水电站厂房结构毕业设计(兰州交通大学)

'水电站厂房结构毕业设计(兰州交通大学)兰州交通大学毕业设计（论文）摘要本毕业设计承担水利水电枢纽工程中水电站厂房结构设计工作。本设计水电站厂房总厂66m，跨度18m，设计柱距6m，屋架采用平坡梯形钢屋架，吊车梁和排架结构均为钢筋混凝土结构。结构设计是保证安全的重中之重，其原则是确保厂房的安全、适用、耐久，同时使设计经济合理。根据已知其他资料进行结构设计，主要内容有：确定水电厂房典型横剖面图，进行厂房结构平面布置，吊车梁设计与配筋，平坡梯形钢屋架设计，排架结构设计与柱子配筋，并绘制相应施工图。吊车梁系直接承受吊车荷载的承重结构，是厂房上部的重要结构之一，本设计吊车梁为简支结构，截面采用T型。钢屋架设计中，假定所有杆件位于同一平面内，杆件重心线汇交于节点中心，且各节点均为理想铰，不考虑次应力的影响，应用内力系数法计算屋架杆件的轴心力。排架结构简化为平面结构进行计算，即假定排架柱上端与屋架铰接，下端与基础顶面固结，屋架两端处柱的水平位移相等，不考虑排架的空间作用。关键词：厂房结构平面布置、梯形钢屋架、吊车梁设计、排架柱结构设计兰州交通大学毕业设计（论文）AbstractThisgraduationdesignforbuildingstructuredesignofwaterconservancyandHydropowerEngineeringinhydropowerstation. Thedesignofhydropowerstationplant66m,span18m,thedesignofspace6m,theslopeoftrapezoidsteelrooftruss,cranebeamandframestructureforthereinforcedconcretestructure.Structuraldesignisthepriorityamongprioritiestoensurethesafety,theprincipleistoguaranteethesafety,applicability,durability,andmakethedesignreasonableeconomy.Thestructuredesignaccordingtotheknowndata,themaincontentsare:thetypicalcrosssectionofhydropowerplant,layoutofworkshopstructure,cranebeamdesignandreinforcement,slopeoftrapezoidsteelroofdesign,layoutdesignandstructuralframepillarreinforcement,andthecorrespondingconstructiondrawing.Bearingstructureofcranebeamisdirectlyunderthecraneload,isanimportantstructureoftheworkshop,thedesignofcranebeamissimplysupportedstructure,crosssectionbyT.Steeltrussdesign,assumingthatallthemembersinthesameplane,membercenterlinesconvergeonthecentreofthenode,andeachnodeistheidealhinge,withoutconsideringtheeffectsofsecondarystresscalculationofaxialforce,theapplicationframeinternalforcecoefficientmethod.Bentframestructureissimplifiedasaplanestructureiscalculated,whichassumesthatthebentframecolumnishingedatthelowerendandroof,andthetopsurfaceofthehorizontaldisplacementoffoundationconsolidation,equalatbothendsofthetrusscolumn,notconsideringthespatialeffectofshelving.Keywords：buildingstructurelayout,trapezoidsteelrooftruss,crane beamdesign,framestructuredesign兰州交通大学毕业设计（论文）兰州交通大学毕业设计（论文）目录绪论...................................................................1第一章TH水电站工程原始资料.............................................2一工程概况..........................................................2二自然条件..........................................................2三厂房尺寸及构造....................................................2四主要水力机械及设备................................................3第二章厂房平面布置.....................................................4一横向定位轴线......................................................4二纵向定位轴线......................................................4三柱网布置..........................................................4第三章吊车梁的结构设计.................................................4一吊车梁的截面设计..................................................4二吊车梁荷载计算....................................................5（一）吊车梁自重计算..............................................5（二）集中荷载计算................................................6（三）横向水平制动力计算..........................................6三吊车梁内力计算....................................................7（一）吊车梁弯矩计算..............................................7 （二）吊车梁剪力设计值计算........................................8（三）吊车梁承受扭矩计算..........................................8四吊车梁配筋计算....................................................9（一）抗弯纵筋计算................................................9（二）抗剪腹筋计算...............................................11（三）抗扭钢筋计算...............................................12第四章屋盖设计........................................................15一结构形式与选型...................................................15二荷载计算.........................................................15三内力计算.........................................................16四杆件设计.........................................................17五节点设计.........................................................19（一）下弦节点...................................................19（二）上弦节点...................................................20（三）屋脊节点...................................................22（四）支座节点..................................................23六梯形钢屋架支撑布.................................................24I兰州交通大学毕业设计（论文）第五章排架结构设计....................................................25一排架柱高度和截面尺寸选定.........................................25（一）排架柱高度.................................................25（二）截面尺寸选定...............................................25 二排架结构的计算简图和参数.........................................25（一）计算简图...................................................25（二）计算参数...................................................26三排架的荷载计算...................................................26（一）恒载.......................................................26（二）活荷载.....................................................27四排架内力分析.....................................................29（一）恒载作用下的排架内力计算...................................29（二）屋面活载作用下的排架内力计算..............................31（三）起重机竖向荷载作用下的排架内力计算.........................32（四）起重机横向水平荷载作用下的排架内力计算.....................33（五）风荷载作用下的排架内力计算.................................34五内力组合.........................................................36六排架柱截面配筋设计...............................................38（一）上柱截面配筋设计...........................................38（二）下柱截面配筋设计..........................................39七柱在排架平面外的承载力验算.......................................43（一）上柱.......................................................43（二）下柱.......................................................43八柱吊装验算.......................................................43（一）内力计算...................................................43（二）承载力计算.................................................44 （三）裂缝宽度验算...............................................45第六章牛腿设计........................................................46一截面尺寸验算.....................................................46二纵向钢筋.........................................................47三水平箍筋.........................................................47四弯筋.............................................................47五排架柱模板图.....................................................48结论..................................................................49致谢..................................................................50参考文献................................................................51外文资料...............................................................52附图..................................................................63II兰州交通大学毕业设计（论文）绪论水电站厂房是水工建筑物、机械及电气设备的综合体，是水能转化为电能的生产场所，也是运行人员进行生产和活动的场所。其任务是通过一系列工程措施，将水流平顺的引入水轮机，使水能转换成为可供用户使用的电能，并将各种必需的机电设备安置在恰当的位置，创造良好的安装、检修及运行条件，为运行人员提供良好的工作环境。水电站厂房设计的发展随着生产力的发展而不断发展,且随着人们生活水平的提高有新的发展趋向,近年向以人为本的方向发展，厂房设计的方法随着计算机的发展有很大的发展和改善。 结构设计是本次设计的核心内容，其设计的原则是确保厂房的安全、适用、耐久，同时使设计经济合理。结构设计的主要内容有柱网布置、吊车梁设计、屋架设计、内力计算、内力组合、排架柱结构设计等。毕业设计是我们在校期间的最后一门必修课，也是一次全面性总结性的实践环节，对我们走向工作岗位起着承上启下的作用。它是在老师指导下，综合运用四年来所学知识和科学研究的基本内容和基本工作程序，培养分析问题和解决问题的能力。这次设计是我们走向工作岗位前的一次“实战演习”，它可以巩固、联系、充实、加深、扩大我们所学的基础知识和专业知识，提高运用所学知识，解决实际问题的能力，，使我们初步掌握专业设计的流程和方法，熟练运用计算机等工具，以提高其工作效率。重要的是让我们养成了严肃认真，刻苦钻研、实事求是的工作作风和良好的工作、学习习惯。通过同学们在一起的交流与协作,培养大家的协同合作的工作作风。毕业设计对于我们来说，是一个独立设计、创作的过程，其中的每一步和每一个环节都是对我们的考验和锻炼，它将成为我们今后的学习和工作做铺垫，提高我们多方面的能力。水电站结构设计是水利水电工程建设设计工作的重要组成部分，设计保证质量，质量保证安全。我们就是要针对设计中所遇到的具体问题，运用所学知识，参考相应的书籍、规范以及一些实际工程资料，找到其解决方法。在对设计图的处理上，运用了AutoCAD的基本知识，使得绘图更加方便，快捷，从而避免了手工绘图得种种不便，提高了工作效率。同时，也运用了Word知识，使得我们对计算机知识更加巩固。 限于本人水平，也限于时间，涉及中难免存在疏漏和不妥之处，敬请老师和同学们批评指正。1兰州交通大学毕业设计（论文）第一章TH水电站工程原始资料一工程概况TH水电站位于伊犁哈萨克自治州伊宁县境内,伊犁哈什河玛札尔峡谷出口处,西距伊宁市51km,是哈什河流域规划中17个梯级电站中最末一级电站,附近有公路通往新源、尼勒克、伊宁市,交通较为方便。坝址以上控制流域面积8650km2,域内雨量较多,草木茂盛,是天山西部林木主要产区之一。该电站拟装机容量为50MW左右,年发电量近期为2.46?108kW?h，远景为保证出力13.3MW，工作出力42.3MW。电站拟设4回路110kV出线,2.46?108kW?h，两回送往伊宁市中心变电所,两回和上游梯级电站联络,近期担任系统调峰。TH电站上游兴利库容达1400万m3，具有日调节能力；而TH电站属中低坝，无调节库容，故TH电站可不考虑下游防洪任务，也无航运要求，坝址以下河流两边有少量农田，需考虑一定的灌溉要求，故TH电站是一个以发电为主，兼有灌溉等综合效益，一般情况下不承担其它综合利用任务的电站。二自然条件 基本风压为0.5kN/mm2，基本雪压为0.3kN/mm2，屋面积灰荷载为0.5kN/mm2，属B类粗糙地区，该工程区地震基本烈度小于Ⅵ，不考虑地震荷载。厂房山坡破积无碎石厚度约5m。一级阶地上为粉沙厚3m其下砂砾石层厚3～4m，以下为基岩，厂房基础全部在凝灰质砂砾岩上，基础岩石较好，后山破无不利地质现象。厂房在基抗开挖时，应注意河水通过第四系砂砾层参入。工程等级属三级。主体建筑物均按三级建筑物设计。三厂房尺寸及构造主厂房总长66m，宽18m，厂房的主要高程为：开挖高程：809.38m发电机层底板高程：824.96m尾水管底板高程：810.88m吊车梁轨顶高程：835.52m水轮机安装高程：817.18m屋面梁高程：839.56m水轮机层地面高程：820.12m屋顶高程：842.42m厂房结构下部采用整体式框架结构，厂房下部基础墙为厚1m的混凝土墙，上部采用800×400mm钢筋混凝土柱做为受力结构，柱子之间用联系梁连接。屋架采用平坡梯形钢屋架。2兰州交通大学毕业设计（论文）四主要水力机械及设备 主要的水力机械有水轮机、发电机，主要的设备有吊车，主要参数见下表表1.1水轮机主要参数表1.2发电机主要参数表本电站最重吊运部件的重量为发电机转子90.4吨，且机组台数不超过4台，故可选用一台单小车桥式起重机。表1.3吊车主要参数表3兰州交通大学毕业设计（论文）第二章厂房平面布置本水电站设计厂房总厂66m，跨度18m，设计柱距6m。一横向定位轴线根据《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010)规定，装配式钢筋混凝土排架结构伸缩缝最大间距100m，本水电站设计厂房纵向长度66m，可不设伸缩缝。