特种钢结构设计

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1、第一章 钢管空间梭形屋架设计与应用1-1 钢管空间梭形屋架外形尺寸确定原则所谓梭形屋架，其形状两端尖中间粗，如同织布的梭子。其受力合理，外形漂亮 主要用于屋面为石棉瓦和压型钢板的轻型钢结构厂房。一、外形尺寸的确定1 1 1通常根据荷载大小h/i =刃13，其中hi =15经济性比较好;a值最好在30-55度之间，个别夹角不在这一范围要尽量接近。d1= d2d3= d1d= (1.21.5) d1二、形式的选择通常房屋跨度不大时，尽量选用正三角形断面，跨度大选倒三角形。L 40.0m S 8.0m采用倒三角形11b/h 或 c/h= 、梭形屋架特点1、正三角形：上小下大 重心低，自身稳定性好，经

2、济性好、倒三角形： 支撑条件好，抗扭刚度大，用钢量少。檩条用钢量少。施工麻烦经 济性较差。1-2 构造要点一、构件之间的比例关系 设计屋架必须考虑节点强度，而恰当选择构件的尺寸十分关键。包括d/d0 （d1:腹杆直径，d0:弦杆直径）；t0/t （t1:腹杆壁厚，t0:弦杆壁厚） d0/t0腹杆间隙 a通常应满足: d1/d01t/t = 2.0 3.0d0/t0= 20 30 ati+t2a 间隙值不能过大，否则节点强度降低，弦杆与腹杆轴线夹角不宜小于30 为了满足焊接要求，保证根部焊透腹杆间距也不能够小。二、主要节点形成单平面 K 型节点较好，受力好，加工简单，施焊方便，负偏心全部搭接节点

3、形式最 差。三、檩条与屋架连接1、檩条用钢：Z型、C型、槽钢2、连接方式: 焊接:用连接板焊在上弦 螺栓:用高强螺栓，尽量避免焊接与螺 栓连接并行及高空焊接量，节点处必须放檩条1-3 简化计算方法一、屋架内力和挠度计算方法：把屋架上弦竖向载荷分解到平面屋架上，进行计算。把P.分成P.作用在高ii为h的屋架上把屋面载荷集中到节点上，一般不进行挠度计算，计算时f.=NNLR PEANr：单位虚荷载RNP： Pi 作用下，屋架各杆内力Pi、上弦局部弯矩计算1、端节弯矩 0.8Mo2、其他节间弯矩0.6 Mo3、Mo 单跨简支架最大弯矩三、关于计算长度、支撑、水平系杆设置的考虑计算长度在任意平面内取几

4、何长度，即节点间距。在屋脊处设置水平杆件做支撑 同时上弦节点处设檩条。支撑通常选钢管。五、节点强度计算： 要求：各节点、腹杆受力不得大于按下式计算的承载力1、单平面 K 型受压腹杆承载力设计值2、双平面 KK 型受压腹杆：受拉腹杆：3、单平面Y型(1)受压腹杆(2)受拉腹杆六、连接焊缝计算 近似按全周角焊缝计算f fw ：查表得到，焊缝强度设计值1-4 正三角形屋架计算1-5 倒三角形屋架计算一、计算方法方法：详细分析受力情况，求出各杆件内力，验算强度、稳定性、刚度是否合格 教法：详细做书上 P11 例题时间50分钟 要求不仅会计算 会查内力选用表第二章 折式钢屋架设计与施工2-1 设计、外型

5、尺寸确定根据受力与功能要求通常h/l=201131其中h/l =15经济性比较好；a值最好在30-55度之间，个别夹角不在这一范围要尽量接近。1 12013其中h/l =经济性比较好；a值最好在30-55度之间，个别夹角不在这一范围要尽量接近。半单元波宽B3 根据工程情况确定 B1=B2二、杆件材料选型及构造特点1、上下弦为双角钢，腹杆为钢管2、上弦为双角钢，腹杆为钢管，下弦为单角钢3、上弦腹杆为钢管，下弦为双角钢4、弦杆腹杆皆为角钢5、下弦腹杆为钢管，上弦为双角钢6、弦杆、腹杆全部为钢管1、2 种型式最多，4种构造麻烦，应用较少三、简化计算法1、屋架内力简化计算2、角钢与角钢股连接焊缝简化计

6、算2-3 吊装与安装方法一、分片吊装下料、制成单片、组成V型吊装单元二、多篇吊装定义：把数个 V 型单元铝周边加上必要的临时支撑，在地面上组装成 W 形、 VVV形等多片单元2-4 工程实例方法：根据杆件受力情况，计算折式钢屋架内力，验算强度、刚度、稳定性 例题见：P55第三章 人字形折式钢屋架设计与施工3-1 设计、屋架几何尺寸的确定与布置1h/1 =1/401/10,其中h/1 =15 经济性比较好；f/l=l/10l/5a值最好在45度左右。选择矢高f，矢高大小由屋面的坡度来决定一般：载荷大，取值较大，载荷小，取值较小一般a 1=45。这样可确定纵波款B 1值 支撑可采用支撑梁，支撑桁架

