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单层钢结构厂房毕业设计计算书


单层钢结构厂房设计

单层钢结构厂房毕业设计 绪 论
毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段,是毕业前的综 合 学 习 阶 段 ,是 深 化 、 拓 宽 、 综 合 教 和 学 的 重 要 过 程 ,是 对 大 学 期 间 所 学 专业知识的全面总结。 本 组 毕 业 设 计 题 目 为《 单 层 钢 结 构 厂 房 实 际 》 。在 毕 业

设 计 前 期 ,我 温 习 了《 结 构 力 学 》 《 钢 结 构 设 计 原 理 》 《 建 筑 结 构 抗 震 设 计 》等 知 识 , 、 、 并借阅了《抗震规范》《钢结构规范》《荷载规范》等规范。在毕业设 、 、 计中期,我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结 构设计。特别是在地震期间,本组在校成员齐心协力、分工合作,发挥 了大家的团队精神。在毕设后期,主要进行设计手稿的电脑输入,并得 到老师的审批和指正,使我圆满的完成了任务,在此表示衷心的感谢。 毕业设计的三个月里,在指导老师的帮助下,经过资料查阅、设计 计算、论文撰写以及外文的翻译,加深了对新规范、规程、手册等相关 内容的理解。巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在 绘 图 时 熟 练 掌 握 了 天 正 建 筑 、 AutoCAD、 PKPM 等 建 筑 软 件 , 这 些 都 从 不 同方面达到了毕业设计的目的与要求,巩固了所学知识。 由于自己水平有限,难免有不妥和疏忽之处,敬请各位老师批评指 正。

二零零八年六月十日

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西南石油大学本科毕业设计

结构设计计算书 1 工程概况
1.1 设 计 条 件
1.工 程 水 文 地 质 条 件 水 文 地 质 条 件 : 从 上 到 下 依 次 为 淤 泥 0.5m, γ = 16.5kN / m3 ; 粘 粒 含 量
ρc = 8% 的 粉 土 厚 5 m, γ = 18.2kN / m3 , f ak = 170kPa , 可 不 考 虑 地 下 水 的 影 响 。

2.6 度 抗 震 , 近 震 , Ⅱ 类 场 地 。 3.某 机 加 工 车 间 基 本 数 据 :车 间 长 度 72m,厂 房 为 单 跨 ,跨 度 30m,厂 房 框 架 由 柱 脚 底 面 到 横 梁 下 弦 底 部 的 距 离 H 大 于 9m, 但 不 超 过 18m, 每 个 车 间 设 两 台 30/5 吨 桥 式 吊 车 。 4.屋 面 基 本 要 求 :该 普 通 机 加 工 工 厂 在 南 方 某 地 ,年 平 均 气 温 在 21 度 左 右 ,最 高 气 温 39 度 ,最 低 气 温 0 度 ,主 导 风 向 为 东 南 风 ,屋 面 采 用 轻 质 屋 面 板 ( 如 压 型 钢 板 ) 屋 面 坡 度 i≈ 1/3。 , 5.屋 面 活 荷 载 标 准 值 0.7KN/m 2 。 6.材 料 : 屋 架 和 柱 : Q235、Q345,基 础 : C10、C20、C25, 钢 筋 :Ⅰ 、 Ⅱ 级,砂浆:混合砂浆、水泥砂浆。 7.建 筑 场 地 ( 如 图 1.1)

1.2 题 型 及 要 求
1.题 型 : 三 角 形 钢 屋 架 + 实 腹 式 柱 2.要 求 ( 1) 厂 房 的 平 面 设 计 、 立 面 设 计 与 剖 面 设 计 ; ( 2) 屋 架 与 柱 设 计 ; ( 3) 基 础 设 计 。

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图 1.1 总 平 面 图

2 建筑方案设计说明
1.柱 网 布 置 根据设计任务书基本数据,布置柱网,柱网应满足以下的要求: ( 1) 符 合 国 家 规 范 《 厂 房 建 筑 模 数 协 调 标 准 》 ; ( 2)满 足 生 产 工 艺 的 要 求 ,柱 的 位 置 应 与 地 上 、地 下 的 生 产 设 备 后 工 艺 流程相配合,还应考虑生产发展和工艺设备更新问题; ( 3)满 足 结 构 要 求 ,为 保 证 车 间 的 正 常 使 用 ,有 利 于 吊 车 运 行 ,使 厂 房 具有必要的横向刚度,尽可能将柱布置在统一的横向轴线上; ( 4)符 合 经 济 合 理 的 要 求 ,柱 的 纵 向 间 距 同 时 也 是 纵 向 构 件 的 跨 度 ,它 的大小对构件的重量影响很大,厂房的柱距增大,可使柱的数量减少、 总重量随之减少,同时也可减少柱基础的工程量; ( 5) 符 合 柱 距 规 定 要 求 , 对 厂 房 横 向 , 当 厂 房 跨 度 小 于 等 于 18m 时 ,

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其 跨 度 宜 采 用 3m 的 倍 数 ;当 厂 房 的 跨 度 大 于 18m 时 ,其 跨 度 宜 采 用 6m 的倍数。 根 据 以 上 原 则 ,该 厂 房 柱 网 布 置 采 用( 跨 度 × 柱 距 )30m × 6m 的 布 置 方案。 2.屋 面 材 料 该 普 通 机 加 工 厂 房 在 南 方 某 地 , 冬 季 设 计 温 度 为 0℃ , 屋 面 采 用 轻 质 屋 面 板 ( 压 型 钢 板 ) 屋 面 坡 度 为 1/3。 屋 面 设 计 采 用 压 型 钢 板 作 为 屋 , 面 材 料 的 有 檩 屋 盖 体 系 ,该 方 案 能 够 有 效 减 轻 结 构 自 重 ,加 快 施 工 速 度 , 能有效的传递屋面荷载,提高屋面整体刚度、便于铺设保温、隔热、隔 音等材料。 3.屋 架 体 系 根据设计任务书要求采用三角形钢屋架,三角形屋架适用于陡坡屋 面的有檩屋盖体系。屋架与柱铰接,房屋的横向刚度较低。从受力角度 考虑,腹杆的布置采用芬克式。

4.吊 车 和 吊 车 梁 该 厂 房 每 个 车 间 设 两 台 30/5 吨 中 级 工 作 制 桥 式 吊 车 , 车 参 数 查 阅 吊 大连重工集团吊车数据资料。因吊车吨位较小,所以采用焊接工字形吊 车梁。该厂房的吊车梁直接参阅相关图集,不需另行计算。 5.柱 的 设 计 根据设计要求采用焊接工字形实腹式柱。选择柱截面时,考虑以下 几个原则: ( 1)面 积 的 分 布 应 尽 量 开 展 ,以 增 加 截 面 的 惯 性 矩 和 回 转 半 径 ,提 高 柱 的整体稳定性和刚度; ( 2) 使 两 个 主 轴 方 向 等 稳 定 性 , 以 达 到 经 济 的 效 果 ; ( 3) 便 于 和 其 他 构 件 进 行 连 接 ; ( 4) 尽 可 能 构 造 简 单 , 制 造 省 工 , 取 材 方 便 。 6.基 础 设 计
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根 据 厂 房 结 构 上 部 荷 载 和 柱 网 ( 30m × 6m) 布 置 情 况 , 采 用 C20 钢 筋 混 凝 土 柱 下 独 立 基 础 。 水 文 地 质 条 件 : 从 上 到 下 依 次 为 淤 泥 0.5m,
γ = 16.5kN / m3 ; 粘 粒 含 量 ρc = 8% 的 粉 土 厚 5 m, γ = 18.2kN / m3 , f ak = 170kPa ,

可不考虑地下水的影响,计算确定基础埋深和尺寸。 7.支 撑 系 统 单层厂房的支撑体系包括屋盖支撑和柱间支撑两部分。屋盖支撑包 括上、下弦横向水平支撑、垂直支撑及纵向水平系杆、天窗架支撑。可 以保证结构的空间整体性;避免压杆侧向失稳,防止拉杆产生过大的振 动,支撑可作为屋架弦杆的侧向支撑点,减少弦杆在屋架平面外的计算 长度,保证受压弦杆侧向稳定,并使受拉下弦杆不会在某些动力作用下 产生过大振动,承担和传递水平荷载;保证结构安装时的稳定与方便。 柱间支撑的作用是:组成坚固的纵向构架,保证厂房的纵向刚度,承受 厂房端部山墙的风荷载,吊车纵向水平荷载及温度应力等;可作为框架 柱的框架平面支点,减少柱外框架平面的计算长度;柱间支撑的布置是 减少支撑设在两端时不产生很大的温度应力,而对厂房的刚度又提高很 多。综合以上特点,该厂房屋盖支撑系统选择横向水平支撑体系,柱间 支撑选用十字交叉式支撑体系。 8.维 护 体 系 该厂房采用压型钢板做墙体材料, 过螺栓与墙架梁进行可靠连接, 通 形成一个能够传递竖向荷载和沿压型板平面方向的水平荷载的结构体 系。通过理论分析和试验结果证明,压型钢板与周边构件进行可靠连接 后,面内刚度很好,能传递纵横方向的面内剪力,使厂房结构简化,节 约钢材,经济效益好。 9.变 形 缝 该 厂 房 车 间 设 计 长 度 是 72m,小 于 90m 温 度 区 段 ,不 考 虑 设 伸 缩 缝 。 由于结构简单,均匀对称,且地质条件较好,不考虑设沉降缝。 10.门 窗 布 置 该厂房位于南方某地,应充分考虑车间的通风散热以及采光要求。
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初 步 设 计 4 扇 门 ,分 别 位 于 第 错 误 ! 未 找 到 引 用 源 。 -错 误 ! 未 找 到 引 用 错 源 。和 错 误 !未 找 到 引 用 源 。-错 误 !未 找 到 引 用 源 。轴 线 间 。两 侧 开 窗 , 错 根据通风散热要求,采用双排钢侧窗,上部采用通风高侧窗,下部采用 平开窗。其具体布置和选材查阅规范和计算确定。

3 结构方案设计说明
3.1 屋 架 设 计
1.基 本 理 论 该 设 计 中 ,屋 架 为 三 角 形 钢 屋 架 。对 屋 架 中 的 各 感 杆 件 按 造 压 弯 和 拉 弯构件设计基本理论,主要验算杆件的强度、稳定性。对节点设计时, 着重考虑使构件受力合理,焊缝满足强度要求等。 2.主 要 公 式 强度验算:
N Mx ± ≤ f An γ xWnx

平面内稳定性验算:

β mx M x1 N + ≤ f ? x A γ W (1 ? 0.8 N ) x1 1x ' N Ex

平面外稳定性验算: 刚度验算:

β M N + tx x ≤ f ? y A ?bW1x
λx =
l0y l0x ≤ [λ ] , λy = ≤ [λ ] ix iy

3.2 排 架 计 算
1 .假 定 钢 柱 下 端 与 基 础 刚 结 ; 2 .假 定 钢 柱 上 端 与 屋 架 铰 结 ; 3 .假 定 屋 架 平 面 内 刚 度 无 穷 大 。

3.3 实 腹 柱 设 计
1. 计 算 要 点

因荷载较小,采用实腹式柱。设计的主要内容包括:截面选择;强

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度验算;整体稳定性验算;刚度验算;牛腿及柱脚地板设计。依据现行 《 钢 结 构 设 计 规 范 》 GB50017-2003) 及 钢 结 构 手 册 设 计 。 ( 2.主 要 公 式 : 利 用 的 公 式 与 屋 架 设 计 中 的 相 同 。

3.4 基 础 设 计
1.计 算 要 点 该厂房的基础形式采用钢筋混凝土柱下独立基础。根据所受荷载和 独立基础的相关构造要求确定基础的尺寸。设计中计算了基础基础底面 尺寸,验算了地基承载力和基础抗冲切承载力。 2.主 要 公 式 地 基 承 载 力 特 征 值 : f a = f ak + ηbγ (b ? 3) + ηdγ m (d ? 0.5) 基础长边弯矩: 基础短边弯矩:
M1 = M1 = 1 ? pmax + p1 ? 2 ? ? ( l ? ac ) ( 2b + bc ) 24 ? 2 ? 1 ? pmax + p1 ? 2 ? ? ( b ? bc ) ( 2l + ac ) 24 ? 2 ?

