重型鋼結(jié)構(gòu)廠房畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書

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1、 1 引言 為了能夠更好地回顧所學(xué)的鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)的知識(shí)，此次的設(shè)計(jì)選擇了有吊車的重型鋼結(jié)構(gòu)廠房，并采用輕鋼圍護(hù)結(jié)構(gòu)。文章從建筑、結(jié)構(gòu)、施工圖三個(gè)方面對廠房的設(shè)計(jì)過程作了說明，設(shè)計(jì)過程當(dāng)中難免有遺漏或不妥的地方，希望老師再次指正。 1.1 工程概況 這是一個(gè)新建的機(jī)械裝配車間，坐落在武漢，廠房的長132m，寬36m，總建筑面積4752m2；內(nèi)設(shè)一臺(tái)160/50T橋式吊車；該廠房采用輕鋼圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 1.2 地質(zhì)水文及氣象條件 建筑等級(jí) I 地下水性質(zhì) 無侵蝕性 最冷月平均溫度 3.4℃ 地下水位標(biāo)高 最高-8M 最熱月平均溫度 28.8℃ 土壤情

2、況及性質(zhì) 密實(shí)粘性土 室外計(jì)算溫度 冬季-2℃ 夏季33℃ 許可耐壓力 砌置深度2米時(shí)30N/cm2 常年降雨量 1043.3mm 主導(dǎo)風(fēng)向及風(fēng)速 東北 1.9M/s 最大積雪厚度 0 地震設(shè)計(jì)烈度 6度 1.3 生產(chǎn)車間工藝、組成及要求 （1）裝配車間設(shè)計(jì)主要承擔(dān)設(shè)備的加工、裝配任務(wù)，工藝流程為： 倉庫 機(jī)械加工 熱處理 中間倉庫 部件裝配 總裝配 油漆 檢驗(yàn) （2）總裝配跨：軌頂標(biāo)高21米，內(nèi)設(shè)160/50T橋式吊車一臺(tái)。 （3）總裝配車間是冷加工車間，由于加工

3、零件及加工工序多，精度要求高，地面與上部運(yùn)輸頻繁，機(jī)床設(shè)備及操作工人多，要求車間自然光線好，采光等級(jí)為三級(jí)，火災(zāi)危險(xiǎn)性屬戊類。 2 建筑設(shè)計(jì) 2.1 平面設(shè)計(jì) 2.1.1 廠房平面的布置形式 由于廠房內(nèi)設(shè)置一臺(tái)160/50T橋式吊車，該吊車的跨度為34m，由此確定該廠房為單跨；根據(jù)生產(chǎn)工藝等要求，確定該廠房為單層。所以廠房平面形式為矩形。 2.1.2 柱網(wǎng)的確定 根據(jù)《廠房建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ6-86）的要求：當(dāng)跨度尺寸≧18m時(shí)，按60M模數(shù)遞增，即合理跨度可取18m，24m，30m和36m；柱距采用60M數(shù)列，即6m，12m，18m等。由于廠房為3

4、6132m，綜合規(guī)范要求等方面的影響因素，確定該廠房的跨度為36m，柱距為6m。柱網(wǎng)布置如下圖所示： 2.1.3 定位軸線的確定 （1） 橫向定位軸線 通常以通常以等數(shù)字標(biāo)識(shí)；除了邊柱和變形縫處，其它都是從柱子的中心通過；墻的內(nèi)緣與邊柱的外緣相重合，定位軸線內(nèi)縮750mm。 （2）縱向定位軸線 通常以等字母標(biāo)識(shí)；標(biāo)定了橫向構(gòu)件屋架， 也是大型屋面板 邊緣的位置。 吊車規(guī)格與工業(yè)建筑跨度的關(guān)系為： L

5、 - LK = 2e 式中 LK——吊車的跨度，取34m； L——廠房的跨度，該廠房為36m； e——吊車軌道中心至縱向定位軸線的距離，由于該吊車為160/50T， 所以 e取1m。 2.1.4 變形縫的設(shè)置 普通鋼結(jié)構(gòu)廠房的溫度區(qū)段的最大長度： 結(jié)構(gòu)情況 溫度區(qū)段長度/m 縱向溫度區(qū)段（垂直屋架跨度方向） 橫向溫度區(qū)段（沿屋架跨度方向） 柱頂剛接 柱頂鉸接 采暖房屋和非采暖地區(qū)的

6、房屋 220 120 150 熱車間和采暖地區(qū)的飛非采暖房屋 180 100 125 露天結(jié)構(gòu) 120 \ \ 由于該廠房長132m，寬36m，按照上表的要求，可以不設(shè)溫度縫。且廠房為規(guī)整的長方形結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)抗震縫和沉降縫。 2.2 剖面設(shè)計(jì) 2.2.1 單層工業(yè)廠房相關(guān)高度的確定 （1）廠房柱頂標(biāo)高的確定 H=H1+h6+h7 式中：H—柱頂標(biāo)高，應(yīng)符合3M模數(shù)； H1—吊車軌道頂面標(biāo)高（m），本設(shè)計(jì)為21m； h6—吊車軌頂至小車頂面的高度（mm），本設(shè)計(jì)為5290mm；