柱的中心线应与横向定位轴线相重合。二纵向定位轴线当柱距为6m，起重机起重量Q≤200kN的厂房，可取封闭结构，即边柱中心线和墙中心线与纵向定位轴线相重合。三柱网布置柱网布置如图2.1图2.1柱网布置图第三章吊车梁的结构设计吊车梁按（SL191—2008）计算，混凝土采用C25，纵筋采用HRB335 钢筋，箍筋采用HPB235钢筋。一吊车梁的截面设计T形截面刚度较大，抗扭性能较好，便于固定轨道，检查走道较宽，适用于大中型吊车梁，所以该吊车梁选T形截面。4兰州交通大学毕业设计（论文）11~，梁的高宽比对T形截面梁高与肋宽的比例可达6-7，471111上翼缘宽度b1还应满足固定轨道要求，一般取~梁高，上翼缘的高度h1一般取~3258梁高。11由于梁的跨度为6m,h?(?6~?6)m?(1.5~0.86)m，所以梁高取900mm；取471111b1?(?0.9~?0.9)m?(0.3~0.45)m，b=400mm，取b1?700mm；h1?(?0.9~?0.9)m3258梁的高跨比h/l一般取?(0.18~0.11)m，取h1?120mm。吊车梁截面尺寸如图3.1。图3.1吊车梁截面尺寸二吊车梁荷载计算由吊车参数可知小车重量为24.5吨，起重机总重量为61.1吨，本电站吊运最重部件为发电机转子90.4吨，大车轮距为4.83m,吊车梁最大跨度为6m,吊车跨度为16m，主钩到吊车梁最小距离为1.84m。（一）吊车梁自重计算吊车梁自重计算包括吊车梁本身重量和沙浆抹平层重量，其中自重q1 为：q1=(bi?h1?h2?b)?2.5混凝土容重为2.5t/m3。则：q1=（0.7×0.12+0.78×0.4）×2.5=1t/m???Gq1?1.05?1?1.05t/m?10.5kN/m。其设计值为：q1沙浆抹平层一般为3cm，容重为2t/m3及埋件重60kg/m5兰州交通大学毕业设计（论文）q2?2.0?0.03?0.7?0.06?0.10t2/m'其设计值q2??Gq2?1.05?0.102?0.105t/m?1.05kN/m。??q2??10.5?1.05?11.55kN/m由上可知均布荷载：q??q1（二）集中荷载计算吊车梁的集中荷载为吊车的垂直轮压力，本吊车为一台桥式吊车可根据公式：pmax?μL?L111[(G1?G2)?G3]mL2其中μ为系数1.1m——台吊车作用在一侧吊车梁上的轮子数目（为4）。G1——最大起吊重量（转子90.4t）。G2——一台小车重量（24.5t）。G3——一台吊车自重（36.6t）。L——吊车跨度（16m）。。L1——主钩到吊车梁轨道最小距离（1.84m） 将以上各个数据代入式：pmax?μL?L111[(G1?G2)?G3]中得：mL2116?1.841??36.6]?33tpmax?1.1?[(90.4?24.5)4162其设计值为：Q??Qpmax?1.10?33?36.3t/m?355.7kN（三）横向水平制动力计算根据公式：0.050.05?(24.5?36.6)?0.76tT0?(G2?G3)?4m其标准值为：Htk?10γ(G2?10)10?0.12?(24.5?10)??10.35KN?1.055t44Htk1.055??0.032?0.1，由此可以不考虑吊车梁平面内双向弯曲作用。Pmax336兰州交通大学毕业设计（论文）三吊车梁内力计算（一）吊车梁弯矩计算1吊车梁自重弯距值计算弯矩计算可根据公式：1??q2?)l2M1??0?(q18其中γ0——结构重要性系数，（Ⅰ，1.0）（Ⅱ，1.0）（Ⅲ，0.9）（Ⅳ，0.9）φ——设计状况系数，对持久状况、短暂状况、偶然状况分别1.0、0.95、0.85， 吊车梁为持久状况取1.0q1?——吊车梁自重设计值10.5kN/m?——抹平层重量设计值1.05kN/mq21''将以上各值代入：M1??0?(q1?q2)l2中得：81M1?1.0?1?(10.5?1.05)?7.372?78.42kN?m82吊车梁集中荷载（最大轮压）及弯矩值计算其计算简图如图3.2所示：当轮压作用在B点时，集中力：Q?P——最大轮压33ta——k－L=6000－4830=1170mm=1.17mb——4.83mp?a?b4Pmax图3.2计算简图代入数据得：Q?33?1.17?4.83?59.8t/m?586.48kN/m4其设计值为：Q设??QQk?1.1?586.48?645.1kN/m则集中力弯矩值为：M2??0??Q?a?1.0?1.0?645.1?1.17?754.8kN?m7兰州交通大学毕业设计（论文）吊车梁承受总弯矩设计值为：M总?M1?M2M总?754.8?78.42?833.22kN?m（二）吊车梁剪力设计值计算1''根据公式：V??0?[(q1?q2)l?Q设]2q1——吊车梁自重设计值10.5kN/m q2——抹平层重量设计值1.05kN/mγ0——结构重要性系数，取1.0φ——设计状况系数，吊车梁为持久状况取1.0l——吊车梁跨度6米Q设——轮压设计值，Q设??dQ?1.1?323.4?355kN将以上各值代入：1''V??0?[(q1?q2)l?Q设]中得21V?1.0?1.0?[(10.5?1.05)?6?355]?398kN2''（三）吊车梁承受扭矩计算如图3.3所示：T0图3.3承受扭矩计算简图由于横向水平力T0作用在轨顶，对截面重心有扭距作用，同时考虑到垂直轮压也可能会有2cm的偏心，因而吊车梁截面上受到扭矩为：Mn?0.9(Pe1?T0e2)式中P——垂直方向轮压。T0——横向水平制动力。8兰州交通大学毕业设计（论文）e1——力P的偏心矩，取2cme2——力T0的偏心矩，轨道到T型截面重心的距离。0.9——考虑横向水平力与垂直轮压偏心同时产生的荷载组合系数。 上式的扭矩由翼板与梁肋共同承担，经计算可配抗扭钢筋。则：Mn?0.9(33?0.02?0.76?0.35)?0.83t?m?8.13kN?mM设??QMn?1.05?8.13?8.53kN?m四吊车梁配筋计算（一）抗弯纵筋计算只考虑在垂直力作用下的强度计算，横向水平力较小，其截面按构造配筋。1确定翼板的计算宽度吊车梁为独立T型梁，吊车梁在室内属一类环境查表可知：纵向受拉钢筋合力点至截面受拉边缘的距离a=60mmh0?h?a?900?60?840mmh?fh0?120?0.143?0.1840b?f?b?12h?f?400?12?120?1840mmb?f?l06000??2000mm33上述值均大于翼缘实有宽度，所以按b?f?700mm计算。2判断T型截面类型在正弯矩作用下鉴别跨中T型截面中和轴位置，按式：?M?[fcb?fh?f(h0?h?f2)]?——结构系数取1.2fc——混凝土强度等级，查《水工钢筋混凝土结构学》附录二，表1得C25混凝土轴心抗压强度为11.9N/mm2。 ?M?1.2?833.22?1000k??m9兰州交通大学毕业设计（论文）fcb?fh?f(h0?h?f2)?11.9?700?120?(840?h?f2120)?779.7kN?m2?M?fcb?fh?f(h0?3求抗弯纵筋)为第二类T形截面。计算截面抵抗矩系数as：?M?fc(b?f?b)h?f(h0?fcbh02120)?0.198h?f)as??1.2?833.22?106?11.9?(700?400)?120?(840?11.9?400?8402根据as计算相对受压区计算高度ξ：??1??2as?1??2?0.198?0.223?0.85?b?0.468ξb——热扎钢筋ξb值查《水工钢筋混凝土结构学》P54表3-1可知热扎Ⅱ钢筋ξb值为0.550。将ξ和as值代入式中：As?fc?bh0?fc(b?f?b)h?ffyAs——钢筋截面面积mmfy——钢筋强度设计值，查《水工钢筋混凝土结构学》附录二，表3得Ⅱ级热扎钢筋强度设计值为300N/mm2。As?fc?bh0?fc(b?f?b)h?f fy11.9?0.233?400?840?11.9?(700?400)?120?4400mm2=300配筋率??As4400??1.3%bh0400?840T型截面梁纵向受力钢筋最小配筋率查《水工钢筋混凝土结构学》附录四，表3得：?0min?0.2%。由于ρ??min则钢筋截面面积符合，满足最小配筋率。实配925（As?4418mm2）。01兰州交通大学毕业设计（论文）（二）抗剪腹筋计算1截面尺寸验算：取a?60mm则h0?h?a?900?60?840mmhw?h0?hf?840?120?720mmhw720??1.8?4.0b4000.25fcbh0?0.25?11.9?400?840?999.6kN?KV?1.2?398?477.6kN截面尺寸满足抗剪要求。2抗剪腹筋计算：VC?0.7ftbh0?0.7?1.27?400?840?298.7kN由kV=VC?VSV得VSV??V?VC?477.6?298.7?178.9kN Vsv?1.25fyVAsvAb0?1.25?300?sv?840?178.9kNssAsv178.9?103??0.568所以s1.25?300?840选双肢箍筋，由于梁高较大（h=900mm），故箍筋不能太细，选用φ8（Asv?101mm2）101S??178mm，查表得梁中箍筋最大间距Smax(mm)，当800?h?1200间距为0.568300m，故取S?200mm?Smax?300mm3最小配筋率复核：箍筋的最小配筋率为：?svmin?0.2%。?sv?Asv101??0.13%??svmin?0.2%bs400?200不满足箍筋的最小配筋率要求，所以应按构造配筋。Asv??svmibs故选双肢φ14@200(Asv?308mm2)。mm2，n?0.2%?200?400?30211兰州交通大学毕业设计（论文）（三）抗扭钢筋计算1截面尺寸复核计算：将T型截面划分为两块矩形截面，计算截面受扭塑性抵抗矩：b24002(3h?b)?(3?840?400)?56.5?106mm3腹板：Wtw?661202 翼缘：Wtf??(b?f?b)??(700?400)?2.16?106mm322整个截面受扭塑性抵抗矩为：Wt?Wtw+Wtf?=56.5?106+2.16?106=58.68?106mm3验算截面尺寸：h?f2hw720??1.8?6b4000.25fc?0.25?11.9?2.97N/mm2?V?T1.2?398?1031.2?8.5?1060.25fc?2.97N/mm?????1.6N/mm26bh0Wt400?84060.8?102满足抗扭纵筋上限，截面尺寸满足要求。2判断是否需要配置抗扭钢筋：9/mm20.7ft?0.7?1.27?0.88N?V?T??1.6N/mm2?0.7ft?0.889N/mm2bh0Wt不满足抗扭纵筋下限，故需按计算确定抗扭钢筋。3翼缘附加抗扭钢筋计算受压翼缘一般为纯扭计算（不计V的影响）。箍筋由下式计算：bcor?b?f?b?2c?700?400?2?25?250mmhcor?h??2c?120?2?25?70mmucor?2(bcor?hcor)?2?(250?70)?640mmAcor?bcorhcor?250?70?1750mm0221兰州交通大学毕业设计（论文）2.16?106 Tf??T??78.42?2.89kN?m6Wt58.68?10?1?Tf??0.35ftWtf?Ast?取ξ为1.2代入下列公式得：s1.2fyvAcorWtf??11.2?2.89?106?0.35?1.27?2.6?106Ast??0.52mm2/mms1.2?.2?210?17500选用φ8箍筋，则S?50.3?96mm，为施工方便，取S=90mm0.52故翼缘选配双肢φ8@90。4腹板附加抗扭纵筋计算???计算纵筋：Ast?1fyvucorAst0.52?210?640?1.2??280mm2300sfy选410（As?314mm2）。bcor?b?2c?400?2?25?350mmhcor?h??2c?900?2?25?850mmucor?2(bcor?hcor)?2?(350?850)?2400mmAcor?bcorhcor?350?850?297500mm2Wtw56.5?106Tw?T??78.42?75.5kN?mWt58.68?106因为0.35ftbho?0.35?1.27?400?840?149.4kN??V?477.6kN所以对于腹板不能忽略剪力的影响。?t的计算：?t?1.51.5??1.04?1，故取?t=1.036WV398?1056.5?101?0.5?tw1?0.5??Twbho75.5?106400?840?1?Tw?0.35?tftWtw1.2?75.5?106?0.35?1?1.27?56.5?106Ast???0.79mm2/mm1.2fyvAcor1.2?.2?210?297500s31兰州交通大学毕业设计（论文）由 Ast??Ast1fyvucor210?2400?0.12?0.79??160mm2sfy300得?st?Ast160??0.04%??stmin?0.20%bh400?9002故需按构造配筋，得Ast?0.20%?400?900?720mm按构造要求，抗扭纵筋的间距不应大于200mm或梁宽b，故梁高分四层布置纵筋。上层：Ast160??40mm2，选212(As?226mm2)44Ast160??40mm2，选212(As?226mm2)44Ast160??40mm2，选244Ast160??40mm2，选24412(As?226mm2)中一层：中二层：中三层：12(As?226mm2)下层：925分两层配筋。