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4 结构计算
4.1 檩 条 计 算 4.1.1 设 计 资 料
屋 盖 材 料 为 压 型 钢 板 ,屋 面 坡 度 1/ 3( α = 18.43° ) ,檩 条 跨 度 6m,于 l / 2 处 设 一 道 拉 条 ; 檩 距 1.561m;压 型 钢 板 与 屋 架 连 接 处 采 用 叠 置 搭 接 , 钢 材 Q235。

4.1.2 荷 载 统 计
1.永 久 荷 载 压型钢板自重 檩 条 自 重 (包 括 拉 条 ) 合计
2 .可 变 荷 载

0.1 KN / m 2 0.05 KN / m 2 0.15 KN / m 2

活荷载或雪荷载

0.7 KN / m 2

4.1.3 截 面 选 择
选 用 斜 卷 边 Z 形 冷 弯 薄 壁 型 钢 , 型 号 为 160 × 60 × 20 × 2.2mm , 其 力 学 特 征 为:

Wx1 = 42.66cm3 ,Wx 2 = 40.42cm3 ,Wy1 = 8.91cm3 ,Wy2 = 11.34cm3 I x1 = 269.59cm 4 , ix = 6.76cm, iy = 1.94cm,θ = 22.11°

4.1.4 内 力 计 算
1 .檩 条 线 荷 载

pk = ( 0.15 + 0.7 ) × 1.561 = 1.327 KN m p = (1.2 × 0.15 + 1.4 × 0.7 ) × 1.561 = 1.81 KN m px = p sin (θ ? α ) = 1.81× sin 3.68° = 0.116 KN m py = p cos (θ ? α ) = 1.81× cos 3.68° = 1.806 KN m

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2.弯 矩 设 计 值

M x = py l 2 10 = 1.806 × 62 10 = 6.5KN m M y = px l 2 32 = 0.116 × 62 32 = 0.13 KN m
3.强 度 计 算 b t = 60 2.2 = 27.3, h t = 160 2.2 = 72.7, 截面上翼缘有效宽厚比 b2 t ≈ 25.4, b2 = 55.88, 应 考 虑 有 效 截 面 ;同 时 ,跨 中 截 面 有 孔 洞 的 影 响 ,为 简 化 计 算 , 统 一 考 虑 0.9 的 折 减 系 数 , 则 有 效 净 截 面 抵 抗 矩 :
Wenx1 = 0.9 × 42.66 = 38.29cm3 , Wenx 2 = 0.9 × 40.42 = 36.38cm3

Weny1 = 0.9 × 8.91 = 8.02cm3 , Weny2 = 0.9 ×11.34 = 10.21cm3
屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转

σ1 =

M Mx 6.5 ×106 0.13 × 106 + y = ? Wenx1 Weny1 38.29 × 103 8.02 × 103 M Mx 6.5 × 106 0.13 ×106 + y = + Wenx2 Weny2 36.38 × 103 10.21× 103

= 153.6 N mm 2 < 205 N mm 2

σ2 =

= 191.4 N mm 2 < 205 N mm 2
本工程风荷载较小,永久荷载与风荷载组合不起控制作用。
4. 连 接 螺 栓 计 算

对 x1 的 弯 矩 设 计 值
M x1 = p cos α × l 2 10 = 1.81cos18.43°× 6 2 10 = 6.18 KN m

支 座 处 采 用 4 M 1 2 普 通 螺 栓 连 接 , A = 1.13cm 2 , f vb = 130 N mm 2 , 螺 栓 群 可 承 受的弯矩:
M = 4 f vb A x 2 + y 2 = 4 × 130 × 1.13 × 10 × 1002 + 502 = 6.57 KN m > M x1 = 6.18 KN m

满足强度要求。
5. 挠 度 计 算

偏于安全按两跨连续梁计算,跨内最大挠度为
vy1 = 1 1.327 × cos 3.68°× 6000 4 185 206 × 103 × 269.59 × 104 = 16.7 mm < l 200 = 30mm

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6.构 造 要 求

λx =

600 300 = 88.8, λy = = 154.6 < 200 6.76 1.94

故檩条在平面内、外均满足要求。
7. 拉 条 计 算
qx1 = q sin α = 1.81× 0.316 = 0.57 KN m

RB = 1.25qx1l1 = 1.25 × 0.57 × 3 = 2.14 KN S1 = 7 RB = 7 × 2.14 = 14.96 KN
S2 = S1 = 23.7 KN 2sin α

拉 条 选 用 Φ 12 , A = 1.131cm 2 , 每 根 拉 条 承 载 力 :
N = 1.131×10 2 × 215 = 24.3KN > 23.7 KN , 满足要求。

4.2 屋 架 设 计
4.2.1 设 计 资 料
厂 房 车 间 以 长 72m,跨 度 为 30m,柱 距 为 6m,每 跨 设 两 台 30/5t 中 级 工作制桥式吊车,屋架采用三角形钢屋架。从受力合理性考虑,其屋架 形 式 选 用 弦 杆 较 多 的 芬 克 式 。 钢 材 : Q235B 钢 ; 焊 条 E43 型 。

4.2.2 屋 架 尺 寸
屋 架 采 用 三 角 形 芬 克 式 , 跨 度 30 m, 坡 度 i=1: 3, 屋 架 几 何 尺 寸 、 节 点 编 号 、 杆 件 编 号 如 图 4.1 、 4.2 、 4.3 所 示 。

4.2.3 支 撑 布 置
上下弦横向水平支撑和垂直支撑,在房屋两端布置;在屋架下弦设 置三道通长水平系杆,以保持部分杆系的侧向稳定,支撑系统布置如图
4.4 所 示 。

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图 4.1 屋 架 布 置 图

图 4.2 屋 架 节 点 图

图 4.3 杆 件 单 元 编 号 图

图 4.4 屋 架 支 撑 系 统 布 置 图

4.2.4 荷 载 计 算

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1.永 久 荷 载 ( 对 水 平 投 影 面 ) 压型钢板自重 檩条自重 屋架及支撑自重 合计 0.1 KN / m 2 0.05 KN / m 2 0.15 KN / m 2 0.3 KN / m 2

2. 可 变 荷 载 ( 对 水 平 投 影 面 )

活荷载或雪荷载
3. 风 荷 载

0.7 KN / m 2

基本风压
4. 荷 载 组 合

0.35 KN / m 2

( 1) 恒 荷 载 +活 ( 或 雪 ) 荷 载 ( 2) 恒 荷 载 +半 跨 活 ( 或 雪 ) 荷 载 ( 3) 恒 荷 载 +风 荷 载
5. 上 弦 集 中 荷 载

上 弦 荷 载 见 图 4.5 、 4.6

图 4.5 全 跨 荷 载 布 置 图

图 4.6 半 跨 活 荷 载 布 置 图

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恒载 活荷载

P = 1.2 × 0.3 × 1.561× 1 P2 = 1.4 × 0.7 × 1.561×

3 × 6 = 3.199 KN 10 3 × 6 = 8.078 KN 10

6.上 弦 风 荷 载 设 计 值 (1)风 载 体 型 系 数 迎风面 背风面

?s = ?0.5 ?s = ?0.4
取 为 -0.5 计 算

(2)上 弦 节 点 风 荷 载 ( 见 图 4.7)

图 4.7 风 荷 载 布 置 图

W = 1.4 × ( ?0.5 ) × 0.35 × 1.561× 6 = ?2.294 KN

4.2.5 内 力 计 算
1.内 力 计 算 在上面单位荷载分别作用下,通过节点法、截面法计算屋架杆件的 内力系数,因计算过程较为简单,不在计算书上体现。 2.内 力 组 合 ( 1) 恒 荷 载 +活 ( 或 雪 ) 荷 载 ( 2) 恒 荷 载 +半 跨 活 ( 或 雪 ) 荷 载 ( 3) 恒 荷 载 +风 荷 载 组 合 结 果 见 表 4.1

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西南石油大学本科毕业设计 表 4.1 杆件内力组合表
恒载及活荷载 名称 编号 系数 力(kN) 1 1 2 3 上弦 杆 4 5 6 7 8 9 下弦 杆 10 11 12 13 14 15 16 腹杆 17 18 19 20 21 22 2 -24.56 -76.96 -24.48 -75.92 -24.41 -74.12 -23.46 -73.14 -23.12 -72.53 -21.85 -71.21 -21.22 -69.80 -20.76 -68.78 21.50 21.00 18.00 12.00 -0.95 -1.91 1.48 3.00 4.50 6.00 9.00 10.50 0.00 71.98 67.18 57.58 38.39 -3.04 -6.11 4.73 9.60 14.40 19.19 28.79 33.59 0.00 力(kN) 3 半跨活荷载 风荷载 内力组合(kN) 活荷载 2+5 -227.46 -223.65 -219.84 -216.03 -212.31 -208.50 -204.78 -200.97 215.75 198.06 155.37 83.93 -11.31 -22.74 -45.25 17.62 35.72 53.58 71.44 107.16 125.02 0.00 风荷载 2+7 -24.56 -23.53 -22.51 -21.49 -20.46 -19.44 -18.42 -17.39 23.53 22.35 20.01 15.31 -0.75 -1.52 -2.98 1.11 2.35 3.52 4.70 7.04 8.22 0.00 杆件 杆件 内力 恒载内 活荷载内 内力 半跨活载 内力 风载内 恒载+ 恒载+半跨 恒载+ 系数 内力(kN) 系数 力(kN) 活荷载 4 5 -151.52 -148.73 -145.95 -143.16 -140.46 -137.67 -134.97 -132.19 143.77 130.88 97.79 45.54 -8.27 -16.63 -33.09 12.89 26.12 39.19 52.25 78.37 91.43 0.00 6 22.40 22.40 22.40 22.40 22.40 22.40 22.40 22.40 7 51.39 51.39 51.39 51.39 51.39 51.39 51.39 51.39 2+3 -282.67 -278.86 -275.05 -271.24 -267.43 -263.62 -259.81 -256.00 267.91 250.05 214.33 142.88 -11.31 -22.74 -45.25 17.62 35.72 53.58 71.44 107.16 125.02 0.00

-206.73 -17.40 -203.94 -17.08 -201.15 -16.76 -198.37 -16.44 -195.58 -16.13 -192.80 -15.81 -190.01 -15.50 -187.22 -15.18 195.93 182.87 156.74 104.50 -8.27 -16.63 -33.09 12.89 26.12 39.19 52.25 78.37 91.43 0.00 16.51 15.03 11.23 5.23 -0.95 -1.91 -3.80 1.48 3.00 4.50 6.00 9.00 10.50 0.00

-21.12 -48.45 -19.54 -44.82 -16.38 -37.58 -10.06 -23.08 1.00 2.00 4.00 -1.58 -3.16 2.29 4.59 9.18 -3.62 -7.25

-3.80 -12.16

-4.74 -10.87 -6.32 -14.50 -9.48 -21.75 -11.06 -25.37 0.00 0.00

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4.2.6 内 力 复 核
内力复核采用结构力学求解器求解,下面对此软件的研发及功能做 简要介绍 1.简 介 《 结 构 力 学 求 解 器 》 (SM Solver) 版 本 2.0 由 清 华 大 学 土 木 系 结 构 力 学 求 解 器 研 制 组 研 制 , 高 等 教 育 出 版 社 发 行 结 构 力 学 求 解 器 ( SM Solver for Windows) 是 一 个 面 向 教 师 、 学 生 以 及 工 程 技 术 人 员 的 计 算 机辅助分析计算软(课)件,其求解内容包括了二维平面结构(体系) 的几何组成、静定、超静定、位移、内力、影响线、自由振动、弹性稳 定、极限荷载等经典结构力学课程中所涉及的一系列问题,全部采用精 确算法给出精确解答。本软件界面方便友好、内容体系完整、功能完备 通用,可供教师拟题、改题、演练,供学生做题、解题、研习,供工程 技 术 人 员 设 计 、计 算 、验 算 之 用 ,可 望 在 面 向 21 世 纪 的 教 学 改 革 中 发 挥 其特有的作用。目前有两个版本:学生版和工程版。学生版解题规模有 限 制 ,最 多 80 个 单 元 。工 程 版 解 题 规 模 无 此 限 制 ,只 受 机 器 的 内 外 存 空 间大小的限制。 求 解 器 v2.0 比 v1.5 更 加 精 致 、 先 进 、 方 便 、 快 捷 、 强 健 , 同 时 不 失其原有的小巧、简约、俭朴、平实。 2.求 解 功 能 求解功能分为自动求解和智能求解两种模式。 ( 1) 自 动 求 解 模 式 : 平面体系的几何组成分析,对于可变体系,可静态或动画显示机构 模态; 平面静定结构和超静定结构的内力计算和位移计算,并绘制内力图 和位移图; 平面结构的自由振动和弹性稳定分析,计算前若干阶频率和屈曲荷 载,并静态或动画显示各阶振型和失稳模态;

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平面结构的极限分析,求解极限荷载,并可静态或动画显示单向机 构运动模态; 平面结构的影响线分析,并绘制影响线图。 ( 2) 智 能 求 解 模 式 : 平面体系的几何构造分析:按两刚片或三刚片法则求解,给出求解 步骤; 平面桁架的截面法:找出使指定杆成为截面单杆的所有截面; 平面静定组合结构的求解:按三种模式以文字形式或图文形式给出 求解步骤。 另 外 , 从 v2.0 开 始 , 还 有 本 地 求 解 和 远 程 求 解 两 种 求 解 方 式 。 利 用 结 构 力 学 求 解 器 v2.0 版 本 建 模 计 算 杆 件 内 力 系 数 , 型 及 杆 件 模 单 元 编 号 如 图 4.8、 4.9 所 示 。

图 4.8 屋 架 模 型 图

图 4.9 杆 件 单 元 编 号

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3.求解结果 (1)屋架全跨内力系数计算 在屋架全跨布置单位荷载如图4.10所示,上弦各节点施加单位荷载,两支座 节点施加1/2单位荷载,计算结果如下。

屋架全跨荷载模型图 图 4.10 屋架全跨荷载模型图
-------------------------------------------------------------------------------------------杆端内力值 ( 乘子 = 1)

-------------------------------------------------------------------------------------------杆端 1 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 杆端 2 剪力 弯矩

-------------------------------------------------------------------------------------------1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 -23.7170824 -23.4022964 -23.0875104 -22.7727244 -22.4579384 -22.1431524 -21.8283664 -21.5135804 -21.5135804 -21.8283664 -22.1431524 -22.4579384 -23.3256354 -23.4561177 -23.4022964 -23.7170824 22.5000000 21.0000000 18.0000000 12.0000000 12.0000000 18.0000000 21.0000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 -23.7170824 -23.4022964 -23.0875104 -22.7727244 -22.4579384 -22.1431524 -21.8283664 -21.5135804 -21.5135804 -21.8283664 -22.1431524 -22.4579384 -23.3256354 -23.4561177 -23.4022964 -23.7170824 22.5000000 21.0000000 18.0000000 12.0000000 12.0000000 18.0000000 21.0000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000

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(2)屋架半跨荷载内力系数计算 在屋架全跨布置单位荷载如图4.11所示,上弦各节点施加单位荷载,支座节 点及屋脊节点施加1/2单位荷载,计算结果如下。

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图 4.11 屋架半跨荷载模型图
-------------------------------------------------------------------------------------------杆端内力值 ( 乘子 = 1)

-------------------------------------------------------------------------------------------杆端 1 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 杆端 2 剪力 弯矩

-------------------------------------------------------------------------------------------1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 -17.3925271 -17.0777411 -16.7629551 -16.4481691 -16.1333831 -15.8185971 -15.5038111 -15.1890251 -6.32455532 -6.32455532 -6.32455532 -6.32455532 -6.32455532 -6.32455532 -6.32455532 -6.32455532 16.5000000 15.0000000 12.0000000 6.00000000 6.00000000 6.00000000 6.00000000 6.00000000 -0.94868439 -1.89736879 -0.94868439 -3.79473757 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 -17.3925271 -17.0777411 -16.7629551 -16.4481691 -16.1333831 -15.8185971 -15.5038111 -15.1890251 -6.32455532 -6.32455532 -6.32455532 -6.32455532 -6.32455532 -6.32455532 -6.32455532 -6.32455532 16.5000000 15.0000000 12.0000000 6.00000000 6.00000000 6.00000000 6.00000000 6.00000000 -0.94868439 -1.89736879 -0.94868439 -3.79473757 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000

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(3)风荷载内力系数计算 在屋架全跨布置单位荷载如图4.12所示,上弦各节点施加单位荷载,两支座 节点及屋脊节点施加1/2单位荷载,计算结果如下。