7、 h7—小車頂面至屋架下弦底面之間的安全凈空尺寸（mm），取值為500mm。 則H=21000+5290+500=26790mm，取3M的模數(shù)H=27000mm。 （2）室內(nèi)地坪標(biāo)高的確定 為了防止雨水浸入室內(nèi)，同時(shí)考慮到單層工業(yè)建筑運(yùn)輸工具進(jìn)出頻繁，若室內(nèi)外高差過大則出入不便，所以取150mm。 2.2.2采光設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求該廠房的采光等級(jí)為三級(jí)，查《采光標(biāo)準(zhǔn)》可知，該廠房采光要求的窗地面積比為1:3.5。 由于廠房跨度為36m，超越單側(cè)采光所能解決的范圍，所以該廠房將在側(cè)墻采用雙側(cè)開窗采光。并將側(cè)窗分為

8、上下兩段布置，即高側(cè)窗和低側(cè)窗。高側(cè)窗有兩排，分別為31.5m和31m，低側(cè)窗為3.95.1m，經(jīng)計(jì)算滿足窗地比的要求。為方便工作和不使吊車梁遮擋光線，一般高側(cè)窗的下沿比吊車梁頂面高出600mm；低側(cè)窗下沿一般應(yīng)略高于工作面的高度，工作面高度取900mm。 2.2.3 通風(fēng)設(shè)計(jì) 為了節(jié)約環(huán)保，本廠房采用自然通風(fēng)，除了高低側(cè)窗戶的布置外，在正立面各設(shè)兩道3.63.6的汽車門，在廠房的兩側(cè)立面各設(shè)兩道4.55.4的火車門。 2.3 立面設(shè)計(jì) 為了使立面簡潔大方，比例恰當(dāng)，達(dá)到完整均勻，節(jié)奏自然，色調(diào)質(zhì)感協(xié)調(diào)統(tǒng)一的效果。本廠房的立面采用水平劃分的手法，在水平方向設(shè)整排的矩形窗，組

9、成水平條帶，增加立體感。在山墻設(shè)有36003600的汽車門，在側(cè)立面45005400的火車門；門上設(shè)有外挑的900mm的雨棚。 2.4 其它節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 2.4.1 墻面、屋面和地面的設(shè)計(jì) （1）根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃臍庀髼l件，武漢屬于夏熱冬冷地區(qū)，“防熱為主，兼顧保溫”，均采用輕質(zhì)高強(qiáng)度的壓型鋼板，內(nèi)夾發(fā)泡型保溫材料用來保溫隔熱。墻厚240mm，墻板通過墻梁與鋼架柱相連。 （2）屋面采用兩層壓型鋼板，內(nèi)填發(fā)泡型保溫材料，自身就具有良好的防水作用，無需額外做防水層。屋面檐口部分采用有組織排水方式。 （3） 室內(nèi)地面構(gòu)造

10、 2.4.2 排水、散水與坡道設(shè)計(jì) 由于該廠房較高，武漢的年降雨量較大，故采用有組織排水的方式。落水管間距為12m。 外圍散水坡度i=5%，寬600㎜；為了方便車輛進(jìn)出，大門入口的坡道坡度i=7.5%，且設(shè)有防滑條。 坡道地面構(gòu)造 2.4.3 防火設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu)廠房具有耐火性能低的弱點(diǎn)，在未進(jìn)行防火處理的情況下，其本身雖然不會(huì)起火燃燒，但火災(zāi)時(shí)，強(qiáng)度會(huì)迅速下降。易出現(xiàn)塑性變形，產(chǎn)生局部損壞，造成鋼結(jié)構(gòu)整體倒塌失效。 由于該廠房的防

11、火等級(jí)為戊類，根據(jù)生產(chǎn)工藝和安全防火要求，在廠房的兩個(gè)山墻立面各設(shè)置兩個(gè)36003600的汽車門，在側(cè)立面各設(shè)置兩個(gè)45005400的火車門。各個(gè)鋼構(gòu)件涂防火材料。 2.4.4 樓梯 在廠房兩頭各設(shè)置一個(gè)吊車梯，在外墻設(shè)置一個(gè)消防檢修梯，由于高度為30.8m，所以樓梯的設(shè)置中，有梯間休息平臺(tái)。 3 結(jié)構(gòu)選型及整體布置 3.1 選擇鋼材的必要性 與其他材料的結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn)：鋼材強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)重量輕；材質(zhì)均勻，且塑性韌性好；加工和焊接性能好；密封性好；鋼材可重復(fù)利用。由于該廠房跨度為36m，高度為30.8m，混凝土結(jié)構(gòu)對這樣的廠房無法勝任，鋼材強(qiáng)度高、自重輕的優(yōu)

12、勢尤為合適。 3.2 柱網(wǎng)布置 廠房的長為132m，跨度為36m，根據(jù)要求取柱距為6m，故采用636m的柱網(wǎng)。 3.3 屋架、框架的形式和相關(guān)尺寸 框架柱與屋架剛接。使其內(nèi)力分布較均勻。框架跨度36m，端部高度2m。 屋架布置 由于該廠房為重型鋼結(jié)構(gòu)廠房，所以將柱腳做成剛接來增加橫向框架的剛度，承重柱采用階形柱。上柱為工字型鋼柱，下柱為格構(gòu)式鋼柱。 上柱截面尺寸 下柱截面尺寸 3.4 屋蓋支撐的布置 屋蓋支撐包括橫向支撐、縱向

