建筑鋼結(jié)構(gòu)施工詳圖設(shè)計(jì)實(shí)例

【實(shí)例5-1】計(jì)算兩塊鋼板對(duì)接焊縫。已知鋼板截面為460×12mm，承受軸心拉力N=1180kN（靜力荷載），鋼材為Q235鋼，焊條采用E43[解]（1）驗(yàn)算鋼板的承載力查附錄中附表A-1可得，12mm厚鋼板的受拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度f(wàn)=215N/mm2，因此，鋼板的設(shè)計(jì)承載力NC為：NC=Af=460×12×215=1186800N=1186.8kN＞N=1180kN（滿足）（2）驗(yàn)算對(duì)接焊縫當(dāng)采用直縫對(duì)接時(shí)，焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度lw=460-2×12=436mm，he=12mm。查附錄中附表A-2可得，焊縫受拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度f(wàn)tw=185N/mmσ=直縫不能滿足要求，改為斜縫對(duì)接，切割斜度取1.5：1，相應(yīng)的斜角為θ=56.3°，sinθ=0.832，cosθ=0.555，斜縫的計(jì)算長(zhǎng)度lw1=460/sinθ－2×12=529mm，由附錄中附表A-2查得，焊縫受剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度f(wàn)vw=125N/mm2，斜縫的正應(yīng)力和剪應(yīng)力分別為：στ=計(jì)算結(jié)果表明，斜焊縫的強(qiáng)度滿足要求。【實(shí)例5-2】驗(yàn)算柱與牛腿的對(duì)接焊縫連接。試驗(yàn)算柱與牛腿的對(duì)接焊縫連接。已知鋼材為Q390，焊條為E55型，手工焊，三級(jí)質(zhì)量，不用引弧板。實(shí)例5-2圖（單位：mm）[解題分析]工字型或T形截面牛腿與柱的對(duì)接焊縫受剪時(shí)，假定柱與牛腿是兩個(gè)剛體，焊縫則是彈性體，在外力作用下焊縫各點(diǎn)在數(shù)值方向產(chǎn)生相等的位移，因此各點(diǎn)所受的剪應(yīng)力相等、均勻分布。在彎矩作用下，牛腿（剛體）繞截面形心轉(zhuǎn)動(dòng)，牛腿端面（與焊縫相交處）是豎直平面，轉(zhuǎn)動(dòng)后仍保持平面（斜平面），符合材料力學(xué)受彎構(gòu)件平截面假定，所以焊縫截面彎曲應(yīng)力分布于材料力學(xué)中一般梁彎曲應(yīng)力分布相同。工字型或T型截面（牛腿）的翼緣部分很薄，在剪力作用下，其豎向抗剪強(qiáng)度很低，不能起剛體作用。故在計(jì)算時(shí)，假定剪力全部由腹板上的豎直焊縫平均承受，而彎矩則由整個(gè)焊縫計(jì)算截面承受。[解]由附錄中附表A-2查得：ftw=295N/mm2，fcw=345N/mm2，fvw=200N/mm2。（1）焊縫計(jì)算截面的幾何特征值①焊縫計(jì)算截面的形心位置yy②焊縫計(jì)算截面的面積和慣性矩AI（2）焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算①a、b點(diǎn)的正應(yīng)力和腹板的剪應(yīng)力σMaστ=②b點(diǎn)的折算應(yīng)力σ驗(yàn)算表明，該連接滿足要求?！緦?shí)例5-3】雙蓋板的對(duì)接接頭設(shè)計(jì)。試設(shè)計(jì)如圖所示一雙蓋板的對(duì)接接頭。已知鋼板截面為250×14，蓋板截面為2-200×10，承受軸心力設(shè)計(jì)值700kN（靜力荷載），鋼材為Q235，焊條E43型，手工焊。實(shí)例5-3圖雙蓋板對(duì)接接頭（單位：mm）[解]（1）確定角焊縫的焊腳尺寸hf由表5-1可得，角焊縫最小焊腳尺寸為6mm。取hf=8mm≤hfmax=t－（1~2）mm=10－（1~2）mm=8~9mm＞hfmin=6mm由附錄中附表A-2可得：角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ffw=160N/mm2。（2）采用側(cè)面角焊縫因用雙蓋板，接頭一側(cè)共有4條焊縫，每條焊縫所需的計(jì)算長(zhǎng)度為：蓋板總長(zhǎng)：L=（200+2×8）×2+10=442mmlw=200mm＞8hf=8×8=48=64mml=216mm＞b滿足構(gòu)造要求。（3）采用三面圍焊正面角焊縫所能承受的內(nèi)力N3為：N3=2×0.7hflwβfffw=2×0.7×8×200×l.22×160=437284N接頭一側(cè)所需側(cè)縫的計(jì)算長(zhǎng)度為：蓋板總長(zhǎng)：L=（73.3+8）×2+10=172.6mm，取180mm?！