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单层钢结构厂房设计

图 4.12 屋架风荷载模型图
-------------------------------------------------------------------------------------------杆端内力值 ( 乘子 = 1)

-------------------------------------------------------------------------------------------杆端 1 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 杆端 2 剪力 弯矩

-------------------------------------------------------------------------------------------1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 22.5006477 22.5020811 22.5035144 22.5049478 22.5063812 22.5078146 22.5092480 22.5106814 22.5106814 22.5092480 22.5078146 22.5063812 23.0877672 22.8920607 22.5020811 22.5006477 -21.1879157 -19.6067769 -16.4444993 -10.1199440 -10.1199440 -16.4444993 -19.6067769 -21.1879157 1.00000115 2.00000230 1.00000115 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 22.5006477 22.5020811 22.5035144 22.5049478 22.5063812 22.5078146 22.5092480 22.5106814 22.5106814 22.5092480 22.5078146 22.5063812 23.0877672 22.8920607 22.5020811 22.5006477 -21.1879157 -19.6067769 -16.4444993 -10.1199440 -10.1199440 -16.4444993 -19.6067769 -21.1879157 1.00000115 2.00000230 1.00000115 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000

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单层钢结构厂房设计

4.2.7 对 比 分 析
1.通 过 比 较 , 两 种 计 算 方 式 结 果 非 常 接 近 , 符 合 情 况 很 好 。 以 下 计 算 采 用手工计算结果。 2.两 种 计 算 方 式 产 生 差 别 的 原 因 分 析 ( 1)数 据 四 舍 五 入 产 生 误 差 。在 手 工 计 算 过 程 中 ,由 于 计 算 量 的 原 因,数据小数点位数不可能取得很大,在中间计算过程较多时,经过累 计,就会使最后结果产生较大的误差。本设计中,角度的近似取舍产生 的 误 差 较 大 , 在 利 用 同 济 大 学 3D3S钢 结 构 软 件 绘 制 屋 架 施 工 图 时 得 到 了 充分体现。 ( 2) CAD标 注 精 度 误 差 , 这 一 点 与 上 一 点 关 系 密 切 , 要 减 小 这 项 误 差,在绘图过程中应该将精度增大。 要减小两种计算结果的误差,可以采取的相应的措施。如提高手工 计算精度,建模过程中角度的取值等。

4.2.8 截 面 选 择
端节间正弯矩

M 1 = 0.8M 0 = 0.8 ×

Pl 4

3 ? Pl ? = 0.8 ? × 11.907 × × 1.561? 10 ? 4 ? = 0.8 × 4.408 = 3.527 KN M
其余节间正弯矩及节点负弯矩 M 2 = 0.6 M 0 = 0.6 × 4.408 = 2.645 KN M 1.上 弦 杆 截 面 选 择 上 弦 杆 采 用 相 同 截 面 , 以 上 弦 杆 最 大 轴 力 N1 来 选 择 N1 = ?282.67 KN , M max1 = 3.527 KN m
M max 2 = ?2.645 KN m, lox = loy = 400cm

选 用 截 面 ┐ ┌ 90 × 7 截面几何特征:

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西南石油大学本科毕业设计

A = An = 24.6cm 2 , W1x = 76.57cm3

W2x = 29.07cm3 , ix = 2.78cm, iy = 4.0

λx =

l0x 156.1 = = 56.2, 属b类截面 ix 2.78

λy =

l0y iy

=

156.1 = 65.4, 属b类截面 4.0
1561 = 10.1 90

b t = 90 7 = 12.9 > 0.58l0y b = 0.58 ×

λyz = 3.9 (1 +

b t

2 l0yt 2

18.6b

) = 3.9 × 4

90 ? 15612 × 7 2 ? ?1 + ? = 55.0 7 ? 18.6 × 902 ?

查表得:? x = 0.827, ? y = 0.833

π 2 EA π 2 × 2.06 ×105 × 24.6 ×102 N = = = 1439.6 KN 1.1λx 2 1.1× 56.22
'
Ex

截面塑性发展系数γ x1 = 1.05, γ x2 = 1.2 ( 1) 弯 矩 作 用 平 面 内 的 稳 定 验 算

N β mx M x1 + ? x A γ W (1 ? 0.8 N ) x1 1x ' N Ex
0.85 × 3.527 × 106 282.67 ? ? 1.05 × 76.56 × ?1 ? 0.8 ? 1439.6 ? ? = 181.3 N mm2 < f = 0.95 × 215 = 204.3 N mm 2

=

282.67 ×103 + 0.827 × 24.6 ×10 2

故在弯矩作用平面内稳定。 ( 2) 弯 矩 作 用 平 面 外 的 稳 定 验 算

? b = 1 ? 0.0017λy

fy
235

= 1 ? 0.0017 × 39.0 ×

235 = 0.934 235

N ηβ tx M x1 282.67 1.0 × 0.85 × 3.527 × 106 + = + ? y A ?bW1x 0.833 × 24.6 0.934 × 76.57 × 103 = 179.8 N mm 2 < 204.3N mm2
1、 2 杆 节 间 处 :

N M x2 282.67 × 103 2.645 × 106 + = + An γ x2Wxmin 24.6 × 102 1.2 × 29.07 × 103 = 190.7 N mm 2 < 204.3N mm 2
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单层钢结构厂房设计

故弯矩作用平面外稳定。 2.下 弦 杆 截 面 选 择 下 弦 杆 采 用 相 同 截 面 , 以 下 弦 杆 最 大 轴 力 N9 来 选 择
N max = N 9 = 267.91KN , l0x = 526.7cm, l0y = 658.4cm

选 用 截 面 ┐ ┌ 70 × 5

A = An = 13.76cm 2 , ix = 2.16cm, iy = 3.16cm

λx =

l0x 526.7 = = 243.8 < [λ ] = 400 ix 2.16

λy =

l0y iy

=

658.4 = 208.4 < [λ ] = 400 3.16

σ=

N max 267.91×103 = = 194.7 N mm 2 < 204.3 N mm2 An 13.76 × 102

故强度满足要求。
3 .腹 杆 截 面 选 择

( 1 ) 杆 件 13 截 面 选 择
N13 = ?11.31KN , ly = 0.9l = 0.9 × 52 = 46.8cm

λx = λy = σ=

l0x 526.7 = = 243.8 < [λ ] = 400 ix 2.16 l0y iy

=

658.4 = 208.4 < [λ ] = 400 3.16

N max 267.91×103 = = 194.7 N mm 2 < 204.3 N mm2 13.76 × 102 An

选 用 截 面 ┌ 20 × 4

A = An = 1.46cm 2 , iy = 0.38cm

λy =

l0y iy

=

46.8 = 123.8 < [λ ] = 150, 属b类截面 0.38
468 = 12.6 20

b t = 20 4 = 5 < 0.54l0y b = 0.54 ×

λyz = λy (1 +

? 0.85 × 204 ? 0.85b 4 ) = 123.2 × ?1 + ? = 128.0 2 l0yt 2 4692 × 42 ? ?

查表得:? yz = 0.397

25

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σ=

N

? yz A

=

11.31×103 = 195.1N mm 2 < 204.3 N mm2 0.397 × 1.46 × 102

故强度满足要求。 ( 2) 杆 件 14 截 面 选 择
N14 = ?22.74 KN , l0x = 0.8l = 0.8 × 104 = 83.2cm, l0y = 104.0cm

选 用 截 面 ┐┌ 25 × 4

A = An = 3.72cm 2 , ix = 0.74cm, iy = 1.38cm

λx = λy =

l0x 83.2 = = 112.4 < [λ ] = 150, 属b类截面 ix 0.74 l0y iy = 104.0 = 75.4 < [ λ ] = 150, 属b类截面 1.38
1040 = 24.1 25

b t = 25 4 = 6.25 < 0.58l0y b = 0.58 ×

λyz = λy (1 +

? 0.475 × 254 ? 0.475b 4 ) = 75.4 × ?1 + = 76.2 2 2 2 ? l0yt 2 ? 1040 × 4 ?

查表得:? x = 0.478, ? yz = 0.708

σ=

N

?min A

=

22.74 × 103 = 127.9 N mm 2 < f = 204.3 N mm 2 2 0.478 × 3.72 × 10

( 3 ) 杆 件 15 截 面 选 择

N15 = ?45.25 KN , l0x = 0.8l = 0.8 × 208 = 166.4cm, l0y = 208.0cm
选 用 截 面 ┐ ┌ 40 × 4

A = An = 6.17cm 2 , ix = 1.22cm, iy = 1.96cm

λx = λy =

l0x 166.4 = = 136.4 < [λ ] = 150, 属b类截面 ix 1.22 l0y iy =
208.0 = 106.1 < [ λ ] = 150, 属b类截面 1.96 2080 = 30.2 40

b t = 40 4 = 10 < 0.58l0y b = 0.58 ×

λyz = λy (1 +

? 0.475 × 404 ? 0.475b 4 ) = 106.1× ? 1 + ? = 108.0 2 l0yt 2 20802 × 42 ? ?

查表得:? x = 0.359, ? yz = 0.505

26

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σ=

N

?min A

=

45.25 × 103 = 204.3 N mm 2 ≤ f = 204.3 N mm 2 0.359 × 6.17 ×10 2

( 4) 杆 件 16 截 面 选 择
N16 = 17.62 KN , l0y = 164.5cm

选 用 截 面 ┌ 25 × 4

A = An = 1.86cm 2 , iy = 0.48cm

λy = σ=

l0y iy

=

164.5 = 342.7 < [λ ] = 150, 属b类截面 0.48

N 17.62 ×103 = = 94.7 N mm 2 < 204.3 N mm 2 An 1.86 × 102

故强度满足要求。 ( 5) 杆 件 17、 18 截 面 选 择 杆 件 17、 18 选 为 相 同 截 面 N max = N18 = 53.58 KN , l0x = 164.5cm, l0y = 329cm 选 用 截 面 ┐┌ 25 × 4

A = An = 3.72cm 2 , ix = 0.74cm, iy = 1.38cm

λx = λy = σ=

l0x 164.5 = = 222.3 < [λ ] = 400 ix 0.74 l0y iy = 329 = 238.4 < [λ ] = 400 1.38

N max 53.58 ×103 = = 144.6 N mm2 < 204.3 N mm 2 2 An 3.72 ×10

故强度满足要求。 ( 6 ) 杆 件 19、 20、 21 截 面 选 择 杆 件 19、 20、 21 选 为 相 同 截 面
N max = N 21 = 125.02 KN , l0x = 329cm, l0y = 658cm

选 用 截 面 ┐ ┌ 40 × 4

A = An = 36.17cm 2 , ix = 1.22cm, iy = 1.96cm

λx =

l0x 329 = = 269.8 < [λ ] = 400 ix 1.22

27

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λy =

l0y iy

=

658 = 335.7 < [λ ] = 400 1.96

σ=

N max 125.02 × 103 = = 202.6 N / mm 2 < 204.3 N / mm 2 An 6.17 × 102

故强度满足要求。 ( 7) 杆 件 22 截 面 选 择 N = 0 KN , l0 = 0.9l = 0.9 × 395 = 355.5cm 选 用 截 面 ┘┌ 50 × 4

A = An = 7.794cm2 , iy = 1.94cm

λy =

l0 355.5 = = 183.2 < [ λ ] = 200 iy 1.94

长细比满足要求。 将 以 上 计 算 结 果 汇 总 列 表 如 表 4.2 所 示
表 4.2 屋 架 杆 件 截 面 选 用 表 杆 件 名 称 上 弦 杆 下 弦 杆 13 14 腹 杆 15 16 18 21 22 -11.31 -22.74 -45.25 17.62 53.58 125.02 0 ┌ 20 × 4 ┐┌ 25 × 4 ┐┌ 40 × 4 └ 25 × 4 ┐┌ 25 × 4 ┐┌ 40 × 4 ┘┌ 50 × 4 1.46 3.72 6.17 1.86 6.18 7.8 11.14 128.0 112.4 136.4 76.2 108.0 150 150 150 400 400 400 200 0.397 0.478 0.359 — — — — — — — 94.7 144.0 202.6 — 195.1 127.9 204.3 — — — — 204.3 9 326.4 ┘└ 70 × 5 13.76 243.8 208.4 400 — 194.7 — 1 -351.7 ┐┌ 90 × 7 24.6 56.2 55.0 150 0.827 — 183.1 杆 件 编 号 内力 截面规 格 (mm) A cm 2

N

KN

λx

λyz

[λ ]

?min

σ

?min A

[f]

0.48 222.3 269.8 238.4 335.7

183.2

28

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4.2.9 节 点 连 接 计 算
1.支 座 节 点 “ 1” 如 图 4.13) (

图 4.13 支 座 节 点 详 图

为 了 便 于 施 焊 , 下 弦 肢 背 与 支 座 底 板 顶 面 的 距 离 取 为 125mm, 螺 栓 用 2M20。 在 节 点 中 心 线 设 置 加 劲 肋 , 加 劲 肋 高 度 与 节 点 板 高 度 相 等 。 ( 1) 支 座 底 板 的 设 计 计 算

支座反力:R = 8 × 11.91 + (1.2 × 0.3 + 1.4 × 0.7 ) × 0.74 × 6 = 101.2 KN 设a = b = 120mm, a1 = 2a = 169.7mm, b1 = a1 2 = 84.8mm
底板承压面积:A n = 240 × 240 ? π × 202 ? 2 × 40 × 50 = 52300mm2 板下压应力:q =

R 101.2 × 103 = = 1.93 N mm2 An 52300

b 底板弯矩:1 = 0.5, 查表得β = 0.06 a1 M = β qa12 = 0.06 × 1.93 × 169.7 2 = 3334.8 N mm 2

支座底板厚度:t ≥ 6M f = 6 × 3334.8 215 = 9.6mm, 取12mm
( 2) 加 劲 肋 与 节 点 板 连 接 焊 缝 假 设 一 块 加 劲 肋 承 受 屋 架 支 座 反 力 的 1/4,则 焊 缝 受 剪 力 、弯 矩 为 :
V= 1 1 R = ×101.2 = 25.3KN 4 4 120 ? 20 = 1265 KN m 2 hf = 6mm, lw = 160 ? 20 × 2 ? 2hf = 108mm

