華中科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文PAGEPAGE39基本設(shè)計(jì)資料本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)設(shè)有雙層重級(jí)工作制吊車(chē)的單跨廠房。其內(nèi)容包括剛結(jié)排架、柱、屋架、托架、吊車(chē)梁、制動(dòng)桁架、輔助桁架、抗風(fēng)柱、抗風(fēng)桁架、柱間支撐以及節(jié)點(diǎn)連接等計(jì)算。并附有柱、吊車(chē)梁及屋蓋平面布置圖以及柱子安裝節(jié)點(diǎn)圖、吊車(chē)梁施工圖和屋架圖。廠房的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：廠房跨度37m柱子間距排架柱的間距為12m（每6m設(shè)有墻架柱），山墻抗風(fēng)柱間距為6m屋架間距6m（設(shè)有跨度為12m的托架）屋面結(jié)構(gòu)采用1.5m×6m的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板（無(wú)檁體系）上層吊車(chē)設(shè)有兩臺(tái)Q＝200t/30t重級(jí)工作制吊車(chē)上層吊車(chē)軌高27.54m下層吊車(chē)設(shè)有兩臺(tái)50t/20t輕級(jí)工作制吊車(chē)下層吊車(chē)軌高18.54m基本風(fēng)壓30kg/㎡基本雪壓50kg/㎡使用鋼材除吊車(chē)梁采用Q345鋼(16Mn)外,其它構(gòu)件均為Q235墻面材料采用1.2m×6m×0.16m厚的鋼筋混凝土空心墻板剛結(jié)排架計(jì)算1.1排架的結(jié)構(gòu)形式及豎向布置排架的結(jié)構(gòu)形式及豎向布置,如圖1-1所示圖1－11.2柱截面選擇查表“柱截面尺寸選擇參考表”，選取柱截面的高度及寬度上段柱：＝8.7m-1.100m=7.6m＝＝/8＝0.95m，采用1000mm==0.5×1000=500mm,采用500mm中段柱：＝＋750＝1750mm＝＝800mm下段柱：＝，＝33080＋1800＝34880mm＝1/12×34880＝29070mm，采用2900mm＝0.28×2900＝0.812mm，采用800mm1.3柱截面幾何特性計(jì)算柱子的截面形式如圖1－2所示圖1-2上柱：=2×500×30+940×14=4.316×=2×500×30×+1/12×14×=8.03×中柱：=2×500×30+700×30+1661×14+740×18=7.22×==(2×500×30+740×18)×+2×1/12×30×＋700×30×＋280×14（＋）＋2×1/12×14×=47.89×下柱：屋蓋肢：＝740×36+2×90.66＝44772吊車(chē)肢：＝2×600×30+20×740＝50800==(50800×+2×1/12×30×＋740×36×＋2×9066×＋2×38382)×0.9=175.22×(式中的系數(shù)0.9系考慮下段柱為格構(gòu)式柱的剛度折減系數(shù))。1.4柱的形常數(shù)計(jì)算＝8.03×，＝47.89×，＝175.22×===0.046，===0.242===0.273，===0.481=－=1/0.046－1/0.273=18.08=－1=2.66=（1++）=（1+2.66×+18.08×）=0.517=（1++）=（1+2.66×+18.08×）=1.337=1++=1+2.66×0.481+18.08×0.242=6.655=－=0.517×6.655－=1.653===0.313===0.809===4.0261.4.1當(dāng)＝1時(shí)，圖1－3所示：ABHMBABHMBBRBA＝0,＝－＝（－）＝0.313＝（－）＝-0.809＝（－）＝-0.496傳遞系數(shù)＝＝0.515/0.336＝1.585（按彎矩分配法的符號(hào)規(guī)定為正號(hào)，故也應(yīng)