（As?4418mm2）通过以上各项计算，证明吊车梁的截面尺寸拟定基本合理，可根据正截面强度计算、斜截面强度计算、抗扭计算的结果绘制出钢筋配筋图，横截面配筋图如图3.4。图3.4吊车梁横截面配筋图41兰州交通大学毕业设计（论文）第四章屋盖设计本厂房长度66m，柱距6m，跨度18m。采用平坡梯形钢屋架，屋面坡度1：10。屋面采用预应力大型屋面板。静载有：屋架及支撑自重0.45kN/m2；屋面防水层0.4kN/m2；找平层0.4kN/m2；大型屋面板自重（包括灌缝）1.4kN/m2。活载：屋面雪荷载0.3kN/m2；屋面均布活荷载 0.5kN/m2。材质Q235B钢，焊条E43XX系列，手工焊。一结构形式与选型屋架形式及几何尺寸如图4.1所示图4.1屋架结构尺寸根据厂房长度(66m>60m)、跨度及荷载情况，设置上弦横向水平支撑3道，下弦由于跨度为18m故不设下弦支撑。二荷载计算表4.1荷载计算表51兰州交通大学毕业设计（论文）荷载组合方法：1、全跨永久荷载F1＋全跨可变荷载F22、全跨永久荷载F1＋半跨可变荷载F23、全跨屋架（包括支撑）自重F3＋半跨屋面板自重F4＋半跨屋面活荷载F2三内力计算计算简图如图4.2：／22／12aF／22F／12／2bF／22F／42F／32 ／42／32c图4.2计算简图表4.2屋架构件内力组合表61兰州交通大学毕业设计（论文）四杆件设计整个上弦采用等截面，按FG杆件的最大设计内力设计，即N=－210.32kN上弦杆计算长度，在屋架平面内：lox?lo?1.508mloy?2?1.508?3.016m上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。如图4.3腹杆最大内力N=－115.16kN，中间节点板厚度选用6mm，支座节点板厚度选8mm。设λ＝60，?＝0.807N210.32?103截面积为:A???1327.4mm2?F0.807?21571兰州交通大学毕业设计（论文）1.508?25.1mm?60需要回转半径：，查表选用2┐┌110×70×6loy3.016iy???50.3mm ?60ix??loxyx110×70×6y图4.3上弦截面x1.508?75.1mm?20.1验算：loy3.016?y???85.2mm?35.4?x?lox??y??x满足长细比要求，查表?y?0.655N210.32?103??151.5MPa?215MPa，满足要求?yA0.655?2120其余计算结果见下表81 兰州交通大学毕业设计（论文）五节点设计（一）下弦节点用E43型焊条角焊缝的抗拉和抗压、抗剪强度设计值ffw＝160MPa下弦节点b，设Bb杆的肢背和肢尖焊缝为hf?6mm，所需的焊缝长度为：??肢背：lw0.75N0.75?108190??60.37mm，取70mm。2heffw2?0.7?6?16091兰州交通大学毕业设计（论文）??肢尖：lw0.25N0.25?108190??20.12mm，取50mm。2heffw2?0.7?6?160设bD杆的肢背和肢尖焊缝为hf＝6mm。所需的焊缝长度为：??肢背：lw0.75N0.75?79090??44.13mm，取50mm。w2?0.7?6?1602heff0.25N0.25?79090??14.71mm，取50mm。w2?0.7?6?1602heff??肢尖：lwCb杆内力很小，取hf＝6mm。综合取节点板尺寸300mm×230mm下弦与节点板连接的焊缝长度为30.0cm，hf＝6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差ΔN＝110.06kN 受力较大处的肢背出的焊缝应力为：?f?0.75?110060，焊缝强度满足要求?34.1MPa?16M0Pa2?0.7?6?(300?12)（二）上弦节点1上弦节点BBb杆与节点板的焊缝尺寸相同。如图4.4设aB杆的肢背和肢尖焊缝hf＝8mm和6mm，所需焊缝长度为??肢背：lw0.75N0.75?150490??62.98mm，取70mm。2heffw2?0.7?8?1600.25N0.25?150490??27.99mm，取50mm。w2?0.7?6?1602heff??肢尖：lw图4.4上弦节点B02兰州交通大学毕业设计（论文）节点板上边缘缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝作为两条焊缝计算，需在强度设计值乘以0.8的折减系数。假定集中荷载P与上弦垂直，上弦肢背槽焊缝内的应力计算如下：h?f?6mm，h?f?8mm，上弦与节点板焊缝长度为290mm，则?k1(N1?N2)?2?(P231012)2(0.75?143840)2?()2?1.222?1.22??2?0.7h?flw2?0.7?6?(290?12)?53.49MPa?0.8ffw?128MPa上弦肢尖角焊缝的切应力为?k2(N1?N2)?2?(P)22?1.22(0.25?143840)2?( ??2?0.7h?f?lw231012)2?1.222?0.7?6?(290?12)w?53.49MPa?0.8ff?128MPa2上弦节点C设Cb杆的肢背和肢尖焊缝为hf＝6mm。所需的焊缝长度为??肢背：lw0.75N0.75?21180??11.8mm，取50mm。w2?0.7?6?1602heff0.25N0.25?21180??3.9mm，取50mm。2heffw2?0.7?6?160??肢尖：lw验算节点板强度上弦与节点板焊缝长度为173mm，则?k1(N1?N2)?2?(P231012)2(0.75?0)2?()2?1.222?1.22??2?0.7h?flw2?0.7?6?(173?12)w?7.00MPa?0.8ff?128MPa上弦肢尖角焊缝的长度为126mm的切应力为?k2(N1?N2)?2?(P)22?1.22(0.25?143840)2?(??2?0.7h?f?lw231012)2?1.222?0.7?6?(126?12)w?9.8MPa?0.8ff?128MPa12兰州交通大学毕业设计（论文）（三）屋脊节点设拼接角钢与受压弦杆之间的角焊缝hf?8mm，则所需焊缝计算长度为（一条焊缝）如图4.5图4.5屋脊节点 lw?210320?58.68mm4?0.7?8?160拼接角钢长度ls?2(lw?2hf)+弦杆杆端空隙20，拼接角钢长度取180mm。上弦与节点板之间的槽焊缝，假定承受节点荷载，验算如下：设FG杆的肢背和肢尖焊缝为hf＝8mm和6mm。所需的焊缝长度为??