第四章 设计计算
钢结构设计原理 第四章-轴心受力构件
因此，失稳时杆件的整个截面都处于加载的过 程中，应力-应变关系假定遵循同一个切线模量 Et，此时轴心受压杆件的屈曲临界力为：
N cr ,t
2 Et I
2 二、实际的轴心受压构件的受力性能
在钢结构中，实际的轴压杆与理想的直杆受力性能之间差别很大，实 际上，轴心受压杆的屈曲性能受许多因素影响，主要的影响因素有：
一、理想轴压构件的受力性能 理想轴压构件是指满足下列4个条件： o杆件本身绝对直杆； o材料均质且各向同性； o无荷载偏心且在荷载作用之前无初始应力； o杆端为两端铰接。 在轴心压力作用下，理想的压杆可能发生三种形式的屈曲： 弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲——见教科书P97图4–6 轴心受压构件具体以何种形式失稳，主要取决于截面的形式 和尺寸、杆的长度以及杆端的支撑条件。
l N 2 EI 对一无残余应力仅存在初弯曲的轴压杆，杆件中点截面边缘开始 式中 N l2 NE 屈服的条件为：
0
1
经过简化为：
N N vm v0 v0 fy v m v0 v 1 1 N NE A W N N v0 N E fy A W NE N
An—构件的净截面面积_
N fy r f R An
P94式4-2
（1）当轴力构件采用普通螺栓连接时 螺栓为并列布置：
n1 n2 n3
按最危险的截面Ⅰ-Ⅰ 计算，3个截面净截面面积 相同，但 Ⅰ-Ⅰ截面受力最大。
N n
Ⅰ-Ⅰ：N Ⅱ-Ⅱ：N-Nn1/n Ⅲ-Ⅲ：N-N(n1+n2)/n
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
2 2
从上面两式我们可以看出，绕不同轴屈曲时，不仅临界力不同，且残余 应力对临界应力的影响程度也不同。因为k1，所以残余应力对弱轴的 影响比对强轴的影响严重的多。
第四章化工工艺计算
设反应器入口至循环压缩机进口压降为450kpa，进口温度313k，压缩机出口压 力3500kpa，压缩过程的多变指数n=1.4，效率η=0.72，压缩因子Z=1，则每 kmol循环压缩机的理论功耗：
W= n P2 × ZRT ( ) ( n −1) / n − 1 n −1 P1
则：
x3 = 0.995(0.98x1 + 0.95x2) 0.90x3/2 = 0.95x2 0.99(0.98x1 + 0.95x2) = 200
(1) (2) (3)
联立（1）（2）得 x2 = 0.995(0.98x1 + 0.95x2) ×0.9/1.9 x2 = 0.837x1 联立 （3）（4） x1=113.8 x2=95.3 因此：Cl2流量=x1=113.8kmol/h C2H4=x1+x2=209.1kmol/h HCl循环量x3=0.995 ×(0.98×113.8+0.95 ×95.3)=201.1kmol/h 解（2） 直接迭代法 设以HCl的循环量x3作为迭代变量 （4）
（1）物料衡算提纲。 ）物料衡算提纲。
（2）工艺流程图及说明。 ）工艺流程图及说明。 （3）热量计算参数和设备计算数据（∆H、Cp、K、λ、 ）热量计算参数和设备计算数据（ 、 、 、 、 α等）。 等 （4）流体输送过程参数（粘度 、密度 、摩擦系数 ）流体输送过程参数（粘度µ、密度ρ、 等）。