13、支撐、垂直支撐和系桿(檁條)。 3.4.1上弦橫向水平支撐布置 上弦橫向水平支撐設(shè)在橫向溫度區(qū)段的兩端，橫向水平支撐的間距L0不宜超過60m，由于廠房的長132m>60m，所以在溫度區(qū)段中部也設(shè)置一道橫向水平支撐。 3.4.2 下弦橫向水平支撐布置 與上弦支撐布置在同一柱間，它也形成一個(gè)平行弦桁架，位于屋架下弦平面。3.4.3 下弦縱向水平支撐 在屋架下弦端節(jié)點(diǎn)間設(shè)置縱向支撐?？v向水平支撐和橫向水平支撐形成封閉合框，加強(qiáng)了屋架的整體穩(wěn)定性，并提高了廠房的縱向剛度。 3.4.4 垂直支撐3.4.5系桿（檁條） 上弦平面內(nèi)，系桿由檁條代替，系桿只在屋脊及屋脊兩邊設(shè)

14、置。下弦平面內(nèi)，在跨中設(shè)置一道系桿，在屋架兩端設(shè)置系桿。 3.5 柱間支撐布置 上層柱間支撐要在下層柱間支撐布置柱間設(shè)置外，還在每個(gè)溫度區(qū)段的端布設(shè)置。 3.6 抗風(fēng)柱的布置 采用整體式體系，山墻柱上搭墻梁，墻梁跨度為6m；在山墻處設(shè)置抗風(fēng)柱，柱距為6m。 4 荷載計(jì)算 4.1計(jì)算單元的劃分以及計(jì)算簡圖的確定 4.1.1 計(jì)算單元的劃分 為了計(jì)算方便，將廠房的空間結(jié)構(gòu)簡化為平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。并近似地認(rèn)為各個(gè)橫向平面框架之間以及各個(gè)縱向平面框架之間是互不影響的，各自獨(dú)立工作。橫向框架的間距、荷載相同，因此取出有代表性的一榀中間橫向框架作為計(jì)算單元，如圖陰影部

15、分所示。 4.1.2 計(jì)算簡圖的確定 計(jì)算簡圖中，H為柱腳低至屋架下弦重心線與柱頂交點(diǎn)間的距離,即柱高，H1為上柱高度，為7.6m；H2為下柱高度，為19.4m，總高度為27m。上柱與下柱偏心距e1為500mm。 4.2 永久荷載 4.2.1屋蓋自重 兩層壓型鋼板 （含保溫） 0.30 KN/㎡ 檀條及支撐 0.10 KN/㎡ 鋼架傾斜自重 0.15 KN/㎡ 荷載總和

16、 0.55 KN/㎡ 屋架作用于框架柱的計(jì)算簡圖為下圖所示，屋架間距6m。Q為屋蓋線荷載. Q=60.55=3.30KN/m 4.2.2 集中荷載 屋架反力 3.336/2=59.4KN 偏心距e 0.5m 集中荷載產(chǎn)生的彎矩 M1=59.40.5=29.7KNM 4

17、.2.3 柱及吊車梁的自重 （1）上柱自重（上柱自重標(biāo)準(zhǔn)值=上柱體積7850Kg/m31.1） A上=18940+230500=46920mm P上=1.2 A上H17850Kg/m31.1=36.95KN （2）下柱自重（下柱自重標(biāo)準(zhǔn)值=下柱體積7850Kg/m31.3） A下=30530+（200-16）162+161672+230500+16540=66828mm2 P下= 1.2A下H27850Kg/m31.3=174.63KN （3）吊車梁自重 A吊=225500+181300=48400mm2 P吊=1.2A吊H7850Kg/m31

18、.4=38.30KN M1= P吊ac-P上e1=38.300.7-35.010.5=9.31KNm 4.2.4 外墻自重 壓型鋼板（包含填充物） 0.25 KN/㎡ 墻梁自重 0.10 KN/㎡ 支撐自重 0.10 KN/㎡ (+ 合計(jì) 0.45 KN/㎡ 開窗處荷載自重 鋼窗自重 0.4 KN/㎡ 墻梁自重 0.10 KN/㎡ 支撐自重

19、 0.10 KN/㎡ (+ 合計(jì) 0.6 KN/㎡ 圖4-5 P1= [( 2.9 + 0.70 ) 0.45 + 4 0.6 ] 61.2 =27.648KN P2= [(3.7 + 4.5 ) 0.45 + 4 0. 6] 61.2 = 40.89KN 4.3 可變荷載 4.3.1 屋面活荷載 本廠房屋面為不上人屋面，均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值取0.3KN/㎡，武漢屋面雪荷載值為0.4KN/㎡，在可變荷載計(jì)算時(shí)，只取均布活荷載與雪荷載兩者中的較大值，本廠房

20、不考慮積灰荷載。 屋面線荷載 q=q06=1.40.46=3.36KN/m 屋架反力 上下柱的偏心距 e=0.5m 集中荷載所產(chǎn)生的彎矩 M1=60.480.5=30.24KNm 4.3.2 吊車荷載 （1）豎向荷載 本廠房采用160/50T橋式吊車，查表得最大輪壓Pmax=335KN，最小輪壓Pmin=103KN。吊車梁支座反力影響線

21、如圖所示： Dmax = Pmax∑yi=1.4335（1+0.86+0.63+0.49+0.59+0.45+0.22+0.08）=2026.08KN Dmin=（Pmin/Pmax）Dmax=（103/335）2026.08=1622.49KN （2）橫向荷載 HK=K(g+Q)/n g=小車自重標(biāo)準(zhǔn)值=63.3t Q=最大起重量=160t K=0.08 因此HK=0.08（630＋1600)/8=22.33KN T=γ.HK.∑y1=1.422.33（0.34+0.49+0.63+0.86+1+0.59

