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箱式电阻炉及温控系统结构设计

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1 绪论

箱式电阻炉是工业生产中应用的利用电热效应产生的热量加热或熔化物料的设备，通常由炉体和配套的机电装置组成。工业电阻炉种类繁多，应用广泛，按电热方式不同，可分为电阻炉、感应炉、电弧炉、等离子炉、电子束炉、介质（微波）加热设备等几大类。而每一类还可根据加热方式、炉体结构特点、物料输送方式、操作方式、电源特点、加热用途、炉内气氛与介质的不同等等分成许多小类。

箱式电阻炉是利用电流通过电阻丝产生的热量来加热或熔化物料的一类电炉。影响箱式电阻炉加工质量的一个重要因素就是电阻炉的温度控制的精度，所以，温度控制是箱式电阻炉设备的制造之中的重中之重。

1.1箱式电阻炉温度控制方法的应用现状

当前，自动化装置己成为现代生产过程的重要组成部分，自动化装置是保证生产过程正常进行的重要因素和条件，生产过程自动化的程度己成为衡量工业企业现代化水平的一个重要标志。电阻炉温度控制方法也不例外是一个自动化控制的方式，使电阻炉的温度控制精度更高，使热加工质量更好。

1.1.1箱式电阻炉控温系统的常规结构及方法

目前，箱式工业电阻炉的自动化水平较低，在控制方法上很多还停留在简单控制水平上。由于小型箱式电阻炉一般应用在实验或小容量用炉的场合，这种电阻炉在设计方面满足了惯性小、非线性弱的控制要求、同时在应用过程中的扰动也比较少、动态参数时变性不大、因此，PID控制器足以满足这种电阻炉控温系统的要求。尤其工业发达国家生产的PID温度控制器，以及一些国内采用引进技术而生产的模拟PID控制器，都得到了广泛的应用[1]。

与小容量箱式电阻炉相比大容量工业电阻炉最大的特点是具有大惯性、大延迟，当出现超调严重时，有可能引起系统的不稳定，甚至超过安全线，从而危及设备与生产安全。由于在生产中还要满足不同生产过程的要求，需要动态的改变炉内温度、加热试样的品种、及相应加热试样的速度等，这使得电阻炉对象参数扰动频繁，造成了大容量电

阻炉控制的复杂性、困难性。而常规PID控制对这种对象达不到理想的控制效果。这就要求必须根据大容量电阻炉的结构及动态特性提出新的控制策略[2-3]。

在新兴工业电阻炉温控方法的研究方面，很多学者做了大量的研究。例如各种模糊技术在电阻炉温度控制中的成功应用，及神经网络在对电的这种灵活性，使得它已成为当前解决复杂被控对象的优先选择[4-6]。包钢无缝厂环形加热炉即采用了复合模糊控制与PID调节相结合方法，解决了加热炉燃烧热值波动、阀线性不好和大惯性的难题。

1.1.2箱式电阻炉应用特点

随着电力工业的发展，箱式电阻炉得到了大规模的工业的应用。在20世纪末，为适应工业(特别是材料工业)发展的需要，电阻炉又得到快速发展。它除应用于材料工业外，还广泛应用于机械工业、化学工业、建筑工业、轻工业及实验室等，它之所以应用广泛是因为和燃烧炉相比，具有很多优点：

1) 热效率高：电阻炉不需要燃烧烟气作传热介质，没有排除废气造成的热损失，空间热强度高，能达到很高温度;

2) 产品质量好：炉内气氛洁净，炉温可以精确控制，温度场均匀稳定，可适应各种烧成制度的要求;

3) 能在各种人工气氛中烧成：如在N2, Ar, H2等气氛中烧成制品;

4) 设备简单，占地面积小，节省设备投资;

5) 电阻炉洁净卫生，不污染环境;

6) 电阻炉易于实现生产过程的机械化和自动化，劳动条件好，劳动生产率高。同时与其他电炉相比，电阻炉具有发热部分简单，对炉料种类的限制少等特点它广泛应于机械零件的淬火、回火、退火、渗碳、氮化等热处理，也用于各种材料的加热、干燥、烧结、钎焊、熔化等，是发展最早、品种规格最多、需要量最大的一类电炉。

1.1.3箱式电阻炉种类及控制特性

箱式电阻炉的类型很多，按其加热方式不同，可分为间接加热电阻炉和直接加热电阻炉两大类。前者依靠电流通过炉内的电热体或导电液体产生热量，再经过一定的传热过程将热量传给被加热的物体。目前绝大多数电阻炉属于这一类。后者是电流接通被加热的物料，依靠物料本身的电阻发热(物料的电阻要大)。

1、直接加热电阻炉的控制特性

直接加热电阻炉的工作原理示于图 1.1。由于其导电触头和物料之间靠接触导电，因此又称为接触热。

图1.1 直接加热电阻炉工作示意图

直接加热电阻炉在生产过程中有以下特点，因为在加热过程中电流直接从被加热的物料中通过，加热物料所需的热量产生于被加热的物料本身，所以与间接加热相比，在其他条件相同的情况下，加热速度很快，尤其在加热金属材料时，加热时间只有几十秒甚至几秒，因此生产过程中的惯性时间要比间接电热小的多。而且材料内部的温差较小使得系统的稳定性也比较好。所以，这种电阻炉的控制是相对比较容易实现的，通常采用模糊控制或PID控制。

2、间接加热电阻炉的控制特性

间接加热电阻炉中，电流是通过炉内的专门电阻发热元件即电热体所产生的热量，借辐射、对流和导热，传递给被加热物料，这种炉子称为间接加热电阻炉。

间接加热电阻炉在用途及结构上种类繁多，但从炉子的电热体向被加热物料传热过程来讲，可分为三种基本类型，即辐射传热型、对流传热型和导热传热型。它们的特点分别示于图1.2

（a）辐射型 (b)对流型

图1.2 间接加热电阻炉的基本结构形式示意图

图中1.2(a)所示的炉子，电热体直接安装在炉内。电热体1的热量只靠辐射传热传给被加热的物料2;若炉子在一般大气压状态下工作，电热体对物料的传热，除辐射作用外，还有一部分靠自然对流传热。两者的比例视炉子的温度而异，温度越高，辐射所起的作用越大。对于这一类电阻炉，加热体通常采用加热棒或加热管等加热体，电流通过加热体时，电热体的温度迅速变化，从而将热量向周围以辐射和自然对流的方式传递。从上述的这些传热特点，可看出这一类电阻炉炉内温度的分布是不均匀的，而且对象的稳定性能差;同时对试样的加热也往往具有大的热惯性;因此，实现试样的高精度控制，就必须解决对象的大惯性、非线性问题。当采用单回路控制系统时，只需要一支热电偶放在加热试样附近，控制方法最好采用智能控制。如果采用串级结构系统，则需要两热电偶分别放在加热体附近与试样附近，控制方法可采用PID控制或模糊控制。