緦?shí)例5-4】三面圍焊連接中焊腳尺寸和焊縫長(zhǎng)度的計(jì)算。如圖所示角鋼與連接板的三面圍焊連接中，軸心力設(shè)計(jì)值N=800kN（靜力荷載），角鋼為2∟110×70×10（長(zhǎng)肢相連），連接板厚度為12mm，鋼材Q235，焊條E43型，手工焊。試確定所需焊腳尺寸和焊縫長(zhǎng)度。實(shí)例5-4圖角鋼與連接板的焊接圖（單位：mm）[解]由表5-1可得，角焊縫最小焊腳尺寸為5mm。設(shè)角鋼肢背、肢尖及端部焊腳尺寸相同，取hf=8mm≤t－（1~2）mm=10－（1~2）mm=8~9mm＞hfmin=5mm由附錄中附表A-2可得，角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ffw=160N/mm2。端縫能承受的內(nèi)力為：肢背和肢尖承受的內(nèi)力分別為：肢背和肢尖焊縫需要的實(shí)際長(zhǎng)度為：【實(shí)例5-5】設(shè)計(jì)雙蓋板和C級(jí)普通螺栓拼接。兩截面為14×400的鋼板，采用雙蓋板和C級(jí)普通螺栓拼接，螺栓M20，鋼材Q235，承受軸心拉力設(shè)計(jì)值N=940kN，試設(shè)計(jì)此連接。[解]（1）確定連接蓋板截面采用雙蓋板拼接，截面尺寸選7×400，與連接鋼板截面面積相等，鋼材也采用Q235。（2）確定螺栓數(shù)目和螺栓排列布置由附錄中附表A-3查得：fvb=l40N/mm2，fcb=305N/mm2。單個(gè)螺栓受剪承載力設(shè)計(jì)值為：?jiǎn)蝹€(gè)螺栓承壓承載力設(shè)計(jì)值為：則連接一側(cè)所需螺栓數(shù)目為：采用實(shí)例5-5圖所示的并列布置。連接蓋板尺寸采用2塊7×400×490，其螺栓的中距和端距均滿足表5-3的構(gòu)造要求。實(shí)例5-5圖（單位：mm）（三）驗(yàn)算連接板的毛截面屈服和凈截面斷裂毛截面屈服σ凈截面斷裂連接板在截面I-I受力最大，為N=940kN，連接蓋板則是截面Ⅲ-Ⅲ受力最大，也是N，但因兩者鋼材和截面均相同，故只驗(yàn)算連接鋼板。設(shè)螺栓孔直徑為d0=21.5mm。An=（b－n1d0）t=（400－4×21.5）×14=4396/mm2σ=驗(yàn)算結(jié)果滿足?！緦?shí)例5-6】雙蓋板和高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的拼接設(shè)計(jì)。如圖所示為一軸心受拉鋼板用雙蓋板和高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的拼接接頭。已知鋼材為Q345（本實(shí)例根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50017-2017）取為Q345鋼，其對(duì)應(yīng)于《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T1591-2018）中Q355鋼），鋼板截面為300mm×16mm，蓋板截面為300mm×10mm，螺栓為10.9級(jí)M20，接觸面噴砂處理。試確定該拼接的最大承載力設(shè)計(jì)值。實(shí)例5-6圖雙蓋板與高強(qiáng)度螺栓連接（單位：mm）[解]（1）按螺栓連接強(qiáng)度確定由表5-4查得，由表5-5查得。單個(gè)摩擦型高強(qiáng)度螺栓抗剪承載力N12個(gè)螺栓連接的總承載力設(shè)計(jì)值為：（2）按鋼板截面強(qiáng)度確定構(gòu)件厚度＜兩蓋板厚度之和，所以按構(gòu)件鋼板計(jì)算。按毛截面強(qiáng)度由附表A-1中查得f=305N/mmN=Af=4800②按第一列螺栓處凈截面強(qiáng)度N=因此，該拼接的承載力設(shè)計(jì)值為N=1339kN，由螺栓承載力【實(shí)例5-7】設(shè)計(jì)牛腿與柱的連接。采用10.9級(jí)高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接，螺栓直徑M20，構(gòu)件接觸面用噴硬質(zhì)石英砂處理，結(jié)構(gòu)鋼材為Q345鋼（（本實(shí)例根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50017-2017）取為Q345鋼，其對(duì)應(yīng)于《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》