学士混凝土刚结排架设计计算书

华中科技大学毕业设计论文PAGEPAGE39基本设计资料本设计是设计设有双层重级工作制吊车的单跨厂房。其内容包括刚结排架、柱、屋架、托架、吊车梁、制动桁架、辅助桁架、抗风柱、抗风桁架、柱间支撑以及节点连接等计算。并附有柱、吊车梁及屋盖平面布置图以及柱子安装节点图、吊车梁施工图和屋架图。厂房的设计参数如下：厂房跨度37m柱子间距排架柱的间距为12m（每6m设有墙架柱），山墙抗风柱间距为6m屋架间距6m（设有跨度为12m的托架）屋面结构采用1.5m×6m的预应力钢筋混凝土大型屋面板（无檩体系）上层吊车设有两台Q＝200t/30t重级工作制吊车上层吊车轨高27.54m下层吊车设有两台50t/20t轻级工作制吊车下层吊车轨高18.54m基本风压30kg/㎡基本雪压50kg/㎡使用钢材除吊车梁采用Q345钢(16Mn)外,其它构件均为Q235墙面材料采用1.2m×6m×0.16m厚的钢筋混凝土空心墙板刚结排架计算1.1排架的结构形式及竖向布置排架的结构形式及竖向布置,如图1-1所示图1－11.2柱截面选择查表“柱截面尺寸选择参考表”，选取柱截面的高度及宽度上段柱：＝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柱截面几何特性计算柱子的截面形式如图1－2所示图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：屋盖肢：＝740×36+2×90.66＝44772吊车肢：＝2×600×30+20×740＝50800==(50800×+2×1/12×30×＋740×36×＋2×9066×＋2×38382)×0.9=175.22×(式中的系数0.9系考虑下段柱为格构式柱的刚度折减系数)。1.4柱的形常数计算＝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当＝1时，图1－3所示：ABHMBABHMBBRBA＝0,＝－＝（－）＝0.313＝（－）＝-0.809＝（－）＝-0.496传递系数＝＝0.515/0.336＝1.585（按弯矩分配法的符号规定为正号，故也应为正号）1.4.2当＝1时，图1－4所示：＝－,＝0，＝（－）＝-0.809ABHMBBRBA图1ABHMBBRBA＝（－）＝4.026＝（-+）＝3.2171.4.3横梁与柱的弯矩分配系数（1）屋架惯性矩（图1－5）＝2×5464+2×3744＝18416=屋架坡度为1：10，查表得＝0.7，那么＝（+）＝49.76×（2）判别横梁是否为有限刚度（排架计算跨度去上段柱轴线间距离=33m）当节点发生单位转角＝1时，图1－6所示，横梁与柱的弯矩。图1－5BMBAEFBMBAEF===那么：/＝5379000/1524000＝3.53<4，横梁应按有限刚度计算。（3）屋架与柱的弯矩分配系数=/(+)=5379000/(5379000+1524000)=0.779=1-=0.2211.5排架在各种单位力作用下的内力计算1.5.1单位水平力(p=1kN)作用于柱顶时的排架内力采用弯矩分配法与位移法联合求解：（1）先在节点B和F分别加上转动约束和链杆,以阻止节点转动和侧移。（2）令排架的横梁发生单位线位移（Z＝1），由图1－4可知，当Z＝1时各柱的柱端弯矩为：＝＝-0.809＝＝-3.217（按弯矩分配法的符号规定及均为负号）（3）放松B，F的转动约束，进行弯矩分配，如图1－7所示。图1－7（4）将图1－7a的分配结果绘制弯矩图，如图1－7b所示，并从中可求得排架的抗剪刚度＝2×（0.679+3.011）/35.98·＝0.2051（5）根据Z＝P即可求出实际的线位移值Z＝P/＝1/＝4.876将图1－7中各杆端弯矩乘以系数Z（4.876）即得到图1－8所示的各杆端弯矩。