钢结构设计书

1、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）YX51380760型彩色型钢板 0.15 50 厚保温玻璃棉板 0.05 PVC铝箔及不锈钢丝网 0.0

2、2 檩条及支撑 0.10 刚架斜梁自重 0.15 悬挂设备 0.50 合计 0.97 （2）屋面可变荷载标准值屋面活荷载：0.48雪荷载：哈尔滨市基本雪压=0.45。对于单跨双坡屋面，屋面坡角=，=1.0，雪荷载标准值 ：=1.00.45=0.45。本工程不考虑积灰荷载。所以屋面可变荷载取Max0.48。（3）轻质墙面及柱自重标准值（包括柱、墙骨架等）0.5（4）风荷载标准值调整后的基本风压：=1.050.55=0.58；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10时，按10高度处的数值采用，=1.0。风荷载体型系数：迎风柱及屋面分别为0.25和1.0，背风面柱及屋面分别为

3、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：0.977=6.79活荷载标准值：0.487=3.36（2）柱荷载恒荷载标准值：0.5786.7916.5=140.04活荷载标准值：3.3616.5=55.44（3）风荷载标准值迎风面：柱 上 横梁上背风面：柱 上 横梁上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.

4、1.1 恒荷载作用下的M图图3.1.2 恒荷载作用下的N图图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（GB500092001）的规定，采用荷载效应的基本组合：。本工程结构构件安全等级为二级，。刚架内力

5、组合（左半跨）见表4.1。表4.1 内力组合表截面内力组组合项目荷载组合方式荷载组合项目M/KNmN/KNV/KN刚架柱柱顶 BMmax及相应的N、V（1）967.82215.30120.98Mmin及相应的N、V（2）104.1922.9218.75Nmax及相应的Mmax、V（1）967.82215.30120.98Nmin及相应的Mmax、V（2）104.1922.9218.75柱底 AMmax及相应的N、VMmin及相应的N、VNmax及相应的Mmax、V（1）0248.90120.55Nmin及相应的Mmax、V（2）050.927.32刚架梁支座BMmax及相应的N、V（1）967

6、.82141.79202.19Mmin及相应的N、V（2）104.1920.9320.94跨中CMmax及相应的N、V（2）100.169.783.72Mmin及相应的N、V（1）608.72120.3712.035.刚架设计5.1初选截面：初选梁柱截面均用H型钢。截面特性： 5.2构件验算：（1）构件宽厚比验算翼缘部分： =143.5/24=6.0腹板部分：=652/13=50.2=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 kNm 因VM=967.82kNm,取M= 故 ,满足要求。C.

7、整体稳定性验算N=141.79kN，M=967.82kNm 梁平面内的整体稳定性验算：计算长度取横梁长度=33164mm，=/=113.18=150，b类截面，查表得0.597。kN=1810.8kN。 =195.18，满足要求。梁平面外的整体稳定性验算：计算长度取=3015mm。对于等截面构件，b类截面，查表得=0.912。=3.2520.6取0.7611.0。216.84，满足要求。D.按钢结构设计规范（GB500172003）校核该梁腹板容许高厚比。粱端截面：故，满足要求。梁跨中截面：故，满足要求。E.验算檩条集中荷载下的局部受压承载力a檩条传给横梁上翼缘的集中荷载KN b验算腹板上边缘

8、处的折算应力 取梁端截面处的内力M=967.82kNm，N=141.79kN，V=202.19kN。 ，满足要求。B.弯、剪、压共同作用下的验算 取柱端截面进行验算N=215.30kN，V=120.98kN，M=967.82kNm。因VM=967.82kNm,取M= 故 ,满足要求。C.整体稳定验算构件的最大内力：N=248.90kN，M=967.82kNma.刚架柱平面内的整体稳定性验算刚架柱高H=8000mm，梁长L=33164mm，4.14，查表得柱的计算长度系数。刚架柱的计算长度=14110mm。 0.6取0.7611.0。 D.按钢结构设计规范（GB500172003）校核刚架柱腹板

9、容许高厚比。柱顶截面：故，满足要求。柱底截面：故，不满足要求，需要设置纵向加劲肋。按构造要求，在腹板中部设置厚t=20mm、外伸宽度为150mm、高600mm的纵向加劲肋，重新验算腹板高后比如下：满足要求。（4）验算刚架在风荷载作用下的侧移 刚架柱顶等效水平力： ，满足要求。最外排一个螺栓的抗剪、抗拉承载力验算：0.89916mm，取t=25mm。C.梁柱节点域的剪应力验算 170 ，需要设置斜加劲肋。D.螺栓处腹板强度验算 kN，满足要求。 最外排一个螺栓的抗剪、抗拉承载力验算 ，满足要求。B.端板厚度验算按二边支撑类端板计算由端板厚度t16mm，取t=25mm。C.螺栓处腹板强度验算 1.

10、1板组约束系数：=0.473 =3.258由于0，取=111.96mm。=88，则截面有效宽度为： =96.67mm =0.4=38.67mm，=0.6=58.00mm。上翼缘板： 0，取 =30， 则截面有效宽度为： =60.16 mm =0.4=24.06mm，=0.6=36.10mm。下翼缘板：下翼缘板全截面受拉，全部有效。C.有效净截面模量 图6.1.3 檩条上翼缘及腹板的有效净截面上翼缘板的扣除面积宽度为，腹板的扣除面积宽度为，同时在腹板的计算截面有一直径12mm拉条连接孔（距上翼缘板边缘40mm），孔位置与扣除面积位置基本相同。所以腹板的扣除面积按直径12mm拉条连接孔计算，有效净

11、截面模量为：=49.17 32.41 12.36（4）强度验算按屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转考虑 =229.11310 =215.70310（5）挠度计算=34.44mm=35mm（6）构造要求，满足要求。，满足要求。6.2隅撑的设计：隅撑按轴心受压构件设计，轴心力为连接螺栓采用普通C级螺栓M12，隅撑的计算长度取两端连接螺栓中心的距离为。选用L453，截面特性：，查表得。单面连接的角钢强度设计值乘折减系数，满足要求。 图6.2.1 檩条上翼缘及腹板的有效净截面6.3墙梁的设计：本工程为单层工业厂房，刚架柱柱距为7m。墙梁间距1.5m，跨中1/3处和2/3处设置两道拉条，并双侧挂等厚墙板，钢材Q345。（1）荷载计算墙梁采用冷弯薄壁卷边C型钢20070202.5: ，。墙梁自重，墙板自重。基本风压值 荷载设计值 （2）内力计算 （3）强度计算正应力 满足要求。剪应力 ， 满足要求。（4）挠度计算水平方向：因两侧均有墙板约束可不必验算该方向的挠度。竖直方向：且，满足要求。（5）整体稳定性验算在风吸力下拉条位置设在墙梁内侧，并在柱底设斜拉条。此时压型钢板与墙梁外侧牢固相连，可不验算墙梁的整体稳定性。参考文献1 中华人民共和国建设部，钢结构设计规范GB500