7、与柱的连接方式有两种柱头与桁架下弦相连柱头与桁架上弦相连二、杆件之间连接形式1 、上弦采用双角钢、腹杆钢管、下弦单角钢2、上弦双角钢，其他未钢管3、下弦双角钢、其他钢管4、上下弦双角钢，腹杆钢管5、全部为钢管 所有形式都是腹杆与弦杆直接连接，无需节点板三、简化计算方法 这种静定空间结构，可取出一个单元来计算内力和挠度，两对腹杆内力和相等 在 Pi 作用下，用图解法，求各杆内力3-2 施工一、方法屋架先下料放大，按实际尺寸做好加工成V型或w型单元，如果腹杆为钢管，先用 板封闭两端然后切口插入到上下角钢肢上焊接将V型单元运至现场，在组装架上， 组装成一定宽度的吊装单元安装.若采用支承桁架，之支撑桁

8、架与吊装单元一同组装，把边跨两杆连接好，再把檩条 连接好方法：边吊装边拼接全部吊装单元安装完成后，再拼接3-3 工程 实例一、工程概况设计一轻钢车间厂房屋盖,车间屋盖尺寸18mX48m跨度L=18m,厂房柱距6m柱 高 9.4m 处有一工作台，平台以上做成封闭部分。设计钢屋架。1、屋架、主要尺寸确定1取 f=3.0m h/l=fh=1.0m； Bl=2.0m ；檩条间距 0.75m； B2=1.5m 檩条18 1 2支撑桁架高 1.054m二、屋架计算1、内力计算及截面选择活载荷：永久载荷：屋架自重：均布载荷总计：每到悬吊载荷：取一个计算单元计算，宽2.0m；支座反力R=26.735KN用图解

9、法求内力选型：上弦：2L56*5其他选型略 四：节点构造及安装 第四章 带式输送机栈桥轻钢空间结构设计与应用 4-1 钢管空间桁架设计空间桁架示意图一外形尺寸的确定一般 h/l=1/111/12 h/l=1/15 比较经济；桁架宽度 b 要考虑人行侧的宽度 输送机与通廊中心形成大约 e（ ）350mm 的偏心距。目的是消除材料偏心荷载对桁 架的不利影响。B/1应不小于1/24腹杆与弦杆件夹角B在30-55度之间较好。B 要有良好的角度 S 取之尽量与柱距相等二计算方法在竖向与水平荷载共同作用下计算内力把空间桁架看做平面桁架来计算计算简图三几点构造考虑1. 尽量使 d 不小于 4mm 防腐要求2

10、. 尽量使弦杆与腹杆直径比值大于2，这样节点受力较好。3. 荷载要作用在节点上，否则引入节点间弯矩，构件受力复杂。4. 通过构造措施提高桁架抗阻能力42 钢管组合柱的设计一、形式：h小于4.0m用2根钢管组合柱；h4.0m 采用缀条三肢组合柱肢平面为等腰或等边三角形；柱较高用五肢组合柱；缀条水平夹角a在4065 之间二计算方法1. 内力计算：缀条内力计算取剪力之地震作用或风载作用下的较大值，横缀条内力计算2. 风载荷计算三构造要点满足制作、运输、安装、施工阶级受力要求43 通廊设计一. 基准层基准层的横梁是支承输送机的重要构件横梁布置方式有两种：（1）横梁放在桁架上弦上面，与平面外桁架不在同一

11、平面内。（连接简单，受力明 确）（2）横梁放在平面外桁架内，替代横肢杆（节省材料、连接麻烦）二. 侧向围护结构和屋面 主要承重结构是钢管横向框架 立柱顶部与纵向横梁相连 框架横梁上放（）条，屋面坡度较小，不必用拉条。44 工程实例详细讲解书上例题第五章 三角形断面钢管空间桁架和屋架的设计与应用51 三角形断面钢管空间桁架和屋架的设计与应用 特点：分为正三角和倒三角两种 材料全部为钢管，受力合理，耐蚀性好，可以做成大跨度。一、桁架形成和尺寸确定1. 断面为倒三角形通常h/L=l/201/12； h/L=l/161/15经济性较好；a =4060度 桁架宽度b： b/h=1/21/1.5；考虑到管

12、道不对称性。b/h适当加大3. 断面为正三角形管道从中间通过，减少管道高度，重心位置接近三角形中心，稳定性好二. 简化计算方法1. 作用荷载简化处理 （1）竖向荷载集中到支点、节点上。（2.）水平荷载由平面外桁架承担（3）.正三角形断面桁架 Us=1.32、内力计算可以采用假想桁架简化计算方法。详细计算方法同第四章空间桁架计算方法 三. 算例L=25m 下弦高 5m b=1.2m 管道重 5KN S=5.0m设计桁架取： h/l=1/16h=1.5m b=1.2m梁长： 1.2+0.2*2=1.6m 每边悬出 0.2m内力计算：积灰荷载； 0.3*1.4=0.42KN/m*m管道重：5.0*1