為正號(hào)）1.4.2當(dāng)＝1時(shí)，圖1－4所示：＝－,＝0，＝（－）＝-0.809ABHMBBRBA圖1ABHMBBRBA＝（－）＝4.026＝（-+）＝3.2171.4.3橫梁與柱的彎矩分配系數(shù)（1）屋架慣性矩（圖1－5）＝2×5464+2×3744＝18416=屋架坡度為1：10，查表得＝0.7，那么＝（+）＝49.76×（2）判別橫梁是否為有限剛度（排架計(jì)算跨度去上段柱軸線間距離=33m）當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)生單位轉(zhuǎn)角＝1時(shí)，圖1－6所示，橫梁與柱的彎矩。圖1－5BMBAEFBMBAEF===那么：/＝5379000/1524000＝3.53<4，橫梁應(yīng)按有限剛度計(jì)算。（3）屋架與柱的彎矩分配系數(shù)=/(+)=5379000/(5379000+1524000)=0.779=1-=0.2211.5排架在各種單位力作用下的內(nèi)力計(jì)算1.5.1單位水平力(p=1kN)作用于柱頂時(shí)的排架內(nèi)力采用彎矩分配法與位移法聯(lián)合求解：（1）先在節(jié)點(diǎn)B和F分別加上轉(zhuǎn)動(dòng)約束和鏈桿,以阻止節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)和側(cè)移。（2）令排架的橫梁發(fā)生單位線位移（Z＝1），由圖1－4可知，當(dāng)Z＝1時(shí)各柱的柱端彎矩為：＝＝-0.809＝＝-3.217（按彎矩分配法的符號(hào)規(guī)定及均為負(fù)號(hào)）（3）放松B，F(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)約束，進(jìn)行彎矩分配，如圖1－7所示。圖1－7（4）將圖1－7a的分配結(jié)果繪制彎矩圖，如圖1－7b所示，并從中可求得排架的抗剪剛度＝2×（0.679+3.011）/35.98·＝0.2051（5）根據(jù)Z＝P即可求出實(shí)際的線位移值Z＝P/＝1/＝4.876將圖1－7中各桿端彎矩乘以系數(shù)Z（4.876）即得到圖1－8所示的各桿端彎矩。即：圖1－8＝＝－4.876×0.679＝3.302＝＝4.876×3.011=13.708＝=-=(3.311+14.682)/35.98=0.5＝=0.5×8.70-3.311=1.039＝=0.5×17.32-3.311=5.3491.5.2單位彎矩（M＝1）作用于節(jié)點(diǎn)時(shí)（圖1－10）的排架內(nèi)力（1）先在節(jié)點(diǎn)F處加一水平鏈桿，一阻止排架發(fā)生側(cè)移，并將作用于節(jié)點(diǎn)B處的單位彎矩進(jìn)行彎矩分配（圖1－9）可得各桿端彎矩。圖1-9（單位：：）(22)將圖1-9的分配結(jié)結(jié)果,繪制彎矩矩圖,如圖1-10所示,并利用圖圖中各柱端彎即可求出出各柱中的的剪力,彎矩及其附附加鏈桿的的反力。＝－＝（0.2611+0.4114）/35.998＝0.0118＝－＝－（0.1+0.15585）/35.998＝－0.00072＝0.0118×8..7－0.2661＝－0.0977＝0.0118×177.32－0.2611＝0.065＝0.1－0.00072×88.7＝0.03374＝0.1－0.00072×117.32＝－0.0247＝+＝0.01188－0.00072＝0.01116（）（3）將將圖1－10b中的（＝0.0112）反向作作用于排架架橫梁上，利利用圖1－8的內(nèi)力乘以－00.0122，即可得得到如圖1－10c所示示的彎矩及及剪力。（4）迭迭加圖1－10b和圖1－10c的內(nèi)內(nèi)力。即為為單位彎矩矩（＝1）作用于點(diǎn)時(shí)的排排架最后彎彎矩及剪力力，如圖1－10d所示。