單層鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 單層鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)單層鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)摘摘 要要 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

2、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)依據(jù)，將是本文要重點(diǎn)解決的問題。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：建筑簡易；施工期短；經(jīng)久耐用； jingang monolayer steel structre workshop design abstract single-layer workshop is a kind of widely used in warehouse, factory dormitory, canteen and other ancillary buildings, plant most in light indust

3、ry, electronics, instrumentation, communications, medical and other industries, monolayer steel structure workshop has wide application, simple construction, short construction period, durable advantages, reasonable cost, with the increase of steel production in china, many factories have adopted st

4、eel structure. more and more widely used also represents the industrial plant design requirements we built to implement the relevant national policies, to advanced technology, reasonable economy, safety and quality, meet the energy saving and environmental protection requirements. single-layer works

5、hop decided its seismic capacity is far better than other concrete structure in the weight, but also because of its simple structure brought structure in resistance to other load capacity. single-layer workshop end wall (gable) wind area is larger, the internal space requirements, building roof area

6、, loads are large, complex structure, how to effectively of combination of action effects, select the most unfavorable combination of internal forces, design basis as column and foundation, is the key to solve the problem.keys：building simple; the construction period is short; durable; 目目 錄錄1 1 工程概況

7、工程概況 .1 11.1.設(shè)計(jì)條件 .11.2.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） .22 2 建筑方案設(shè)計(jì)說明建筑方案設(shè)計(jì)說明 .3 32.1.柱網(wǎng)布置 .32.2.屋面材料 .32.3.屋架體系 .32.4.吊車和吊車梁 .32.5.柱的設(shè)計(jì) .42.6.基礎(chǔ)設(shè)計(jì) .42.7.支撐系統(tǒng) .42.8.維護(hù)體系 .42.9.變形縫 .42.10.門窗布置 .53 3 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)說明結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)說明 .5 53.1.屋架設(shè)計(jì) .53.2.排架計(jì)算 .53.3.實(shí)腹柱設(shè)計(jì) .53.4.基礎(chǔ)設(shè)計(jì) .64.4.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書.6 64.1.屋面板設(shè)計(jì) .64

8、.1.2 荷載統(tǒng)計(jì) .64.1.3 截面選擇 .74.1.4 內(nèi)力計(jì)算 .74.2.屋架設(shè)計(jì) .84.2.1 設(shè)計(jì)資料 .84.2.2 屋架尺寸 .8 4.2.3 支撐布置 .84.2.4 荷載計(jì)算 .104.2.5 內(nèi)力計(jì)算 .114.2.6 內(nèi)力復(fù)核 .154.2.7 對比分析 .234.2.8 截面選擇 .235.5.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì).31315.1 桿件與節(jié)點(diǎn)板的焊縫計(jì)算 .315.2 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) .326.6.吊車梁設(shè)計(jì)吊車梁設(shè)計(jì).38386.1.設(shè)計(jì)資料及說明 .386.2.吊車荷載計(jì)算 .386.3.吊車梁截面尺寸確定及幾何特征計(jì)算 .386.4.梁截面承載力計(jì)算 .406.5.梁

9、連接計(jì)算 .427.7.橫向排架計(jì)算橫向排架計(jì)算.43437.1.設(shè)計(jì)資料 .437.2.結(jié)構(gòu)選型 .437.3.荷載計(jì)算 .447.4.排架內(nèi)力分析 .457.5.內(nèi)力組合 .497.6.柱截面設(shè)計(jì)（a 柱） .497.7.下柱配筋計(jì)算 .517.8.柱裂縫寬度驗(yàn)算 .527.9.牛腿設(shè)計(jì) .528.8.基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì).53538.1.設(shè)計(jì)參數(shù) .538.2.荷載 .538.3.截面確定 .548.4.地基承載力計(jì)算 .54 8.5.抗沖切驗(yàn)算 .558.6.配筋計(jì)算 .55結(jié)結(jié) 論論.5858參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).6060謝謝 辭辭.6060附錄附錄.6161 第 1 頁，共 62 頁1 工

10、程概況工程概況1. .1. . 設(shè)計(jì)條件設(shè)計(jì)條件 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：單層單跨工業(yè)廠房畢業(yè)設(shè)計(jì)類型跨度 l(m)12151821結(jié)構(gòu)類型吊車噸位 q（t）1016/3.21016/3.21016/3.21016/3.28.712345678規(guī)定標(biāo)高（m）9.312345678鋼筋砼柱排架結(jié)構(gòu)實(shí)腹鋼柱排架結(jié)構(gòu) 柱間可采用 6m，車間建筑面積約為 10001600，車間內(nèi)設(shè)一臺橋式吊車，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