M = 25.3 ×

设焊缝

焊条应力为:
29

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? ? ? ? V 6M ? ? +? 2 ? ? 2 × 0.7 h f lw ? ? 2 × 0.7 β f h f lw ?
2

2

2

? 25.3 × 103 ? ? ? 6 ×1265 × 103 = ? ? +? 2 ? ? 2 × 0.7 × 6 × 108 ? ? 2 × 0.7 × 1.22 × 6 × 108 ? = 69.4 N / mm 2 < f f w = 160 N / mm 2 焊缝强度满足要求。 (3)支 座 底 板 连 接 焊 缝

2

假 设 焊 缝 传 递 全 部 支 座 反 力 R = 101.2 KN , 设 hf = 10mm , 则

∑l

w

= 2 × (240 ? 2hf ) + 4 × (120 ? 4 ? 10 ? 2hf ) = 808mm
R 101.2 × 103 = 0.7 β f hf ∑ lw 0.7 × 1.22 × 8 × 8.8

τf =

= 18.3N / mm 2 < f f w = 0.95 × 160 = 152 N / mm 2
(4)上 弦 杆 与 节 点 板 的 连 接 计 算 错误!未找到引用源。槽焊缝验算 节点板和上弦角钢肢背采用槽焊缝连接,假定槽焊缝只承受屋面集 中荷载 P ,节点板与上弦角钢肢尖采用双面角焊缝连接,承担上弦内力 差 ?N , 节 点 “ 1” 槽 焊 缝 hf = 0.5t1 = 4mm , 则 lw = 520 ? 2 × 4 = 510mm

σf =

11.91× 103 P = 2 × 0.7 hf lw 2 × 0.7 × 4 × 512

= 4.2 N / mm2 < f fw = 152 N / mm2
可见,塞焊缝一般不控制,仅需验算肢尖焊缝。 错误!未找到引用源。肢尖焊缝验算: 上 弦 采 用 等 边 角 钢 , 肢 尖 角 焊 缝 焊 脚 尺 寸 hf2 = 5mm , 则
lw = 520 ? 2hf2 = 510mm

上 弦 杆 内 力 N = ?282.67 KN , 偏 心 距 e=65mm

σf = τf =

6M 6 × 282.67 × 103 × 65 = = 60.6 N / mm 2 2 2 2 × 0.7 hf2lw 2 × 0.7 × 5 × 510

N 282.67 ×103 = = 79.2 N / mm 2 2 × 0.7 hf2lw 2 × 0.7 × 5 × 510

30

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? σf ? ? 60.6 ? 2 2 2 w 2 ? ? +τf = ? ? + 79.2 = 93.5 N / mm < f f = 152 N / mm 1.22 ? βf ? ? ?
2

2

2.上 弦 节 点 “ 2” 节点板与上弦的连接焊缝:节点板与上弦角钢肢背采用槽焊缝,假 定 槽 焊 缝 只 承 受 屋 面 集 中 荷 载 P,P = 11.91KN , 与 肢 尖 采 用 双 面 角 焊 缝 ,
承 受 上 弦 内 力 差 ?N 。 节 点 “ 2” 槽 焊 缝 不 控 制 , 仅 需 验 算 肢 尖 焊 缝 。 上 弦 采 用 等 边 角 钢 , 尖 角 焊 缝 焊 脚 尺 寸 hf2 = 5mm , lw = 100 ? 2hf2 = 90mm 肢 则 上 弦 杆 内 力 差 ?N = ?287.68 ? ( ?276.86 ) = ?8.81KN , 偏 心 距 e=65mm

σf = τf =

6M 6 × 8.81× 103 × 65 = = 60.6 N / mm2 2 2 2 × 0.7 hf2lw 2 × 0.7 × 5 × 90

N 8.81× 103 = = 14.0 N / mm 2 2 × 0.7 hf2lw 2 × 0.7 × 5 × 90
2 2

? σf ? ? 60.6 ? 2 2 2 w 2 ? ? +τf = ? ? + 14.0 = 51.6 N / mm < f f = 152 N / mm ? 1.22 ? ? βf ?
肢间焊缝满足要求。 3.上 弦 节 点 “ 5” ( 如 图 4.14) 因为上弦杆间内力相差不大,节点板的尺寸大,故不需要验算。

图 4.14 节 点 5 详 图

31

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4.屋 脊 节 点 “ 9” ( 如 图 4.15)

图 4.15 屋 脊 节 点 详 图

屋 脊 节 点 荷 载 P,P = 11.91KN , 假 定 由 角 钢 肢 背 塞 焊 缝 承 受 , 同 上 按
构造要求考虑,即可满足。上弦杆件与拼接角钢之间在接头一侧的焊缝 长度为:
' lw =

N + 2hf 4 × 0.7 hf f f w

256.0 + 2× 4 , 4 × 0.7 × 4 × 0.95 × 160 = 158.4mm

=

取 160mm,采 用 拼 接 角 钢 长 : l = 2 × 160 + 10 = 330mm ,实 际 取 拼 接 角 钢 总 长 为 350mm, 弦 杆 与 节 点 板 的 连 接 焊 缝 按 肢 尖 焊 缝 承 受 上 弦 杆 内 力 的 15% 上 则 计 算 , 钢 肢 尖 角 焊 缝 的 焊 脚 尺 寸 hf2 = 4mm , 角 钢 肢 尖 焊 缝 计 算 长 度 : 角

lw = 320 ×

3.16 ? 2 × 4 ? 10 = 320mm , 3

?N = 15% × 256 = 38.4 KN , e = 65mm

σf = τf =

6M 6 × 38.4 × 103 × 65 = = 20.9 N / mm 2 2 2 2 × 0.7 hf2lw 2 × 0.7 × 5 × 320 N 38.4 × 103 = = 17.1N / mm 2 2 × 0.7 hf2lw 2 × 0.7 × 5 × 320

32

单层钢结构厂房设计

? σf ? ? 20.9 ? 2 2 2 w 2 ? ? +τf = ? ? + 17.1 = 24.2 N / mm < f f = 152 N / mm 1.22 ? βf ? ? ?
2

2

肢间焊缝满足要求。 5.下 弦 跨 中 节 点 “21” ( 如 图 4.16)

图 4.16 下 弦 跨 中 节 点 详 图

拼 接 角 钢 与 下 弦 杆 用 相 同 规 格 , 选 用 ┘└ 70 × 5 , 拼 接 角 钢 与 下 弦 杆 的 角 焊 缝 的 焊 角 尺 寸 采 用 hf = 4mm , 弦 杆 与 拼 接 角 钢 之 间 在 接 头 一 侧 的 下 焊缝长度为:
' lw =

N + 2hf 4 × 0.7 hf f fw

13.76 × 10 2 × 0.95 × 215 + 2× 4 4 × 0.7 × 4 × 0.95 × 160 = 173mm =
取 175mm,拼 接 角 钢 长 度 l = 2 × 175 + 10 = 360mm ,下 弦 杆 与 节 点 板 的 连 接 焊 缝 按 杆 件 内 力 的 15%计 算 ,设 肢 背 焊 缝 的 焊 脚 尺 寸 hf = 4mm ,得 焊 缝 长 度 为:
' lw1 =

0.7 × 0.15 × 142.88 × 103 + 2 × 4 = 25.6mm 2 × 0.7 × 4 × 0.95 × 160 0.3 × 0.15 ×142.88 × 103 + 2 × 4 = 7.5mm 2 × 0.7 × 4 × 0.95 ×160

设 肢 尖 焊 缝 的 焊 脚 尺 寸 hf = 4mm , 得 焊 缝 长 度 为 :
' lw2 =

由以上计算可知,下弦角钢与节点板的焊缝长度按构造要求确定,取
100mm 。

33

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4.3 横 向 排 架 计 算
4.3.1 设 计 资 料
1、 单 层 双 跨 钢 结 构 厂 房 , 总 长 72m, 跨 度 30m, 柱 距 6m, 柱 顶 与 屋 架 铰 接,柱脚与基础刚接。 2、每 跨 内 设 2 台 30/5 吨 中 级 工 作 制 桥 式 吊 车 ,选 用 大 连 重 工 集 团 DSQD 型 30/5 吨 桥 式 吊 车 。 吊 车 梁 采 用 国 家 建 筑 标 准 设 计 图 集 SG520-1 ~ 2 中 的 GDL6-4。 3、 墙 体 材 料 : 标 高 1.2m 以 下 采 用 多 孔 砖 , 1.2m 以 上 采 用 压 型 钢 板 。 4、 主 要 结 构 构 件 采 用 Q235-B 钢 , 焊 条 采 用 E43 型 。

4.3.2 计 算 简 图
横 向 排 架 计 算 简 图 如 图 4.17 所 示

4.3.3 计 算 单 元
横 向 排 架 计 算 单 元 如 图 4.18 所 示

34

单层钢结构厂房设计

图 4.18 横 向 排 架 计 算 单 元

4.3.4 柱 截 面 特 征
1.边 柱 ( 中 柱 )
?1 1 ? ?1 1 ? 上 柱 截 面 : h = ? ~ ? H u = ? ~ ? ×1800 = 225 ~ 164mm ? 8 11 ? ? 8 11 ?

b = ( 0.45 ~ 1.0 ) h = 74 ~ 225mm
1? 1? ?1 ?1 下 柱 截 面 : h = ? ~ ? H = ? ~ ? × 9500 = 594 ~ 792mm ? 12 16 ? ? 12 16 ?

b = ( 0.4 ~ 0.55 ) h = 238 ~ 436mm
2 .柱 截 面 选 择

综合上面计算结果、屋架安装、天沟排水等因素,选择情况如下 ( 1) 边 柱 ( 见 图 4.19 )

图 4.19 边 柱 截 面 尺 寸

上 柱 : A = 25 × 1.6 × 2 + 26.8 × 1.0 = 106.8cm 2
Iu = 1 × (25 × 303 ? 24 × 26.83 ) = 11752cm 4 12

下 柱 : A = 35 × 2 × 2 + 56 × 1.0 = 196cm 2

35

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Il =

1 × (35 × 603 ? 34 × 563 ) = 132421cm 4 12

比值: n =

I u 11752 H 1.8 = = 0.134, λ = u = = 0.19 I l 132421 H 9.5

( 2) 中 柱 ( 见 图 4.20 )

图 4.20 中 柱 截 面 尺 寸

上 柱 : A = 35 × 2 × 2 + 46 × 1.0 = 186cm 2
Iu = 1 × (35 × 503 ? 34 × 463 ) = 88798cm 4 12

下 柱 : A = 40 × 2 × 2 + 66 × 1.0 = 226cm 2
Il = 1 × (40 × 703 ? 39 × 663 ) = 208971cm 4 12 I u 88798 H 1.8 = = 0.425, λ = u = = 0.19 I l 208971 H 9.5

比值: n =

4.3.5 荷 载 计 算
1 .恒 荷 载

( 1) 屋 架 结 构 自 重 压型钢板自重 檩条自重 屋架及支撑自重 合计 0.1 KN / m 2 0.05 KN / m 2 0.15 KN / m 2 0.3 KN / m 2

则作用在横向平面排架一端柱顶的屋盖结构自重为 G 1 = 1.2 × 0.3 × 12 × 6 = 25.9 KN e1 = 0 (屋 架 支 座 与 上 柱 中 心 线 重 合 )

36

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(2)柱 自 重 1) 边 柱 上 柱 : G 2 = 1.2 × 78.5 × 0.01068 × 1.8 = 1.81KN
e2 = hl hu 600 300 ? = ? = 150mm 2 2 2 2

下 柱 : G 3 = 1.2 × 78.5 × 0.0196 × 7.7 = 14.22 KN
e3 = 0

2) 中 柱 上 柱 : G 2 = 1.2 × 78.5 × 0.0186 × 1.8 = 3.51KN
e2 = hl hu 700 500 ? = ? = 100mm 2 2 2 2

下 柱 : G 3 = 1.2 × 78.5 × 0.0226 × 7.7 = 16.39 KN
e3 = 0

(3)吊 车 梁 及 轨 道 自 重 吊 车 梁 选 用 国 家 建 筑 标 准 设 计 图 集 SG520-1 2 中 的 GDL6-4, 自 重 589kg,轨 道 选 用 38kg/m。
G 4 = 1.2 × (0.589 + 0.038) × 6 × 10 = 9.8 KN 2 .活 荷 载 Q 1 = 1.4 × 0.7 × 6 × 12 = 70.56 KN 3 .吊 车 荷 载

由 大 连 重 工 DSQD 型 桥 式 吊 车 数 据 表 查 得
P
max,k

= 77 KN , P

min,k

= 34 KN , B = 4770mm, K = 4000mm

根 据 B与K 及 反 力 影 响 线 , 可 算 得 与 各 轮 对 应 的 反 力 影 响 线 竖 标 ( 见 图
4.21 ) 于 是 可 求 得 作 用 于 柱 上 的 吊 车 垂 直 荷 载 ,
D
max

= βγ Q Pmax,k ∑ yi = 0.9 × 1.4 × 77 × (1 + 0.87 + 0.21 + 0.27) = 227.6 KN

D

max

=

Pmin D Pmax

max

=

34 × 227.6 = 100.5 KN 77

37

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e4 = 750 ? 300 = 450mm ( 边 柱 )

e4 = 750mm ( 中 柱 )

图 4.21 吊 车 荷 载 及 反 力 影 响 线

作用于每个轮子上的吊车水平制动力设计值
1 1 T k = α m2 + Q)g = × 0.12 × (1.698 + 5) × 10 = 2.01KN ( 4 4

α — 吊 车 横 向 水 平 荷 载 系 数 , 本 工 程 α 取 为 0.12
T
max

=

Tk D Pmax,k

max

=

2.01 × 227.6 = 5.94 KN 77

其作用点到柱顶的垂直距离 y = H u ?he = 1800 ? 450 = 1350mm ( he 为 吊 车 梁 高 )

y 1350 = = 0.75 H u 1800 4 .风 荷 载
该 地 区 基 本 风 压 ω0 = 0.35 KN m 2 ,对 于 大 城 市 市 郊 ,风 压 高 度 变 化 系 数 ? z 按 B 类 地 区 考 虑 , 对 q、q ' 按 柱 顶 标 高 8.5m 考 虑 , 查 《 荷 载 规 范 》 得 ?z =1.0; 风 荷 载 体 型 系 数 ?z 的 分 布 如 图 4.22 所 示

图 4.22 风 荷 载 体 型 系 数

38

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Fw = γ Q ( ?s1 ? ?s2 + ?s3 ? ?s4 ) h?zω0 B = 1.4 × 0.01× 3.95 × 1.0 × 0.35 × 6 = 0.11KN
q = γ Q ?s1?zω0 B = 1.4 × 0.8 × 1.0 × 0.35 × 6 = 2.35 KN m q ' = γ Q ?s2 ?zω0 B = 1.4 × 0.4 ×1.0 × 0.35 × 6 = 1.18 KN m

4.3.6 内 力 计 算
1 .恒 荷 载 作 用

( 1) 在 G 1 作 用 下 M M
11

= G 1 e 1 = 0 KN m = G 1 e 2 = 25.9 × 0.15 = 3.9 KN m

12

已 知 n =0.134, λ =0.19
1 ? ? 1? ? 1 ? λ 2 ?1 ? ? 1 ? 0.192 ?1 ? ? 3 ? n? = 3 ? 0.134 ? = 1.77 C1 = 2 ?1 ? 2 ? 1 ? 1 + λ 3 ? ? 1? 1 + 0.193 ? ? 1? ?n ? ? 0.134 ?