在图1.2(b)属于对流型结构，其中电热体和被加热物料之间用罩子隔开，完全排除了电热体对物料进行直接辐射的可能性。炉内的气体由于风机的作用而强烈循环，当气流冲刷电热体时，靠对流传热作用而被加热;然后气流又依靠对流传热作用将热量传给被加热体的物料。这种电阻炉的体积通常较大，但因为有强制对流换热，电热体通电升温后，很快就可将热量以较大的换热系数传递给加热试样;虽然试样的温度与加热体有一定差值，但这种电阻炉的惯性时间不是很大，而且炉内的温度分布往往比较均匀，稳定性

能比较好。所以，这种电阻炉中热电偶位置的选择可以随意一些，而且采用单回路模糊控制或PID控制就可以满足控制要求。

图1.2(c)是传导型的结构，带有厚壁的耐火材料罩。电热体的热量以传导的方式由罩子的外表面传到内表面，然后由罩子内表面以辐射和对流的方式传给被加热的物料。对于这种类型的电阻炉，电热体热量传递到内表面需要一定时间:如果炉内的空间较大，且电阻炉的工作温度不是很高时，其自然对流换热与辐射换热的强度都不是很大，所以对这种电阻炉也具有大惯性的特点。但这种电阻炉各点的热惯性差异不会太大。因此，如果采用单回路的控制系统，则热电偶最好放在试样附近:如果由于生产要求，无法将热电偶放在试样附近，也可以放在贴近上壁面处，因为这里的温度变化比较小，但实际测量的温度并不是试样温度，所以应该根据经验对测量温度进行适当补偿，使其接近试样温度。

从上面叙述可知，间接式电阻炉当采用不同材料的电热体可在炉内达到不同的最高工作温度;采用不同的电热体安装和布置方式，可在炉内得到不同的温度分布以及做成各种形式的炉子。而且，随着炉内换热方式与换热程度的不同，也使得电阻炉的动态特性有很大的不同。因此，充分了解电阻炉的工作原理对于电阻炉控制的研究是非常必要的[20-25]。

1.2箱式电阻炉发展对控制的要求

最近几年来，由于人类忽略了经济发展对自然生态的破坏作用，而一味追求工业的飞速发展与经济的繁荣，从而导致了空前的两大危机，即能源危机与环境污染。随着社会的发展和人类社会的文明，人们对环境及能源问题的认识日益加深，因此已将环境保护作为我国的一项基本国策[26]。现代工业是朝着节能与环保的大方向发展的，在这种趋势的推动下，燃烧炉已经退出历史的舞台，而电阻炉在这方面的优势，使得它在工业上得到了进一步的广泛应用。因此，实现我国工业电阻炉的自动化，达到精确控制炉温，提高成品率，实现节能及减少污染，己成为近几年来热工与自动化专业人员的一项研究课题[27]

新型工业箱式电阻炉研制的难度更大，控制要求水平更高。而解决这类问题的重要途径之一就是将人工智能、控制理论和运筹学三者结合的智能控制。这一方面已受到国内外控制界的极大重视，并已有在化工、热工和水泥工业中有成功应用的报导。因此，

作为从事热工自动化方向的科技工作者深入到智能控制的研究中是非常必要的。

1.3箱式电阻炉的设计

箱式电阻炉的设计主要内容是围绕着解决具有大惯性动态特性对象的控制精度而展开的。大惯性对象是指那些对控制量的响应时间远远小于控制器执行动作时间的对象。这种对象，广泛存在于我们的现实生活中，提到的大容量间接加热电阻炉外，还有如大房间的温度控制等，都具有较大的热容量。本文以间接加热电阻炉为实际研究对象进行系统分析，从而找出适合大惯性动态特性对象的一般控制方法。

1.3.1研究对象

箱式电阻炉是利用电流通过电热体产生的热量来加热或熔化物料的一类电炉。与其它电炉相比，箱式电阻炉具有发热部分简单，对炉料种类的限制少，炉温控制精度高，容易实现在真空或控制气氛中加热等特点。是发展最早、品种规格最多、需要量最大的一类电炉。由于大容量电阻炉是具有大惯性等复杂热工特性的一种典型代表，所以通过对它的研究，可对此类对象进行深入的探讨及了解。

本文研究对象是以加热棒为加热体的电阻炉。炉内压力处于一般大气压状态下，炉内的热量传递方式是辐射换热与自然对流换热，所以对于炉内的被加热对象具有大的热惯性，并且炉内的温度分布是不均匀的。

图1.3 电阻炉正面视图

电阻炉结构如图1.3所示，其中2点为热电偶测量电热元件温度的充分接近点。点是热电偶测量加热试样温度的充分接近点。当发生扰动时，控制系统输出电压作为控量当输出的电压变化时，通过电热元件的功率同步发生变化，从而使电热元件的温度也生

变化。所以对2点温度进行控制是比较容易实现的，这时的温、度响应对象惯性小，性弱。但实际上我们最关心的是试样温度，即1点温度。因此保证1点温度的精确性是产品工艺的主要要求。

当电热元件温度发生变化时，将导致炉内温度变化，从而试样温度也随之发生同趋势的变化。如果电阻炉热容量比较小，那么这一过程的惯性时间也比较小，非线性也较弱。因此，这时可采用单环控制结构，控制方法也可使用PID控制.这种方式是早期电阻炉的常规控制方法，即直接对2点温度进行测控(加热元件温度)，以近似作为加热试样温度;或者通过一定的经验公式对2点温度进行一定补偿，近似推算出1点温度。这种方法由于算法简单、方便易行、所以在小容量电阻炉或精度要求不高的电阻炉控温系统中具有良好的效果。但是，本文中的电阻炉具有惯性大、非线性强及时变性的特点，而且对电阻炉控温精度要求高，这使得常规PID控制方法不能满足控制的要求。

综上所述，为实现本课题任务，必须解决电热元件，温度变化导致加热试样和温度变化这一传递过程的大惯性、时变性、强非线性、以及生产过程中的多扰动问题。1.3.2设计方法

本文通过对电阻炉进行建模、仿真，综合评价其动态特性，近而为实际控制系统设计提供参考，其主要工作由三部分组成。

1、箱式电阻炉动态数学模型的建立

箱式电阻炉动态数学模型是指电阻炉吸热后温度随热量(或随加热功率)的变化规律。箱式电阻炉的温度受热工过程诸多因素影响，且时变性大、生产过程复杂多变，因此对整个加热过程进行细致研究、建立数值模型比较复杂。所以本文采用时域动态建模的方法，建立电阻炉的多种仿真模型，并通过与实际对象的响应曲线进行比较，从中选出适用于电阻炉对象的模型。具体步骤如下:

第一:在电阻炉温度稳定后，加入一个阶跃电压，然后测得电阻炉系统的温度响应曲线。此温度响应曲线的测量，必须要保证在电阻炉温度稳定之后才能进行而且上述的实验过程，在相同的实验条件下应重复实验多次，以得到至少要有两条基本相同的曲线。最后，要将得到的温度响应曲线化成标么曲线形式。

第二:采用时域建模中的两点法，对所测得的数据分别按照高阶惯性模型与一阶纯滞后模型的方式进行建模。

第三:分别对高阶惯性模型与一阶纯滞后模型输入一个阶跃响应，并得到各自的响应曲线，同时将响应曲线化成标么曲线形式。

第四:将高阶惯性模型与一阶纯滞后模型的响应曲线标么形式与实测的温度标么响应曲线进行比较，找出更能代表实测对象的模型。

按照上面的步骤，我们得到了电阻炉对象的传递函数模型;这个模型将用于仿真分析。

2、控制系统建模及仿真分析

完成了电阻炉对象数学模型的建立，我们要对这一模型的特性进行分析。在本文中，选用了MATLAB软件下的SIMULINK环境，对建立的动态模型进行仿真分析。

首先，在SIMULINK环境下，构造出单回路PID控制系统与单回路模糊控制系统。并通过对这两个系统的调试，找出其最佳的控制效果，并分别对计算的动态指标与稳定性指标进行比较，以确定单回路控制系统是否适合大惯性对象的控制。

其次，构造出串级的模糊PID控制系统与串级的PID模糊控制系统。并分别对两系统进行分析，观察它们的控制效果是否优于单回路系统。

最后，对串级的模糊PID控制系统与串级的PID模糊控制系统进行比较，看那一种结构更适合扰动频致的大容量电阻炉对象。

3、建立温度控制系统

建立温度控制系统时，首先要对电阻炉的功率进行初步计算，以配置适当的电加热体及适当功率的可控硅，使得控制功率能够满足炉膛内的温度要求及控制温度的均匀分布，并符合工艺要求。

电阻炉功率的确定有估算法与热平衡法[15]。估算法是按炉温及炉膛容积或炉温与炉膛有效面积及空炉升温时间等参数，并通过一定的经验公式或计算图表来确定电阻炉的功率。但由于这种方法必须具有非常丰富的经验，所以对于普通工作者无法接受。

热平衡法是通过能量守恒定律，即将电功率转变为热功率时，两者应相平衡。所以只要计算出各种热消耗功率的总和，即可算出电阻炉所需的总电功率。其计算公式如下: P=KE

其中，P一电阻炉消耗的总功率，即电热体的总功率;

K一安全系数或称储备系数。

E一电阻炉各种热消耗功率的总和

为将工件加热到预定温度所给定的热流和损耗电炉的热损耗率较低炉子侧体及附件所给的功率即单位时间内所需的蓄热热量都得要适当。

如上所述，根据传热学知识，可计算出各种热损失率，进而确定了电阻炉的总功率。电阻炉的功率确定后，则电阻炉温控系统的硬件也就基本确定了。因此，下面的工作是建立温控系统的软件。

我们将仿真中得到FUZZY-PID串级控制系统应用到实际控制系统中，这部分主要的工作是模糊控制器的建立，本文采用了DDE链接的方法将MATLAB仿真中的模糊控制器直接应用到了实际控制系统中，从而解决了系统构造中的最大难题。

最后将实际控制效果与仿真效果进行了比较，可以看到它们之间还有一定差别，这主要是在建模、仿真过程中，假设了一些理想条件，而实际过程存在着误差，因此，对于建模、仿真还可以近一步改进，从而找出更符合大惯性电阻炉这一类热工对象的建模方法、仿真方法及控制方法。

2箱式电阻炉的结构设计

本箱式电阻炉是对老产品的改造和升级换代产品，采用先进的温度控制系统，使电阻炉的温度控制精度更高，更自动化。广泛适用于各类实验室，工矿企业，科研单位作元素分析测定及一般小型件淬火，退火，回火等热处理作业。

2.1箱式电阻炉的结构尺寸

本箱式电阻炉的外壳采用优质的三角铁焊接成而成的矩形框架（长：a=900mm; 宽：b=650mm; 高：h=600mm），表面用冷轧钢板铆接到矩形框架上。工作室由优质碳化硅耐火材料制成（此工作室是一个五面全封闭一面敞开的，长：a1=400mm; 宽：b1=250mm; 高：h1=160mm）。此工作室底面有一定的坡度，是为了完成工作后取出工件方便设计的。它的坡度角为5度由经验公式:mg/sin&

2.2箱式电阻炉炉门的设计

炉门的密封性要求很高，本箱式电阻炉的炉门采用左右两侧都加紧的加紧装置，为了是使炉门的隔热效果更好。因为炉门的隔热效果要是不好，不但会影响加热速度，还会让有害气体进入炉膛工作室影响工件的质量，例如在热处理当中，进入炉膛工作室大量的不利气体（氧气，等气体）就会使工件的热处理失败，工件热处理后的表面被氧气得氧化，这是热处理当中非常忌讳的一个。要是炉门的密封性隔热性能良好就不会出现上述事件的发生，保证热处理的正常进行。此外炉门密封性的好坏还会影响到箱式电阻炉的使用范围，当炉门的密封性能良好时电阻炉就能进行渗碳，渗氮的热处理。因外炉门的密封性好就可以再炉膛工作室当中冲入氮气或是炭黑等原料进行渗氮，渗碳的热处理。这样大大增加了箱式电阻炉的使用范围，为电阻炉的应用市场打开更大的大门，

本电阻炉的外形喷涂有红色的防锈漆是外观更加美观，并且外壳始终保持常温，不会烫伤周围的工作人员，使电阻炉的使用更加安全可靠，使用者更放心安全的使用，使电阻炉的市场前景更加美好。

2.3箱式电阻炉的使用说明

烘炉，当电阻炉第一次使用或长时间停止使用后再次使用时，必须进行烘炉。其程序如下：

（1）当由室温升到200度时4小时（打开炉门让水蒸气散发）；

（2）当由200度升到600度时4小时（关闭炉门）；

（3）当由600度升到800度时2小时（关闭炉门）直到自然冷却到室温为止才能进行正常工作。

大学生结构设计大赛计算书模板

枣庄学院第一届结构设计大赛第九组作品设计计算书学校名称：枣庄学院专业名称：土木工程专业学生姓名：蒋文忠吴少波杨广晓黎斌邵淑营指导教师：高志飞张秀丽二〇一四年五月

理论分析计算书目录一、设计说明 (3) 1、方案构思 (3) 2、结构选型 (4) 3、结构特色 (4) 二、方案设计 (5) 1、设计基本假定 (5) 2、模型结构图 (5) 3、节点详图 (5) 4、主要构件材料表及结构预计重量 (5) 三、结构设计计算 (6) 1、静力分析 (6) 2、内力分析 (6) 3、承载力及位移计算 (7) 四、结构分析总结 (8)