11、及兩個(gè)小型零件倉庫，并在出入口處設(shè)置清水槽。 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)。資料：1、建筑地點(diǎn)：廣州花都、廣州番禺、佛山 2、抗震 6 度設(shè)防3、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）4、風(fēng)壓：0.25kn/ 5、雪壓：0.40 kn/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)鋼筋砼重度 25 kn/m水泥砂漿重度 20 kn/m磚墻重度 18 kn/m鋼門窗重度 0.4 kn/鋼軌及墊等重 0.6 kn/二氈三油防水層 0.35 kn/（沿斜面方向）找平層自重 0.40 kn/（沿斜面方向） 第 2

12、 頁，共 62 頁屋面活荷載（不上人） 0.5 kn/（沿斜面方向）屋面積灰荷載 0.5 kn/（沿斜面方向）設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 1、建筑設(shè)計(jì)（平、立、剖面圖 3 張，使用 a2 圖紙）（1）車間平面圖標(biāo)明定位軸線及編號：柱子、墻體、門窗及編號剖面的剖切位置，辦公室及輔助用房的布置，散水、尺寸、圖名、比例及廠房方位。（2）車間橫剖面圖標(biāo)明定位軸線及編號，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、圖號比例。（3）車間立面圖會出正面、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，圖號及比例。（4）節(jié)點(diǎn)

13、詳圖（圖 23 張，a2 圖紙）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。1. .2. . 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（柱子與基礎(chǔ)圖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（柱子與基礎(chǔ)圖 1 張，張，a2 圖紙，打印的計(jì)算書一本）圖紙，打印的計(jì)算書一本） （1）結(jié)構(gòu)計(jì)算在上述設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案基礎(chǔ)上，按排架受力特點(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：a、計(jì)算簡圖及初擬柱截面尺寸。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。c、鉸接排架內(nèi)力計(jì)算及組合。d、柱強(qiáng)度核算及配筋計(jì)算。e、牛腿幾何尺寸確定，承載力及配筋計(jì)算。f、鋼筋砼階形平板基礎(chǔ)選定及配筋計(jì)算

14、。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。 （2）結(jié)構(gòu)施工圖紙（圖 1 張，a2 圖紙）a、排架柱、牛腿施工圖（模板圖及配筋圖） 。b、基礎(chǔ)施工圖（平面布置及配筋圖） 。 第 3 頁，共 62 頁2 建筑方案設(shè)計(jì)說明建筑方案設(shè)計(jì)說明2. .1. . 柱網(wǎng)布置柱網(wǎng)布置 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：（1）符合國家規(guī)范廠房建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn) ；（2）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；（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

15、置在統(tǒng)一的橫向軸線上；（4）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)件的跨度，它的大小對構(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；（5）符合柱距規(guī)定要求，對廠房橫向，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)。根據(jù)以上原則，該廠房柱網(wǎng)布置采用（跨度 柱距）15m 6m 的布置方案。2. .2. . 屋面材料屋面材料 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

16、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。2. .3. . 屋架體系屋架體系 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。2. .4. . 吊車和吊車梁吊車和吊車梁 該廠房每個(gè)車間設(shè)一臺中級工作制橋式吊車，吊車參數(shù)查閱大連重工集團(tuán)吊車數(shù)據(jù)資料。因吊車噸位較小，所以采用焊接工字形吊車梁。 第 4 頁，共 62 頁2. .5. . 柱的設(shè)計(jì)柱的設(shè)計(jì) 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：（1）面積

17、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；（2）使兩個(gè)主軸方向等穩(wěn)定性，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)的效果；（3）便于和其他構(gòu)件進(jìn)行連接；（4）盡可能構(gòu)造簡單，制造省工，取材方便。2. .6. . 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。2. .7. . 支撐系統(tǒng)支撐系統(tǒng) 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，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在某些動力作用下產(chǎn)生過大振動，承擔(dān)和傳遞水

18、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。2. .8. . 維護(hù)體系維護(hù)體系 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)