圖1-101.5.3單位位水平力（＝1kN）作用于上層吊車(chē)軌頂時(shí)（圖1－11a）的排架內(nèi)力按附錄附表的有關(guān)公式計(jì)算圖1－11所示排架的彎矩及剪力：==6.644/35.998=0..185===0.242,,===0.4881<<=18.08,,=2.666==0.3113,=0.8099,=4.0026===00.29330===0..47800＝（－）＝0.8099×0.4478-4..026×0..29300=-0..793=1-00.7933=0.2007＝（－）＝(0.8099×0.22930-00.3133×0.4778)×35.998=3.1445=3.1445-0..793×88.7+11×2.006=-11.43336=3.1445-0..793×177.32+1××10.668=0.0090=3.1445-0..793×35.998+1××29.334=3.9553排架彎矩矩及剪力計(jì)計(jì)算的全過(guò)過(guò)程如圖1－11a～e所示。圖1－11柱子的剛剛度計(jì)算在實(shí)際設(shè)設(shè)計(jì)中，對(duì)對(duì)于沒(méi)有重重級(jí)工作制制吊車(chē)的單單跨或雙跨跨廠房以及及設(shè)有中級(jí)級(jí)工作制吊吊車(chē)的單跨跨或雙跨的的高大廠房房，通常在在假定柱截截面后，應(yīng)應(yīng)驗(yàn)算柱的的剛度，以以避免在排排架分析后后，不致因因在驗(yàn)算柱柱截面時(shí)雖雖強(qiáng)度和穩(wěn)穩(wěn)定性能滿(mǎn)滿(mǎn)足要求，而而柱的剛度度不夠，位位移超過(guò)容容許值而引引起排架分分析的返工工。按照鋼結(jié)結(jié)構(gòu)有關(guān)的的規(guī)定，驗(yàn)驗(yàn)算該設(shè)計(jì)計(jì)柱的剛度度時(shí)，應(yīng)取取上層一臺(tái)臺(tái)最大吊車(chē)車(chē)（Q＝200tt/30tt）的橫向水水平荷載（不不考慮動(dòng)力力系數(shù)）來(lái)來(lái)計(jì)算，其其荷載布置置如圖1－12所示。圖1－12內(nèi)力計(jì)算算：Q＝200tt/30tt＝34.55m=46t=47t小車(chē)重g=881t=4×46+4××47=372tt=(2200+881)/20==14.005t=14.005×46/372=1.744t=14.005×47/372=1.788t一臺(tái)吊車(chē)車(chē)作用時(shí)的的最大反力力=(4×1.774×7.06＋4×1.778×100.24))/12==10.117t由引起排架架的彎矩及及剪力,可以用圖1-111e的內(nèi)力乘乘以99.4446得到,如圖1-113所示。在上段柱柱吊車(chē)梁頂頂面處的水水平位移計(jì)計(jì)算已知：＝8.033×，＝47.889×，＝175.222×將圖11－13（a）的數(shù)值代代入前所述述公式可求求得牌假柱柱在上層吊吊車(chē)梁上翼翼緣頂面處處的水平位位移值。=1.175ccm圖1－13經(jīng)過(guò)驗(yàn)驗(yàn)算/H=1//24977<1/22000((可)1.5.4．單單位水平力力（＝1）作用于于下層吊車(chē)車(chē)軌頂時(shí)候候（圖1－14a）的的排架內(nèi)力力按附表的的有關(guān)公式式計(jì)算圖1－14b所示排架架的彎矩及及剪力：=（8.7++8.622-1.668）/35.998=0.4355==0.242===0.4881>>=18.08,,=2.666==0.3113,=0..809,=4.0226====0.1331===00.1622＝（－）＝0.8099×0.135-4..026×0..131=--0.396=0.3966-1=-0.6604＝（－）＝(0.8099×0.131-0..313×0..162)××35.998=1.999=1.999-0.3113×8..7=-11.4555=1.999-0.3133×17..32+1××1.68=-3.1889=1.999-0.313×35.998+1××20.334=8.0882排架彎彎矩及剪力力計(jì)算的全全部過(guò)程如如圖1－14a～e所示。