一、设计说明根据竞赛规则要求，我们从模型制作的材料抗压特性，冲击荷载形式和静力加载大小要求等方面出发，结合节省材料，经济美观，承载力强等特点，采用比赛提供的木材细杆和木板，502胶水味粘结剂精心设计制作了结构模型。 1、方案构思模型主要承受竖直静荷载，竖直静荷载较容易满足。（1）本结构主要构思是想利用腹杆的轴力来抵抗荷载的作用（2）设计的总原则是：尽可能的利用竖向支撑的腹杆来提高柱子的承载力而在柱子之间辅以细杆来稳定结构，并利用木材的抗拉性能，及抗压性能来抵抗荷载的作 2、结构选型由于梯形具有较强的稳定性，而且在平面上容易找平，我们选择梯形为主体结构框架，桁架受力均匀简单，仅受轴力，便于木材性能的发挥。 2.1结构外形结构上平面为跨度为900mm的等边三角形，内部采用空间桁架结构加强稳定性。 2.2材料截面选择

主体下弦杆截面为四根8*6的杆件粘接而成,两边的两个侧杆截面为5*3的杆件，保证抗压的同时减轻材料的质量。上弦杆为截面为四个5*3的杆件，两侧腹杆为两个截面8*6的杆件，中间三个腹杆为截面5*3的杆件。 2.3节点设计主体框架结构相交的节点由于杆的倾斜在加静载时会引起较大的剪力，在连接时用小木片填充密实，再用水平短木条相连使木条在下面顶住节点上部斜梁，在加载处节点贴上薄木片来增大接触面积，从而来增大节点强度，从而在结构受力计算时一些节点模拟成刚节点。 3、结构特色这个结构是在我们制作结构对结构进行试验的多次循环反复而后的出来的结构，它凝聚了所有的试验所得的经验。它的优点：（1）从结构的外形上看，我们选择梯形作为主体形状，受力均匀，加载方便，上宽下窄，形状渐随着高度逐渐变化，有活力。（2）根据结构力学求解器软件建立的模型分析，可得出结构位移最大点，针对这一情况，我们改造出变截面柱，成为我们结构一大特色。（3）斜梁相交时，用胶水加固，这大大提高了斜梁的稳定性和强度。（4）结构有效的节约了材料，采用合适的杆加固，经济适用。（5）结构模仿实际工程，采用腰梁，增强抗震性和稳定性。（6）根据结构力学求解器软件建立的模型分析结果，我们加强顶部和支座强度。

建筑结构设计计算书

第一部分建筑设计说明 1.1.总平面设计本设计为一幢7层宾馆，首层层高为 4.5m，二至七层层高均为3.6m,考虑通风和采光要求，采用了南北朝向。设计室内外高差为 0.45m，设置了3级台阶作为室内外的连接。 1.2.平面设计本宾馆由客房及其他辅助用房组成。设计时力求功能分区明确，布局合理，联系紧密，尽量做到符合现代化宾馆的要求。（1）使用部分设计 1.客房：客房是本设计的主体，占据了本设计绝大部分的建筑面积。考虑到保证有足够的采光和较好的通风要求，故将宾馆南北朝向，东西布置。 2.门厅：门厅是建筑物主要出入口的内外过渡，人流分散的交通枢纽，对于宾馆而言，门厅要给人一种开阔的感觉，给人舒适的第一感觉，因此，门厅设计的好坏关系到整幢建筑的形象。（2）交通联系部分设计走廊连接各个客房、楼梯和门厅各部分，以解决房屋中水平联系和疏散问题。过道的宽度应符合人流畅通和建筑防火的要求，本设计中走廊宽度为2.4m。楼梯是建筑中各层间的垂直联系部分，是楼层人流疏散必经通道。本方案中设有三部双跑楼梯以满足需求。为满足疏散和防火要求，本宾馆设置了两部电梯。（3）平面组合设计该宾馆采用内廊式，由于本建筑的特殊功能，各个客房与服务台都需要有必要的联系。 1.3.立面设计本方案立面设计充分考虑了宾馆对采光的要求，立面布置了很多

推拉式玻璃窗，样式新颖。通彻的玻璃窗给人一种清晰明快的感觉。在装饰方面采用乳白色的外墙，窗框为银白色铝合金，色彩搭配和谐，给人一种亲切和谐放松自由的感觉，一改过去的沉闷和死板，使旅客可以轻松自在的在宾馆休息与生活。 1.4.剖面设计根据采光和通风要求，各房间均采用自然光，并满足窗地比的要求，窗台高900mm。屋面排水采用有组织内排水，排水坡度为2%，结构找坡。为了符合规范要求，本设计中采用了两部电梯，满足各分区消防和交通联系的要求。 1.5.建筑设计的体会本建筑在设计的过程中注意到总平面布置的合理性、交通联系的方便，达到人流疏散和防火的要求，对房间的布置及使用面积的确定，达到舒适、方便。立面的造型及周围的环境做到相互协调；整个建筑满足各方面的需求。使人，建筑和环境进行完美的结合。本次建筑设计使我们把所学到的知识运用到其中，并通过翻阅大量的资料及在老师的指导下，设计中所遇到的问题得到一一解决。这次设计让我受益匪浅，既巩固了我们的专业知识，又积累了很多的经验。

厌氧塔设计计算书

1.厌氧塔的设计计算 1.1反应器结构尺寸设计计算（1）反应器的有效容积设计容积负荷为)//(0.53 d m kgCOD N v = 进出水COD 浓度)/(20000L mg C = ，E=0.70 V= 3 084000 .570 .0203000m N E QC v =??= ，取为84003 m 式中Q ——设计处理流量d m /3 C 0——进出水CO D 浓度kgCOD/3 m E ——去除率 N V ——容积负荷（2）反应器的形状和尺寸。工程设计反应器3座，横截面积为圆形。 1）反应器有效高为m h 0.17=则横截面积：)(4950 .1784002 m h V S ＝有效 == 单池面积：)(1653 4952 m n S S i == = 2) 单池从布水均匀性和经济性考虑，高、直径比在1.2：1以下较合适。设直径m D 15=，则高182.1*152.1*===m D h ，设计中取m h 18= 单池截面积：)(6.1765 .714.3)2 ( *14.32 2 2' m h D S i =?== 设计反应器总高m H 18=，其中超高1.0m 单池总容积：)(3000)0.10.18(6.176'3 ' m H S V i i =-?=?= 单个反应器实际尺寸：m m H D 1815?=?φ 反应器总池面积：)(8.52936.1762 ' m n S S i =?=?= 反应器总容积：)(900033000'3 m n V V i =?=?=