22、+0.45+0.22+0.08）=135.05KN 4.4 風(fēng)荷載 風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值， 式中，βz—z高度處的風(fēng)振系數(shù)； μs—風(fēng)荷載體型系數(shù)，根據(jù)表1.1得μs=-0.6； μz—z風(fēng)壓高度變化系數(shù)，離地面20m時(shí)，μz=1.25；離地面30m時(shí)，μz=1.42。 風(fēng)壓高度變化系數(shù)按柱頂離室外天然地坪的高度27.15m取值，得μz=1.37。 當(dāng)廠房高寬比小于1.5時(shí)，μz=1，本廠房高寬比為0.75<1.5，所以μz=1；查《建筑荷載規(guī)范》可知，武漢的基本風(fēng)壓W0= 0.35 KN/㎡ ；

23、 計(jì)算簡圖如圖所示， α μs ≤150 30 ≥60 -0.6 0 +0.8 風(fēng)載體型系數(shù) （1）Wk1為屋架端部傳給框架柱的集中荷載 （2）W2為屋面?zhèn)鹘o框架柱的集中荷載 （3）q為墻面?zhèn)鹘o框架柱的線風(fēng)荷載 集中力的合

24、力 W= （Wk1 + Wk2 ）1.4=2.42KN Wk’=（Wk1’+ Wk2’）1.4 = -6.07 KN 4.5 地震作用 該廠房為6級(jí)抗震，根據(jù)抗震設(shè)防烈度的要求，該廠房不考慮地震作用的計(jì)算。5 內(nèi)力分析與組合 5.1框架內(nèi)力計(jì)算的準(zhǔn)備 5.1.1 橫梁及上下柱慣性矩的選取 （1）屋架折算慣性矩的近似計(jì)算 I0=(A1y12＋A2y22)k 式中A1，A2－屋架在跨中處的上弦桿和下弦桿的截面面積； y1, y2 –屋架在跨中的上弦桿重心線和下弦桿重心線至中和軸的距離； k為

25、折減系數(shù)，屋架坡度為1/10,查表得k為0.7。 坡度 1/8 1/10 1/12 k 0.65 0.7 0.8 A1 = 43.9 2 = 87.8cm2 A2 = 37.6 2 = 75.2cm2 I0= ( A1y12+A2y22 )k=0.7[87.8(350/2–2.91)2+75.2(350/2-3.98)2 I0= 3.37106cm4 (2)上柱慣性截面（實(shí)腹式）： Is=1.8943/12+2(5033/12 + 50348.52)=830487.6cm4 (3)下柱（格構(gòu)柱）折算慣性矩： I下=( A1x1

26、2+A2x22 ) 0.9 A1=223cm2， A2=386.4cm2 A=A1+ A2=609.4cm2 X2=(523(200-1.5)+276.519200-5.69-3.0))/609.4=98.8 cm X2=200-98.8=101.2cm Ix=(223101.2+386.498.8) 0.9=5450095cm4 5.1.2 桿端有單位變形時(shí)的支座反力 （1）柱

27、 （2） 梁 橫梁的軸向變形很小，在計(jì)算中忽略框架橫向側(cè)移變形。 5.2 框架內(nèi)力分析計(jì)算 5.2.1 內(nèi)力分析的幾點(diǎn)說明 （1）橫梁和柱子的軸向變形很小，所以計(jì)算中不考慮。 （2） 荷載符號(hào)規(guī)定，水平向右為正，豎直向下為正，彎矩順時(shí)針方向?yàn)檎? （3） M在受拉一側(cè)。 （4） 手算吊車剎車力作用下的內(nèi)力 5.2.2 電算其它荷載內(nèi)力（荷載，彎矩，剪力，軸力圖）

28、 （1）屋蓋自重內(nèi)力圖 (2)外墻自重 （3）吊車豎向荷載 （4） 屋面活荷載 （5） 風(fēng)荷載 （6）柱及吊車自重內(nèi)力圖 （7）永久荷載作用及內(nèi)力圖 5.3 框架內(nèi)力組合 5.3.1 內(nèi)力組合表 內(nèi)力圖 荷載類型 M N V 1.屋面活荷載 2.豎向吊車荷載Dmax 3.豎向吊車荷載Dmin 4.吊車水平荷載（左剎）

29、 5.吊車水平荷載（右剎） 6.風(fēng)荷載（左風(fēng)） 7.永久荷載 5.3.2 1-1截面 柱簡圖： 永久 荷載 屋面 活荷 吊車荷載 風(fēng)荷載 豎向荷載 水平荷載 Dmax Dmin 左剎 右剎 左吹 截面 1-1 設(shè)計(jì)值 M 268.5 135.3 -6.75 6.75 192.5 -192.5 78.19 N 1

30、78.1 43.4 0 0 10.54 -10.54 4.53 V -15.6 -8.66 0 0 0 0 -6.69 組合I （+Mmax ） 選項(xiàng) √ √ √ √ √ M 1.2268.5+1.40.9(135.3+6.76+192.5+78.19)=842.6 N 1.2178.1+1.40.9(43.4+10.54+4.53)=283.4 V -1.215.6+1.40.9(-8.66-6.69)=-38.08 組合II （-Mmax ） 選項(xiàng) √ √ √ √ M 1.2268.5+1.4