C2 =

3 2

1? λ 2 3 1 ? 0.192 = = 1.17 1 ? 2 ? 2?1 2? 1 + λ ? ? 1? 1 + 0.19 ? ? 1? ?n ? ? 0.134 ?

故 在 M 11 , M 12 作 用 下 不 动 铰 支 承 的 柱 顶 反 力
R 11 = ?C1 R 12 = ?C2 M 11 = 0 KN H M 12 3.9 = ?1.17 × = ?0.48 KN H 9.5

因 此 在 M 11 , M 12 共 同 作 用 下 不 动 铰 支 承 的 柱 顶 反 力
R 1 = R 11 + R 12 = 0 ? 0.48 = ?0.48 KN

相 应 的 弯 矩 如 图 4.23a 所 示 ( 2) 在 G 2 作 用 下
M
22

= ?G 2 e 2 = ?1.81× 0.15 = ?0.27 KN

相 应 的 弯 矩 如 图 4.23b 所 示 ( 3) 在 G 4 作 用 下

39

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M

44

= ?G 4 e 4 = 9.8 × 0.45 = 4.41KN

相 应 的 弯 矩 如 图 4.23c 所 示 , 将 图 4.23a、 b、 c 的 弯 矩 图 叠 加 , 得 在 G 1 、 G 2 、 G 3 和 G 4 共 同 作 用 下 的 恒 荷 载 弯 矩 图 ( 4.23d) 相 应 的 轴 力 图 如 图 , 4.23e 所 示 。 柱 在 对 称 恒 荷 载 作 用 下 只 承 受 轴 力 作 用 , 力 N 图 如 图 4.23f B 轴 所示。 2.屋 面 活 荷 载 作 用 下 Q 1 与 G 1 同 为 对 称 荷 载 ,且 作 用 位 置 相 同 ,仅 数 值 大 小 不 同 。故 由 G 1 的 内 力 图 按 比 例 求 得 Q1 的 内 力 图 。
R
Q1

= R1

Q1 70.56 = 0.73 × = 1.99 KN 25.9 G1

相 应 的 M 图 和 N 图 如 图 4.24a 、 b 所 示 。 同 理 , B 轴 在 活 荷 载 作 用 下 只 受 N, N 图 如 图 4.24c 所 示 。

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

图 4.23 恒 荷 载 作 用 下 的 内 力 图

(a)

(b)

(c)

图 4.24 活 荷 载 作 用 下 的 内 力 图

40

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3.吊 车 荷 载 ( 考 虑 厂 房 整 体 空 间 工 作 ) 厂 房 总 长 72m, 跨 度 30m, 吊 车 起 重 量 为 30/5t, 厂 房 空 间 作 用 分 配 系 数 ? =0.85 ( 1) 吊 车 垂 直 荷 载 作 用 下 D max 作 用 在 A 柱 的 情 况 V
Amax

= ?0.5 ?( 2 ? ? ) M Dmax + ? M Dmin ? ? ?

he H 0.45 9.5

= ?0.5 × ?( 2 ? 0.85 ) × 227.6 × 0.45 + 0.85 × 100.5 × 0.45? × ? ? = ?3.7 KN V
Bmax

= 0.5 ? ? M Dmax + ( 2 ? ? ) M Dmin ? ? ?

he H 0.45 9.5

= 0.5 × ?0.85 × 227.6 × 0.75 + ( 2 ? 0.85 ) × 100.5 × 0.75? × ? ? = 5.49 KN D max 作 用 在 B 柱 的 情 况 V'
Bmax

= ?0.5 ?( 2 ? ? ) M Dmax + ? M Dmin ? ? ?

he H 0.45 9.5

= ?0.5 × ?( 2 ? 0.85 ) × 227.6 × 0.75 + 0.85 × 100.5 × 0.75? × ? ? = ?6.17 KN V'
Amax

= 0.5 ? ? M Dmax + ( 2 ? ? ) M Dmin ? ? ?

he H 0.45 9.5

= 0.5 × ?0.85 × 227.6 × 0.45 + ( 2 ? 0.85 ) × 100.5 × 0.45? × ? ? = 3.3KN 相 应 的 弯 矩 图 分 别 如 图 4.25a、 b 所 示 。

(a)
图 4.25 吊 车 垂 直 荷 载 作 用 下 的 内 力 图

(b)

41

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( 2) 吊 车 水 平 荷 载 作 用 下 1) T max 从 左 向 右 作 用 在 A、 B 柱 的 情 况 , 柱 顶 剪 力 可 按 下 列 公 式 计 算 :

V

TA

=V

TB

= ? (1 ? ? ) C5Tmax

当 y = 0.7 H u 时
? 0.243 ? ? 0.243 ? 2 ? 2.1λ + λ 3 ? + 1? 2 ? 2.1× 0.19 + 0.193 ? + 1? ? n ?= ? 0.134 ? = 0.77 C5 = ? ? ? 1 ?? ? 1 ?? 2 ?1 + λ 3 ? ? 1 ? ? 2 ?1 + 0.193 ? ? 1?? ? n ?? ? 0.134 ? ? ? ?

当 y = 0.8 H u 时
? 0.112 ? ? 0.112 ? 2 ? 2.4λ + λ 3 ? + 0.4 ? 2 ? 2.4 × 0.19 + 0.193 ? + 0.4 ? ? n ?= ? 0.134 ? = 0.74 C5 = ? 1 ?? ? 1 ? ? ? ? 2 ?1 + λ 3 ? ? 1? ? 2 ?1 + 0.193 ? ? 1? n ?? 0.134 ? ? ? ? ? ? ?

本 设 计 y = 0.75 H u , 用 内 插 法 求 得
C5 = 0.77 ? 0.77 ? 0.74 × 0.05 = 0.755 0.1

VTA = VTB = ?(1 ? ? )C5Tmax = ?(1 ? 0.85) × 0.755 × 5.94 = ?0.67 KN

相 应 的 弯 矩 图 如 图 4.26a 所 示 。 2) T max 从 右 向 左 作 用 在 A 、 B 柱 的 情 况 , 柱 顶 剪 力 可 按 下 列 公 式 计 算 :

V

TA

=V

TB

= ? (1 ? ? ) C5Tmax

当 y = 0.7 H u 时
? 0.243 ? ? 0.243 ? 2 ? 2.1λ + λ 3 ? + 1? 2 ? 2.1× 0.19 + 0.193 ? + 1? ? n ?= ? 0.425 ? = 0.8 C5 = ? ? ? 1 ?? ? 1 ?? 2 ?1 + λ 3 ? ? 1? ? 2 ?1 + 0.193 ? ? 1? ? ? n ?? ? 0.425 ? ? ? ?

当 y = 0.8 H u 时
? 0.112 ? ? 0.112 ? 2 ? 2.4λ + λ 3 ? + 0.4 ? 2 ? 2.4 × 0.19 + 0.193 ? + 0.4 ? ? n ?= ? 0.425 ? = 0.77 C5 = ? ? ? 1 ?? ? 1 ?? ? 1? ? 2 ?1 + λ 3 ? ? 1? ? 2 ?1 + 0.193 ? ? n ?? ? 0.425 ? ? ? ?

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本 设 计 y = 0.75 H u , 用 内 插 法 求 得
C5 = 0.8 ? 0.8 ? 0.77 × 0.05 = 0.785 0.1

VTA = VTB = ?(1 ? ? )C5Tmax = ?(1 ? 0.85) × 0.785 × 5.94 = ?0.7 KN

相 应 的 弯 矩 图 如 图 4.26b 所 示 。

(a)
图 4.26 吊 车 水 平 荷 载 作 用 下 的 内 力 图

(b)

4 .风 荷 载

( 1) 风 从 左 向 右 吹
1) 计 算 剪 力 分 配 系 数

λ=

H u 1.8 = = 0.19 H 9.5

nA = nC = nB =

I u 11752 = = 0.134 I l 132421

Iu 88798 = = 0.425 I l 208971

由 公 式 C0 =

3 计算得: ? 3?1 1 + λ ? ? 1? ?n ?

C0 =2.87 ( A 、 C 柱 ) C0 =2.97 ( B 柱 ) ,

δA = δC = δB =

H l3 H l3 H3 = = 0.263 ×10 ?9 l Ec I l C0 Ec × 1.32421× 109 × 2.87 Ec

H l3 H l3 H3 = = 0.161× 10?9 l Ec I l C0 Ec × 208971× 109 × 2.97 Ec

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剪力分配系数
109 Ec δ 0.263 H l3 = 0.28 ηA = ηC = i = 1 ? 109 109 ? Ec ∑ δ ? 0.263 × 2 + 0.161 ? H 3 i ? ? l 1

ηB = 1 ? 0.28 × 2 = 0.44
2) 计 算 各 柱 顶 剪 力

先 分 别 计 算 Fw , q1 , q2 作 用 下 的 内 力 , 然 后 进 行 叠 加 。
? ? ? 1 ?? ? 1 ?? ? 1?? 3 ?1 + λ 4 ? ? 1? ? 3 ?1 + 0.194 ? ? n ?? ? 0.134 ? ? C11 = ? = ? = 0.36 ? ? 1 ?? ?? 3?1 3? ? 1? ? 8 ?1 + λ ? ? 1? ? 2 ?1 + 0.19 ? ? n ?? ? 0.134 ? ? ? ?

错 误 ! 未 找 到 引 用 源 。 在 q1 作 用 下 , A 支 座 反 力 RA = q1 HC11 = 2.35 × 9.5 × 0.36 = 8.04 KN 错 误 ! 未 找 到 引 用 源 。 在 q2 作 用 下 , C 支 座 反 力 RC = q2 HC11 = 1.18 × 9.5 × 0.36 = 4.04 KN 错误!未找到引用源。求各柱顶剪力

VA = ηA ( RA + Fw + RC ) ? RA = 0.28 × ( 8.04 + 0.11 + 4.04 ) ? 8.04 = ?4.63KN VB = η B ( RA + Fw + RC ) = 0.44 × ( 8.04 + 0.11 + 4.04 ) = 5.36 KN VC = ηC ( RA + Fw + RC ) ? RC = 0.28 × ( 8.04 + 0.11 + 4.04 ) ? 4.04 = 0.63KN
各 柱 计 算 简 图 与 弯 矩 图 如 图 4.27a 、 b 所 示

(a)

(b)

图 4.27 风 荷 载 作 用 下 的 计 算 简 图 及 内 力 图

44

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( 2) 风 从 左 向 右 吹 在 这 种 情 况 下 ,结 构 对 称 、荷 载 方 向 相 反 ,故 受 力 与 风 从 左 向 右 吹 相 反 。

4.3.7 内 力 组 合
由 于 本 设 计 结 构 对 称 ,故 只 需 对 A、B 柱 进 行 最 不 利 内 力 组 合 ,其 步 骤如下: 1.确 定 需 要 单 独 考 虑 的 荷 载 项 目 。 工 程 为 不 考 虑 地 震 作 用 的 两 跨 排 架 , 本 共有八种需要单独考虑的荷载项目。 2.将 各 种 荷 载 作 用 下 设 计 控 制 截 面 ( 1-1, 2-2, 3-3) 的 内 力 M、 N( 3-3 截 面 还 有 剪 力 V) 填 入 组 合 表 ( 表 4.3) 填 表 时 注 意 有 关 内 力 符 号 的 规 , 定。 3.根 据 最 不 利 又 最 可 能 的 原 则 , 确 定 每 一 内 力 组 的 组 合 项 目 , 并 算 出 相 应的内力的组合值。计算中,当风荷载与活荷载(包括吊车荷载)同时 考 虑 时 , 除 恒 荷 载 外 , 其 余 荷 载 作 用 下 的 内 力 均 乘 以 0.85 的 组 合 系 数 。 排 架 柱 全 部 内 力 组 合 计 算 结 果 列 入 表 4.3。

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表 4.3 排架柱内力组合表
屋面活 荷载

恒荷载

吊车荷载

风荷载

内力组合

柱 号

截 面

G1、G2 G3、G4


Tmax Q1 Dmax Dmin
从左 到右 ② 2.35 70.56 3 70.56 13.1 70.56 1.31 0 141.12 0 141.12 0 141.12 0 ③ -6.3 0 94.8 230.6 66.3 230.6 -3.5 -12.1 0 160.6 230.6 112.1 230.6 -6.17 ④ -5.9 0 39.3 102.1 13.9 102.1 3.3 -9.9 0 65.5 102.1 23.2 100.5 5.49 ⑤ 1.46 0 1.46 0 42 0 17.2 -1.46 0 -1.46 0 -42 0 17.2

Tmax
从右 到左 ⑥ -1.41 0 -1.41 0 -41.8 0 -17.2 1.41 0 1.41 0 41.8 0 -17.2 ⑦ -4.98 0 -4.98 0 59.69 0 17.6 -10.37 0 -10.37 0 -54.72 0 5.87 ⑧ -0.53 0 -0.53 0 -45.9 0 -12.09 10.37 0 10.37 0 54.72 0 -5.87 左风 右风

N max 及 M 、N
项目 ①+②+ ③+⑥ ①+②+ ③+⑤ ①+②+ ③+⑤ ①+②+ ③+⑤ ①+②+ ③+⑥ ①+②+ ③+⑥ 组合 值 -4.9 98.27 101.36 335.67 127.2 349.89 15.29 -12.56 196.07 161.01 443.27 153.9 459.66 -23.37

