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特种钢结构设计
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;
α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=(1.2~1.5)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>40.0mS>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
a≥t1+t2
a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0.8Mo
2、其他节间弯矩0.6Mo
3、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;
α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;
α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=1/40~1/10,其中h/l=
经济性比较好;f/l=1/10—1/5α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α1=45°这样可确定纵波款β1值
支撑可采用支撑梁,支撑桁架与柱的连接方式有两种
①柱头与桁架下弦相连
②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:
①边吊装边拼接
②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=3.0mh/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=1/11~1/12h/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β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.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
§4—2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a在40—65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
§4—3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。
§4—4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
§5—1三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=1/20~1/12;h/L=1/16~1/15经济性较好;α=40~60度
桁架宽度b:
b/h=1/2~1/1.5;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=1.3
2、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5mb=1.2m管道重5KNS=5.0m
设计桁架
取:
h/l=1/16h=1.5mb=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*1.2=6KN/m
桁架自重:
1.0*1.2=1.2KN/m
竖向荷载:
q
q=0.42*1.2+6+1.2=7.704KN/m
支点竖向荷载:
Pv=7.704*5=38.52
Pv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:
7.0~9.0m
经济跨度:
18.0~30m
无吊车时跨度通常取:
18.0~21m
屋面坡度:
1/20~1/18;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30~45.0m
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30~60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。
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