（5）传质过程系数，相平衡数据。 ）传质过程系数，相平衡数据。 （6）冷冻过程的热力学参数。 ）冷冻过程的热力学参数。 （7）具体的工艺操作条件（温度 、压力 、流量 ） ）具体的工艺操作条件（温度T、压力P、流量G） （8）介质物性和材质性能，材质数据，腐蚀数据。 ）介质物性和材质性能，材质数据，腐蚀数据。 （9）车间平立面布置的参考资料。 ）车间平立面布置的参考资料。 （10）管道设计资料（管道配置、管道材质、架设方 ）管道设计资料（管道配置、管道材质、 式、管件、阀件等） 管件、阀件等） （11）环境保护、安全保护等规范和资料。 ）环境保护、安全保护等规范和资料。
桥梁博士第四章设计计算工具
• 系统截面特征计算只给出截面的换算截面特征数值，并假 定全截面参加工作，取截面组成材料中弹性模量最低的材 料作为整个截面的基准材料，截面特征的数值都是针对该 种材料而言；
• 计算过程中计入普通钢筋和预应力钢筋以及截面的孔洞对 截面特征的影响；
• 截面计算前，系统以无穷大的施工阶段号初始化截面，使 整个截面的施工全部完成，整理整个截面的有效部分。
1截面几何特征?系统截面特征计算只给出截面的换算截面特征数值并假定全截面参加工作取截面组成材料中弹性模量最低的材定全截面参加工作取截面组成材料中弹性模量最低的材料作为整个截面的基准材料截面特征的数值都是针对该种材料而言
设计计算工具
桥梁博士第四章设计计算工具
在桥梁的设计工作中，常做的工作除了前面所述
桥梁博士第四章设计计算工具
建立抗剪计算文件
• 界面打开：有如下两种方法打开或创建一个抗剪能 力计算文件：
• 在主窗口的“设计”下拉式菜单中选择“剪力计 算” ；
• 或在项目组管理窗口中通过右键菜单选择“剪力计 算” 。
桥梁博士第四章设计计算工具
桥梁博士第四章设计计算工具
• 界面组成：有如下三个组成部分
力引起的该处混凝土的有效预压应力。 • 添加：将当前钢束添加到钢束列表框中。 • 修改：用当前钢束替换钢束列表框中的选择项。 • 删除：删除钢束列表框中的选择项。
桥梁博士第四章设计计算工具
（3）荷载描述
• 单击“荷载描述”按钮，系在荷载效应列表中显示了输入的荷载信息。 • 选择荷载类型，输入荷载效应中的弯矩效应、剪
(4) 竖向预应力筋：用户在此输入竖向预应力筋信息。输 入方式为：自起点开始，竖向预应力筋的间距、横向根 数、直径，到下一控制点为止。
第四章--预压法(排水固结法)--第一二三节-概--述、加固机理、设计与计算备课讲稿
具体排水手段：设置竖向排水 体 ( 砂 井 、 塑 料 排 水 板 ( 袋 ))+ 水平排水体(砂垫层)
a 竖向双面排水
b 砂井地基排水
图4-2-2 排水法的原理
二、真空预压加固机理
真空预压法是在需要加固的软土地基表面：①先铺设砂 垫层；②然后埋设垂直排水管道； ③再用不透气的封闭膜 使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中； ④ 通 过 砂 垫 层 内 埋 设的吸水管道，用真空装置进行抽气，使其形成真空，增加 地基的有效应力，见图4-2-3 。
目标：加固期限尽量短；固结沉降快；强度增加充分；施工过程安全
由钻探及土工试验结果估算天然地基承载力
上部建筑物所要求的承载力与沉降量或稳定性的安全系数
确定砂井直径与深度，假定砂井有效间距
预压荷载的分级，固 结度及强度增大计算
预压荷载的设计
预压荷载引起的 沉降量计算
不
承载力或稳定性分析
验算工期
验算剩余沉降与沉降差
de与井间距l之关系为：
等边三角形排列：
de
2 3 l 1.05l
正方形排列：
de
4 l 1.13l
正三角形布置
正方形布置
图4-3-2 竖井排列形式
4) 井间距 l 的确定 l可根据地基土的固结特性和预定时间内所要求达到的固结度确定。
间距l可按井径比n 选用 (n=de/ dw ，de:有效排水直径;dw:竖井直径， 塑料排水带取dw=dp ,亦即取竖井直径dw为当量核算直径dp ).