19、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。2. .9. . 變形縫變形縫 該廠房車間設(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。 第 5 頁，共 62 頁2. .10. . 門窗布置門窗布置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。3 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)說明結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)說明3. .1. . 屋架設(shè)計(jì)屋架設(shè)計(jì) 1.基本理論該設(shè)計(jì)中，屋架為梯形形鋼屋架。

20、對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。對節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，著重考慮使構(gòu)件受力合理，焊縫滿足強(qiáng)度要求等。 2.主要公式強(qiáng)度驗(yàn)算： xnxnxmnfaw平面內(nèi)穩(wěn)定性驗(yàn)算： mxx1xx11xex(1 0.8)mnfnawn平面外穩(wěn)定性驗(yàn)算：txxyb1xmnfaw剛度驗(yàn)算： ，0 xxx li 0yyyli3. .2. . 排架計(jì)算排架計(jì)算1.假定鋼柱下端與基礎(chǔ)剛結(jié)；2.假定鋼柱上端與屋架鉸結(jié)；3.假定屋架平面內(nèi)剛度無窮大。3. .3. . 實(shí)腹柱設(shè)計(jì)實(shí)腹柱設(shè)計(jì)1.計(jì)算要點(diǎn)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；

21、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 第 6 頁，共 62 頁（gb50017-2003）及鋼結(jié)構(gòu)手冊設(shè)計(jì)。2.主要公式：利用的公式與屋架設(shè)計(jì)中的相同。3. .4. . 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)1.計(jì)算要點(diǎn)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。2.主要公式地基承載力特征值：aakbdm(3)(0.5)ffbd 基礎(chǔ)長邊彎矩： 2max11cc12242ppmlabb基礎(chǔ)短邊彎矩： 2max11cc12242ppmbbla4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書4. .1. . 屋面板設(shè)計(jì)屋面

22、板設(shè)計(jì)屋蓋材料為壓型鋼板，屋面坡度（） ，檁條跨度 6m，于處設(shè)1/105.71/2l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。 4. .1. .2 荷載統(tǒng)計(jì)荷載統(tǒng)計(jì)1.永久荷載壓型鋼板自重 0.12/kn m檁條自重(包括拉條) 0.052/kn m合計(jì) 0.152/kn m2.可變荷載活荷載或雪荷載 0.52/kn m（屋面活荷載按均勻分布為 0.5sin5.71=0.05kn/m2，雪荷載按均勻分布為0.4kn/m2，按不均勻分布取1.250.4=0.5kn/m2）1.25,rkrgss積灰荷載 0.012/kn m 第 7 頁，共 62 頁 4.

23、.1. .3 截面選擇截面選擇選用 c 形冷彎薄壁型鋼，型號為，其力學(xué)特征為：200 70 20 2.0mm333xmaxymin44,23.32,9.35ywcm wcm wcm4xxy0440,46.71,7.78,2.54,2yicmiicm icm xcm 4. .1. .4 內(nèi)力計(jì)算內(nèi)力計(jì)算 1.檁條線荷載1.2 0.15 1.4 0.51.8751.65pkn m cos1.65 cos5.711.64oxppkn m ysin1.65 sin5.710.164ppkn m 2.彎矩設(shè)計(jì)值22x101.64 6 105.9xmp lkn m22y320.164 6 320.185y

24、mp lkn m3.強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)考慮有效截面；同時(shí)，跨中截面有孔洞的70 2.035,200 2.0100,b th t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：440.9=39.6cm3 wymax=23.320.9=20.99cm3xw wymin=9.350.9=8.415cm3屋面能阻止檁條側(cè)向失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn) rx=1.05 ry=1.2 y22x1xxyymax141205rmmn mmn mmrwwy22x2xxyymin141.9205rmmn mmn mmrww本工程風(fēng)荷載較小，永久荷載與風(fēng)荷載組合不起控制作用。 4.連接螺栓計(jì)算對的彎矩設(shè)計(jì)值x22xy10

25、1.64 6 105.9mp lkn m 第 8 頁，共 62 頁支座處采用普通螺栓連接，螺栓群可承受的彎4m122b2v1.13,130acmfn mm矩：b2222vx44 130 1.13 10100506.575.9mfa xykn mmkn m滿足強(qiáng)度要求。 5.撓度計(jì)算偏于安全按兩跨連續(xù)梁計(jì)算，跨內(nèi)最大撓度為35cos5.71600011384206200 xvpvle il 6.構(gòu)造要求xy60030077.12,118.12007.782.54故檁條在平面內(nèi)、外均滿足要求。 7.拉條計(jì)算x1sin1.65 0.010.02qqkn mbx1 11.251.25 0.02 30.