N min 及 M 、N
项目 ①+0.85 (③+⑥+⑦) ①+⑦ 组合值 -10.2665 27.71 -3.88 37.51 64.49 ①+⑦ ①+0.85 (③+⑤+⑦) ①+⑧ 51.73 18.08 -19.4905 54.95 10.37 74.55 54.72 ①+⑧ 90.94 -5.87

M

max



N、V
项目 ①+0.85 (③+⑥+⑦) ①+0.85 (③+⑤+⑧) ①+0.85 (②+③+⑤+ ⑦) ①+0.85 (③+⑤+⑦) ①+0.85 (③+⑥+⑧) ①+0.85 (②+③+⑥+ ⑧) 组合值 -11.1223 26.71 82.3205 230.97 159.5765 304.166 29.0285 -19.4905 55.05 145.673 268.01 177.327 404.352 -25.054

11 A C 柱 22 33 11 B 柱 22 33

M N M N M N V M N M N M N V

0.86 27.71 1.1 37.51 4.8 51.73 0.48 0 54.95 0 74.55 0 90.94 0

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4.4 实 腹 式 柱 设 计
4.4.1 设 计 资 料
1. 边 柱 特 征 ( 1)计 算 假 定 :柱 子 为 单 跨 单 层 厂 房 边 柱 ,上 柱 与 屋 架 铰 接 ,下 柱 与 基 础刚接。 ( 2) 采 用 整 体 式 柱 脚 , 基 础 混 凝 土 强 度 等 级 为 C20。 ( 3) 钢 材 采 用 Q235-B, 钢 柱 主 焊 缝 采 用 自 动 焊 , 手 工 焊 焊 条 采 用 E43 型。 2. 内 力 情 况 根据上面计算结果选用最不利组合如下: 边 上 柱 : N = 335.67 KN , M = 101.36 KN m 边 下 柱 : N = 349.89 KN , M = 127.2 KN m 中 上 柱 : N = 443.3KN , M = 161.0 KN m 中 下 柱 : N = 459.7 KN , M = 153.9 KN m

4.4.2 边 柱 设 计
1 .截 面 特 征

边 柱 截 面 特 征 见 表 4.4
表 4.4 边 柱 截 面 特 征 名称 上柱 下柱

A(cm 2 )
106.8 196

I x (cm 4 )
17752 134221

I y (cm 4 )
4196 14296

Wx (cm3 )
1183 4414

Wy (cm3 )
333.5 816.9

ix (cm)
12.89 25.99

iy (cm)
6.25 8.54

2. 计 算 长 度

( 1 ) 排 架 平 面 内 计 算 长 度 H1x、H 2x 上 柱 : N1 = 335.67 KN , H1 = 1.8m, I1 = 17752cm 4 下 柱 : N 2 = 349.89 KN , H 2 = 7.7 m, I 2 = 132421cm 4
k1 = I1 H 2 132421× 7.7 = = 0.57 I 2 H1 17752 × 1.8

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η1 =

H1 H2

N1 I 2 1.8 = N 2 I1 7.7

335.67 × 132421 = 0.63 349.89 ×17752

查 表 得 计 算 长 度 系 数 ? = 2.54 ,本 设 计 为 单 跨 单 层 厂 房 ,采 用 非 大 型 钢筋混凝土屋面板,无通长纵向水平支撑,查表得排架柱计算长度折减 系 数 ? s = 0.8 , 则 下 柱 计 算 长 度 系 数 : ?2 = ? s ? = 0.8 × 2.54 = 2.03 上 柱 计 算 长 度 系 数 : ?1 = 下柱计算长度: 上柱计算长度:

?2 2.03 = = 3.2 η1 0.63

H 2x = ? 2 H 2 = 2.03 × 7.7 = 15.6m H1x = ?1 H1 = 3.2 × 1.8 = 5.8m

( 2 ) 排 架 平 面 内 外 计 算 长 度 H1y、H 2y
因在柱顶及上下柱交界处布置支撑,则上下柱在平面外计算长度为 上 柱 : H1y = 1.8m , 下 柱 : H 2y = 7.7 m 3.上 柱 截 面 验 算 ( 1) 强 度 验 算 查 表 得 γ x = 1.05

σ=

N Mx 335.67 × 103 101.36 ×106 + = + An γ xWx 106.8 × 102 1.05 × 1183 × 103

= 113.03 N mm 2 < f y = 215 N mm 2 , 满足
( 2) 排 架 平 面 内 稳 定 验 算

H1x = 5.8m, λ =
' N Ex =

H1x 580 = = 45 < [λ ] = 150 12.89 ix

π 2 EA π 2 × 206 × 103 × 106.8 × 102 = = 10722.9 KN 1.1λx2 1.1× 452

上 柱 属 b 类 截 面 , 查 表 得 ? x = 0.878, β mx = 1.0

48

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N + ?x A

β mx M x γ xWx ?1 ? 0.8
? N ? ' ? N Ex ? 1.0 × 101.36 × 106 355.67 ? ? 1.05 ×1183 ×103 × ?1 ? ? ? 10722.9 ?

? 355.67 × 103 = + 0.878 × 106.8 × 102

= 121.7 N mm 2 < f y = 215 N mm 2
排架平面内稳定。 ( 3) 排 架 平 面 外 稳 定 验 算
H1y = 1.8m, λ = H1y iy = 180 = 28.8 < [λ ] = 150 6.25

按 b 类 截 面 , 查 表 得 ? y = 0.84 整体稳定性系数计算
28.82 ? b = 1.07 ? = 1.07 ? = 1.05 > 0.6 44000 235 44000
y

λ2

fy

?b 大 于 1 , 取 ? b = 1.0 计 算
β M N 355.67 × 103 1.0 ×1.0 × 101.36 × 106 + η tx x = + 1.0 × 1183 × 103 ?y A ? bW1x 0.84 ×106.8 × 102
= 121.1 N mm 2 < f y = 215 N mm 2

排架平面外稳定。 ( 4) 局 部 稳 定 性 验 算 计 算 应 力 梯 度 α0

σ max = σ min =
α0 =

N M x h0 355.67 × 103 101.36 × 106 268 + = + × = 34.5 N mm 2 A Ix 2 106.8 × 10 2 17752 × 104 2 N M x h0 355.67 × 103 101.36 × 106 268 ? = ? × = 32.1 N mm 2 A Ix 2 106.8 ×10 2 17752 × 104 2

σ max ? σ min 34.5 ? 32.1 = = 0.07 < 1.6 34.5 σ max

h0 268 235 = < (16α 0 + 0.5λx + 25 ) fy 腹 板 : t w 10
= (16 × 0.07 + 0.5 × 45 + 25 ) = 48.6

翼缘:

b 125 ? 5 235 = = 7.5 < 13 = 13 t 16 fy
49

西南石油大学本科毕业设计

腹板及翼缘宽厚比均满足要求。 4.下 柱 截 面 验 算 ( 1) 强 度 验 算 查 表 得 γ x = 1.05

σ=

N Mx 349.89 × 103 127.2 × 106 + = + An γ xWx 196 × 102 1.05 × 4414 ×103

= 45.3 N mm 2 < f y = 215 N mm2 , 满足
( 2) 排 架 平 面 内 稳 定 验 算
H 2x = 15.6m, λ =
' N Ex =

H 2x 1560 = = 60 < [λ ] = 150 ix 25.99

π 2 EA π 2 × 206 × 103 × 196 × 102 = = 11069.3KN 1.1λx2 1.1× 602

上 柱 属 b 类 截 面 , 查 表 得 ? x = 0.807, β mx = 1.0

N + ?x A

β mx M x γ xWx ?1 ? 0.8
? N ? ' ? N Ex ? 1.0 × 127.2 × 106 349.89 ? ? 1.05 × 4414 ×103 × ?1 ? ? ? 11069.3 ?

? 349.89 × 103 = + 0.807 × 196 ×10 2

= 50.3 N mm 2 < f y = 215 N mm2
排架平面内稳定。 ( 3) 排 架 平 面 外 稳 定 验 算
H 2y = 7.7 m, λ = H 2y iy = 770 = 90.2 < [λ ] = 150 8.54

按 b 类 截 面 , 查 表 得 ? y = 0.62 整体稳定性系数计算

? b = 1.07 ?

λ2
y

fy

44000 235

= 1.07 ?

90.22 = 0.885 > 0.6 , 取 ? b = 0.885 44000

β M N 349.89 ×103 1.0 ×1.0 × 127.2 × 106 + η tx x = + 1.0 × 4414 × 103 ?y A ? bW1x 0.885 × 196 × 102
= 61.4 N mm 2 < f y = 215 N mm 2

排架平面外稳定。
50

单层钢结构厂房设计

( 4) 局 部 稳 定 性 验 算 计 算 应 力 梯 度 α0

σ max = σ min =
α0 =

N M x h0 349.89 × 103 127.2 × 106 560 + = + × = 44.8 N mm 2 2 4 196 ×10 132421× 10 2 A Ix 2 N M x h0 349.89 × 103 127.2 × 106 560 ? = ? × = ?9.0 N mm 2 2 4 A Ix 2 196 × 10 132421× 10 2

σ max ? σ min 44.8 + 9.0 = = 1.2 < 1.6 44.8 σ max

h0 235 = 56 < (16α 0 + 0.5λx + 25 ) fy 腹 板 : tw
= (16 × 1.2 + 0.5 × 60 + 25 ) = 74

翼缘:

b 175 ? 5 235 = = 8.5 < 13 = 13 t fy 20

腹板及翼缘宽厚比均满足要求。
5. 牛 腿 设 计

牛 腿 采 用 Q235B 钢 , 截 面 尺 寸 选 为 276 × 200 × 10 × 12 , 焊 条 为 E43 型 , 手 工 施 焊 , 角 焊 缝 焊 角 尺 寸 hf = 10mm , 焊 缝 质 量 为 三 级 。 由 于 牛 腿 翼 缘 竖 向 刚 度 较 差 ,不 考 虑 其 承 担 剪 力 ,同 时 为 了 与 牛 腿 工 字 型 截 面 的 传 力 方式一致,假定弯矩由牛腿翼缘与柱的连接焊缝承担,剪力由牛腿腹板 与柱的连接焊缝承担。牛腿翼缘与柱连接采用对接焊缝连接,腹板与柱 的 连 接 采 用 角 焊 缝 连 接 。 牛 腿 截 面 如 图 4.28 所 示 。

图 4.28 牛 腿 截 面 示 意 图

51

西南石油大学本科毕业设计

强度计算
F = 237.4 KN , e = 150mm

作 用 于 牛 腿 根 部 的 M、 N
M = F e = 237.4 × 0.15 = 35.61KN , V = 237.4 KN

牛腿根部净截面面积
An = bf1t1 + bf2t2 + ts hw = 7560mm 2

上翼缘板中心至截面形心轴处的距离
y= 0.5ts hw (hw + t1 ) + bf2t2 (hw + 0.5t1 ) = 142.1mm2 An

面积矩为
S = 0.5ts ( y ? 0.5t1 ) + bf1t1 y = 433638.17 mm3
2

腹板中心距与 y 的距离 a = 0.5hw + 0.5t1 = 1.9mm 净截面惯性矩

I n = t1bf1 y 2 + t2bf2 y 2 +
净截面上、下抵抗矩 Wn1 = Wn2 =

3 ts hw

12

+ ts hw a 2 = 114447600mm 4

In = 772797.26mm3 y + 0.5t1 In = 753416.84mm3 hw + t1 + 0.5t2 ? y

下翼缘外边正应力

σ=

M = 47.26 N mm 2 Wn2

截面形心轴处的剪应力

τ=

VS = 89.95 N mm2 It w

截面腹板下端抵抗矩
' Wn2 =

In = 818039.39mm3 hw + 0.5t1 ? y
52

单层钢结构厂房设计

下翼缘对形心轴的面积矩
S1 = t2bf2 (hw + 0.5t1 + 0.5t2 ? y ) = 350171.41mm3

腹板下端正应力

σ1 =

M = 43.53 N mm 2 ' Wn2

腹板下端剪应力

τ1 =

VS1 = 72.64 N mm 2 Itw

截面形心轴处的剪应力

σ 1 + 3τ 1 = 133.13 N mm < 1.1 f
2 2

2

通过计算,牛腿各项指标满足要求。
6 .柱 脚 设 计

( 1) 底 板 计 算 底 板 采 用 Q235 钢 材 ,尺 寸 按 照 构 造 要 求 取 为 800mm × 550mm ,作 用 于 底 板 的内力
N = 349.9 KN , M = 127.2 KN m, V = 15.3KN

底板截面特征
A = 80 × 55 = 4400cm 2 W= bl 2 55 × 802 = = 58667cm3 6 6

底板边缘内力

σ max = σ min =
σ=

N M 349.89 × 103 127.2 × 106 + = + = 3.0 N mm 2 A W 4400 × 102 58667 × 104 N M 349.89 × 103 127.2 × 106 ? = ? = ?1.4 N mm 2 A W 4400 × 102 58667 × 104

σ max + σ min
2

=

3.0 ? 1.4 = 0.8 N mm 2 2

计算底板厚度,按四边支承板计算
a1 800 = = 1.45 , 查 表 得 β = 0.078 b1 550
53

西南石油大学本科毕业设计

M = βσ b12 = 0.078 × 0.8 × 5502 = 18876 N mm
t≥ 6M 6 × 18876 = = 22.95mm , 取 为 25 mm f 215

( 2) 柱 脚 锚 栓 计 算 整体式柱脚每侧(受拉区)所需锚栓总有效面积根据柱脚底板下混 凝土基础反力分布情况确定,按下列公式计算 Ae ≥ M ? Na 127.2 × 106 ? 349.9 ×103 × 218 = = 629mm2 140 × 578 f at x

式中 a ? 柱截面形心轴至柱脚底面受压区合力线之间的距离;

x ? 锚栓轴线至柱脚底面受压区合力线之间的距离;
f at ? 锚 栓 抗 拉 强 度 设 计 值 。

选 用 Q235 钢 材 , 4φ 52 的 锚 栓 , A = 703.2mm 2 > 629mm 2 基 础 混 凝 土 强 度 等 级 为 C20, 查 表 得 锚 栓 锚 固 长 度 为 1040mm。