（3）水力停留时间（HRT ）及水力负荷（r V ）v N h Q V t HRT 72243000 9000=?== )]./([24.03 6.1762430002 3h m m S Q V r =??= = 根据参考文献，对于颗粒污泥，水力负荷)./(9.01.02 3 h m m V r -=故符合要求。 1.7.2 三相分离器构造设计计算（1）沉淀区设计根据一般设计要求，水流在沉淀室内表面负荷率)./(7.02 3 ' h m m q <沉淀室底部进水口表面负荷一般小于2.0)./(2 3 h m m 。本工程设计中，与短边平行，沿长边每池布置8个集气罩，构成7个分离单元，则每池设置7个三项分离器。三项分离器长度：)(16' m b l == 每个单元宽度：)(57.27 187 ' m l b == = 沉淀区的沉淀面积即为反应器的水平面积即2882m 沉淀区表面负荷率：)./(0.20.1)./(39.0288 58.1142 323h m m h m m S Q i -<== （2）回流缝设计设上下三角形集气罩斜面水平夹角α为55°，取m h 4.13= )(98.055 tan 4.1tan . 31m h b === α )(04.198.020.32 12m b b b =?-=-= 式中：b —单元三项分离器宽度，m ； 1b —下三角形集气罩底的宽度，m ； 2b —相邻两个下三角形集气罩之间的水平距离（即污泥回流缝之一），m ； 3h —下三角形集气罩的垂直高度，m ；

钢结构设计计算书模板

MINNAN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 《钢结构设计原理》课程设计计算书专业：土木工程____________ 姓名 _______________ 学号：_____________________ 指导老师：__________________

目录设计资料和结构布置 ---------------------------------1 1. 铺板设计 1.1 初选铺板截面----------------------------- 2 1.2 板的加劲肋设计---------------------------- 3 1.3 荷载计算------------------------------- 4 3. 次梁设计 3.1 计算简图-------------------------------- 5 3.2 初选次梁截面----------------------------- 5 3.3 内力计算------------------------------- 6 3.4 截面设计------------------------------- 6 4. 主梁设计 4.1 计算简图 --------------------------------- 7 4.2 初选主梁截面尺寸 ---------------------------- 7 5. 主梁内力计算 5.1 荷载计算------------------------------- 9 5.2 截面设计------------------------------- 9 6. 主梁稳定计算 6.1 内力设计 --------------------------------- 11 6.2 挠度验算 --------------------------------- 13 6.3 翼缘与腹板的连接 ---------------------------- 13 7 主梁加劲肋计算 7.1 支撑加劲肋的稳定计算 --------------------------- 14 7.2 连接螺栓计算----------------------------- 14 7.3 加劲肋与主梁角焊缝 -------------------------- 15 7.4 连接板的厚度 -------------------------------15 7.5 次梁腹板的净截面验算------------------------ 15 8. 钢柱设计 8.1 截面尺寸初选----------------------------- 16 8.2 整体稳定计算----------------------------- 16 8.3 局部稳定计算 -------------------------------17 8.4 刚度计算------------------------------- 17 8.5 主梁与柱的链接节点 -------------------------- 18 9. 柱脚设计 9.1 底板面积 --------------------------------- 21 9.2 底板厚度------------------------------- 21 9.3 螺栓直径 --------------------------------- 21 10. 楼梯设计 10.1 楼梯布置------------------------------ 22

框架结构设计计算书

第一章建筑设计一、建筑概况 1、设计题目：++++++++++++ 2、建筑面积：6500㎡ 3、建筑总高度：19.650ｍ（室外地坪算起） 4、建筑层数：六层 5、结构类型：框架结构二、工程概况：该旅馆为五层钢筋框架结构体系，建筑面积约6500m2，建筑物平面为V字形。走廊宽度2.4m,标准层高3.6m，室内外高差0.45m，其它轴网尺寸等详见平面简图。三、设计资料 1、气象条件本地区基本风压 0.40kN/㎡，基本雪压0.35kN/㎡(按你设计的城市查荷载规范) 2、抗震烈度：7度第一组，设计基本地震加速度值0.01g(按你设计的城市查抗震规范) 3、工程地质条件建筑地点冰冻深度0.7M；(按你设计的城市查地基设计规范) 建筑场地类别：Ⅱ类场地土；（任务书如无，可按此）场地土层一览表（标准值）（可按此选用）

注：1）地下稳定水位居地坪-6m以下； 2）表中给定土层深度由自然地坪算起。 4、屋面做法：防水层：二毡三油或三毡四油结合层：冷底子油热马蹄脂二道保温层：水泥石保温层（200mm厚）找平层：20mm厚1：3水泥砂浆结构层：100mm厚钢筋砼屋面板板底抹灰：粉底15mm厚 5、楼面做法：水磨石地面：或铺地砖 120㎜厚现浇砼板（或按你设计的楼板厚度）粉底（或吊顶）15mm厚 6、材料梁、柱、板统一采用混凝土强度等级为C30，纵筋采用HPB335，箍筋采用HPB235，板筋采用HPB235级钢筋四、建筑要求建筑等级:耐火等级为Ⅱ级抗震等级为3级设计使用年限50年五、采光、通风、防火设计 1、采光、通风设计在设计中选择合适的门窗位置，从而形成“穿堂风”，取得良好的效果以便于通风。 2、防火设计本工程耐火等级为Ⅱ级，建筑的内部装修、陈设均应做到难燃化，以减少火灾的发生及降低蔓延速度，公共安全出口设有三个（按设计），可以方便人员疏散。因该为旅馆的总高度超过21m属多层建筑，因而根据《高层民用建筑设计防火规范》（2001版GB50045-95）规定，楼梯间应采用封闭式，防止烟火侵袭。在疏散门处应设有明显的标志。各层均应设有手动、自动报警器及高压灭火水枪。六、建筑细部设计 1、建筑热工设计应做到因地制宜，保证室内基本的热环境要求，发挥投资的经济效益。 2、建筑体型设计应有利于减少空调与采暖的冷热负荷，做好建筑围护结构的保温和隔热，以利节能。