26、075rq lkn 1b77 0.0750.5srkn122.52sinsskn拉條選用，每根拉條承載力：20.503acm。20.503 1021510.82.5,nknkn滿足要求。 4. .2. . 屋架設(shè)計(jì)屋架設(shè)計(jì) 4. .2. .1 設(shè)計(jì)資料設(shè)計(jì)資料廠房車間以長 90m，跨度為 15m，柱距為 6m，設(shè)一臺 30/5t 中級工作制橋式吊車，屋架采用梯形鋼屋架。鋼材：q235b 鋼；焊條 e43 型。 4. .2. .2 屋架尺寸屋架尺寸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、桿件編號如圖 4.1、4.2 所示。4. .2. .3 支撐布置支撐

27、布置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)置三道通長水平 第 9 頁，共 62 頁系桿，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。圖 4.1 屋架布置圖圖 4.2 屋架節(jié)點(diǎn)及單元圖 圖 4.3 支撐系統(tǒng)布置圖 第 10 頁，共 62 頁 4. .2. .4 荷載計(jì)算荷載計(jì)算 1.永久荷載（對水平投影面）壓型鋼板自重 0.12/kn m檁條自重 0.052/kn m屋架及支撐自重 0.152/kn m合計(jì) 0.32/kn m 2.可變荷載（對水平投影面）活荷載或雪荷載 0.52/kn m積灰荷載 0.01 2/kn m 3.風(fēng)荷載基本風(fēng)壓 0.252/kn m

28、 4.荷載組合 （1）恒荷載+活（或雪）荷載（2）恒荷載+半跨活（或雪）荷載（3）恒荷載+風(fēng)荷載 5.上弦集中荷載見下圖 4.5、4.6圖 4.5 全跨荷載布置圖 第 11 頁，共 62 頁圖 4.6 半跨活荷載布置圖節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值：按可變荷載效應(yīng)控制的組合kn886.116847. 101. 09 . 04 . 15 . 04 . 13 . 02 . 1）（恒載 p1=1.20.31.8476=3.99kn活荷載 p2=（1.40.5+1.40.90.01）1.8476=7.897kn 6.上弦風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值(1)風(fēng)載體型系數(shù)迎風(fēng)面 s0.5 背風(fēng)面 取為-0.5 計(jì)算 s0.4 (2)上弦節(jié)

29、點(diǎn)風(fēng)荷載（見圖 4.7）圖 4.7 風(fēng)荷載布置圖w=1.2（-0.5）0.251.8476=-1.939kn 4. .2. .5 內(nèi)力計(jì)算內(nèi)力計(jì)算 1.內(nèi)力計(jì)算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)。 第 12 頁，共 62 頁 2.內(nèi)力組合（1）恒荷載+活（或雪）荷載（2）恒荷載+半跨活（或雪）荷載（3）恒荷載+風(fēng)荷載組合結(jié)果見下表 第 13 頁，共 62 頁桿力系數(shù)荷載設(shè)計(jì)值（kn）內(nèi)力值（kn）p=1施工階段使用階段半跨全跨全跨風(fēng)恒荷載活荷載風(fēng)荷載桿件名稱（單元）1234564*2+6*34*2+5*24*2+5*1最大值

30、（kn）7-3.90009-5.460135.456263.997.89-1.939-32.36560684-64.866344-52.5576364.86634448-3.90009-5.460135.456263.997.89-1.939-32.36560684-64.866344-52.5576364.86634449-5.35716-8.92868.919743.997.89-1.939-52.92048986-106.07177-77.89311106.07176810-5.35716-8.92868.919743.997.89-1.939-52.92048986-106.07177

31、-77.89311106.07176811-3.57144-8.92868.919743.997.89-1.939-52.92048986-106.07177-63.80378106.071768上弦12-3.57144-8.92868.919743.997.89-1.939-52.92048986-106.07177-63.80378106.071768 第 14 頁，共 62 頁13-1.56004-5.460135.456263.997.89-1.939-32.36560684-64.866344-34.0946364.866344414-1.56004-5.460135.456263.