圖圖1－141.5.5單單位彎矩（＝1）作用于上階處（上段柱與中段柱交換處）時(shí)（圖1－15a）的排架內(nèi)力按附附錄中的有有關(guān)公式計(jì)計(jì)算圖1－15所示排架架的彎矩及及剪力：===0.242,,===0.4881<<=18.08,,=2..66==0.3113,=0.8099,=4.0026======＝（－）＝0.8099×-4.0226×=－0.0447t=－=0.0447t＝（－）＝(0.8099×-0.3313×)H=0.13008=0.13008-0.0447×8.77=-0..27811=1－0.27881＝0.72119=0.13008-0.0447×17..32+1==0.31668=0.13008-0.0447×35.998+1==-0.56603排架彎彎矩及剪力力計(jì)算的全全部過(guò)程如如圖1－15a～e所示。圖1-1551.5.6單位位彎矩（＝＝1）作用于于下階處（中中段柱與下下段柱交換換處）時(shí)（圖1－16a）的排架內(nèi)力按附附錄中的有有關(guān)公式計(jì)計(jì)算圖1－16所示排架架的彎矩及及剪力：======＝（－）＝0.8099×-4.0026×=－0.03113t=－=0.0313t＝（－）＝(0.8099×-0.3113×)H=0.14482=0..14822-0.00313×8.7=－0.12441=0..14822-0.00313×17.32=-0..39399=1－0.39339＝0.60661=0..14822-0.00313×35.998+1==-0.0022排架彎彎矩及剪力力計(jì)算的全全部過(guò)程如如圖1－16a～e所示。圖1－161.5.7柱在在單位均布荷荷載（＝1t/m）作用用下（圖1－17a）的排架架內(nèi)力按附附錄中的有有關(guān)公式計(jì)計(jì)算圖1－17b所示示排架的彎彎矩及剪力力：＝＝（）＝5.417=＝（）＝9.3088＝（－）＝0.8099×9.3008-4..026×5.4177=－14.2779t=－（1×335.988－14.2279）=－21.7701t＝（－）＝(0.8099×5.4177-0.3313×9.3008)H==52.8853=52.8853-14.2779×8..7+1//2×1××=－33.5229=52.8853-14.2779×177.32+1//2×1××=-44.4468=52.8853-14.2779×35.998+1//2×1××=186..375排架彎彎矩及剪力力計(jì)算的全全部過(guò)程如如圖1－17a～e所示。圖1－171.6排架在在實(shí)際荷載載作用下的的內(nèi)力計(jì)算算1.6.1由柱柱、吊車(chē)梁梁系統(tǒng)的結(jié)結(jié)構(gòu)自重作作用下的排排架內(nèi)力柱柱自重（按按鋼結(jié)構(gòu)規(guī)規(guī)范給定公公式計(jì)算）上段段柱=4.3316××8.77×7.885×1..1=3..24t中中段柱=7.222××8.622×7.885×1..1=6..45t下段柱==9.55572××18.666×7.885×1..1=22.118t吊吊車(chē)自重（按按鋼結(jié)構(gòu)規(guī)規(guī)范相關(guān)公公式計(jì)算）上上層吊車(chē)梁梁：梁自重＝8×＝741..3kg//m軌道自重重＝118..10kgg/m（QU－120）＝＝（+）=(7411.3+118..10)××12×11.2=12.44t下下層吊車(chē)梁梁：梁自重＝8×＝370..63kgg/m軌道自重＝88.996kg//m（QU－100）＝＝（+）=(3700.63++88.996)×112×1..2=6..62t柱柱及吊車(chē)梁梁的自重作作用位置如如圖1－18所示。