具体步骤:
1) 利用地基的天然抗剪强度Cu 计算第一级容许施加的荷载P1。对 长条梯形填土，可根据Fellenius公式估算，即 P1 =5.52Cu／K。
2) 排水井的直径确定
第四章-溴化锂吸收式制冷机的热力计算
3.热源单耗
冷冻水和冷却水体积流量Vs、Vw
Qe Vs 水c p t s1 t s 2
cp-冷冻水比热容，kJ/(kg· K) ts1-ts2-冷冻水温度变化，K
Qa Qc Vw 水c p tw2 t w1
cp-冷却水比热容，kJ/(kg· K)
ts1-ts2-冷却水温度变化，K
注意：在串联双效中，应使Vw1、Vw2接近。
制冷剂泵体积流量Vr
制冷剂的再循环倍率 αc ：每产生单位质量制冷剂蒸汽所 需送入蒸发器喷淋装置的制冷剂质量流量，一般αc＝10。 因此
c Dm, D Vr
溶液泵体积流量Vs
(1)分设发生器泵和吸收器泵的场合 a.发生器泵： Vs 1 fDm, D / a
发生终了的浓溶液质量分数ξ和焓值 根据P-t查h-ξ图。 单效：ξ＝59％-65％；
双效：高压发生器，ξ＝57％-62％；
低压发生器，ξ＝59％-64％。 吸收过程终了稀溶液温度t2 t2=ta’’（吸收器冷却水出口温度）+△t2，△t2一般为2-5℃。
吸收过程终了稀溶液的质量分数ξ和焓值h
根据P－t，查h－ξ图。
热水进口温度没有强制规定，一般为85-150℃。
循环流程的选择
循环流程根据加热热源的参数，可选择单效和双 效循环流程。 双效溴化锂制冷机由于溶液回路流程的不同，又 可分为串联流程、并联流程（又称分流流程）和
串并联流程。
串联流程又有串联流程和倒串联流程之分。
4.2 热力计算
4.2.1 状态点参数的确定
如采用喷淋，喷淋溶液： 能量平衡：
(Dm,a-Dm,D+αfDm,D)h9 ξ9 Dm,Dh1' Q0 αfDm,Dh2 ξa (Dm,a-Dm,D)h8 ξr Dm,ah2 ξa
第四章框架结构计算分析与设计
第四章框架结构计算分析与设计框架结构布置主要是确定柱在平面上的罗列方式(柱网布置)和选择结构承重方案，这些均必须满足建造平面及使用要求，同时也须使结构受力合理，施工简单。
1、柱网和层高工业建造柱网尺寸和层高根据生产工艺要求确定。
常用的柱网有内廊式和等跨式两种。
内廊式的边跨跨度普通为 6~8m，中间跨跨度为 2~4m。
等跨式的跨度普通为 6~12m。
柱距通常为 6m，层高为 3.6m~5.4m。
民用建造柱网和层高根据建造使用功能确定。
目前，住宅、宾馆和办公楼柱网可划分为小柱网和大柱网两类。
小柱网指一个开间为一个柱距，柱距普通为 3.3m，3.6m，4.0m 等；大柱网指两个开间为一个柱距，柱距通常为 6.0m，6.6m，7.2m，7.5m 等。
常用的跨度(房屋进深)有： 4.8m，5.4m，6.0m，6.6m，7.2m，7.5m 等。
办公楼常采用三跨内廊式、两跨不等跨或者多跨等跨框架，如图2.1.1(a),(b),(c)。
采用不等跨时，大跨内宜布置一道纵梁，以承托走道纵墙。
近年来，由于建造体型的多样化，浮现了一些非矩形的平面形状，如图 2.1.1(d),(e),(f)所示。
这使柱网布置更复杂一些。
1、横向框架承重。
主梁沿房屋横向布置，板和连系梁沿房屋纵向布置。
由于竖向荷载主要由横向框架承受，横梁截面高度较大，于是有利于增加房屋的横向刚度。
这种承重方案在实际结构中应用较多。
2、纵向框架承重。
主梁沿房屋纵向布置，板和连系梁沿房屋横向布置[图 5.1.2(b)]。
这种方案对于地基较差的狭长房屋较为有利，且因横向只设置截面高度较小的连系梁，有利于楼层净高的有效利用。
但房屋横向刚度较差，实际结构中应用较少。
3、纵、横向框架承重。
房屋的纵、横向都布置承重框架，楼盖常采用现浇双向板或者井字梁楼盖。
当柱网平面为正方形或者接近正方形、或者当楼盖上有较大活荷载时，多采用这种承重方案。
以上是将框架结构视为竖向承重结构(verticalload- reitingtructure)来讨论其承重方案的。
供热工程第四章室内热水供暖系统的水力计算
第三节 机械循环单管热水供暖系统 管路的水力计算方法循环室内热水供暖系统入口处 的循环作用压力已经确定，可根据入口 处的作用压力求出各循环环路的平均比 摩阻，进而确定各管段的管径。