32、997.89-1.939-32.36560684-64.866344-34.0946364.866344410003.997.89-1.939000025.374928.06238-8.055713.997.89-1.93947.7889178995.781074474.57701595.781074434.236498.473-8.462493.997.89-1.93950.21603811100.6592467.233176100.6592444.236498.473-8.462493.997.89-1.93950.21603811100.6592467.233176100.6592452

33、.687468.06238-8.055723.997.89-1.93947.7889372895.781074453.37295695.7810744下弦60003.997.89-1.9390000174.418216.18549-6.18113.997.89-1.93936.66525873.483621259.53978273.483621218-1.86254-3.277553.274043.997.89-1.939-19.42578806-38.937294-27.7728738.937294 第 15 頁，共 62 頁19-0.055281.02453-1.021853.997.89

34、-1.9396.0692418512.17141643.651715512.1714164201.504690.5657-0.567993.997.89-1.9393.358475616.72051614.12914714.129147121-0.939030.5657-0.567993.997.89-1.9393.358475616.720516-5.1518046.720516221.079811.02453-1.021853.997.89-1.9396.0692418512.171416412.60757612.607575623-1.41501-3.277553.274043.997.

35、89-1.939-19.42578806-38.937294-24.2418538.937294241.767286.18549-6.18113.997.89-1.93936.66525873.483621238.62394473.483621215-1-4.53.997513.997.89-1.939-25.70617189-53.46-25.84553.4616-3-4.53.997513.997.89-1.939-25.70617189-53.46-41.62553.4625-1-113.997.89-1.939-5.929-11.88-11.8811.8826-1-113.997.89

36、-1.939-5.929-11.88-11.8811.88270003.997.89-1.9390000豎桿280-113.997.89-1.939-5.929-11.88-3.9911.88 第 16 頁，共 62 頁290-113.997.89-1.939-5.929-11.88-3.9911.88 第 17 頁，共 62 頁 4. .2. .6 內(nèi)力復(fù)核內(nèi)力復(fù)核內(nèi)力復(fù)核采用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器求解，下面對此軟件的研發(fā)及功能做簡要介紹 1.簡介結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器(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

37、 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、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。求解器 v2.0

38、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)。 2.求解功能求解功能分為自動求解和智能求解兩種模式。 （1）自動求解模式:平面體系的幾何組成分析，對于可變體系，可靜態(tài)或動畫顯示機(jī)構(gòu)模態(tài)；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)力圖和位移圖；平面結(jié)構(gòu)的自由振動和彈性穩(wěn)定分析，計(jì)算前若干階頻率和屈曲荷載，并靜態(tài)或動畫顯示各階振型和失穩(wěn)模態(tài)；平面結(jié)構(gòu)的極限分析，求解極限荷載，并可靜態(tài)或動畫顯示單向機(jī)構(gòu)運(yùn)動模態(tài)；平面結(jié)構(gòu)的影響線分析，并繪制影響線圖。 （2）智能求解模式: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；平面桁架的截

39、面法：找出使指定桿成為截面單桿的所有截面；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。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。 第 18 頁，共 62 頁利用結(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如圖 4.8 所示。圖 4.8 屋架模型及桿件單元編號圖 3.求解結(jié)果 （1）屋架全跨內(nèi)力系數(shù)計(jì)算在屋架全跨布置單位荷載如圖 4.9 所示，上弦各節(jié)點(diǎn)施加單位荷載，計(jì)算結(jié)果如下內(nèi)力計(jì)算桿端內(nèi)力值 ( 乘子 = 1)桿端 1 桿端 2-單元碼 軸力 剪力 彎矩 軸力 剪力 彎矩-1 0.000000 0.000000 0.00

40、0000 0.000000 0.000000 0.000000002 8.062383 0.000000 0.000000 8.062383 0.000000 0.000000003 8.472997 0.000000 0.000000 8.472997 0.000000 0.00000000 4 8.472997 0.000000 0.000000 8.472997 0.000000 0.000000005 8.062383 0.000000 0.000000 8.062383 0.000000 0.00000000 第 19 頁，共 62 頁6 0.000000 0.000000 0.00

41、0000 0.000000 0.000000 0.000000007 -5.460126 0.000000 0.000000 -5.460121 0.00000 0.00000000 8 -5.460121 0.000000 0.000000 -5.460621 0.000000 0.00000000 9 -8.928516 0.000000 0.000000 -8.928616 0.000000 0.0000000010 -8.928616 0.000000 0.000000 -8.929616 0.000000 0.0000000011 -8.929616 0.000000 0.00000

42、0 -8.929616 0.000000 0.0000000012 -8.928596 0.000000 0.00000000 -8.928596 0.000000 0.00000000 13 -5.460126 0.000000 0.000000 -5.460126 0.000000 0.00000000 14 -5.460126 0.000000 0.000000 -5.460126 0.000000 0.00000000 15 -4.500000 0.000000 0.000000 -4.500000 0.000000 0.0000000016 -4.500000 0.000000 0.