31、0.9(-6.67-192.5-89.3)=-30.36 N 1.2178.1+1.40.9(-10.54-4.53)=194.8 V -1.215.6+1.46.69=-9.4 組合III （+Nmax ） 選項(xiàng) √ √ √ √ √ M 1.2268.5+1.40.9(135.3+6.76+191.5+78.19)=838.5 N 1.2179.1+1.40.9(44.4+10.64+4.53)=290 V -1.215.6+1.40.9(-8.66-6.69)=-38.06 組合IV （-Nmax ） 選項(xiàng) √ √ √

32、 √ M 1.2268.5+1.40.9(-6.67-192.5-89.3)=-30.41 N 1.2179.1+1.40.9(-10.64-4.53)=195.8 V -1.215.6+1.46.69=-9.4 組合V（Vmax ） 選項(xiàng) √ √ √ M 1.2268.5+1.40.9(134.3+78.19)=588.6 N 1.2179.1+1.40.9(44.4+4.53)=276.6 V -1.215.6+1.40.9(-8.66-6.69)=-38.06 5.3.2 2-2截面 柱簡圖： 永久 荷載

33、 屋面 活荷 吊車荷載 風(fēng)荷載 豎向荷載 水平荷載 Dmax Dmin 左剎 右剎 左吹 右吹 截面 1-1 設(shè)計(jì)值 M 190.7 85.83 -6.76 6.76 191.5 -191.5 30.13 -30.13 N 179.1 44.4 0 0 10.64 -10.64 4.53 -4.53 V -15.6 -8.66 0 0 0 0 -6.69 6.69 組合I （+Mmax ） 選項(xiàng) √ √

34、 √ √ √ M 1.2190.7+1.40.9(85.83+6.76+191.5+30.13)=624.8 N 1.2179.1+1.40.9(44.4+10.64+4.53)=290 V -1.215.6+1.40.9(-8.66-6.69)=-38.06 組合II （-Mmax ） 選項(xiàng) √ √ √ √ M 1.2190.7+1.40.9(-6.67-191.5-30.13)=-58.8 N 1.2179.1+1.40.9(-10.64-4.53)=195.8 V -1.215.6+1.46.69=-9.4 組合I

35、II （+Nmax ） 選項(xiàng) √ √ √ √ √ M 1.2190.7+1.40.9(85.83+6.76+191.5+30.13)=624.8 N 1.2179.1+1.40.9(44.4+10.64+4.53)=290 V -1.215.6+1.40.9(-8.66-6.69)=-38.06 組合IV （-Nmax ） 選項(xiàng) √ √ √ √ M 1.2190.7+1.40.9(-6.67-191.5-30.13)=-58.8 N 1.2179.1+1.40.9(-10.64-4.53)=195.8 V -1

36、.215.6+1.46.69=-9.4 組合V（Vmax ） 選項(xiàng) √ √ √ M 1.2190.7+1.40.9(85.83+30.13)=374.95 N 1.2179.1+1.40.9(44.4+4.53)=276.6 V -1.215.6+1.40.9(-8.66-6.69)=-38.06 5.3.3 3-3截面 柱簡圖： 永久 荷載 屋面 活荷 吊車荷載 風(fēng)荷載 豎向荷載 水平荷載 Dmax Dmin 左剎 右剎 左吹 右吹

37、 截面 1-1 設(shè)計(jì)值 M 190.7 85.83 -6.58 6.58 191.5 -191.5 48.35 -48.35 N 179.1 44.4 -1379 404 10.64 -10.64 4.53 -4.53 V -15.6 -8.66 0 0 -47.3 47.3 -10.3 13.36 組合I （+Mmax ） 選項(xiàng) √ √ √ √ √ M 1.2190.7+1.40.9(85.83+6.58+191.5+48.35)=646.5 N 1.2179.1+1.4

38、0.9(44.4+404+10.64+4.53)=798.04 V -1.215.6+1.40.9(-8.66-47.3-10.3)=-102.3 組合II （-Mmax ） 選項(xiàng) √ √ √ √ M 1.2190.7+1.40.9(-6.58-191.5-48.35)=-81.6 N 1.2179.1+1.40.9(-1379-10.64-4.53)=-1564.4 V -1.215.6+1.4(47.39+13.36)=57.82 組合III （+Nmax ） 選項(xiàng) √ √ √ √ √ M 1.2190.7+

39、1.40.9(85.83+6.58+191.5+48.35)=647.5 N 1.2179.1+1.40.9(44.4+10.64+404+4.53)=799.04 V -1.215.6+1.40.9(-8.66-47.3-10.3)=-102.2 組合IV （-Nmax ） 選項(xiàng) √ √ √ √ M 1.2190.7+1.40.9(-6.58-191.5-48.35)=-81.7 N 1.2179.1+1.40.9(-1379-10.64-4.53)=-1564.4 V -1.215.6+1.4(47.39+13.36)=57.82 組合

40、V（Vmax ） 選項(xiàng) √ √ √ √ M 1.2190.7+1.40.9(85.83+48.35-47.3)=338.31 N 1.2179.1+1.40.9(44.4+10.64+4.53)=290 V -1.215.6+1.40.9(-8.66-47.3-10.3)=-102.2 5.3.4 4-4截面 柱簡圖： 永久 荷載 屋面 活荷 吊車荷載 風(fēng)荷載 豎向荷載 水平荷載 Dmax Dmin 左剎 右剎 左吹 右吹

41、 截面 1-1 設(shè)計(jì)值 M 218 104.4 -6.58 6.58 803.7 -803.7 527.3 -467.7 N 300.5 44.4 -1379 404 10.64 -10.64 4.53 -4.53 V -15.6 -8.66 0 0 -47.3 47.3 -48.9 37.7 組合I （+Mmax ） 選項(xiàng) √ √ √ √ √ M 1.2218+1.40.9(104.4+6.58+803.7+527.3)=2077.8 N 1.2300.5+1.40.9(44.