作作用于上階階處的偏心心彎矩＝＝12.44×0.5598－3.24×00.6522＝5.3003（）圖1－18作作用于下階階處的偏心心彎矩＝6..62×11.3333－（3.224+6.455+12.44）×0.4115＝-0.3343（）計(jì)算在上上述偏心彎彎矩作用下下（圖1－19a）排排架的彎矩矩及剪力先將圖1－15e的A柱與E柱及圖1－16e的A柱與E柱的內(nèi)力力分別進(jìn)行行迭加，然然后再分別別乘以偏心心彎矩＝51.772KN..m及＝25.444KN..m即可得到到圖1－19b及圖1－19c，再再將圖1－19b與1－19c迭加加，即可得得到排架最最后彎矩及及剪力，如如圖1－19d所示。圖1-191.6.2屋面面恒載作用用下的排架架內(nèi)力（1）橫梁的的固端彎矩矩屋面荷載載：大型屋面面板1155kgg/㎡防水層335kg//㎡找平層440kg//㎡保溫層（0.066×600）366kgKNN/㎡鋼屋架及及支撐46kkg/㎡＝＝312kkg/㎡＝312×6＝1.877t/m橫梁載上上柱內(nèi)側(cè)處處的支座反反力＝1/2＝1.877/2×36＝33.77t橫梁在上上柱軸心線線交點(diǎn)處的的固端彎矩矩＝1/122×0..8+＝178..85t..m（式中的系數(shù)00.8系根據(jù)鋼鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)關(guān)規(guī)范考慮慮屋面板及及橫梁與柱柱子的施工工安裝連接接程序，橫橫梁的彎矩矩折減系數(shù)數(shù)，但在計(jì)計(jì)算橫梁支支座反力對(duì)對(duì)柱子產(chǎn)生生的偏心彎彎矩時(shí)，則則其荷載不不應(yīng)折減）。圖1－20（2）作用于于柱的偏心心彎矩托架自重重13t/㎡，得＝13×122×37/2＝2.899t（按屋面投影面面積計(jì)算的的屋蓋構(gòu)件件自重）由屋架傳傳來(lái)得屋面面荷載＝1.877×37/2＝34.66t（按屋面投影面面積計(jì)算的的屋蓋構(gòu)件件自重）作用于上上階處的偏偏心彎矩：：＝（++）＝46.336作用用于下階處處的偏心彎彎矩：＝（++）＝29.554（3）排架的的內(nèi)力計(jì)算算利用結(jié)構(gòu)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性性，取其半半邊結(jié)構(gòu)進(jìn)進(jìn)行彎矩分分配（圖1－21a）求分配系系數(shù)：橫梁＝＝40.776×/170000＝26899柱==分配系數(shù)=/(+)=26889/(26889+16411)=0.6211＝1－＝0.3799圖1－21彎矩分配配后的彎矩矩圖如圖1－21b所示。其其中＝－(67.778+107..43）/35.998＝－4.887t＝4.87t＝－－4.877×8.77+37..78＝25.4411＝－25.4111＝－－4.877×17..32+67..78＝－－16.557＝16.57＝－－＝4.8770t＝－4.8700t排架彎矩矩及剪力計(jì)計(jì)算的全部部過(guò)程如圖圖1－22a～e所示。圖圖1-2221.6.3屋屋面活荷載載作用下（圖1－23a）的排架內(nèi)力活荷載==50kgg/㎡=50×66=3000kg/mm=1//2=11/2×0.33×37=5.4tt=1/22=1//2×0.33×37=5.555t(由托架傳傳來(lái))橫梁在上上柱軸心線線交點(diǎn)處的的固端彎矩矩=1/112+=1/112×0.33×+5.4×00.5=335.1（）作用于中中柱和下柱柱的偏心彎彎矩：上階處=（+）=（45.4++5.555）×0.6652=7.144（）下階處=（+）=（45.4++5.555）×0.4115=4.544（）排架彎彎矩及剪力力計(jì)算的全全部過(guò)程如如圖1－23a～e所示。