43、000000 -4.500000 0.000000 0.0000000017 6.185487 0.000000 0.000000 6.185487 0.000000 0.0000000018 -3.277554 0.000000 0.000000 -3.277554 0.000000 0.00000000 19 1.024533 0.000000 0.000000 1.024533 0.000000 0.00000000 20 0.565659 0.000000 0.000000 0.565659 0.000000 第 20 頁，共 62 頁0.0000000021 0.565659 0.0

44、00000 0.000000 0.565659 0.000000 0.00000000 22 1.024533 0.000000 0.000000 1.024533 0.000000 0.00000000 23 -3.277554 0.000000 0.000000 -3.277554 0.000000 0.00000000 24 6.185488 0.000000 0.000000 6.185487 0.000000 0.0000000025 -1.000000 0.000000 0.000000 -1.000000 0.000000 0.0000000026 -1.000000 0.000

45、000 0.000000 -1.000000 0.000000 0.0000000027 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.00000000 28 -1.000000 0.000000 0.000000 -1.000000 0.000000 0.0000000029 -1.000000 0.000000 0.000000 -1.000000 0.000000 0.00000000（2）屋架半跨荷載內(nèi)力系數(shù)計(jì)算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)果如下內(nèi)力計(jì)算桿端內(nèi)力值 ( 乘子 = 1)- 桿端

46、1 桿端 2 單元碼 軸力 剪力 彎矩 軸力 剪 第 21 頁，共 62 頁力 - 1 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 2 5.37492241 0.00000000 0.00000000 5.37492241 0.00000000 3 4.23649877 0.00000000 0.00000000 4.23649877 0.00000000 4 4.23649877 0.00000000 0.00000000 4.23649877 0.00000000 5 2.68746121 0.00000000 0.0000

47、0000 2.68746121 0.00000000 6 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 7 -3.90009015 0.00000000 0.00000000 -3.90009015 0.00000000 8 -3.90009015 0.00000000 0.00000000 -3.90009015 0.00000000 9 -5.35715770 0.00000000 0.00000000 -5.35715770 0.00000000 10 -5.35715770 0.00000000 0.00000000 -5

48、.35715770 0.00000000 11 -3.57143847 0.00000000 0.00000000 -3.57143847 0.00000000 12 -3.57143847 0.00000000 0.00000000 -3.57143847 0.00000000 13 -1.56003606 0.00000000 0.00000000 -1.56003606 0.00000000 第 22 頁，共 62 頁 14 -1.56003606 0.00000000 0.00000000 -1.56003606 0.00000000 15 -1.00000000 0.00000000

49、 0.00000000 -1.00000000 0.00000000 16 -3.00000000 0.00000000 0.00000000 -3.00000000 0.00000000 17 4.41820513 0.00000000 0.00000000 4.41820513 0.00000000 18 -1.86253984 0.00000000 0.00000000 -1.86253984 0.00000000 19 -0.05527817 0.00000000 0.00000000 -0.05527817 0.00000000 20 1.50469249 0.00000000 0.

50、00000000 1.50469249 0.00000000 21 -0.93903318 0.00000000 0.00000000 -0.93903318 0.00000000 22 1.07981196 0.00000000 0.00000000 1.07981196 0.00000000 23 -1.41501438 0.00000000 0.00000000 -1.41501438 0.00000000 24 1.76728205 0.00000000 0.00000000 1.76728205 0.00000000 25 -1.00000000 0.00000000 0.00000

51、000 -1.00000000 0.00000000 26 -1.00000000 0.00000000 0.00000000 -1.00000000 0.00000000 27 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 28 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 第 23 頁，共 62 頁0.00000000 29 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 （3）風(fēng)荷載內(nèi)力系數(shù)計(jì)算在屋架全跨布置單位荷載如圖