肢背：lw0.75N0.75?210320??88.02mm，取110mm。2heffw2?0.7?8?1600.25N0.25?210320??39.12mm，取60mm。w2?0.7?6?1602heff??肢尖：lw验算节点板强度上弦与节点板焊缝长度为150mm，则2k1N）?(P231012)2(0.75?210320)2?()2?1.222?1.22? ?2?0.7h?flw2?0.7?8?(150?12)w?102.24MPa?0.8ff?128MPa上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算，lw＝117－6－15＝96mm0.15?210230焊缝应力为：?N??39.15MPaf2?0.7?6?9622兰州交通大学毕业设计（论文）M?f?6?0.15?210230?54.3?132.71MPa2?0.7?6?962(?)?(Nf2?Mf1.22)2?(39.15)2?(132.712)?115.6MPa?160MPa1.22（四）支座节点为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板高度相等，厚度10mm。支座反力R?23101?6（竖向支座反力单位系数）?138606N。设支座地板的平面尺寸采用240mm?360mm，现仅考虑有加劲肋部分的底板承受mm2。验算柱顶混凝土强度：支座反力，则承压面积为280?230?64400??R138606??2.15MPa?fc?12.5MPaAn64400支座板底厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将节点板分为四块，块板为两相邻边自由板，每块板的单位宽度的最大弯矩为 2M??2?a2?0.0566?2.15?1592?3076.44N?mm底板厚度t?6M6?3076.44??9.27mm，取t?16mmf215假定加劲肋受力为屋架支座反力的1/4，即138606/4?34651.5N，则焊缝内力为V?34651.5NM?34651.5?50?1732575N?mm设焊缝hf?6mm，焊缝长度lw?400?20?12?368mm，焊缝应力为(34651.51732575?6)2?()2?12.6MPa?160MPa22?0.7?6?3862?0.7?6?386?1.22设焊缝传递全部支座反力R=138606N，其中每块加劲肋各R/4?34.65KN，节点板传递R/2?69.3KN。节点板与底板的连接焊缝长度?lw?2?(240?12)?456mm，所需焊脚尺寸为hf?R/269303??1.1mm，故取hf?6mm0.7?lw?ffw?1.220.7?456?160?1.22每块加劲肋于底板的连接焊缝长度为?lw?2?(110?20?12)?156mm所需尺焊缝寸为34651.5?1.62mm，故取hf?6mmhf?0.7?156?160?1.2232兰州交通大学毕业设计（论文）六梯形钢屋架支撑布12图4.6梯形钢屋架支撑布置图a屋架上弦支撑布置图b屋架下弦支撑布置图 c垂直支撑1-1d垂直支撑2-2SC上弦支撑XC下弦支撑CC垂直支撑CG刚性系杆LG柔性系杆42兰州交通大学毕业设计（论文）第五章排架结构设计一排架柱高度和截面尺寸选定（一）排架柱高度柱全高H=屋面梁底高程-发电机层底板高程=839.56m-824.96m=14.6m上柱高度Hu=屋面梁底高程-吊车梁轨顶高程+吊车梁高=839.56-835.52+0.9=4.94m下柱高度Hl=柱全高-上柱高=14.6-4.94=9.66m基础顶标高为±0.00,确定柱顶标高为14.6m（二）截面尺寸选定上柱为矩形：b×h=400mm×400mm下柱为工字型：h?b?bf?hf=400mm×800mm×120mm×162.5mm图5.1排架柱上柱截面图5.2排架柱下柱截面5.3排架柱标高二排架结构的计算简图和参数（一）计算简图 为简化计算，假定排架柱上端与屋架铰接，下端与基础顶面固结；屋架两端处柱的水平位移相等；忽略排架和排架之间的相互联系，即不考虑排架的空间作用。排架结构的计算简图见图5.452兰州交通大学毕业设计（论文）图5.4排架柱计算简图（二）计算参数上柱截面面积Au?400mm?400mm?0.16m2惯性矩Iu?bh3/12?400?4003/12mm4?2.13?109mm4下柱截面面积Al?0.4?0.8m2?[(0.45?0.5)/2]?0.14?2m2?0.187m2惯性矩Il?400?8003/12?300?[(450?500)/2]3/12?14.56?109mm4翼缘厚度按平均值：hf?(25/2?150)mm?162.5mmλ?Hu4.94??0.338H14.6Iu2.13??0.146Il14.5633??2.447111?λ3(?1)1?0.3383(?1)n0.146n?C0?三排架的荷载计算排架的荷载包括永久荷载、屋面可变荷载、起重机荷载和风荷载。（一）恒载1屋盖自重标准值G1k预应力大型屋面板重1.4×6×18=151.2kN嵌缝重0.1×6×18=10.8kN 62兰州交通大学毕业设计（论文）防水层重0.4×6×18=37.8kN20mm厚水泥砂浆找平层0.4×6×18=43.2kN屋架及支撑自重0.45×6×18=48.6kN作用于每段柱顶的屋盖结构自重标准值：G1k=297/2=148.5kN2柱自重G2k和G3k0.4×0.4×4.94=19.76kN上柱自重标准值：G2k=25×下柱自重标准值：柱身：25×[0.187×7.86+0.4×0.8×（0.2+0.4+0.6）]=46.35kN牛腿：25×[（0.8+1）/2×0.2+0.4×1]×0.4=5.8kNG3k=46.35+5.8=52.15kN3混凝土吊车梁及轨道联接自重G4k12.33×62+1.5×6=64.5kNG4k=1/8×（二）活荷载1屋面活荷载Q1K雪荷载为0.3kN/m2，屋面积灰荷载为0.5kN/m2，屋面均布活荷载为0.5kN/m2。《建筑结构荷载规范》（GB50009--2001,2006版）规定，排架计算时，屋面积灰荷载和雪荷载或屋面均布活载中较大值同时考虑。屋面活荷载Q1K=[(屋面均布活荷载，雪荷载)max+积灰荷载]×6×18=(0.5+0.5)×6×18/2=54kNQ1K的作用位置同G1k 2起重机荷载采用一台中级工作级别吊车，额定起重量Q=100/20t，吊车具体参数见表5.172兰州交通大学毕业设计（论文）起重机竖向荷载Dmax=330kN，Dmin=60kN，作用位置同G4k起重机横向水平荷载：起重机每个轮子的横向水平制动力：0.050.05?