42、4+404+10.64+4.53)=944.7 V -1.215.6+1.40.9(-8.66-47.3-48.9)=-319.3 組合II （-Mmax ） 選項(xiàng) √ √ √ √ M 1.2218+1.40.9(-6.58-803.7-467.7)=-1348.7 N 1.2300.5+1.40.9(-1379-10.64-4.53)=-1418.7 V -1.215.6+1.4(47.39+37.7)=88.5 組合III （+Nmax ） 選項(xiàng) √ √ √ √ √ M 1.2218+1.40.9(104.4

43、+6.58+803.7+527.3)=2078.6 N 1.2300.5+1.40.9(44.4+404+10.64+4.53)=944.6 V -1.215.6+1.40.9(-8.66-47.3-48.9)=-319.1 組合IV （-Nmax ） 選項(xiàng) √ √ √ √ M 1.2218+1.40.9(-6.58-803.7-467.7)=-1348.6 N 1.2300.5+1.40.9(-1379-10.64-4.53)=-1417.7 V -1.215.6+1.4(47.39+37.7)=89.3 組合V（Vmax ） 選項(xiàng)

44、 √ √ √ √ M 1.2218+1.40.9(104.4+803.7+527.3)=2070.1 N 1.2300.5+1.40.9(44.4+10.64+4.53)=435.65 V -1.215.6+1.40.9(-8.66-47.3-48.9)=-319.4 6 柱的計(jì)算 6.1 柱的計(jì)算長度和容許長細(xì)比 6.1.1 各段柱在平面內(nèi)的高度、最大軸向力和相對慣性矩： 上段柱 H1=760cm；N1=-290KN；I1=1 下段柱 H2=1940cm；N2=-242.6KN；I2=6.56 6.1.2 柱段的線剛度比和計(jì)算參數(shù)：

45、 由《鋼結(jié)構(gòu)手冊》查得μ值為：μ=2.07,系數(shù)μ還要乘以折減系數(shù)0.8 即，。 6.1.3 各段柱在平面內(nèi)的計(jì)算長度為： 上柱: 下柱: 6.1.4 各段柱在平面外的計(jì)算長度為： 上段柱： 下段柱： 6.2 柱截面的計(jì)算 下柱的截面尺寸 上柱的截面尺寸 6.2.1 上柱（實(shí)腹式柱） A1=469.2cm2 I1x=830487.6cm4 W1x=I1x / 50=830487.6/50=16610cm3 回轉(zhuǎn)半徑： i1x

46、= I1y=230502+941.82/12=69078cm4 W1y=I1y / 25=2763cm3 i1y= 第一組合 ： N=290 Mmax=838.5 第二組合：Nmax=290 M=838.5 （1）強(qiáng)度計(jì)算 假設(shè)扣除翼緣上2-21.5螺栓孔的面積，即：An=469.2-2(21.5 3)=340.2cm2 Wnx=W1xAn/A1=12043cm3 r=1.05 （滿足要求） （2）穩(wěn)定性驗(yàn)算 H01=1148cm 焊接工

47、字鋼對x軸為b累截面，查表的 （滿足要求） （3）平面外穩(wěn)定性的驗(yàn)算 焊接工字鋼對Y軸為b類截面，查表的查表的 （滿足要求） （4）腹板局部穩(wěn)定性計(jì)算 計(jì)算腹板與上，下翼緣交界處的應(yīng)力 由于 （滿足要求） （5）翼緣局部穩(wěn)定計(jì)算 b=(500-18)/2=241mm b/t=241/30=8.0< （滿足規(guī)范要求） 6.2.2 下段柱（格

48、構(gòu)式柱） （1）屋蓋肢AR=223cm2 重心軸 y0=4.6cm IRx=5332/12+533(4.6-1.5)2+22867+261.44(5.69+3-4.6)2=9437cm4 i1x= IRy=5333/12+22867+261.44(30-5.69)2=115513cm4 i1y= （2）吊車肢 Ad=386.4cm2 Idx=23503/12+541.62/12=62518cm4 idx= 12.7cm （3）整體柱的截面特性 A2=223+386.4=609.4

49、cm2 重心軸 y0=386.4 （200-4.6）/609.4=101.2cm I2x=(223101.2+386.498.8)0.9=5450095cm4 i2x= 在計(jì)算柱長度系數(shù)時(shí)，格構(gòu)式柱的截面慣性矩乘以0.9 即：I‘2x=0.9I2x=5450095cm4 （3）格構(gòu)式柱斜綴條采用L140 換算長細(xì)比 =1.0 下柱截面屬于b類截面 查表得 穩(wěn)定性計(jì)算 （4）屋蓋肢穩(wěn)定性驗(yàn)算 格構(gòu)式綴條之間的距離是200cm， 故,平面外計(jì)算長度 。 屋