52、4.11 所示，上弦各節(jié)點(diǎn)施加單位荷載，計(jì)算結(jié)果如下內(nèi)力計(jì)算桿端內(nèi)力值 ( 乘子 = 1)-桿端 1 桿端 2-單元碼 軸力 剪力 彎矩 軸力 剪力 - 1 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 2 -8.05571632 0.00000000 0.00000000 -8.05571632 0.00000000 3 -8.46248725 0.00000000 0.00000000 -8.46248725 0.00000000 4 -8.46248725 0.00000000 0.00000000 -8.46248725

53、0.00000000 5 -8.05571632 0.00000000 0.00000000 -8.05571632 0.00000000 6 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 第 24 頁，共 62 頁 7 5.45625594 0.00000000 0.00000000 5.45625594 0.00000000 8 5.45625594 0.00000000 0.00000000 5.45625594 0.00000000 9 8.91973582 0.00000000 0.00000000 8.91973582

54、 0.00000000 10 8.91973582 0.00000000 0.00000000 8.91973582 0.00000000 11 8.91973582 0.00000000 0.00000000 8.91973582 0.00000000 12 8.91973582 0.00000000 0.00000000 8.91973582 0.00000000 13 5.45625594 0.00000000 0.00000000 5.45625594 0.00000000 14 5.45625594 0.00000000 0.00000000 5.45625594 0.0000000

55、0 15 3.99751911 0.00000000 0.00000000 3.99751911 0.00000000 16 3.99751911 0.00000000 0.00000000 3.99751911 0.00000000 17 -6.18110275 0.00000000 0.00000000 -6.18110275 0.00000000 18 3.27404372 0.00000000 0.00000000 3.27404372 0.00000000 19 -1.02185490 0.00000000 0.00000000 -1.02185490 0.00000000 20 -

56、0.56798895 0.00000000 0.00000000 -0.56798895 0.00000000 21 -0.56798895 0.00000000 0.00000000 -0.56798895 第 25 頁，共 62 頁0.00000000 22 -1.02185490 0.00000000 0.00000000 -1.02185490 0.00000000 23 3.27404372 0.00000000 0.00000000 3.27404372 0.00000000 24 -6.18110275 0.00000000 0.00000000 -6.18110275 0.00

57、000000 25 1.00000000 0.00000000 0.00000000 1.00000000 0.00000000 26 1.00000000 0.00000000 0.00000000 1.00000000 0.00000000 27 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 28 1.00000000 0.00000000 0.00000000 1.00000000 0.00000000 29 1.00000000 0.00000000 0.00000000 1.00000000 0.00000000 4.

58、.2. .7 對比分析對比分析 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。 2.兩種計(jì)算方式產(chǎn)生差別的原因分析（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。 4. .2. .8 截面選擇截面選擇 端節(jié)間正彎矩腹桿最大內(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 第 26 頁，共 62 頁 中間節(jié)點(diǎn)板厚

59、度為6mm 支座節(jié)點(diǎn)板厚度為8mm端節(jié)間正彎矩 m1=0.8m0=0.8=0.811.887cos5.711.847=4.37knm4pl其余節(jié)間正彎矩及節(jié)點(diǎn)負(fù)彎矩取 0.6m0=3.28knm （1）上弦桿截面選擇 整個(gè)上弦不改變截面，按最大內(nèi)力計(jì)算 nmax=-106.7km, lox=184.67cm loy=300cm選用908 截面幾何特性：a=an=27.88cm2 w1x=84.6cm3 w2x=32.84cm3 ix=2.76cm iy=4.02cm =184.7/2.76=66.92=150 屬于b類截面xoxxil =300/4.02=74.630.58 =1.93=3.9

60、b/t(1+l2oyt2/18.6b4)=44.08oylbyz 查軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)表得 x=0.768 y=0.882截面塑性發(fā)展系數(shù)rx1=1.05 rx2=1.2nex=1149.5kn225292. 61 . 11088.271006. 2彎矩作用下平面內(nèi)穩(wěn)定計(jì)算94.686n/mm2f=0.95215=204.3n/mm2故符合在平面內(nèi)穩(wěn)定的要求；彎矩具作用下平面外穩(wěn)定驗(yàn)算 925. 0235f0017. 0-1yyb 第 27 頁，共 62 頁 n/ y+ =51.78204.3n/mm2tx1xb1x/mw 則在作用平面外亦滿足穩(wěn)定要求。（2）下弦桿截面選擇 下弦桿采用等截面，以