4.4.3 中 柱 设 计
1 .截 面 特 征

中 柱 截 面 特 征 见 表 4.5
表 4.5 中 柱 截 面 特 征 名称 上柱 下柱

A(cm 2 )
186 226

I x (cm 4 )
88798 208971

I y (cm 4 )
14296 21339

Wx (cm3 )
3552 5971

Wy (cm3 )
816.9 1067

ix (cm)
21.85 30.41

iy (cm)
8.77 9.72

2 .计 算 长 度

( 1 ) 排 架 平 面 内 计 算 长 度 H1x、H 2x 上 柱 : N1 = 443.3KN , H1 = 1.8m, I1 = 88798cm 4 下 柱 : N 2 = 459.7 KN , H 2 = 7.7 m, I 2 = 208971cm 4
k1 = I1 H 2 88798 × 7.7 = = 1.82 I 2 H1 208971× 1.8

η1 =

H1 H2

N1 I 2 1.8 = N 2 I1 7.7

443.3 × 208971 = 0.35 459.7 × 88798

54

单层钢结构厂房设计

查 表 得 计 算 长 度 系 数 ? = 2.46 ,本 设 计 为 单 跨 单 层 厂 房 ,采 用 非 大 型 混凝土屋面板,无通长纵向水平支撑,查表得排架柱计算长度折减系数

?s = 0.8 , 则
下 柱 计 算 长 度 系 数 : ?2 = ? s ? = 0.8 × 2.46 = 1.97 上 柱 计 算 长 度 系 数 : ?1 = 下柱计算长度: 上柱计算长度:

?2 1.97 = = 5.63 η1 0.35

H 2x = ? 2 H 2 = 1.97 × 7.7 = 15.2m H1x = ?1 H1 = 5.63 × 1.8 = 10.1m

( 2 ) 排 架 平 面 内 外 计 算 长 度 H1y、H 2y
因在柱顶及上下柱交界处布置支撑,则上下柱在平面外计算长度为 上 柱 : H1y = 1.8m 3.上 柱 截 面 验 算 ( 1) 强 度 验 算 查 表 得 γ x = 1.05 下 柱 : H 2y = 7.7 m

σ=

N Mx 443.3 ×103 161× 106 + = + An γ xWx 186 × 102 1.05 × 3552 ×103

= 67 N mm 2 < f y = 215 N mm 2 , 满足
( 2) 排 架 平 面 内 稳 定 验 算

H1x = 10.1m, λ =
' N Ex =

H1x 1010 = = 46.2 < [λ ] = 150 21.85 ix

π 2 EA π 2 × 206 × 103 × 186 × 102 = = 17699.3KN 1.1λx2 1.1× 46.2 2

上 柱 属 b 类 截 面 , 查 表 得 ? x = 0.873, β mx = 1.0

N + ?x A

β mx M x γ xWx ?1 ? 0.8
? N ? ' ? N Ex ? 1.0 ×161× 106 443.3 ? ? 1.05 × 3552 × 103 × ?1 ? ? ? 17699.3 ?

? 443.3 × 103 = + 0.873 × 186 × 102

= 71.4 N mm 2 < f y = 215 N mm 2
排架平面内稳定。
55

西南石油大学本科毕业设计

( 3) 排 架 平 面 外 稳 定 验 算
H1y = 1.8m, λ = H1y iy = 180 = 20.5 < [λ ] = 150 8.77

按 b 类 截 面 , 查 表 得 ? y = 0.968 整体稳定性系数计算

? b = 1.07 ?

λ2
y

fy

44000 235

= 1.07 ?

20.52 = 1.06 > 0.6 , 大 于 1 , 取 ? b = 1.0 计 算 44000

β M 443.3 × 103 1.0 × 1.0 × 161× 106 N + η tx x = + 1.0 × 3552 × 103 ?y A ?bW1x 0.968 × 186 × 102
= 69.9 N mm 2 < f y = 215 N mm 2

排架平面外稳定。 ( 4) 局 部 稳 定 性 验 算 计 算 应 力 梯 度 α0

σ max = σ min =
α0 =

N M x h0 443.3 × 103 161× 106 460 + = + × = 65.5 N mm2 2 4 A Ix 2 186 × 10 88798 × 10 2 N M x h0 443.3 × 103 161× 106 460 ? = + × = ?17.9 N mm2 2 4 A Ix 2 186 × 10 88798 × 10 2

σ max ? σ min 65.5 + 17.9 = = 1.75 > 1.6 65.5 σ max

h0 460 235 = < ( 48α 0 + 0.5λx ? 26.2 ) fy 10 腹 板 : tw
= ( 48 × 1.75 + 0.5 × 46.2 ? 26.2 ) = 70.5

翼缘:

b 125 ? 5 235 = = 7.5 < 13 = 13 t 16 fy

腹板及翼缘宽厚比均满足要求。
4 .下 柱 截 面 验 算

( 1) 强 度 验 算 查 表 得 γ x = 1.05

N Mx 459.7 × 103 153.9 × 106 σ= + = + An γ xWx 226 × 102 1.05 × 5971× 103 = 44.9 N mm 2 < f y = 215 N mm 2 ,满足

56

单层钢结构厂房设计

( 2) 排 架 平 面 内 稳 定 验 算
H 2x = 15.2m, λ =
' N Ex =

H 2x 1520 = = 50 < [λ ] = 150 ix 30.41

π 2 EA π 2 × 206 ×103 × 226 ×102 = = 18379.6 KN 1.1λx2 1.1× 502

上 柱 属 b 类 截 面 , 查 表 得 ? x = 0.856, β mx = 1.0

N + ?x A

β mx M x γ xWx ?1 ? 0.8
? N ? ' ? N Ex ?

1.0 × 153.9 × 106 459.7 ? ? 1.05 × 5971× 103 × ?1 ? ? ? 18379.6 ? = 48.8 N mm 2 < f y = 215 N mm 2
排架在平面内稳定。 ( 3) 排 架 平 面 外 稳 定 验 算
H 2y = 7.7 m, λ = H 2y iy = 770 = 79.2 < [λ ] = 150 9.72

? 459.7 × 103 = + 0.856 × 226 × 102

按 b 类 截 面 , 查 表 得 ? y = 0.691 整体稳定性系数计算

? b = 1.07 ?

λ2
y

fy

44000 235

= 1.07 ?

79.22 = 0.93 > 0.6 , 取 ? b = 0.93 44000

β M N 459.7 ×103 1.0 × 1.0 × 153.9 × 106 + η tx x = + 0.93 × 5971× 103 ?y A ?bW1x 0.691× 226 ×102
= 57.1 N mm 2 < f y = 215 N mm 2

排架在平面外稳定。 ( 4) 局 部 稳 定 性 验 算 计 算 应 力 梯 度 α0

σ max = σ min =

N M x H 0 459.7 × 103 153.9 × 106 660 + = + × = 44.6 N mm 2 2 4 A Ix 2 226 × 10 208971× 10 2 N M x H 0 459.7 ×103 153.9 × 106 660 ? = ? × = ?4.0 N mm 2 2 4 A Ix 2 226 ×10 208971× 10 2

57

西南石油大学本科毕业设计

α0 =

σ max ? σ min 44.6 + 6.0 = = 1.09 < 1.6 44.6 σ max

h0 235 = 66 < (16α 0 + 0.5λx + 25 ) fy 腹 板 : tw = (16 × 1.09 + 0.5 × 50 + 25 ) = 67.4 翼缘: 235 b 200 ? 5 = = 9.75 < 13 = 13 t 20 fy

腹板及翼缘宽厚比均满足要求。 5.牛 腿 设 计 牛 腿 采 用 Q235B 钢 , 截 面 尺 寸 及 假 定 与 边 柱 牛 腿 相 同 。 强度计算
F = 237.4 KN , e = 400mm

作 用 于 牛 腿 根 部 的 M、 N
M = F e = 237.4 × 0.4 = 94.96 KN , V = 237.4 KN

牛腿根部净截面面积
An = bf1t1 + bf2t2 + ts hw = 7560mm 2

上翼缘板中心至截面形心轴处的距离
y=
0.5ts hw (hw + t1 ) + bf2t2 (hw + 0.5t1 ) = 142.1mm2 An

面积矩为
S = 0.5ts ( y ? 0.5t1 ) + bf1t1 y = 433638.17 mm3
2

腹板中心距与 y 的距离
a = 0.5hw + 0.5t1 = 1.9mm

净截面惯性矩

I n = t1bf1 y 2 + t2bf2 y 2 +
净截面上、下抵抗矩
Wn1 =

3 ts hw

12

+ ts hw a 2 = 114447600mm 4

In = 772797.26mm3 y + 0.5t1

58

单层钢结构厂房设计

Wn2 =

In = 753416.84mm3 hw + t1 + 0.5t2 ? y

下翼缘外边正应力

σ=

M = 126.04 N mm2 Wn2

截面形心轴处的剪应力

τ=

VS = 89.95 N mm2 It w

截面腹板下端抵抗矩
' Wn2 =

In = 818039.39mm3 hw + 0.5t1 ? y

下翼缘对形心轴的面积矩
S1 = t2bf2 (hw + 0.5t1 + 0.5t2 ? y ) = 350171.41mm3

腹板下端正应力

σ1 =

M = 116.08 N mm 2 ' Wn2

腹板下端剪应力

τ 1=

VS1 = 72.64 N mm 2 It w

截面形心轴处的剪应力

σ 1 + 3τ 1 = 171.18 N mm < 1.1 f
2 2

2

通过计算,中柱牛腿各项指标满足要求。
6 .柱 脚 设 计

( 1) 底 板 计 算 底 板 采 用 Q235 钢 材 , 尺 寸 按 照 构 造 要 求 取 为 900mm × 600mm , 作 用 于 底 板内力
N = 459.7 KN , M = 153.9 KN m, V = 23.4 KN

底板截面特征
A = 90 × 60 = 5400cm 2

59

西南石油大学本科毕业设计

W=

bl 2 60 × 902 = = 81000cm3 6 6

底板边缘内力

σ max σ min
σ=

N M 459.7 × 103 153.9 × 106 = + = + = 2.75 N mm2 2 4 A W 5400 × 10 81000 ×10 N M 459.7 ×103 153.9 ×106 = ? = ? = ?1.05 N mm 2 2 4 A W 5400 × 10 81000 × 10

σ max + σ min
2

=

2.75 ? 1.05 = 0.8 N mm 2 2

计算底板厚度,按四边支承板计算
a1 900 = = 1.5 , 查 表 得 β = 0.081 b1 600

M = βσ b12 = 0.081× 0.8 × 6002 = 23328 N mm
t≥ 6M 6 × 23328 = = 25.5mm , 取 为 30 mm f 215

( 2) 柱 脚 锚 栓 计 算 整体式柱脚每侧(受拉区)所需锚栓总有效面积根据柱脚底板下混 凝土基础反力分布情况确定,按下列公式计算
Ae ≥ M ? Na 153.9 × 106 ? 459.7 × 103 × 257 = = 383.9mm2 t fa x 140 × 667

式中 a ? 柱截面形心轴至柱脚底面受压区合力线之间的距离;

x ? 锚栓轴线至柱脚底面受压区合力线之间的距离;
f at ? 锚 栓 抗 拉 强 度 设 计 值 。

选 用 Q235 钢 材 , 4φ 39 的 锚 栓 , A = 390mm 2 > 383.9mm 2 基 础 混 凝 土 强 度 等 级 为 C20, 查 表 得 锚 栓 锚 固 长 度 为 780mm。

60

单层钢结构厂房设计

4.5 基 础 设 计
4.5.1 设 计 资 料
场 地 平 整 , 场 地 地 面 层 为 0.5m 左 右 的 杂 土 , 从 上 到 下 依 次 为 淤 泥 粘 0.5m, = 16.5kN / m3 ; 粒 含 量 ρc = 8% 的 粉 土 厚 5 m, = 18.2kN / m3 ,f ak = 170kPa , γ γ 可不考虑地下水的影响。采用钢筋混凝土柱下独立基础,基础垫层混凝 土 选 用 C10、 基 础 混 凝 土 选 用 C20, 钢 筋 为 Ⅰ 级 。

4.5.2 边 柱 基 础 设 计
1.底 面 尺 寸 确 定 ( 1) 荷 载 计 算
N = 349.9 KN , M = 127.2 KN m, V = ?15.3KN

( 2) 截 面 确 定 因地基承载力较好,考虑上部荷载及地下水情况,设基础埋深为 -1.4m, 独 立 浅 基 础 宽 度 一 般 不 超 过 3m, 在 计 算 地 基 承 载 力 特 征 值 时 取 3m 计 算 。

γm =

18 × 0.5 + 18.5 × 0.9 = 18.3 KN m3 1.4

f a = f ak + ηbγ (b ? 3) + ηdγ m (d ? 0.5) = 180 + 1.6 × 18.3 × 1.4 - 0.5) ( = 206.3 N mm 2 按轴心受压初步计算基础尺寸
A= F 349.9 = = 1.96m2 f ? γ G d 206.3 ? 20 × 1.4

再 按 偏 心 受 压 计 算 基 础 面 积 , 将 基 础 面 积 比 轴 心 受 压 增 大 20%, 即
A ' = 1.2 A = 1.2 × 1.96 = 2.35m 2

取 b/l=0.6,算 得 b=1.2m,l=2.0m
2 .地 基 承 载 力 验 算

作用于基底的竖向力

∑F = F +γ

G

Ad = 349.9 + 20 × 2.4 × 1.4 = 417.1KN

61

西南石油大学本科毕业设计

作用于基底的弯矩

∑ M = M + Vd = 127.2 ? 15.3 ×1.4 = 105.8KN m
基础底面抗弯刚度 W= bl 2 1.2 × 2.0 2 = = 0.8m3 6 6

基底最大压力
pmax =

∑F + ∑M
A W
2

=

417.1 105.8 2 + = 306.3 KN m 2.4 0.8
2

pmax = 306.3 KN m > 1.2 f a = 1.2 × 206.3 = 247.6 KN m , 不 满 足 要 求 。
重 新 确 定 基 础 尺 寸 , 假 定 l=2.0m,b=1.8m,边 柱 基 础 平 面 图 如 图 4. 29 所 示,则

图 4.29 边 柱 基 础 平 面 图

作用于基底的竖向力

∑F = F +γ

G

Ad = 349.9 + 20 ×1.2 × 2.4 × 1.4 = 430.5KN

作用于基底的弯矩

∑ M = M + Vd = 127.2 ? 15.3 ×1.4 = 105.8KN m
基础底面抗弯刚度
bl 2 1.8 × 2.02 W= = = 1.2m3 6 6

62

单层钢结构厂房设计

基底最大压力
pmax =

∑F + ∑M
A W

=

430.5 105.8 2 + = 207.8 KN m 1.8 × 2.0 1.2

基底最小压力
pmin =

∑F ? ∑M
A W

=

430.5 105.8 2 ? = 31.4 KN m 1.8 × 2.0 1.2

pmax < 1.2 f a

pmin < f a

1 1 ( pmax + pmin ) = ( 207.8 + 31.4 ) = 119.6 KN m2 < fa = 206.3 KN m 2 2 2

满足要求。
3 .抗 冲 切 验 算 l = 2.0m, b = 1.8m, at = ac = 0.9m, bc = 0.65m

初 步 选 择 基 础 下 阶 高 500mm , h0 = 450mm
at + 2h0 = 0.9 + 2 × 0.45 = 1.8m = b, 取 ab = 1.8m am = at + ab 900 + 1800 = = 1350mm 2 2

因 基 础 偏 心 受 压 , pn 取 pmax 冲切力:
2 ?? l ac ? ? b bc ? ? Fl = pmax ?? ? ? h0 ? b ? ? ? ? h0 ? ? ? ?2 2 ? ? ?? 2 2 ? ? 2 ?? 2.0 0.9 ? ? 1.8 0.65 ? ? = 207.8 × ?? ? ? 0.45 ? ×1.8 ? ? ? ? 0.45 ? ? 2 2 ? ? 2 ? ? ?? 2 ? ?