圖1－231.6.4風(fēng)風(fēng)荷載作用用下（圖1－24）的排架架內(nèi)力風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓=30kg/㎡=00.8×30＝24kg/㎡=11.4622×30＝43.886kg/㎡=11.5188×30＝45.554kg/㎡均布風(fēng)荷荷載近似取取平均值==（24+43.886）/2＝33.993kg/㎡柱頂水平平集中風(fēng)力力＝2038kg==2.0338t圖1－24風(fēng)壓力＝33.993×0..8×122＝325..728kkg/m風(fēng)吸力＝33.993×0..5×122＝203..58kgg/m當(dāng)風(fēng)從左向右吹吹來(lái)時(shí)，排排架彎矩及及剪力計(jì)算算的全部過(guò)過(guò)程如圖1－25a～e所示。當(dāng)風(fēng)從右向左吹吹來(lái)時(shí)的排排架彎矩及及剪力可將將圖1－25e中左右柱柱的M圖互換反反向而得，如如圖1－26所示。圖1－261.6.5當(dāng)當(dāng)上層吊車(chē)車(chē)滿(mǎn)載時(shí)，在在吊車(chē)豎向向荷載作用用下的排架架內(nèi)力已知：兩臺(tái)Q＝＝200tt/30tt，吊車(chē)跨跨度＝34.55m，吊車(chē)車(chē)總重G＝309tt最最大輪壓＝＝46t，＝47t，大車(chē)重重量＝228t，小車(chē)重重量g＝81t作用在A柱之上上階處的最最大支座反反力（圖1－27）為：＝＝384..4t圖1－27作用在E柱之上上階處的最最小支座反反力為：由前所述公式計(jì)計(jì)算最小輪輪壓，即＝（）＝46（）＝17.02t＝＝47（）＝17.399t則＝＝142.23tt由上層吊車(chē)豎向向荷載作用用而在A柱和E柱之上階階處所引起起的偏心彎彎矩：A柱＝＝384..4×0..598＝229..87（）E柱＝143..23×00.5988＝85.005（）由上層吊吊車(chē)豎向荷荷載作用而而在A柱和E柱之下階階處所引起起的偏心彎彎矩：A柱＝384..4×0..333＝159..526（）E柱＝142..23×00.3333＝59.0025（）排架彎矩矩及剪力計(jì)計(jì)算的全部部過(guò)程如圖圖1－28a～f所示。圖1-2881.6.6當(dāng)當(dāng)上層吊車(chē)車(chē)空載時(shí)，在在吊車(chē)豎向向荷載作用用下的排架架內(nèi)力已知：大車(chē)重量量＝228t，小車(chē)重重量g＝81t，吊車(chē)跨跨度＝34.55m，吊鉤極限限位置＝3.322m最大輪壓＝＝23.4t最小輪壓＝＝15.22t作用在A柱之上上階處的最最大支座反反力（輪壓壓位置與圖圖1－27相同）為為：＝＝193..44t作用在E柱之上上階處的最最小支座反反力為：＝＝125.82tt由上層吊車(chē)豎向向荷載作用用而在A柱和E柱之上階階處所引起起的偏心彎彎矩：A柱＝＝193..44×00.5988＝115..68（）E柱＝＝125..82×00.5988＝75.224（）由上層吊吊車(chē)豎向荷荷載作用而而在A柱和E柱之下階階處所引起起的偏心彎彎矩：A柱＝＝193..44×00.4155＝80.2278（）E柱＝＝125..82×00.4155＝52.2215（）排架彎矩矩及剪力計(jì)計(jì)算的全部部過(guò)程如圖圖1－29a～f所示。圖1-2991.6.7上層層吊車(chē)滿(mǎn)載載，當(dāng)?shù)踯?chē)車(chē)橫向水平平荷載作用用于A柱時(shí)的內(nèi)內(nèi)力：按兩臺(tái)Q＝2000t/330t計(jì)算（其其荷載布置置可利用圖圖1－27并將其，對(duì)應(yīng)改為為，即可）。在前面驗(yàn)驗(yàn)算柱子的的剛度時(shí)，已已求得：=1.744t，=1.788t=(4×1.774×122.4＋4×1.778×122.4)//12=114.555t排架的彎矩矩及剪力可可將圖1－11e的內(nèi)力乘乘以14..55t而而得，如圖圖1－30所示。圖1-3001.6.8當(dāng)當(dāng)下層吊車(chē)車(chē)滿(mǎn)載時(shí)，在在吊車(chē)豎向向荷載作用用下的排架架內(nèi)力已知：兩兩臺(tái)Q＝50t//20t，吊車(chē)跨跨度＝32.55m，吊車(chē)車(chē)總重G＝120.5t最最大輪壓＝＝32t