2、如果系统入口处作用压力较高时，必然 要求环路的总压力损失也较高，这会使 系统的比摩阻、流速相应提高。
二、当量局部阻力法和当量长度法
在实际工程设计中，为了简化计算，也 有采用所谓“当量局部阻力法”或“当量长 度法”进行管路的水力计算。
当量局部阻力法(动压头法) 当量局部阻 力法的基本原理是将管段的沿程损失转变为 局部损失来计算。
当量长度法 当量长度法的基本原理是 将管段的局部损失折合为管段的沿程损失来 计算。
不等温降法在计算垂直单管系统时，
将各立管温降采用不同的数值。它是在 选定管径后，根据压力损失平衡的要求， 计算各立管流量，再根据流量计算立管 的实际温降，最后确定散热器的面积。 不等温降法有可能在设计上解决系统的 水平失调问题，但设计过程比较复杂。
第二节 重力循环双管系统管路 水力计算方法和例题
3．确定最不利环路各管段的管径d。
(1)求单位长度平均比摩阻
(2)根据各管段的热负荷，求出各管段的流量
(3)根据G、Rpj，查附录表4—1，选择最接近Rpj 的管径。选用的Rpj越大，需要的管径越小，会降
低系统的基建投资和热损失，但系统循环水泵的投 资和运行电耗会随之增加。所以需要确定一个经济 比摩阻，使得在规定的计算年限内总费用为最小。 机械循环热水供暖系统推荐选用的经济平均比摩阻 一般为60～120Pa/m。
(3)求通过底层与第二层并联环路的压降不平衡率。
10．确定通过立管I第三层散热器环路上各管段 的管径，计算方法与前相同。计算结果如下：
《混凝土结构设计原理》第四章_课堂笔记
《混凝土结构设计原理》第四章受弯构件正截面承载力计算课堂笔记◆知识点掌握：受弯构件是土木工程中用得最普遍的构件。
与构件计算轴线垂直的截面称为正截面，受弯构件正截面承载力计算就是满足要求：M≤Mu。
这里M为受弯构件正截面的设计弯矩,Mu为受弯构件正截面受弯承载力，是由正截面上的材料所产生的抗力，其计算及应用是本章的中心问题。
◆主要内容受弯构件的一般构造要求受弯构件正截面承载力的试验研究受弯构件正截面承载力的计算理论单筋矩形戴面受弯承载力计算双筋矩形截面受弯承载力计算T形截面受弯承载力计算◆学习要求1.深入理解适筋梁的三个受力阶段，配筋率对梁正截面破坏形态的影响及正截面抗弯承载力的截面应力计算图形。
2.熟练掌握单筋矩形、双筋矩形和T形截面受弯构件正截面设计和复核的握法，包括适用条件的验算。
重点难点◆本章的重点:1.适筋梁的受力阶段，配筋率对正截面破坏形态的影响及正截面抗弯承载力的截面应力计算图形。
2.单筋矩形、双筋矩形和T形截面受弯构件正截面抗弯承载力的计算。
本章的难点：重点1也是本章的难点。
一、受弯构件的一般构造（一）受弯构件常见截面形式结构中常用的梁、板是典型的受弯构件:受弯构件的常见截面形式的有矩形、T形、工字形、箱形、预制板常见的有空心板、槽型板等；为施工方便和结构整体性，也可采用预制和现浇结合，形成叠合梁和叠合板。
（二）受弯构件的截面尺寸为统一模板尺寸，方便施工，宜按下述采用:截面宽度b=120, 150 , 180、200、220、250、300以上级差为50mm。
截面高度h=250, 300,…、750、800mm，每次级差为50mm，800mm以上级差为100mm。
板的厚度与使用要求有关，板厚以10mm为模数。
但板的厚度不应过小。
（三）受弯构件材料选择与一般构造1.受弯构件的混凝土等级提高砼等级对增大正截面承载力的作用不显著。
受弯构件常用的混凝土等级是C20~C40。
2.受弯构件的混凝土保护层厚度纵向受力钢筋的外表面到截面边缘的最小垂直距离，称为混凝土保护层厚度，用c表示。
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第四章设计计算
4.1 原始设计参数
原水水温Q=1000m3/d=41.67 m3/d (4-1)
取流量总变化系数为 Kz=2.0 （因为废水排放的时间和流量不同。
在生产时
候流量大，所以选择流量系数为2.0。
其实也是为了后面计算格栅，这个理论的
东西，流量太小。
格栅间隙系数就很少。
不合实际的）
设计流量Qmax= Kz.Q=2.0×0.01157=0.023m/s (4-2)
4.2 格栅
4.2.1设计说明