即：图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单位弯矩（M＝1）作用于节点时（图1－10）的排架内力（1）先在节点F处加一水平链杆，一阻止排架发生侧移，并将作用于节点B处的单位弯矩进行弯矩分配（图1－9）可得各杆端弯矩。图1-9（单位：：）(22)将图1-9的分配结结果,绘制弯矩矩图,如图1-10所示,并利用图图中各柱端弯即可求出出各柱中的的剪力,弯矩及其附附加链杆的的反力。＝－＝（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）将将图1－10b中的（＝0.0112）反向作作用于排架架横梁上，利利用图1－8的内力乘以－00.0122，即可得得到如图1－10c所示示的弯矩及及剪力。（4）迭迭加图1－10b和图1－10c的内内力。即为为单位弯矩矩（＝1）作用于点时的排排架最后弯弯矩及剪力力，如图1－10d所示。图1-101.5.3单位位水平力（＝1kN）作用于上层吊车轨顶时（图1－11a）的排架内力按附录附表的有关公式计算图1－11所示排架的弯矩及剪力：==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排架弯矩矩及剪力计计算的全过过程如图1－11a～e所示。图1－11柱子的刚刚度计算在实际设设计中，对对于没有重重级工作制制吊车的单单跨或双跨跨厂房以及及设有中级级工作制吊吊车的单跨跨或双跨的的高大厂房房，通常在在假定柱截截面后，应应验算柱的的刚度，以以避免在排排架分析后后，不致因因在验算柱柱截面时虽虽强度和稳稳定性能满满足要求，而而柱的刚度度不够，位位移超过容容许值而引引起排架分分析的返工工。按照钢结结构有关的的规定，验验算该设计计柱的刚度度时，应取取上层一台台最大吊车车（Q＝200tt/30tt）的横向水水平荷载（不不考虑动力力系数）来来计算，其其荷载布置置如图1－12所示。图1－12内力计算算：Q＝200tt/30tt＝34.55m=46t=47t小车重g=881t=4×46+4××47=372tt=(2200+881)/20==14.005t=14.005×46/372=1.744t=14.005×47/372=1.788t一台吊车车作用时的的最大反力力=(4×1.774×7.06＋4×1.778×100.24))/12==10.117t由引起排架架的弯矩及及剪力,可以用图1-111e的内力乘乘以99.4446得到,如图1-113所示。在上段柱柱吊车梁顶顶面处的水水平位移计计算已知：＝8.033×，＝47.889×，＝175.222×将图11－13（a）的数值代代入前所述述公式可求求得牌假柱柱在上层吊吊车梁上翼翼缘顶面处处的水平位位移值。=1.175ccm图1－13经过验验算/H=1//24977<1/22000((可)1.5.4．单单位水平力力（＝1）作用于于下层吊车车轨顶时候候（图1－14a）的的排架内力力按附表的的有关公式式计算图1－14b所示排架架的弯矩及及剪力：=（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排架弯弯矩及剪力力计算的全全部过程如如图1－14a～e所示。图图1－141.5.5单单位弯矩（＝1）作用于上阶处（上段柱与中段柱交换处）时（图1－15a）的排架内力按附附录中的有有关公式计计算图1－15所示排架架的弯矩及及剪力：===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排架弯弯矩及剪力力计算的全全部过程如如图1－15a～e所示。图1-1551.5.6单位位弯矩（＝＝1）作用于于下阶处（中中段柱与下下段柱交换换处）时（图1－16a）的排架内力按附附录中的有有关公式计计算图1－16所示排架架的弯矩及及剪力：======＝（－）＝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排架弯弯矩及剪力力计算的全全部过程如如图1－16a～e所示。