= 0.5 KN

抗冲切力:
0.7 β hp f t am h0 = 0.7 × 1.0 ×1.1× 103 × 1.35 × 0.45

= 467.8 KN > 0.5 KN

抗冲切满足要求。
4 .配 筋 计 算

选 用 HPB235 钢 筋 , f y = 210 N mm2

63

西南石油大学本科毕业设计

( 1) 基 础 长 边 方 向 柱边净反力
p1 = pmin + l + ac ( pmax ? pmin ) 2l 2.0 + 0.9 = 31.4 + ( 207.8 ? 31.4 ) 2 × 2.0 = 159.3kPa

悬臂部分净反力平均值
1 1 ( pmax + p1 ) = × ( 207.8 + 159.3) = 183.5kPa 2 2

弯矩
M1 = 1 ? pmax + p1 ? 2 ? ? ( l ? ac ) ( 2b + bc ) 24 ? 2 ? 1 2 = × 183.5 × ( 2.0 ? 0.9 ) × ( 2 × 1.8 + 0.65 ) 24 = 39.3KN m

钢筋面积
As = M1 39.3 × 106 = = 462.1mm 2 0.9 f y h0 0.9 × 210 × 450

计算钢筋截面面积小于按构造要求配筋面积,故按造构造配筋取

φ10@ 200(即10φ10), s = 785mm 2 A
( 2) 基 础 短 边 方 向 弯矩
M1 = 1 ? pmax + p1 ? 2 ? ? ( b ? bc ) ( 2l + ac ) 24 ? 2 ? 1 2 = × 183.5 × (1.8 ? 0.65 ) × ( 2 × 2.0 + 0.9 ) 24 = 49.5 KN m

钢筋面积
As = M1 49.5 × 106 = = 582mm 2 0.9 f y h0 0.9 × 210 × 450

计算钢筋截面面积小于按构造要求配筋面积,故按造构造配筋取

φ10@ 200(即9φ10), s = 706.5mm 2 A
64

单层钢结构厂房设计

边 柱 基 础 配 筋 图 如 图 4.30 所 示

图 4.30 边 柱 基 础 配 筋 图

4.5.3 中 柱 基 础 设 计
1.底 面 尺 寸 确 定 ( 1) 荷 载 计 算
N = 459.7 KN , M = 153.9 KN m, V = 23.27 KN

( 2) 截 面 确 定 因地基承载力较好,考虑上部荷载及地下水情况,设基础埋深为 -1.4m, 独 立 浅 基 础 宽 度 一 般 不 超 过 3m, 在 计 算 地 基 承 载 力 特 征 值 时 取 为 3m 计 算 。

γm =

18 × 0.5 + 18.5 × 0.9 = 18.3 KN m3 1.4

f a = f ak + ηbγ (b ? 3) + ηdγ m (d ? 0.5) = 180 + 1.6 × 18.3 × 1.4 - 0.5) ( = 206.3 N mm 2 先按轴心受压初步计算基础尺寸
A= F 459.7 = = 2.58m2 f ? γ G d 206.3 ? 20 × 1.4

再 按 偏 心 受 压 计 算 基 础 面 积( 单 跨 吊 车 作 用 下 为 偏 心 受 压 构 件 ) ,将 基 础 面 积 比 轴 心 受 压 增 大 20%, 即 A ' = 1.2 A = 1.2 × 2.58 = 3.1m 2 取 b=1.3m,l=2.4m

65

西南石油大学本科毕业设计

2.地 基 承 载 力 验 算 作用于基底的竖向力

∑F = F +γ

G

Ad = 459.7 + 20 × 1.3 × 2.4 × 1.4 = 547.1KN

作用于基底的弯矩

∑ M = M + Vd = 153.9 + 23.27 ×1.4 = 186.5KN m
基础底面抗弯刚度 W= bl 2 1.3 × 2.4 2 = = 1.25m3 6 6

基底最大压力
pmax =

∑F + ∑M
A W
2

=

547.1 186.5 2 + = 324.5 KN m 1.3 × 2.4 1.25
2

pmax = 324.5 KN m > 1.2 f a = 1.2 × 206.3 = 247.6 KN m , 不 满 足 要 求 。
重 新 确 定 基 础 尺 寸 ,假 定 l=2.4m,b=1.8m, 中 柱 基 础 平 面 图 如 图 4. 31 所 示,则

图 4.31 中 柱 基 础 平 面 图

作用于基底的竖向力

∑F = F +γ

G

Ad = 459.7 + 20 × 1.5 × 3.0 × 1.4 = 585.7 KN

作用于基底的弯矩

∑ M = M + Vd = 153.9 + 23.27 ×1.4 = 186.5KN m
66

单层钢结构厂房设计

基础底面抗弯刚度 bl 2 1.8 × 2.42 = = 1.73m3 W= 6 6 基底最大压力
pmax =

∑F + ∑M
A W

=

585.7 186.5 2 + = 243.4 KN m 1.8 × 2.4 1.73

基底最小压力
pmin =

∑F ? ∑M
A W

=

585.7 186.5 2 ? = 27.8 KN m 1.8 × 2.4 1.73

pmax < 1.2 f a

pmin < f a

1 1 ( pmax + pmin ) = × ( 243.4 + 27.8 ) = 135.6 KN m 2 < f a = 206.3 KN m 2 2 2

满足要求。
3 .抗 冲 切 承 载 力 验 算 l = 2.4m, b = 1.8m, at = ac = 1.0m, bc = 0.7 m

初 步 选 择 基 础 下 阶 高 500mm , h0 = 450mm
at + 2h0 = 1.0 + 2 × 0.45 = 1.95m > b, 取 ab = b = 1.8m am = at + ab 1000 + 1800 = = 1400mm 2 2

因 基 础 偏 心 受 压 , pn 取pmax 冲切力:
2 ?? l a ? ?b b ? ? Fl = pmax ?? ? c ? h0 ? b ? ? ? c ? h0 ? ? ? ?2 2 ? ? ?? 2 2 ? ? 2 ?? 2.4 1.0 ? ? 2.4 0.7 ? ? = 243.4 × ?? ? ? 0.45 ? × 1.8 ? ? ? ? 0.45 ? ? 2 2 ? ? 2 ? ? ?? 2 ? ?

= 70.6 KN

抗冲切力:

0.7 β hp f t am h0 = 0.7 × 1.0 × 1.1× 103 ×1.4 × 0.45 = 485.1KN > 70.6 KN
抗冲切满足要求。

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4.配 筋 计 算 选 用 HPB235 钢 筋 , f y = 210 N mm2 ( 1) 基 础 长 边 方 向 柱边净反力
p1 = pmin + l + ac ( pmax ? pmin ) 2l 2.4 + 1.0 = 27.8 + × ( 243.4 ? 27.8 ) 2 × 2.4 = 180.5kPa

悬臂部分净反力平均值
1 1 ( pmax + p1 ) = × ( 243.4 + 180.5 ) = 212kPa 2 2

弯矩
M1 = 1 ? pmax + p1 ? 2 ? ? ( l ? ac ) ( 2b + bc ) 24 ? 2 ? 1 2 = × 212 × ( 2.4 ? 1.0 ) × ( 2 × 1.8 + 0.7 ) 24 = 53.4 KN m

钢筋面积
M1 53.4 ×106 As = = = 628.1mm 2 0.9 f y h0 0.9 × 210 × 450

计算钢筋截面面积小于按构造要求配筋面积,故按造构造配筋取

φ10@ 200(即12φ10), s = 942mm 2 A
( 2) 基 础 短 边 方 向 弯矩
M1 = 1 ? pmax + p1 ? 2 ? ? ( b ? bc ) ( 2l + ac ) 24 ? 2 ? 1 2 = × 212 × (1.8 ? 0.7 ) × ( 2 × 2.4 + 1.0 ) 24 = 62 KN m

钢筋面积
As = M1 62 × 106 = = 729mm2 0.9 f y h0 0.9 × 210 × 450
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单层钢结构厂房设计

计算配筋面积大于按构造要求配筋面积,故按计算配筋。

φ10@170(即10φ10), s = 785mm 2 A
中 柱 基 础 配 筋 图 如 图 4.32 所 示

图 4.32 中 柱 基 础 配 筋 图

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西南石油大学本科毕业设计





本科毕业设计历时两个半月,在这两个半月中,我能按照预期进度安排,按 时按量的完成设计任务。设计初期,我复习了《结构力学》《钢结构》《钢筋混 、 、 凝土》等知识,查阅了《钢结构设计规范》《荷载规范》等规范。在设计中期, 、 利用所学专业知识进行建筑、结构设计。设计后期,主要进行建施、结施图的绘 制。设计期间得到了建筑工程学院诸多老师的指导和帮助,在此深表谢意。 毕业设计是对大学四年所学知识的综合应用,是理论联系实际的训练。通过 毕业设计,我复习了以前在课堂上学习的专业知识,学习和体会到了建筑结构设 计的基本技能和思想。我深刻的认识到:作为工程师,应该具备严谨的科学态度, 本着建筑以人为本的思想,力求做到安全、经济、实用、耐久、美观;设计过程 中,应该严格按照建筑规范的要求,同时也要考虑各个工种的协调和合作,特别 是结构和建筑的交流,结构设计和施工的协调。这就要求工程设计人员具备较高 的综合素质, 不仅要抓住建筑结构设计的主要矛盾, 同时也要考虑一些细节问题。 在毕业设计的过程中,我深刻认识到规范是设计的航标,必须多思考、多体会。 在以后的学习和工作中,要不断加强对规范的学习和理解,只有这样,才不会出 现错误。 相互学习,注重交流。在设计过程中,我们遇到了很多问题,必须勤学好问, 努力发挥集体的积极性和创造力, 充分挖掘团队的潜力, 这样才能提高工作效率。 在工程实践上,必须集体的智慧和力量,因此我们应该注重团队精神的培养。 “养兵千日,用兵一时。”在毕业设计中,我为能用上四年所学而欣慰,同 时我深深的感觉到了基础知识的重要性。专业课学习时,老是感觉所学知识与实 际相差太远。这种急功近利的思想使自己对一些专业课的学习有所放松,在毕业 设计的过程中,我深深的体会到了“书到用时方恨少”的含义。在以后的学习生 活中切不可急于求成而忽略了夯实基础。 “万丈高楼从地起” ,切实做到理论联系 实际,学以致用。 毕业设计是本科教育非常重要的阶段,我初步掌握了建筑结构设计的基础理 论、方法、步骤。在以后的学习生活中,我将加强专业知识的学习,争取早日成 为一名优秀的工程师。在此再次感谢在毕业设计中指导帮助我的老师和同学。

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单层钢结构厂房设计





本设计的顺利完成, 首先要感谢我的指导老师和辅导老师。 他们学识 渊博、治学严谨,平易近人,在他们的悉心指导中,我不仅学到了扎实的 专业知识,也为以后的工作奠定了坚实的基础;他们严谨的治学态度,一 丝不苟的工作作风和诲人不倦的育人精神让我受益菲浅。 在设计的整个过 程中,给予我精心的指导与帮助,为我们的设计付出了辛勤的劳动,倾注 了大量时间和精力,在此向他们表示诚挚的敬意和衷心的感谢。 感谢西南石油大学建筑工程学院所有曾经帮助过我的老师和同学, 他 们教授与帮助,使我获得了大量的知识,圆满完成了学业,在此我深深地 表示敬意和由衷的感激之情。 最后, 我要感谢所有在论文撰写过程中给我以支持和帮助的老师、 同 学和朋友们。

71

西南石油大学本科毕业设计

参考文献
[1]李必瑜主编.房屋建筑学.武汉:武汉理工大学出版社,2000 [2]魏明钟主编.钢结构(第二版).武汉:武汉理工大学出版社,2002 [3]国家标准.钢结构设计规范(GB50017-2003).北京:中国计划出版社,2003 [4]国家标准.建筑结构荷载设计手册(GB50017-2003).北京:中国计划出版社, 2003 [5]《轻型钢结构设计手册》编委会.轻型钢结构设计手册.北京:中国建筑工业出 版社,1996 [6]《钢结构设计手册》编委会.钢结构设计手册(第三版).北京:中国建筑工业 出版社,2004 [7]夏志斌,姚谏编著.钢结构-原理与设计.北京:中国建筑工业出版社,2004 [8]《钢结构设计规范》编委会.钢结构设计新旧规范对照理解与应用实例.北京: 中国建材工业出版社,2005 [9]包头钢铁设计研究院,中国钢结构协会房屋建筑钢结构协会编著.钢结构设计 与计算.北京:机械工业出版社,2002 [10]图集编委会.钢结构工程.北京:中国建材工业出版社,2004 [11]喻立安主编.建筑钢结构设计施工图集.北京:中国建筑工业出版社,1995 [12]侯兆欣,蔡昭君,李秀川主编.轻型钢结构建筑节点构造.北京:机械工业出 版社,2004 [13]徐伟,宋康主编.建筑工程设计施工详细图集-钢结构工程.北京:中国建筑工 业出版社,2000

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