(24.5?36.6)?0.76tT0?(G2?G3)?4m其标准值为：Htk?10?(G2?10)10?0.12?(24.5?10)??10.55kN44所以Tmax?10.55kN其作用位置距离柱顶：（4.94-0.9）m=4.04m3风荷载由设计资料可知，该地区基本风压?0=0.5kN/mm2,B类地面粗糙度，单层厂房可不考虑风振系数，取?z=1.0，厂房的风载体型系数如图4-5所示，根据《建筑结构荷载规范》可得风压高度变化系数如表5.2所示，框架风荷载计算简图如图5.6所示：-0.6-0.5-0.5+0.8q图5.5风载体型系数图5.6框架风荷载计算简图表5.2风压高度变化系数?z(B类粗糙度)注：以下所用的?z均从表4-2中的数据线性插值求得。 柱标高为14.6m，风压高度变化系数?z=1+柱顶以下墙体承受的均不风荷载标准值：1.14?1?(14.6?10)?1.128815?10q1k??1kB?(?zusuz?o)B?1?0.8?1.1288?0.5?6?2.71kN/m???q2k??2kB?(?zusuz?o)B?1?0.5?1.1288?0.5?6?1.69kN/m???82兰州交通大学毕业设计（论文）作用在柱顶的集中风荷载W由两部分组成：柱顶至檐口竖直面上的风荷载和屋面上的风荷载的水平风量。檐口标高：H=柱顶高度+屋架端头外至外高度=14.6+1.879=16.48m1.25?1.14?(16.48?10)?1.172风压高度变化系数：?z=1+20?15作用在柱顶的集中风荷载W：W=?[(?z?s?z?o)BHi]ni?1?1.0?1.172?0.5?6?(0.8?1.879?0.5?1.879?0.6?1.011?0.6?1.011)?7.92kN作用点标高14.6m排架的计算简图及荷载的作用位置示图5.7、图5.8G1KG1Ke+G+(DDmin)G1KG1K(Dmin+D)400q1Kq2K 200图5.7排架荷载作用简图图图5.8排架荷载作用位置四排架内力分析（一）恒载作用下的排架内力计算由于单层厂房多属于装配式结构，柱、吊车梁和轨道的自重，多是在预制柱吊装就位完毕而屋架尚未安装时加在柱子上的，此时尚未构成排架结构。但是在设计中，为了不其他荷载项的计算方法一致，在柱、吊车梁和轨道的自重作用下仍按排架结构进行内力计算。1由G1k产生的弯矩和轴力G1k=148.5kNM11?G1k?e1?148.5?0.05?7.425kN?m92兰州交通大学毕业设计（论文）M12?G1k?e2?148.5?0.2?29.7kN?m计算柱顶反力111??2(1?)1?0.3382(1?)33???2.04C1??11221??3(?1)1?0.3383(?1)n0.146R11?C1?M117.425?2.04??1.04KN(?)H14.63C2??21??231?0.3382???1.0841121??3(?1)1?0.3383(?1)n0.146R12?C2?M1229.7?1.084??2.21kN(?)H14.6N1?148.51kN R1?R11?R12?1.04?2.21?3.25kN2由柱自重G2k和G3k产生的弯矩和轴力上柱重G2k=19.76kNM22?G2k?e2?19.76?0.2?3.952kN?mR2?C2?M223.952?1.084??0.293kN(?)H14.6N2?19.76kN下柱重N3?G3K?52.15kN,仅产生轴力不产生弯矩。3由G4k产生的弯矩和轴力G4k=64.5kNM33?G3k?e3?64.5?0.35?22.58kN?mR3?C2?M4422.58?1.084??1.68kN(←)H14.6N3?64.5kN恒载作用下的计算简图和内力图分别示于图5.9和图5.1003兰州交通大学毕业设计（论文）R1+R2-R3.43M228.7图4.9恒载计算简图图4.10恒载作用下的M、N图（单位：kN·m、kN）（二）屋面活载作用下的排架内力计算Q1K的作用位置同G1k，即成比例，Q1K=54kNR?R1?Q1k54?3.25??1.18kN(?)G1k148.5 Q54M11??M11?1k?7.425??2.7kN?mG1k148.5M12??M12?N=54kN5.11、图5.12MQ1k54?29.7??10.8kN?mG1k148.5M6543.7图5.11屋面活载计算简图5.12屋面活载作用下的M、N图（单位：kN·m、kN）13兰州交通大学毕业设计（论文）（三）起重机竖向荷载作用下的排架内力计算1最大轮压作用于A柱时A柱：MA?Dmax?e3?330?0.35?115.5kN?mB柱:MB?Dmin?e3?60?0.35?21kN?m计算简图如图5.13ABRABRARB图5.13吊车竖向荷载作用下计算简图 和恒载的计算方法相同，由前可知C2=1.084A柱：RA?C2?MA115.5?1.084???8.58kN(?)H14.6MB21?1.084??1.56kN(?)H14.6B柱:RB?C2?A柱和B柱相同，剪力分配系数?B??A?0.5，则A柱和B柱柱顶的剪力为:A柱：VA?RA??A(RA?RB)??8.58?0.5?(?8.58?1.56)??5.07kN(?)B柱：VB?RB??A(RA?RB)?1.56?0.5?(?8.58?1.56)?5.07kN(?)图5.14吊车竖向荷载作用下的M、N图（单位：kN·m、kN）23兰州交通大学毕业设计（论文）2最大轮压作用于B柱时由于结构的对称性，A柱同1中B柱情况，B柱同1中A柱的情况。吊车竖向荷载作用下的M、N图如图5.14所示（四）起重机横向水平荷载作用下的排架内力计算Tmax向左作用，柱中轴力为零。由前述所得n=0.146,λ=0.338A柱TA?Tmax?10.5kNB柱TB?Tmax?10.5kNTmax作用位置距离柱顶：（4.94-0.9）m=4.04my4.04??0.818,查表得H?4.942?2.1???3(C5?0.230.23?0.1)2?2.10.338?0.3383(?0.1)n0.146??0.5513132[1??(?1)]2[1?0.338(?1)]n0.146考虑空间作用分配系数m,查表得到m=0.85,计算简图见图5.15，则A柱和B柱柱顶的剪力为 图5.15起重机水平力作用下排架计算简图VA?(1?m)C5Tmax?(1?0.85)?0.55?10.5?0.867kN(?)VB?(m?1)C5Tmax?(0.85?1)?0.55?10.5??0.867kN(?)Mk??0.867?4.04??3.5kNM1K?M2K?(?0.867?4.94?10.5?0.9)?5.16kN?mM3K?[?0.867?4.94?10.5?('