </p><p>　　5 2.68746121 0.00000000 0.00000000 2.68746

86、121 0.00000000 </p><p>　　6 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 </p><p>　　7 -3.90009015 0.00000000 0.00000000 -3.90009015 0.00000000

87、 </p><p>　　8 -3.90009015 0.00000000 0.00000000 -3.90009015 0.00000000 </p><p>　　9 -5.35715770 0.00000000 0.00000000 -5.35715770 0.00000000 </p><

88、;p>　　10 -5.35715770 0.00000000 0.00000000 -5.35715770 0.00000000 </p><p>　　11 -3.57143847 0.00000000 0.00000000 -3.57143847 0.00000000 </p><p>　　12 -3

89、.57143847 0.00000000 0.00000000 -3.57143847 0.00000000 </p><p>　　13 -1.56003606 0.00000000 0.00000000 -1.56003606 0.00000000 </p><p>　　14 -1.56003606 0.0

90、0000000 0.00000000 -1.56003606 0.00000000 </p><p>　　15 -1.00000000 0.00000000 0.00000000 -1.00000000 0.00000000 </p><p>　　16 -3.00000000 0.00000000 0.000

91、00000 -3.00000000 0.00000000 </p><p>　　17 4.41820513 0.00000000 0.00000000 4.41820513 0.00000000 </p><p>　　18 -1.86253984 0.00000000 0.00000000 -1.862

92、53984 0.00000000 </p><p>　　19 -0.05527817 0.00000000 0.00000000 -0.05527817 0.00000000 </p><p>　　20 1.50469249 0.00000000 0.00000000 1.50469249 0.00000

93、000 </p><p>　　21 -0.93903318 0.00000000 0.00000000 -0.93903318 0.00000000 </p><p>　　22 1.07981196 0.00000000 0.00000000 1.07981196 0.00000000 </p>

94、;<p>　　23 -1.41501438 0.00000000 0.00000000 -1.41501438 0.00000000 </p><p>　　24 1.76728205 0.00000000 0.00000000 1.76728205 0.00000000 </p><p>　　25

95、 -1.00000000 0.00000000 0.00000000 -1.00000000 0.00000000 </p><p>　　26 -1.00000000 0.00000000 0.00000000 -1.00000000 0.00000000 </p><p>　　27 0.00000000

96、 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 </p><p>　　28 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 </p><p>　　29 0.00000000 0.00000000

97、 0.00000000 0.00000000 0.00000000 </p><p>　　（3）風(fēng)荷載內(nèi)力系數(shù)計(jì)算</p><p>　　在屋架全跨布置單位荷載如圖4.11所示，上弦各節(jié)點(diǎn)施加單位荷載，計(jì)算結(jié)果如下</p><p><b>　　內(nèi)力計(jì)算</b></p><p>　　桿端內(nèi)力值 ( 乘

98、子 = 1)</p><p>　　-----------------------------------------------------------------------------</p><p>　　桿端 1 桿端 2</p><p>　　-----------------

99、------------------------------------------------------------</p><p>　　單元碼 軸力 剪力 彎矩 軸力 剪力 </p><p>　　------------------------------------------

100、-----------------------------------</p><p>　　1 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 </p><p>　　2 -8.05571632 0.00000000 0.00000000 -8.05571632

101、 0.00000000 </p><p>　　3 -8.46248725 0.00000000 0.00000000 -8.46248725 0.00000000 </p><p>　　4 -8.46248725 0.00000000 0.00000000 -8.46248725 0.00000000 &

102、lt;/p><p>　　5 -8.05571632 0.00000000 0.00000000 -8.05571632 0.00000000 </p><p>　　6 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 </p><p&g

103、t;　　7 5.45625594 0.00000000 0.00000000 5.45625594 0.00000000 </p><p>　　8 5.45625594 0.00000000 0.00000000 5.45625594 0.00000000 </p><p>　　9 8.919735

104、82 0.00000000 0.00000000 8.91973582 0.00000000 </p><p>　　10 8.91973582 0.00000000 0.00000000 8.91973582 0.00000000 </p><p>　　11 8.91973582 0.00000000

105、 0.00000000 8.91973582 0.00000000 </p><p>　　12 8.91973582 0.00000000 0.00000000 8.91973582 0.00000000 </p><p>　　13 5.45625594 0.00000000 0.00000000