浅析高层建筑结构设计的中震设计概念

浅析高层建筑结构设计的中震设计概念发表时间：2016-06-27T14:51:54.553Z 来源：《基层建设》2016年5期作者：隆凡梅 [导读] 本文主要阐述了中中震设计的原理、设计方法及软件操作，并提出一些个人见解以供参考。摘要：对于普通建筑物的结构抗震设计，目前我国是以小震为设计基础，中震和大震则是通过地震力的调整系数和各种抗震构造措施来保证的。但是对于较重要的、超高的、超限的建筑物则需要进行中震和大震的抗震计算。本文主要阐述了中中震设计的原理、设计方法及软件操作，并提出一些个人见解以供参考。关键词：中震设计概念；地震影响系数；荷载《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001 2008年版)(下简称《抗规》)中对中震设计仅在总则中提到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标，但没有给出中震设计的设计要求和判断标准。首先我们了解一下现行《抗规》存在几个问题： 1规范未对结构存在的薄弱构件进行分析并作出专门的设计规定，仅对框架类剪切型结构适用的薄弱层作了一些规定； 2在中震作用下，规范仅提出“中震可修”的概念设计要求，没有具体的抗震设计方法； 3“中震可修”的技术经济问题：可修的标准决定工程????造价、破坏损失、震后修复费用。随着时代的进步，现在的建筑物体型复杂，结构新颖，超高超限越来越多，因此要求对结构进行中震的设计也越来越多。 2 中震设计 2.1 为何要进行中震设计呢？《抗规》条文说明1.0.1条指出，对大多数结构，可只进行第一阶段设计（即小震下的弹性计算），而通过概念设计和抗震构造措施来实现“中震可修和大震不倒”的设计要求，但前提是建筑物的体型常规、合理，经验上一般能满足大中震的抗震要求。反之对于一些体型很不好的甚至超限的建筑物，在大震下的结构反应和小震完全不同，不进行相应的中震和大震计算是没法保证结构安全的。为达到各阶段抗震要求，须对于上述体型异常、刚度变化大、超高超限等类型建筑物进行中震抗震设计，其余类型建筑物建议可按中震抗震进行验算。 2.2 中震设计的基本概念抗震设计要达到的目标是在不同频数和强度的地震时，要求建筑物具有不同的抵抗能力。中震设计就是为了使建筑物满足该地区的基本设防烈度，即能够抵抗50年限期内可能遭遇超越概率为10％的地震烈度。中震设计和大震设计都可称为性能设计。基于性能的抗震设计是建筑结构抗震设计的一个新的重要发展，它的特点是使抗震设计从宏观性、规范指定的目标向具体量化的多重目标过渡，业主（设计者）可选择所需的性能目标，而不仅仅是按现行规范通过分项系数、内力调整系数、抗震构造措施等粗略、定性的手段来满足中震和大震的设防要求。针对本工程的结构特点，设定本结构的抗震性能目标。对超限结构而言，利用这些指标能更合理地判断整体结构在中震、大震作用下的性能表现，给超限设计提供可靠的判断依据。 2.3 中震设计的分类中震设计就是结构在地震影响系数按小震的2.875倍（αmax=0.23）取值下进行验算。目前工程界对于结构的中震设计有两种方法，第一种按照中震弹性设计，第二种是按照中震不屈服设计。首先明确一点，中震弹性和中震不屈服是两个完全不同的概念，两者所采用的设计方法与设防目的均不相同。中震弹性设计，设计中取消《抗规》要求的各项地震组合内力调整系数，保留材料、荷载等分项系数，对应地保留了结构的安全度和可靠度，结构仍属于弹性阶段，属正常设计。中震不屈服设计，设计中除了地震内力不作调整，同时也取消了材料、荷载等分项系数，对应地不考虑结构的安全度和可靠度，结构已经处于弹塑性阶段，属承载力极限状态设计，是一种基于性能的设计方法。由此可见，中震弹性设计接近于平常的小震弹性设计，而中震不屈服设计则与大震设计同属于基于性能的设计。 3 基本方法及应用根据中震设计的分类，以下分别阐述中震弹性及中震不屈服的具体设计方法，介绍如何在satwe、etabs、midas等软件中实现中震设计。 3.1 中震不屈服设计 3.3.1 不同抗震烈度下的各级屈服控制若场地安评报告提供实际的地震影响系数，则应取用所提供的多遇地震、设防烈度地震下相应的地震影响系数，屈服判别地震作用1、2 的地震影响系数可相应插值求得。 3.3.2 SAWTE计算：地震信息中抗震等级均为四级；αmax按表3取值；总信息中风荷载不参加计算；勾选地震信息中的按中震（或大震）不屈服做结构设计选项；其它设计参数的定义均同小震设计。 3.3.3 MIDAS/Gen计算：主菜单→设计→钢筋混凝土构件设计参数→定义抗震等级：四级；主菜单→荷载→反应谱分析数据→反应谱函数：定义中震反应谱，在相应的小震反应谱基础上输入放大系数β即可，β值按表3计算所得；总信息中风荷载不参加计算；主菜单→结果→荷载组合：将各项荷载组合中的地震作用分项系数取为1.0；主菜单→设计→钢筋混凝土构件设计参数→材料分项系数：将材料分项系数取为1.0；其它同小震。 3.3.4 ETABS计算：选项→首选项→混凝土框架设计→定义抗震设计等级：四级；定义→反应谱函数→Add Chinese 2002 Spectrum→定义中震反应谱，地震影响系数最大值αmax取值，其余参数按《抗规》；静荷载工况中不定义风荷载作用；定义→荷载组合→各项荷载比例系数均取为荷载分项系数1.0x荷载组合系数φ；定义→材料属性→填写各材料的强度标准值其它同小震。 4 工程算例 4.1 示范算例 4.1.1 基本参数：二十二层框支剪力墙结构，三层楼面转换，无地下室，首、二层4.5米，标准层3.5米，总高79m。结构平面布置如图一所示。结构高宽比3.76，长宽比1.22；抗震参数，7 度，第一组，0.10g；场地II类；风荷载100年一遇为0.9kN/㎡。

框架结构设计计算书

结构设计计算书一.设计概况 1.建设项目名称：星海国际花园住宅楼（B 栋） 2.建设地点：****某地 3.设计资料： 3.1.地质水文资料：根据工程地质勘测报告，拟建场地地势平坦，表面为平均厚度0.5m 左右的杂填土，以下为1.0m 左右的淤泥质粘土，承载力的特征值为80 kN/m 2 ，再下面为较厚的垂直及水平分布比较均匀的粉质粘土层，其承载力的特征值为180kN/m 2 ，可作为天然地基持力层。地下水位距地表最低为-0.8m,对建筑物基础无影响。 3.2.气象资料：全年主导风向：偏南风夏季主导风向：东南风冬季主导风向：北偏西风常年降雨量为：1283.70mm 基本风压为：0.36kN/m 2 （B 类场地）基本雪压为：0.20kN/m 2 3.3.抗震设防要求：七度二级设防 3.4.底层室内主要地坪标高为±0.000，相当于绝对标高31.45m 。二.结构计算书 1.结构布置方案及结构选型 1.1.结构承重方案选择根据建筑功能要求以及建筑施工的布置图，本工程确定采用框架承重方案，框架梁、柱布置参见结构平面图。 1.2.主要构件选型及尺寸初步估算 1.2.1. 主要构件选型（１）梁﹑板﹑柱结构形式：现浇钢筋混凝土结构（２）墙体采用：粉煤灰轻质砌块（３）墙体厚度：外墙:250mm ，内墙:200mm （４）基础采用：柱下独立基础 1.2.2. 梁﹑柱截面尺寸估算（１）主要承重框架: 因为梁的跨度较接近（4500mm ﹑4200mm ）,可取跨度较大者进行计算. 取L=4500mm h=(1/8~1/12)L=562.5mm~375mm 取h=450mm. 447.94504260>==h l n ==h b )3 1~21(225mm~150mm 取b=250mm 满足b>200mm 且b 500/2=250mm 故主要框架梁初选截面尺寸为：b ×h=250mm ×450mm （２）次要承重框架：取L=3900mm h=(1/12~1/15)L=325mm~260mm 取h=400mm 415.74003660>==h l n ==h b )3 1~21(200mm~133mm 取b=250mm 故次要框架梁初选截面尺寸为：b ×h=250mm ×400mm （３）楼面连续梁