50、蓋肢屬于b類截面 ， （5）吊車肢穩(wěn)定性驗(yàn)算 故,平面外計(jì)算長度 吊車肢截面屬于b類截面，查的 計(jì)算穩(wěn)定性 （滿足要求） 6.2.3 綴條的計(jì)算 （1）下柱綴條的計(jì)算 柱最大剪力為V=319.3kN此值大于154.14kN 應(yīng)采用V=319.3進(jìn)行計(jì)算 （2）橫綴條的計(jì)算 橫綴采用L125808 以角鋼長邊與柱子相連，角鋼短邊設(shè)有附加綴條，以減少其計(jì)算長度，l0x=195.4cm l0y=120cm 角鋼的面積 A=15.99cm2

51、ix=4.01cm iy=2.29cm 橫綴條的內(nèi)力N=V/2=159.7kN 計(jì)算其穩(wěn)定性，綴條截面無任何對稱軸，屬c類截面，查表的 （3）斜綴條的計(jì)算 斜綴計(jì)算采用 L125808 l0y =120cm Cosθ=195.4/279.6=0.698 斜綴條內(nèi)力N=319.3 / 2 Cosθ=228.7kN 此截面為c類截面查的 6.3 綴條與柱的

52、連接焊縫 6.3.1橫綴條與柱的連接焊縫 設(shè)角鋼背肢焊縫hr1=10mm 肢尖焊縫hf2=6mm 肢背焊縫 取值為130mm； 肢尖焊縫： 取值為80mm 6.3.2 斜綴條與柱連接計(jì)算 設(shè)角鋼背肢焊縫hf1=10mm 肢尖焊縫hf2=6mm 肢背焊縫： 取值為180mm； 肢尖焊縫： 取l=165mm 6.4 柱肩梁的計(jì)算 (a)

53、 (b) 上柱與下柱連接處設(shè)肩梁；肩梁形式采用單臂式，其高度取下柱截面高度的0.5-0.6，現(xiàn)采用肩梁高1000mm； 上柱最不利組合： M=624.8kN.m N=290kN 選用肩梁腹板厚度tw=30mm, 其截面模量為： W=twh2/6=5000cm3 如圖上圖所示 P2 =145-644.12=-499.12kN RB=789.1297/200=382.7kN RA=789.12-382.7=-42.7kN 6.4.1 肩梁腹板的計(jì)

54、算 Mmax=382.7(2-0.97)=394.2kN.m V=449.12-42.7=406.42kN 肩梁腹板的抗彎強(qiáng)度： <215Mpa； 肩梁腹板的抗剪強(qiáng)度： 6.4.2 連接焊縫的計(jì)算 焊縫1共2條，取焊縫厚度h1=10mm 有效長度l1=260h1=1200mm 焊縫剪應(yīng)力=449.12103/（0.7101200）=53.5Mpa<160Mpa； 焊縫2共4條，取焊縫厚度hf=10mm 有效長度l1=460h1=2400mm 焊縫剪應(yīng)力=789.12103/（0.7102400）=47Mpa<160Mpa； 焊縫3共4條

55、，取焊縫厚度hf=10mm 有效長度l1=460h1=2400mm 焊縫剪應(yīng)力=382.7103/（0.7102400）=22.8Mpa<160Mpa 6.5 柱腳的計(jì)算 柱腳的形式 腳柱計(jì)算可采用前面下段柱屋蓋肢和吊車肢截面穩(wěn)定性計(jì)算的內(nèi)力，即： 屋蓋肢 N1=1945kN 吊車肢 N2=2418kN 6.5.1 柱腳底板計(jì)算 （1）柱底板尺寸 底板高度構(gòu)造要求為： L=600+220+245=730mm，設(shè)底板寬度 B=680mm 基礎(chǔ)采用C20混凝土，fc=9.6N/mm2,不考慮局部承壓提高系數(shù)，則柱底板

56、下混凝土的壓應(yīng)力為： 屋蓋肢 吊車肢 （2）板底厚度的計(jì)算 a: 屋蓋肢的底板 a1 b1=310326=101060mm2 查的 故 t =, 采用30mm厚。 b: 吊車肢的底板 a1 b1=310326=101060mm2 查的 故 t =, 采用30mm厚。 6.5.2 錨栓計(jì)算 下段柱對錨栓的最不利內(nèi)力組合： 組合1 Mmin=-1349kN.m N=1419kN 組合2

57、 M=-2078kN.m Nmin=945kN 錨栓的最大拉力 組合1： 組合2： 屋蓋肢和吊車肢各采用2個(gè)錨栓，每個(gè)錨栓的拉力為：1501.3/2=750.65kN 查表得錨栓直徑采用80mm。 6.5.3 錨栓加勁助的計(jì)算 （1）加勁助承受剪力為： V = 750.65/2 = 375.3kN 加勁助采用-20014400，其抗剪強(qiáng)度為： （2）加勁助與支承頂板的連接焊縫采用hf=10mm 焊縫長度為：lw=200-210=180mm =375.3103/（0.7210180）=149Mpa<160Mpa

58、 （3）加勁助與靴板的連接焊縫采用hf=10mm 焊縫長度為：lw=400-210=380mm 6.5.4 柱腳底板和靴板的計(jì)算 （1） 加勁助 q1 = 3.950=195N/mm q2 = 3.9326/2=635.7N/mm R = 195310/2 + 635.7310/4=79492N M = 1953102/8+ 635.73102/12=7.43106N.mm 設(shè)加勁助高為200mm，厚為20mm；