图1－161.5.7柱在在单位均布荷荷载（＝1t/m）作用用下（图1－17a）的排架架内力按附附录中的有有关公式计计算图1－17b所示示排架的弯弯矩及剪力力：＝＝（）＝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排架弯弯矩及剪力力计算的全全部过程如如图1－17a～e所示。图1－171.6排架在在实际荷载载作用下的的内力计算算1.6.1由柱柱、吊车梁梁系统的结结构自重作作用下的排排架内力柱柱自重（按按钢结构规规范给定公公式计算）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吊吊车自重（按按钢结构规规范相关公公式计算）上上层吊车梁梁：梁自重＝8×＝741..3kg//m轨道自重重＝118..10kgg/m（QU－120）＝＝（+）=(7411.3+118..10)××12×11.2=12.44t下下层吊车梁梁：梁自重＝8×＝370..63kgg/m轨道自重＝88.996kg//m（QU－100）＝＝（+）=(3700.63++88.996)×112×1..2=6..62t柱柱及吊车梁梁的自重作作用位置如如图1－18所示。作作用于上阶阶处的偏心心弯矩＝＝12.44×0.5598－3.24×00.6522＝5.3003（）图1－18作作用于下阶阶处的偏心心弯矩＝6..62×11.3333－（3.224+6.455+12.44）×0.4115＝-0.3343（）计算在上上述偏心弯弯矩作用下下（图1－19a）排排架的弯矩矩及剪力先将图1－15e的A柱与E柱及图1－16e的A柱与E柱的内力力分别进行行迭加，然然后再分别别乘以偏心心弯矩＝51.772KN..m及＝25.444KN..m即可得到到图1－19b及图1－19c，再再将图1－19b与1－19c迭加加，即可得得到排架最最后弯矩及及剪力，如如图1－19d所示。图1-191.6.2屋面面恒载作用用下的排架架内力（1）横梁的的固端弯矩矩屋面荷载载：大型屋面面板1155kgg/㎡防水层335kg//㎡找平层440kg//㎡保温层（0.066×600）366kgKNN/㎡钢屋架及及支撑46kkg/㎡＝＝312kkg/㎡＝312×6＝1.877t/m横梁载上上柱内侧处处的支座反反力＝1/2＝1.877/2×36＝33.77t横梁在上上柱轴心线线交点处的的固端弯矩矩＝1/122×0..8+＝178..85t..m（式中的系数00.8系根据钢钢结构相关关规范考虑虑屋面板及及横梁与柱柱子的施工工安装连接接程序，横横梁的弯矩矩折减系数数，但在计计算横梁支支座反力对对柱子产生生的偏心弯弯矩时，则则其荷载不不应折减）。图1－20（2）作用于于柱的偏心心弯矩托架自重重13t/㎡，得＝13×122×37/2＝2.899t（按屋面投影面面积计算的的屋盖构件件自重）由屋架传传来得屋面面荷载＝1.877×37/2＝34.66t（按屋面投影面面积计算的的屋盖构件件自重）作用于上上阶处的偏偏心弯矩：：＝（++）＝46.336作用用于下阶处处的偏心弯弯矩：＝（++）＝29.554（3）排架的的内力计算算利用结构构的对称性性，取其半半边结构进进行弯矩分分配（图1－21a）求分配系系数：横梁＝＝40.776×/170000＝26899柱==分配系数=/(+)=26889/(26889+16411)=0.6211＝1－＝0.3799图1－21弯矩分配配后的弯矩矩图如图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排架弯矩矩及剪力计计算的全部部过程如图图1－22a～e所示。