土木工程结构设计计算书设计说明

建筑部分 1.建筑设计 1.1.总平面设计本工程总建筑面积50002m，层数为8层，底层层高3m,余层层高3m。本建筑位于城市主干道南侧，交通便利。绿化可遮阳挡风防尘防燥，改善环境等，考虑到场地面积较大，故可设大面积绿地，花坛等，在建筑物两向可布置一些高大乔木或攀缘植物，以改善日晒环境，并可遮阳挡风防尘防燥，改善环境等。 1.2.平面设计本建筑布局应紧凑，平面组合符合柱网规格要求，符合建筑模数以及梁的经济跨度的要求。 1.3.立面设计建筑体型和立面设计是整个建筑设计的重要组成部分，着重研究建筑物的体量大小、体型组合、里面及细部处理等。本建筑立面简洁大方，给人以庄严、挺拔、明朗、轻快、朴素、大方、亲切的印象。 1.4.剖面设计剖面设计中房间的形状除应满足使用要求以外，还应考虑结构类型、材料及施工的影响，长方形的剖面形状规整、简洁、有利于梁板式结构布置，同时施工也比较简单。即使有特殊要求的房间，在能满足使用要求的前提下，也宜优先考虑采用矩形剖面。

1.5. 设计资料 1.5.1. 工程名称明珠花园8层框架住宅楼毕业设计 1.5. 2. 设计数据某房地产开发一栋8层住宅楼，总建筑面积约25000m ，楼层层高3.0m 。结构形式：钢筋混凝土框架结构，基础采用钢筋混凝土独立基础。风向：地区主导风为西北风。风荷载：基本风压0.45a KP ，基本雪压0.35a KP 。地基承载力：从上至下，填土层：厚度0.8m ，重度16/KN m γ=，地其承载力90ak a f kp =；粉质粘土层：厚度0.8m ，重度19/KN m γ=，地基承载力140ak a f kp =；粉土层：厚度0.7m ，重度18/KN m γ=，地基承载力130ak a f kp =；中沙层：厚度0.5m ，重度17/KN m γ=，地基承载力150ak a f kp =；精密卵石层：厚度3.1m ，重度20/KN m γ=，地基承载力300ak a f kp =. 地下水位标高-4.0m 。 1.5.3. 施工说明（1）楼面采用水磨石楼面 10厚水磨石楼面 20厚1:3水泥砂浆找平层 120厚现浇钢筋混凝土楼板 20厚水泥砂浆抹底

钢结构设计计算书

《钢结构设计原理》课程设计计算书专业：土木工程姓名学号：指导老师：

目录设计资料和结构布置- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -1 1.铺板设计 1.1初选铺板截面 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2 1.2板的加劲肋设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3 1.3荷载计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 3.次梁设计 3.1计算简图- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 3.2初选次梁截面 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 3.3内力计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6 3.4截面设计 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6 4.主梁设计 4.1计算简图 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7 4.2初选主梁截面尺寸 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7 5.主梁内力计算 5.1荷载计算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9 5.2截面设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9 6.主梁稳定计算 6.1内力设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - 11 6.2挠度验算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 13 6.3翼缘与腹板的连接- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 13 7主梁加劲肋计算 7.1支撑加劲肋的稳定计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 14 7.2连接螺栓计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 14 7.3加劲肋与主梁角焊缝 - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - 15 7.4连接板的厚度 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 15 7.5次梁腹板的净截面验算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 15 8.钢柱设计 8.1截面尺寸初选 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 16 8.2整体稳定计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 16 8.3局部稳定计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 17 8.4刚度计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 17 8.5主梁与柱的链接节点- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 18 9.柱脚设计 9.1底板面积 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 21 9.2底板厚度 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 21 9.3螺栓直径 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 21 10.楼梯设计 10.1楼梯布置 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 22

箱式电阻炉及温控系统结构设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：日期：

学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日

高层建筑结构设计分析论文

高层建筑结构设计分析论文 1结构分析及设计分析 1.1分析三种重要的体系 1.1.1剪力墙体系剪力墙结构是利用建筑的内、外墙做成剪力墙以承受垂直和水平荷载的结构体系。剪力墙的变形状态和受力特性同剪力墙的开洞情况联系密切，其中依据轧受力特性的不同，单片剪力墙可以分为特殊开洞墙和单肢墙。类型不同的剪力墙，对应的也会有不同的截面应力分布，所以，在对位移和内力进行计算时，也应该对不同的计算和设计方法进行使用，将平面有限元法应用到剪力墙的结构计算中。此种方法能够比较准确地完成计算，能够应用到各类剪力墙之间，然而，也有一定的弊端存在于这种方法中，其有着较多的自由度。所以，在具体的应用时，较为普遍地应用了开洞墙这一类型。 1.1.2筒体结构筒体结构分为框架—核心筒、筒中筒等结构体系，其中框架—核心筒受力特点为框架主要承受竖向荷载，筒体主要承受水平荷载，变性特点类似于框架剪力墙，但抗侧刚度较大。依据不同的计算机模型处理手段，有三种类型的分析方法：主要为离散化方法、三维空间分析和连续化方法，其中三维空间方法的精确性会更高。 1.1.3框架—剪力墙体系框架—剪力墙结构，是由若干个框架和剪力墙共同作为竖向承重结构的建筑结构体系。此种结构位移和内力等计算方法尽管种类较

多，然而，连梁连续化假定方法会经常被使用，在对位移协调条件进行计算时，应该按照框架水平位移和剪力墙转角进行设计，将外荷载和位移的关系用微分方程建立起来。然而，应该考虑需求和因素量会存在的差异，所以，也会有着不同形式的解答方式。 1.2具体的设计与分析 1.2.1合理地确定水平荷载每一个建筑结构都应该一同承受风产生的水平荷载和垂直荷载，对于抵抗地震的能力也应该具备。高层建筑中，尽管结构设计会较大程度上受到竖向荷载的影响，然而，水平荷载却占据着重大的比重。随着不断增多的高层建筑层数，在高层建筑的结构设计中，水平荷载成为了其中一个重要的影响因素。首先，由于楼面使用荷载和楼房自重在竖构件中发挥的功能，对应水平荷载会将一定的倾覆作用施加到结构中，并且竖构件中就会出现高层建筑结构的作用力；其次，就高层建筑结构而言，地震作用和竖向荷载，也会跟着建筑结构的动力情况而出现较大的改变。 1.2.2合理地确定侧控同低层建筑不同，在高层建筑结构设计中，结构侧移已经成为了其中一个非常重要的影响因素。随着不断增加的楼层数量，结构侧移在水平荷载侧向变形下会逐渐增大。在高层建筑结构进行设计中，不但规定结构要有一定的强度，对于荷载作用带来的内力能够有效的予以承受，同时，还应该确保具备一定的抗侧刚度，确保在某一限度内控制结构在水平荷载作用出现的侧移情况。

