建筑鋼結(jié)構(gòu)施工詳圖設(shè)計實例

【實例5-1】計算兩塊鋼板對接焊縫。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)計強度f=215N/mm2，因此，鋼板的設(shè)計承載力NC為：NC=Af=460×12×215=1186800N=1186.8kN＞N=1180kN（滿足）（2）驗算對接焊縫當(dāng)采用直縫對接時，焊縫的計算長度lw=460-2×12=436mm，he=12mm。查附錄中附表A-2可得，焊縫受拉設(shè)計強度ftw=185N/mmσ=直縫不能滿足要求，改為斜縫對接，切割斜度取1.5：1，相應(yīng)的斜角為θ=56.3°，sinθ=0.832，cosθ=0.555，斜縫的計算長度lw1=460/sinθ－2×12=529mm，由附錄中附表A-2查得，焊縫受剪設(shè)計強度fvw=125N/mm2，斜縫的正應(yīng)力和剪應(yīng)力分別為：στ=計算結(jié)果表明，斜焊縫的強度滿足要求?！緦嵗?-2】驗算柱與牛腿的對接焊縫連接。試驗算柱與牛腿的對接焊縫連接。已知鋼材為Q390，焊條為E55型，手工焊，三級質(zhì)量，不用引弧板。實例5-2圖（單位：mm）[解題分析]工字型或T形截面牛腿與柱的對接焊縫受剪時，假定柱與牛腿是兩個剛體，焊縫則是彈性體，在外力作用下焊縫各點在數(shù)值方向產(chǎn)生相等的位移，因此各點所受的剪應(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，牛腿端面（與焊縫相交處）是豎直平面，轉(zhuǎn)動后仍保持平面（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，其豎向抗剪強度很低，不能起剛體作用。故在計算時，假定剪力全部由腹板上的豎直焊縫平均承受，而彎矩則由整個焊縫計算截面承受。[解]由附錄中附表A-2查得：ftw=295N/mm2，fcw=345N/mm2，fvw=200N/mm2。（1）焊縫計算截面的幾何特征值①焊縫計算截面的形心位置yy②焊縫計算截面的面積和慣性矩AI（2）焊縫強度驗算①a、b點的正應(yīng)力和腹板的剪應(yīng)力σMaστ=②b點的折算應(yīng)力σ驗算表明，該連接滿足要求?！緦嵗?-3】雙蓋板的對接接頭設(shè)計。試設(shè)計如圖所示一雙蓋板的對接接頭。已知鋼板截面為250×14，蓋板截面為2-200×10，承受軸心力設(shè)計值700kN（靜力荷載），鋼材為Q235，焊條E43型，手工焊。實例5-3圖雙蓋板對接接頭（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：角焊縫強度設(shè)計值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，每條焊縫所需的計算長度為：蓋板總長：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)縫的計算長度為：蓋板總長：L=（73.3+8）×2+10=172.6mm，取180mm?！緦嵗?-4】三面圍焊連接中焊腳尺寸和焊縫長度的計算。如圖所示角鋼與連接板的三面圍焊連接中，軸心力設(shè)計值N=800kN（靜力荷載），角鋼為2∟110×70×10（長肢相連），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度。實例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，角焊縫強度設(shè)計值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際長度為：【實例5-5】設(shè)計雙蓋板和C級普通螺栓拼接。兩截面為14×400的鋼板，采用雙蓋板和C級普通螺栓拼接，螺栓M20，鋼材Q235，承受軸心拉力設(shè)計值N=940kN，試設(shè)計此連接。[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。單個螺栓受剪承載力設(shè)計值為：單個螺栓承壓承載力設(shè)計值為：則連接一側(cè)所需螺栓數(shù)目為：采用實例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。實例5-5圖（單位：mm）（三）驗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=驗算結(jié)果滿足?！緦嵗?-6】雙蓋板和高強度螺栓摩擦型連接的拼接設(shè)計。如圖所示為一軸心受拉鋼板用雙蓋板和高強度螺栓摩擦型連接的拼接接頭。已知鋼材為Q345（本實例根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50017-2017）取為Q345鋼，其對應(yīng)于《低合金高強度結(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M20，接觸面噴砂處理。試確定該拼接的最大承載力設(shè)計值。實例5-6圖雙蓋板與高強度螺栓連接（單位：mm）[解]（1）按螺栓連接強度確定由表5-4查得，由表5-5查得。單個摩擦型高強度螺栓抗剪承載力N12個螺栓連接的總承載力設(shè)計值為：（2）按鋼板截面強度確定構(gòu)件厚度＜兩蓋板厚度之和，所以按構(gòu)件鋼板計算。按毛截面強度由附表A-1中查得f=305N/mmN=Af=4800②按第一列螺栓處凈截面強度N=因此，該拼接的承載力設(shè)計值為N=1339kN，由螺栓承載力【實例5-7】設(shè)計牛腿與柱的連接。采用10.9級高強度螺栓摩擦型連接，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（（本實例根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50017-2017）取為Q345鋼，其對應(yīng)于《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》