图图1-2221.6.3屋屋面活荷载载作用下（图1－23a）的排架内力活荷载==50kgg/㎡=50×66=3000kg/mm=1//2=11/2×0.33×37=5.4tt=1/22=1//2×0.33×37=5.555t(由托架传传来)横梁在上上柱轴心线线交点处的的固端弯矩矩=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弯弯矩：上阶处=（+）=（45.4++5.555）×0.6652=7.144（）下阶处=（+）=（45.4++5.555）×0.4115=4.544（）排架弯弯矩及剪力力计算的全全部过程如如图1－23a～e所示。图1－231.6.4风风荷载作用用下（图1－24）的排架架内力风荷载：基本风压=30kg/㎡=00.8×30＝24kg/㎡=11.4622×30＝43.886kg/㎡=11.5188×30＝45.554kg/㎡均布风荷荷载近似取取平均值==（24+43.886）/2＝33.993kg/㎡柱顶水平平集中风力力＝2038kg==2.0338t图1－24风压力＝33.993×0..8×122＝325..728kkg/m风吸力＝33.993×0..5×122＝203..58kgg/m当风从左向右吹吹来时，排排架弯矩及及剪力计算算的全部过过程如图1－25a～e所示。当风从右向左吹吹来时的排排架弯矩及及剪力可将将图1－25e中左右柱柱的M图互换反反向而得，如如图1－26所示。图1－261.6.5当当上层吊车车满载时，在在吊车竖向向荷载作用用下的排架架内力已知：两台Q＝＝200tt/30tt，吊车跨跨度＝34.55m，吊车车总重G＝309tt最最大轮压＝＝46t，＝47t，大车重重量＝228t，小车重重量g＝81t作用在A柱之上上阶处的最最大支座反反力（图1－27）为：＝＝384..4t图1－27作用在E柱之上上阶处的最最小支座反反力为：由前所述公式计计算最小轮轮压，即＝（）＝46（）＝17.02t＝＝47（）＝17.399t则＝＝142.23tt由上层吊车竖向向荷载作用用而在A柱和E柱之上阶阶处所引起起的偏心弯弯矩：A柱＝＝384..4×0..598＝229..87（）E柱＝143..23×00.5988＝85.005（）由上层吊吊车竖向荷荷载作用而而在A柱和E柱之下阶阶处所引起起的偏心弯弯矩：A柱＝384..4×0..333＝159..526（）E柱＝142..23×00.3333＝59.0025（）排架弯矩矩及剪力计计算的全部部过程如图图1－28a～f所示。图1-2881.6.6当当上层吊车车空载时，在在吊车竖向向荷载作用用下的排架架内力已知：大车重量量＝228t，小车重重量g＝81t，吊车跨跨度＝34.55m，吊钩极限限位置＝3.322m最大轮压＝＝23.4t最小轮压＝＝15.22t作用在A柱之上上阶处的最最大支座反反力（轮压压位置与图图1－27相同）为为：＝＝193..44t作用在E柱之上上阶处的最最小支座反反力为：＝＝125.82tt由上层吊车竖向向荷载作用用而在A柱和E柱之上阶阶处所引起起的偏心弯弯矩：A柱＝＝193..44×00.5988＝115..68（）E柱＝＝125..82×00.5988＝75.224（）由上层吊吊车竖向荷荷载作用而而在A柱和E柱之下阶阶处所引起起的偏心弯弯矩：A柱＝＝193..44×00.4155＝80.2278（）E柱＝＝125..82×00.4155＝52.2215（）排架弯矩矩及剪力计计算的全部部过程如图图1－29a～f所示。图1-2991.6.7上层层吊车满载载，当吊车车横向水平平荷载作用用于A柱时的内内力：按两台Q＝2000t/330t计算（其其荷载布置置可利用图图1－27并将其，对应改为为，即可）。在前面验验算柱子的的刚度时，已已求得：=1.744t，=1.788t=(4×1.774×122.4＋4×1.778×122.4)//12=114.555t排架的弯矩矩及剪力可可将图1－11e的内力乘乘以14..55t而而得，如图图1－30所示。图1-3001.6.8当当下层吊车车满载时，在在吊车竖向向荷载作用用下的排架架内力已知：两两台Q＝50t//20t，吊车跨跨度＝32.55m，吊车车总重G＝120.5t最最大轮压＝＝32t