结构设计原理课程设计计算书演示教学

一、设计目的与要求 (1) 掌握钢筋混凝土简支梁正截面和斜截面承载力的计算方法 (2) 并熟悉内力包络图和材料图的绘制方法 (3) 了解并熟悉现梁的有关构造要求 (4) 掌握钢筋混凝土结构施工图的表达方式和制图规定,进一步提高制图的基本技能二、设计题目装配式钢筋混凝土简支梁设计三、设计资料 T 型截面梁的尺寸如图所示,梁体采用C 25混凝土,主筋采用HRB 400级钢筋,箍筋采用R 235级钢筋。简支梁计算跨径L 0=24M 和均布荷载设计值=40KN/M 。跨中截面：M dm =18×q 2b l =18 ×42×242=3024KN ·M m d V =0 L/4截面：M dl =332×q 2b l =332 ×48×202=1800KN ·M 支点截面：M d0=0 0d V =12 q l b =504KN 四、设计内容 (1) 确定纵向受拉钢筋数量及腹筋设计。 (2) 全梁承载能力图校核。 (3) 绘制梁截面配筋图。 (4) 计算书：要求计算准确,步骤完整,内容清晰。五、准备基本数据由查表得： C25混凝土抗压强度设计值f cd =11.5MPa,轴心抗拉强度设计值f td =1.23MPa 。混凝土弹性模量E c =2.80×104 MPa 。 HRB 400级钢筋抗拉强度设计值f Sd =330MPa, 抗压强度设计值f ＇Sd =330MPa 。 R 235级钢筋抗拉强度设计值f Sd =195MPa, 抗压强度设计值f ＇Sd =195MPa 。六、跨中正截面钢筋设计

1、确定T 型截面梁受压翼板的有效宽度/ f b 由图所示的T 型截面梁受压翼板的宽度尺寸为其等效的平均厚度/ f h =140802 =110mm / 1f b =13L 0=13 ×24000=8000 / 2f b =1580mm(相临两主梁轴线间距离) / 3f b =b +2b h +12/ f h =200+12×110=1520mm 受压翼板的有效高度为： / f b =M in (/ 1f b ,/ 2f b ,/ 3f b )=1520mm ，绘制T 型梁的计算截面如图所示 2、钢筋数量计算查附表得受压高度界限系数ξb =0.56 （1）确定截面有效高度设a s =120mm ，则h 0=h -a s =1300-120=1180mm （2）判断截面类型 f cd / f b /f h （h 0-/ 2f h ）=11.5×1520×110×（1180-1102 ）=2163.15 KN <3024KN ·M 属于第Ⅱ类T 型梁截面（3）确定受压区高度X 由公式r 0M d = f cd b x （h 0-2 x ）+ f cd (/f b -b)/f h （h 0-/2f h ）得 1.0×3024×106=11.5×200X ×（1180- 2x ）+11.5×（1520-200）×110×（1180- 1102）即：X 2-2360X+9960652.174=0 解得X=550.45 mm <ξb h 0=0.56×1180=660.8 mm 且X>/f h =110mm （4）求受拉钢筋面积A s 由公式f cd b x+ f cd (/f b -b)/f h =f Sd A s 得 A s =/ fcd bx+ fcd ( -b) fsd f b

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第1组设计说明作品名称龙骨桥作品重量342g

建筑方案说明 1、建筑材料 A0绘图纸两张、200ml白乳胶、线。在实际制作中常常在白纸之间刷上胶，故所用的材料实际上是纸胶复合材料。根据组委会提供的参考资料可知：纸胶复合材料受拉时呈现线弹性和脆性，受拉弹性模量为E t=2492.2 N/mm2，抗拉强度设计值为f t=32.91N/ mm2；不失稳的情况下纸管的抗压强度设计值为E c=7.18 N/mm2，是理想的弹塑性材料，受压弹性模量为f c=831.89 N/mm2。其抗拉强度设计值f t是抗压强度设计值f c的4倍多，可见纸的受拉性能比受压性能好的多。 2、建筑工程我们利用纸胶的抗拉、抗压和抗弯性能，及绳子的抗拉强度高而无刚度特点，用纸胶构件和绳子搭制一座跨度1040mm，桥宽190mm 的纸桥。通过最合理的结构设计，构件尺寸设计和最优的构件组装方法，以达到在用料最省的条件下尽可能地通过更大的荷载，使荷质比达值最大，充分发挥材料的力学性能。结构设计说明 1、结构的选型按设计要求，小车的速度较慢，故可以不考虑荷载的动态效应，即把每一时刻的荷载都当作静荷载处理。小车从杆的一端移到另一端，内应力最大处的包络图如右图所示，为一抛

物线方程y=-(x-1/2)^2+1/2,取其为设计拱轴线，在拱的构造上我们用三根杆做成梯形来代替合理拱轴线。拱桥按桥面的位置分为上承式，中承式，下承式。上承式桥优点是桥面系构造简单，拱圈与墩台的宽度较小，桥上视野开阔，施工方便；缺点是桥梁的建筑高度大，纵坡大和引桥长。一般用在跨度较大的桥梁。中承式桥的优点是建筑高度较小，引道较短；缺点是桥梁宽度大，构造较复杂，施工也较麻烦。下承式桥的优点是桥梁建筑高度很小，纵坡小，可节省引道长度；缺点是构造复杂，拱肋施工麻烦。一般用于地基差的桥位上。按照有无水平推力分可分为有水平推力和无水平推力。在竖向荷载作用下拱脚对墩台无水平推力作用的拱桥。其推力由刚性梁或柔性杆件承受，属于内部超静定、外部静定的组合体系拱桥。适用于地质不良的桥位处，墩台与梁式桥基本相似，体积较大，只能做成下承式桥，建筑高度很小，桥面标高可设计的很低，降低纵坡，减小引桥长度，因此可以节约材料。但是，结构的施工比较复杂。在竖向荷载作用下拱脚对墩台有水平推力作用的拱桥。水平推力可减小跨中弯矩，能建成大跨度的桥梁。造型美观，城市桥梁一般优先选用，可做成上承式、中承式桥。缺点是，对地质要求很高，为防止墩台移动或转动，墩台须设计很大，施工较麻烦。我们知道在纸桥加载的时候，并没有提供水平力，由这一点在综合考虑以上两方面我们采取的是下承式拱桥。主拱和承梁的截面选

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