格栅（见图4-1）一般斜置在进水泵之前，主要对水泵起保护作用，截去废水中
较大的悬浮物和漂浮物，格栅按形状可分为平面格栅和曲面格栅两种，按格栅栅
条间隙可分为粗格栅（50~100mm），中格栅（10~40mm）细格栅（3~10mm）三种。
本设计采用中格栅，栅条间隙取20mm。
4.2.2中格栅计算
（1）栅条的间隙数
设栅前水深h=0.3m，栅前水深雨栅前流速v
1之间关系v
1=
Qmax/Bh（B为渠道宽
度），过栅流速v= 0.5m/s，栅条间隙宽度b=0.010m，格栅倾角α=60°。
n=Qmax（sinα）0.5/bhv=0.023×(sin60°)0.5/(0.010×0.3×0.5)=14.3≈15个（2）栅槽宽度
设栅条宽度S=0.01
B=S（n-1）+bn=0.01×（15-1）+0.01×15=0.29m
（3）进水渠道渐宽部分的长度
设进水宽度B=0.20m，其渐宽部分展开角度α=20°，进水渠道内的流速为0.45m/s。
l 1=（B-B
1
）/2tgα
1
（4）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度
（5）通过格栅的水头损失
设栅条断面为锐边矩形断面
（6）栅后槽总高度
设栅前渠道超高，则有
（7）栅槽的总长度
（8）每日栅渣量
在格栅间隙时，设栅渣量为每污水，有采用机械清渣。
4.2.3格栅选型
选型回转式格栅除污机，电动机功率，栅条间距。
隔单栅倾斜角度为：。
该格栅结构紧凑、体积小、重量轻、运行平稳、维护方便，可实行手动间断运行、自动连续运行，对工作时间和停车时间等运行周期可自动调节，具有紧急停车和过载保护装置。
4.3细格栅
4.3.1设计说明
在沉砂池前设置细格栅主要作用是减少浮渣，避免污水中含大量杂物堵塞管道，为污水处理厂提供良好的运行条件。
计算过程与中格栅相同。
设栅前水深，过栅流速，栅条间隙栅渣量为污水。
4.3.2计算结果
（1）栅条的间隙数
（2）栅槽宽度
（3）进水渠道渐宽部分长度：进水宽度取
（4）栅槽与出水渠道连接处的渐宽部分长度
（5）通过格栅的水头损失：
（6）栅后槽总高度：取栅前渠道超高
（7）栅槽总长度
（8）每日栅渣量
（9）采用机械除渣
排水期
活性污泥大部分为下周期回流使用，过剩污泥进行排放，一般这部分污泥仅占总污泥的30%左右，污水排出，进入下道工序。
闲置期
作用是通过搅拌，曝气或静止使其中微生物恢复其活性，并起反硝化作用而进行脱水。
4.8.2SBR反应池容积计算
由于SBR为间歇进水，所以采用两个反应器。
设计处理流量，根据上面预测，污水进入SBR池的COD ，
（3）排水时间（T
D
）
取排出时间为0.5h和闲置时间一共为0.97h，一个周期所需的时间为T
C =T
A
（4）进水时间（T
F
）
2、单个曝气池尺寸
（1）体积有效V
式中：Q—每个周期进水量，每个池子每周期进水量为
（2）曝气池面积A
（3）曝气池尺寸
反应池宜采用矩形池，水深宜为4.0~6.0m；反应池长宽比；间隙进水宜为，连续进水宜为
4.8.3SBR反应池运行时间
SBR池排水结束时水位
基准水位
警报溢流水位
污泥界面为保护水深，保护水深的设置是为避免排水时对沉淀及棑泥的影响。
进水开始于结束由水位控制，曝气开始由水位和时间控制，曝气结束由时间控制，沉淀开始与结束由时间控制，排水开始由时间控制，排水结束由水位控制。
4.8.4排泥量及棑泥系统
（1）SBR产泥量
SBR的剩余污泥主要来自微生物代谢的增值污泥，还有很少部分由进水悬浮物沉淀形成。
SBR生物代谢产泥量为
根据污泥性质，参考类似经验数据
悬浮物泥量为
总污泥量为
假定棑泥含水率为99%，则排泥量为
（2）排泥系统
剩余污泥在重力作用下通过污泥管路排入集泥井。
4.8.5需氧量及曝气系统设计计算
（1）需氧量计算
计算式为
SBR反应池需氧量O
2
每个周期曝气时间4.13h，一天每池各2个周期，共4个周期
曝气时间为
则需氧量为
（2）供气量计算
设计采用型号 215的微孔曝气器，设SBR反应池池底向上0.3m处，淹没深度H=3.7m。
215型空气扩散器的氧转移效率为
空气离开曝气池时，氧的百分比为
曝气池中溶氧平均饱和度为：（按最不利温度条件计算）水温20℃时曝气池中溶氧平均饱和度为：
（3）布气系统计算。