【正文】 ， 高等教育出版社發(fā)行結構力學求解器（ SM Solver for Windows）是一個面向教師、學生以及工程技術人員的計算機輔助分析計算軟（課）件，其求解內(nèi)容包括了二維平面結構（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)典結構力學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 x 的彎矩設計值 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? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? 滿足強度要求。根據(jù)所受荷載和獨立基礎的相關構造要求確定基礎的尺寸。設計的主要內(nèi)容包括：截面選擇；強度驗算；整體穩(wěn)定性驗算；剛度驗算；牛腿及柱腳地板設計。對節(jié)點設計時，著重考慮使構件受力合理，焊縫滿足強度要求等。 初步設計 4扇門，大量在結構兩側開窗，根據(jù)通風散熱要求，采用雙排鋼側窗，上部采用通風高側窗，下部采用平開窗。通過理論分析和試驗結果證明，壓型鋼板與周邊構件進行可靠連接后，面內(nèi)剛度很好，能傳遞縱橫方向的面內(nèi)剪力，使廠房結構簡化，節(jié)約鋼材，經(jīng)濟效益好?？梢员ＷC結構的空間整體性；避免壓桿側向失穩(wěn)，防止拉桿產(chǎn)生過大的振動，支撐可作為屋架 弦桿的側向支撐點，減少弦桿在屋架平面外的計算長度，保證受壓弦桿側向穩(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，承擔和傳遞水平荷載；保證結構安裝時的穩(wěn)定與方便。選擇柱截面時，考慮以下幾個原則： （ 1）面積的分布應盡量開展，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）使兩個主軸方向等穩(wěn)定性，以達到經(jīng)濟的效果； （ 3）便于和其他構件進行連接； （ 4）盡可能構造簡單，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 該普通機加工廠房在南方某地，冬季設計溫度為 0℃，屋面采用輕質(zhì)屋面板（壓型鋼板），屋面坡度為 1/10。 （ 2）結構施工圖紙（圖 1 張， A2 圖紙） A、排架柱、牛腿施工圖（模板圖及配筋圖）。 D、柱強度核算及配筋計算。包括墻柱連接、天溝構造、柱與屋架連接、抗風柱和屋架連接等。 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） 設計內(nèi)容與要求 建筑設計（平、立、剖面圖 3 張，使用 A2 圖紙） （ 1）車間平面圖 標明定位軸線及編號：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。 工藝，設備基礎，設備管道照明暫不進行具體設計。單層廠房在自重上決定了它具有遠勝于其他混凝土結構的抗震能力，但亦由于它構造簡單 帶來了結構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)廠房設計必須貫徹執(zhí)行國家的有關方針政策，做到技術先進、經(jīng)濟合理、安全適用、確保質(zhì)量，符合節(jié)約能源和環(huán)境保護的要求 。其類型可分為： 單層單跨工業(yè) 廠房畢業(yè)設計類型 跨度 L(m) 12 15 18 21 結構類型 吊車噸位 Q（ t） 10 16/ 10 16/ 10 16/ 10 16/ 鋼筋砼柱排架結構 實腹鋼柱排架結構 規(guī)定標高（ 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)設一臺橋式吊車，南北側兩端設出入側門，東西兩側設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)設置兩個辦公室，兩個休息 室，男女廁所及兩個小型零件倉庫，并在出入口處設置清水槽。 磚墻重度 18 KN/m179。 （ 4）節(jié)點詳圖（圖 2~3 張， A2 圖紙） 要求標明節(jié)點構造，材料、尺寸，說明做法。 C、鉸接排架內(nèi)力計算及組合。 G、計算書整理，編寫包括設計說明、計算說明及計算過程的計算書一冊。 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 . 柱的設計 根據(jù)設計要求采用混凝土 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行可靠連接，形成一個能夠傳遞豎向荷載和沿壓型板平面方向的水平荷載的結構體系。 第 5 頁，共 62 頁 . 門窗布置 該廠房位于南方某地，應充分考慮車間的通風散熱以及采光要求。對屋架中的各感桿件按造壓彎和拉彎構件設計基本理論，主要驗算桿件的強度、穩(wěn)定性。 . 實腹柱設計 因荷載較小，采用實腹式柱。 . 基礎設計 該廠房的基礎形式采用柱下獨立基礎。 荷載統(tǒng)計 壓型鋼板自重 2/KNm 檁條自重 (包括拉條 ) 2/KNm 合計 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，型號為 2 0 0 7 0 2 0 2 .0mm? ? ? ，其力學特征為： 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? ? ? ?應考 慮有效截面；同時，跨中截面有孔洞的影響，為簡化計算，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? ? ? ? ? 本工程風荷載較小，永久荷載與風荷載組合不起控制作用。 . 屋架設計 設計資料 廠房車間以長 90m，跨度為 15m，柱距為 6m，設一臺 30/5t中級工作制橋式吊車，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)點及單元圖 圖 支撐系統(tǒng)布置圖 第 10 頁，共 62 頁 荷載計算 （對水平投影面） 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 2/KNm （對水平投影面） 活荷載或雪荷載 2/KNm 積灰荷載 2/KNm 基本風壓 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)點荷載設計值： 按可變荷載效應控制的組合 ????????? ）（ 恒載 P1= 6= 活荷載 P2=（ + ） 6= 設計值 (1)風載體型系數(shù) 迎風面 s ??? 背風面 s ??? 取為 計算 (2)上弦節(jié)點風荷載（見圖 ） 圖 風荷載布置圖 W=（ ） 6= 內(nèi)力計算 在上面單位荷載分別作用下，通過節(jié)點法、截面法計算屋架桿件的內(nèi)力系數(shù)，因計算過程較為簡單，不 在計算書上體現(xiàn)。學生版解題規(guī)模有限制，最多 80 個單元。 （ 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)或動畫顯示機構模態(tài)； 平面靜定結構和超靜定結構的內(nèi)力計算和位移計算，并繪制內(nèi)力圖和位移圖； 平面結構的自由振動和彈性穩(wěn)定分析，計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)； 平面結構的極限分析，求解極限荷載，并可靜態(tài)或動畫顯示單向機構運動模態(tài)； 平面結構的影響線分析，并繪制影響線圖。 圖 （ 1）屋架全跨內(nèi)力系數(shù)計算 在屋架全跨布置單位荷載如圖 所示，上弦各節(jié)點施加單位荷載，計算結果如下 內(nèi)力計算 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