【正文】 ， 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。鋼材： Q235B 鋼；焊條 E43 型。 對(duì) x 的彎矩設(shè)計(jì)值 22xy 10 1. 64 6 10 5. 9M p l KN m? ? ? ? 第 8 頁，共 62 頁 支座處采用 4M12 普通螺栓連接， 2 b , 130A c m f N m m??，螺栓群 可承受的彎矩： b 2 2 2 2vx4 4 1 3 0 1 . 1 3 1 0 1 0 0 5 06 . 5 7 5 . 9M f A x yK N m M K N m? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? 滿足強(qiáng)度要求。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)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)。對(duì)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。 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。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(jiǎn)化，節(jié)約鋼材，經(jīng)濟(jì)效益好。可以保證結(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(zhǎng)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。選擇柱截面時(shí)，考慮以下幾個(gè)原則： （ 1）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； （ 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(jiǎn)單，制造省工，取材方便。從受力角度考慮，腹桿的布置采用人字形。 . 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。 （ 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）。 D、柱強(qiáng)度核算及配筋計(jì)算。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。 鋼門窗重度 KN/㎡ 鋼軌及墊等重 KN/㎡ 二氈三油防水層 KN/㎡（沿斜面方向） 第 2 頁，共 62 頁 找平層自重 KN/㎡（沿斜面方向） 屋面活荷載（不上人） KN/㎡（沿斜面方向） 屋面積灰荷載 KN/㎡（沿斜面方向） 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 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(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。 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)。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(jiǎn)單 帶來了結(jié)構(gòu)在抵抗其他荷載上能力的不足。 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(guó)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 。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) 12 15 18 21 結(jié)構(gòu)類型 吊車噸位 Q（ t） 10 16/ 10 16/ 10 16/ 10 16/ 鋼筋砼柱排架結(jié)構(gòu) 實(shí)腹鋼柱排架結(jié)構(gòu) 規(guī)定標(biāo)高（ m） 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 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)小型零件倉(cāng)庫，并在出入口處設(shè)置清水槽。 磚墻重度 18 KN/m179。 （ 4）節(jié)點(diǎn)詳圖（圖 2~3 張， A2 圖紙） 要求標(biāo)明節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，材料、尺寸，說明做法。 C、鉸接排架內(nèi)力計(jì)算及組合。 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)。 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。屋架與柱鉸接，房屋的橫向剛度較低。 第 4 頁，共 62 頁 . 柱的設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用混凝土 柱。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。 . 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。 第 5 頁，共 62 頁 . 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。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。 . 實(shí)腹柱設(shè)計(jì) 因荷載較小，采用實(shí)腹式柱。 . 基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 該廠房的基礎(chǔ)形式采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。 荷載統(tǒng)計(jì) 壓型鋼板自重 2/KNm 檁條自重 (包括拉條 ) 2/KNm 合計(jì) 2/KNm 活荷載或雪荷載 2/KNm （屋面活荷載按均勻分布為 =，雪荷載按均勻分布為，按不均勻分布取 ,r K r gSS??? ? ? =） 積灰荷載 2/KNm 第 7 頁，共 62 頁 截面選擇 選用 C 形冷彎薄壁型鋼，型號(hào)為 2 0 0 7 0 2 0 2 .0mm? ? ? ，其力學(xué)特征為： 3 3 3x m a x y m in44 , 23 .3 2 , 9. 35yW c m W c m W c m? ? ? 4x x y 04 4 0 , 4 6 .7 1 , 7 .7 8 , 2 .5 4 , 2yI c m I i c m i c m x c m? ? ? ? ? 內(nèi)力計(jì)算 ? ?1. 2 0. 15 1. 4 0. 5 1. 87 5 1. 65p KN m? ? ? ? ? ? ? ?c o s 1 .6 5 c o s 5 .7 1 1 .6 4oxp p KN m?? ? ? ? ? ?y sin 1. 65 sin 5. 71 0. 16 4p p KN m?? ? ? ? ? 22x 10 1. 64 6 10 5. 9xM p l KN m? ? ? ? 22y 3 2 0 .1 6 4 6 3 2 0 .1 8 5yM p l KN m? ? ? ? 7 0 2 .0 3 5 , 2 0 0 2 .0 1 0 0 ,b t h t? ? ? ?應(yīng)考 慮有效截面；同時(shí)，跨中截面有孔洞的影響，為簡(jiǎn)化計(jì)算，統(tǒng)一考慮 的折減系數(shù)，則有效凈截面抵抗矩： xW? 44 =3 Wymax= =3 Wymin= = 屋面能阻止檁條側(cè)向失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn) rx= ry= y 22x1 x x y y m a x 1 4 1 2 0 5r MM N m m N m mr W W? ? ? ? ? y 22x2x x y y m i n1 4 1 . 9 2 0 5r MM N m m N m mr W W? ? ? ? ? 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。 . 屋架設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)資料 廠房車間以長(zhǎng) 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，屋架采用梯形鋼屋架。 第 9 頁，共 62 頁 圖 屋架布置圖 圖 屋架節(jié)點(diǎn)及單元圖 圖 支撐系統(tǒng)布置圖 第 10 頁，共 62 頁 荷載計(jì)算 （對(duì)水平投影面） 壓型鋼板自重 2/KNm 檁條自重 2/KNm 屋架及支撐自重 2/KNm 合計(jì) 2/KNm （對(duì)水平投影面） 活荷載或雪荷載 2/KNm 積灰荷載 2/KNm 基本風(fēng)壓 2/KNm （ 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 、 圖 全跨荷載布置圖 第 11 頁，共 62 頁 圖 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 ????????? ）（ 恒載 P1= 6= 活荷載 P2=（ + ） 6= 設(shè)計(jì)值 (1)風(fēng)載體型系數(shù) 迎風(fēng)面 s ??? 背風(fēng)面 s ??? 取為 計(jì)算 (2)上弦節(jié)點(diǎn)風(fēng)荷載（見圖 ） 圖 風(fēng)荷載布置圖 W=（ ） 6= 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(jiǎn)單，不 在計(jì)算書上體現(xiàn)。學(xué)生版解題規(guī)模有限制，最多 80 個(gè)單元。 （ 1）自動(dòng)求解模式 : 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)； 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(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)； 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)； 平面結(jié)構(gòu)的影響線分析，并繪制影響線圖。 圖 （ 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 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 2 3 4 5 6 第 17 頁，共 62 頁 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16