钢结构设计书

1.设计资料

哈尔滨市某单层工业厂房，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度33m ，柱距7m ，柱高8m ，屋面坡度1/10，地震设防烈度为6度。刚架平面布置如下图1.1所示，刚架形式及几何尺寸如下图1.2所示。屋面及墙面板均为彩色压型钢板，内填充以保温玻璃棉板，考虑经济、制造和安装方便，檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边C 型钢，间距为1.5米，钢材采用Q345钢，焊条采用E50型。

图1.1 刚架平面布置图

图1.2 刚架形式及几何尺寸

2.荷载计算

2.1荷载取值计算：

（1）屋盖永久荷载标准值（对水平投影面）

YX51—380—760型彩色型钢板 0.15 2kN m 50 mm 厚保温玻璃棉板 0.05 2kN m PVC 铝箔及不锈钢丝网 0.02 2kN m 檩条及支撑 0.10 2kN m 刚架斜梁自重 0.15 2kN m 悬挂设备 0.50 2kN m 合计 0.97 2kN m （2）屋面可变荷载标准值 ①屋面活荷载：0.482kN m

②雪荷载：哈尔滨市基本雪压0S =0.452kN m 。

对于单跨双坡屋面，屋面坡角α=54238'''，z μ=1.0，

雪荷载标准值 ：k S =z μ0S =1.0×0.45=0.452kN m 。 ③本工程不考虑积灰荷载。

所以屋面可变荷载取Max {}=活荷载,雪荷载0.482kN m 。 （3）轻质墙面及柱自重标准值（包括柱、墙骨架等） 0.52kN m

（4）风荷载标准值

调整后的基本风压：0ω=1.05×0.552kN m =0.582kN m ；

根据地面粗糙度类别为B 类，查得风荷载高度变化系数：当高度小于10m 时，按10m 高度处的数值采用，z μ=1.0。风荷载体型系数s μ：迎风柱及屋面分别为＋0.25和－1.0，背风面柱及屋面分别为－0.55和－0.65。 （5）地震作用

哈尔滨地区抗震设防烈度为6度，根据《全国民用建筑工程设计技术措施——结构》中第18.8.1条的建议，所以不考虑地震作用。 2.2各部分作用的荷载标准值计算 （1）屋面

恒荷载标准值：0.97×7=6.79kN m 活荷载标准值：0.48×7=3.36kN m

（2）柱荷载

恒荷载标准值：0.5×7×8＋6.79×16.5=140.04kN 活荷载标准值：3.36×16.5=55.44kN （3）风荷载标准值

迎风面：柱 上10.587(0.25 1.02w q =⨯⨯+=）

kN m 横梁上20.587( 1.0) 4.06w q =⨯⨯-=-kN m 背风面：柱 上30.587(0.55) 2.23w q =⨯⨯-=-kN m 横梁上40.587(0.65) 2.64w q =⨯⨯-=-kN m

3.内力分析

各图的符号规定为：弯矩以钢架外侧受拉为正，轴力以压力为正，剪力以绕钢架顺时针转动为正，并利用结构力学求解器进行内力分析得到结果。 3.1恒荷载作用下的内力分析

图3.1.1 恒荷载作用下的M 图

图3.1.2 恒荷载作用下的N 图

A

B

C

D

E

140.04kN

112.04kN

73.79kN

62.65kN

73.79kN +

140.04kN

112.04kN

+

+

+

图3.1.3 恒荷载作用下的V 图

3.2活荷载作用下的内力分析

图3.2.1 活荷载作用下的M 图

图3.2.2 活荷载作用下的N 图

62.962.922k N

62.96k N

62.96k N

.m

A

B C D

E

57.75k N

5k N 38.03k N

32.28k N

+38.03kN

57.75kN

57.75kN

++

+

图3.2.3 活荷载作用下的V 图

3.3风荷载作用下的内力分析

图3.3.1 左风向风荷载作用下的M 图

图3.3.2 左风向风荷载作用下的N 图

32.45kN

w 3=2.23k N /m

46.89kN

46.89kN

图3.3.3 左风向风荷载作用下的V图

由对称性可知，右风作用下，钢架的内力图与上述各图分别对称，可不做分析。

4.内力组合

刚架结构构件按承载能力极限状态设计，根据《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）

的规定，采用荷载效应的基本组合：

o S R

γ≤。本工程结构构件安全等级为二级， 1.0

o

γ=。刚架内力组合（左半跨）见表4.1。

表4.1 内力组合表

60.20kN

5.刚架设计

5.1初选截面：

初选梁柱截面均用H 型钢7003501324345Q ⨯⨯⨯，钢。截面特性： w t 13mm =，f t 24mm =，2125.5cm A =，4x 201000cm I =，3x 5760cm W =，x i 29.3cm =，

4y 10800cm I =，3y 722cm W =，

y i 6.78cm = 5.2构件验算： （1）构件宽厚比验算

翼缘部分：/f b t =143.5/24=6.0<12.4= 腹板部分：0/w h t =652/13=50.2<206.3= （2）刚架梁的验算

A.抗剪验算

梁截面最大剪力为max V =202.19kN ，考虑到仅有支座加劲肋，

0.6420.8s λ=

=<，u V =652131701440.92w w v h t f kN =⨯⨯=>max V =202.19

kN ，满足要求。

B.弯、剪、压共同作用下的验算

取梁端截面进行验算，N=141.79 kN ，V=202.19 kN ，M=967.82 kN ·m 因V<0.5u V ，取V=0.5u V ，按《钢结构设计规范》（GB50017—2003）验算

2

11222

()f f f h M A A h f h =+2338(3002430024338)295338=⨯⨯+⨯⨯⨯ =1435.82 KN ·m>M=967.82kN ·m,取M=f M 故 2(

1)01

0.5f u e u f

M M V

V M M --+=<-,满足要求。 C.整体稳定性验算

N=141.79kN ，M=967.82kN ·m