59、 截面模量：W=202002/6=13333mm3 抗彎強(qiáng)度： 抗剪強(qiáng)度： 設(shè)加勁助與靴板及加勁助的連接焊縫為hf=10mm，所以 =79492/（0.7210160）=35.5Mpa<160Mpa （2）加勁助 q1 = 3.9310=1209N/mm 加勁助傳來的集中荷載：p=2R=279492=158984N 加勁助近似地按照懸臂梁計(jì)算。

60、 剪力：R=158984+1209326/2=356051N 彎矩：M=12093262/4 + 158984326=83.95106N/mm 假設(shè)加勁助高為650mm，厚為20mm，計(jì)算： 截面模量：W=206502/6=1.408106mm3 抗彎強(qiáng)度： 抗剪強(qiáng)度： 加勁助與柱的連接焊縫hf=10mm (3) 靴板的計(jì)算 靴板可近似地按懸臂梁計(jì)算。 q1 = 3.945=175.5

61、N/mm q2 = 3.9310/2=604.5N/mm 由加勁助傳來的集中荷載P=79492N 假設(shè)屋蓋肢的靴板高度為650mm，厚為20mm。吊車肢靴板與此同時(shí)。靴板的最大剪力為： V=175.5304 + 604.5254/2 + 79492=130123.5N 最大彎矩為： M=175.53042/2+ 604.52542/4 + 79492254=38.05106Nmm 靴板的截面模量為：W=206502/6=1.408106mm3 抗彎強(qiáng)度： 抗剪強(qiáng)度： 靴板與屋蓋肢的角鋼連接焊縫，可取屋蓋

62、肢的內(nèi)力N1=1945kN，設(shè)連接焊縫hf=10mm,共有四條焊縫。 6.5.5 柱肢與柱腳板底的連接計(jì)算 屋蓋肢、靴板、加勁助與柱腳的連接焊縫厚度hf=10mm。 （1） 靴板與底板的焊縫有效長度： ； （2）柱腹板與底板的焊縫有效長度： ； （3）加勁助與底板的焊縫有效長度： ； （4）加勁助與底板的焊縫有效長度： ； 焊縫應(yīng)力： 結(jié)論 畢業(yè)

63、設(shè)計(jì)是大學(xué)四年生活的終結(jié)成果，題目是機(jī)械裝配車間的建筑及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本次的任務(wù)主要包括廠房的建筑建筑布局、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及圖紙的繪制。我開始很茫然，經(jīng)過查閱大量的資料和老師的指點(diǎn)后，有了明確的方向。一步一個(gè)腳印，先是做了建筑設(shè)計(jì)，書寫建筑設(shè)計(jì)說明書，繪制建筑圖；接下來做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是這次設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，包括支撐的布置、內(nèi)力的計(jì)算、各節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)等。 這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)使我對本專業(yè)有了更深的認(rèn)識(shí)，更讓我熟悉了土木工程廠房設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。為了這次設(shè)計(jì)，我查閱了大量的學(xué)術(shù)資料和我們的專業(yè)課程書籍，消除了很多的知識(shí)盲點(diǎn)。 雖然這次設(shè)計(jì)的過程很繁瑣，但在導(dǎo)師的耐心指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下，經(jīng)過一

64、段時(shí)間的努力，把整套設(shè)計(jì)流程都做完了，形成了最終的設(shè)計(jì)成果。通過這次的設(shè)計(jì)，更讓我體會(huì)到做事的嚴(yán)謹(jǐn)性。相信這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)做完了，從中學(xué)到的不僅僅是專業(yè)知識(shí)，還有很多做事的態(tài)度。 致謝 我剛拿到設(shè)計(jì)題時(shí)感覺很迷茫，是惠穎老師細(xì)心地指導(dǎo)讓我有了明確的方向。她提供了很多與該廠房設(shè)計(jì)相關(guān)的重要信息，在一次又一次的授課后，又幫我們仔細(xì)地批改我們的設(shè)計(jì)圖和說明書，讓我的設(shè)計(jì)有了規(guī)范的樣子。通過這次設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我們的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，鍛煉了我們吃苦耐勞和創(chuàng)新的精神。這將非常有利于我們今后的學(xué)習(xí)和工作。在此表示衷心的感謝！在這次設(shè)計(jì)的過程中，也得到了一些同學(xué)的幫助，在此一并表示

65、感謝！ 參考文獻(xiàn) [1]曹平周、朱召泉.鋼結(jié)構(gòu).第二版[M].北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2002 [2]李廉錕.結(jié)構(gòu)力學(xué).第五版[M].北京：高等教育出版社，2009 [3]劉鴻文.材料力學(xué).第五版[M].北京：高等教育出版社，2010 [4]郭昌生.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).第一版[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2007 [5] 陳紹蕃.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理.第三版[M].北京：科學(xué)出版社，2005 [6]沈祖炎.房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).第一版[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008 [7]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué).第七版[M].北京：高等教育出版社,2009 [8]李愛群、程文瀼.混凝土結(jié)構(gòu).第五版[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2012 [9]同濟(jì)大學(xué)、西安建筑科技大學(xué)、東南大學(xué)、重慶大學(xué).房屋建筑學(xué).第四版[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005 [10]陳紹蕃. 鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003 [11]王國周.鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)[M