13、.2=6KN/m桁架自重： 1.0*1.2=1.2KN/m竖向荷载： qq=0.42*1.2+6+1.2=7.704KN/m支点竖向荷载： Pv=7.704*5=38.52Pv 作用下各杆内力计算（略）风载 Px 计算 杆件截面选择（略）第六章 门式钢架轻型房屋钢结构的设计与施工6-1结构形式和截面选择一、结构形式单跨钢架 、双跨钢架、 多跨钢架、带挑瞻钢架、带毗屋钢架、单坡钢架要求：1 、跨度方向梁与边柱刚接2、经济尺度柱距： 7.09.0m经济跨度： 18.030m 无吊车时跨度通常取： 18.021m屋面坡度： 1/201/18；可以满足排水要求，使钢架受力合理3、（）条受力合理4、屋面

14、宜采用压型钢板和冷变薄型钢二、截面选择钢柱和钢梁采用工字钢，多数采用H行钢。热轧H型钢优先于焊接H型钢6-2支撑系统的设计一、柱间支撑：1、支撑距布置 3045.0m 没有吊车时支撑设计在温度区间段中部 温度区间较长时，没在三分点处2、支撑形式和构造 支撑与构造夹角3060 之间 最好接近 45上下柱之间多为交叉形支撑可由各种型钢构成二、屋盖横向支撑一般采用带张紧装置的交叉圆钢，屋面刚性系杆可以用（）条兼作，此时应满足W 22三、（偶）撑作用布置同过（）撑把屋面（）条和钢架梁受压翼缘以及把墙上围梁柱的受压翼缘连起来从 而阻止梁侧向失稳位置：设计在梁柱受压区段，受压区不设 通常每隔一根（）条设一

15、个三、拉条设计第七章钢混凝土组合梁设计与施工7-1 组合梁类型应用一、类型1、现浇钢筋混凝土板通过栓钉抗剪键把钢梁与混凝土板连成一个整体2、混凝土叠合板预制混凝土板支撑于焊好栓钉等抗剪键钢梁上3、压型钢板混凝土组合板二、应用我国不够广泛，发达国家较多7-2组合梁设计与计算一、设计规定 全截面塑性发展进行强度计算 按弹性分析方法计算内力 对混凝土翼板进行抗剪计算 有效完成 be=b0+b1+b2、计算一） 弹性设计1、换算截面：把混领土与刚才组合成的混合截面换算成各种材料截面。通过 GE=E/EC 来进行2、受压翼缘宽厚比符号含有关规定3、强度及变形计算（1） 施工阶段 混凝土翼板强度达到75强

16、度设计之前强度，变形按弹性计算 荷载：梁自重 混凝土板重、施工荷载（2） 使用阶段：（3）施工阶段后 荷载：楼面层荷载 设备荷载。使用治荷载 续加荷载由换算截面承担二） 组合梁的塑性设计1、完全抗剪连接组合梁抗剪承载力计算（1） 正弯矩段塑性中和轴位梁截面内2） 负弯矩区段三、抗剪连接件设计（一） 一个抗剪件承载力设计1、圆柱头焊钉连接2、 槽钢连接3、弯筋连接（二） 下列情况应折减1、 抗剪键穿过压型钢板与钢梁（1） 压型钢板平行钢梁布置（2） 压型钢板垂直钢梁（三 ）抗剪连接件计算 1、正弯矩区剪跨内：VS 取 AF 和 behelfc 中最小值2、 位弯矩剪跨区内四、挠度计算通过对组合梁

17、换算截面抗弯刚度折减考虑滑移。分别截基本组合组合计算第八章、钢管架纵向力考虑整体作用设计方法一、管架形成简介 固定管架 中间管架 按不同种类可分多种形式 二、纵向作用分析方法两端固定管架上水平力为P。作用力在管架横向中心附近。一个纵梁承担p/2作用力 不在中心附近，大小则与距离成仅比分配到纵梁上计算三、纵向水平力摩擦力 P四、补偿器仅反弹力及介质内压力课程名称特种钢结构设计【学时】30【课程特点】专业科，是对以前专业科的应用。 【重点】【难点】板件稳定的基本理论，结构件的设计【授课方式】讲授【学习方法】课程具有较强的应用性，学习中应注重于分析、理解与运用，并注意 以前专业知识的应用，为了提高分析问题，解决问题的独立工作能力，重视实际工 程情况。【教学内容】 1、掌握各种形式钢屋架的设计与安装方法 2.、掌握门式刚架设计及施工过程3、了解其他简单特种钢结构设计方法 7、熟悉与土木工程相关的钢结构设计规范 【学习要求】1、注重与专业基础课之间的衔接2、设计过程中充分考虑工程实际情况，合理选择构件。3、培养踏实务实的工作作风。