特种钢结构设计

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 通常根据荷载大小 h/l =，其中h/l = 经济性比较好；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= d2 d3 = d1 d= (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b/h或c/h=二、梭形屋架特点1、正三角形：上小下大 重心

2、低，自身稳定性好，经济性好2、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 d1/d0 (d1：腹杆直径，d0：弦杆直径)；t0/t1 (t1：腹杆壁厚，t0：弦杆壁厚)d0/t0 腹杆间隙 a通常应满足：d1/d0 <1 t0/t1 = 2.0 3.0 d0/t0= 20 30 at1+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

3、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Pi分成Pi作用在高为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fj =NR：单位虚荷载NP：Pi作用下，屋架各杆内力二、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

4、杆设置的考虑计算长度在任意平面内取几何长度，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：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

5、钢屋架设计与施工§2-1 设计一、外型尺寸确定根据受力与功能要求通常h/l =，其中h/l = 经济性比较好；值最好在30-55度之间，个别夹角不在这一范围要尽量接近。节间距h/l =，其中h/l = 经济性比较好；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

6、计算2、角钢与角钢股连接焊缝简化计算§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 设计一、 屋架几何尺寸的确定与布置h/l =1/401/10，其中h/l = 经济性比较好；f/l=1/101/5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1=45&#

7、176;这样可确定纵波款1值支撑可采用支撑梁，支撑桁架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，

8、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 18m×48m 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、主要尺寸确定取f=3.0m h/l= h=1.0m；B1=2.0m ；檩条间距0.75m；B2=1.5m 檩条支撑桁架高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

9、计算，宽2.0m；支座反力R=26.735KN用图解法求内力选型：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1 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/l应不小于1/24腹杆与弦杆件夹角在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

10、图三几点构造考虑1. 尽量使d 不小于4mm 防腐要求2. 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 ； h>4.0m 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3 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

11、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=1/201/12；

12、h/L=1/161/15经济性较好；=4060度桁架宽度b：b/h=1/21/1.5；考虑到管道不对称性。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=1/16 h=1.5m b=1.2m梁长：1.2+0.2*2=1.6m 每边悬出0.2m内

13、力计算：积灰荷载；0.3*1.4=0.42KN/m*m管道重：5.0*1.2=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

14、；可以满足排水要求，使钢架受力合理3、 （）条受力合理4、屋面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

15、置：设计在梁柱受压区段，受压区不设通常每隔一根（）条设一个三、 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+b2二、 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

16、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