106、 5.45625594 0.00000000 </p><p>　　14 5.45625594 0.00000000 0.00000000 5.45625594 0.00000000 </p><p>　　15 3.99751911 0.00000000 0.00000000 3.99751911

107、 0.00000000 </p><p>　　16 3.99751911 0.00000000 0.00000000 3.99751911 0.00000000 </p><p>　　17 -6.18110275 0.00000000 0.00000000 -6.18110275 0.00000000

108、</p><p>　　18 3.27404372 0.00000000 0.00000000 3.27404372 0.00000000 </p><p>　　19 -1.02185490 0.00000000 0.00000000 -1.02185490 0.00000000 </p><

109、p>　　20 -0.56798895 0.00000000 0.00000000 -0.56798895 0.00000000 </p><p>　　21 -0.56798895 0.00000000 0.00000000 -0.56798895 0.00000000 </p><p>　　22 -1.

110、02185490 0.00000000 0.00000000 -1.02185490 0.00000000 </p><p>　　23 3.27404372 0.00000000 0.00000000 3.27404372 0.00000000 </p><p>　　24 -6.18110275 0.00

111、000000 0.00000000 -6.18110275 0.00000000 </p><p>　　25 1.00000000 0.00000000 0.00000000 1.00000000 0.00000000 </p><p>　　26 1.00000000 0.00000000 0.0000

112、0000 1.00000000 0.00000000 </p><p>　　27 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 </p><p>　　28 1.00000000 0.00000000 0.00000000 1.0000

113、0000 0.00000000 </p><p>　　29 1.00000000 0.00000000 0.00000000 1.00000000 0.00000000 </p><p>　　4.2.7 對(duì)比分析</p><p>　　1.通過比較，兩種計(jì)算方式結(jié)果非常接近，符合情況很好。以下計(jì)算采用計(jì)算結(jié)果。&l

114、t;/p><p>　　2.兩種計(jì)算方式產(chǎn)生差別的原因分析</p><p>　　（1）數(shù)據(jù)四舍五入產(chǎn)生誤差。在手工計(jì)算過程中，由于計(jì)算量的原因，數(shù)據(jù)小數(shù)點(diǎn)位數(shù)不可能取得很大，在中間計(jì)算過程較多時(shí)，經(jīng)過累計(jì)，就會(huì)使最后結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差。本設(shè)計(jì)中，角度的近似取舍產(chǎn)生的誤差較大（2）CAD標(biāo)注精度誤差，這一點(diǎn)與上一點(diǎn)關(guān)系密切，要減小這項(xiàng)誤差，在繪圖過程中應(yīng)該將精度增大。</p><

115、;p>　　4.2.8 截面選擇</p><p><b>　　端節(jié)間正彎矩</b></p><p>　　腹桿最大內(nèi)力為73.48KN，根據(jù)《Q235單壁式屋架節(jié)點(diǎn)板厚度選用表》可選取</p><p>　　中間節(jié)點(diǎn)板厚度為6mm</p><p>　　支座節(jié)點(diǎn)板厚度為8mm</p><p><

116、;b>　　端節(jié)間正彎矩</b></p><p>　　M1=0.8M0=0.8×=0.8×11.887×COS5.71×1.847=4.37KN·M</p><p>　　其余節(jié)間正彎矩及節(jié)點(diǎn)負(fù)彎矩取</p><p>　　0.6M0=3.28KN·M</p><p>　

117、　（1）上弦桿截面選擇</p><p>　　整個(gè)上弦不改變截面，按最大內(nèi)力計(jì)算</p><p>　　Nmax=-106.7KM, lox=184.67CM loy=300CM</p><p>　　選用90×8 </p><p><b>　　截面幾何特性：</b></p&g

118、t;<p>　　A=An=27.88cm2 W1x=84.6cm3 W2X=32.84cm3 ix=2.76cm iy=4.02cm</p><p>　　=184.7/2.76=66.92<=150 屬于B類截面</p><p>　　=300/4.02=74.63<=150 屬于B類截面</p><

119、;p>　　b/t=90/8=11.25>0.58 =1.93=3.9b/t(1+l2oyt2/18.6b4)=44.08</p><p>　　查《軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)表》得</p><p>　　x=0.768 y=0.882</p><p>　　截面塑性發(fā)展系數(shù)Rx1=1.05 Rx2=1.2</p><p>