建筑钢结构施工详图设计实例

【实例5-1】计算两块钢板对接焊缝。已知钢板截面为460×12mm，承受轴心拉力N=1180kN（静力荷载），钢材为Q235钢，焊条采用E43[解]（1）验算钢板的承载力查附录中附表A-1可得，12mm厚钢板的受拉设计强度f=215N/mm2，因此，钢板的设计承载力NC为：NC=Af=460×12×215=1186800N=1186.8kN＞N=1180kN（满足）（2）验算对接焊缝当采用直缝对接时，焊缝的计算长度lw=460-2×12=436mm，he=12mm。查附录中附表A-2可得，焊缝受拉设计强度ftw=185N/mmσ=直缝不能满足要求，改为斜缝对接，切割斜度取1.5：1，相应的斜角为θ=56.3°，sinθ=0.832，cosθ=0.555，斜缝的计算长度lw1=460/sinθ－2×12=529mm，由附录中附表A-2查得，焊缝受剪设计强度fvw=125N/mm2，斜缝的正应力和剪应力分别为：στ=计算结果表明，斜焊缝的强度满足要求。【实例5-2】验算柱与牛腿的对接焊缝连接。试验算柱与牛腿的对接焊缝连接。已知钢材为Q390，焊条为E55型，手工焊，三级质量，不用引弧板。实例5-2图（单位：mm）[解题分析]工字型或T形截面牛腿与柱的对接焊缝受剪时，假定柱与牛腿是两个刚体，焊缝则是弹性体，在外力作用下焊缝各点在数值方向产生相等的位移，因此各点所受的剪应力相等、均匀分布。在弯矩作用下，牛腿（刚体）绕截面形心转动，牛腿端面（与焊缝相交处）是竖直平面，转动后仍保持平面（斜平面），符合材料力学受弯构件平截面假定，所以焊缝截面弯曲应力分布于材料力学中一般梁弯曲应力分布相同。工字型或T型截面（牛腿）的翼缘部分很薄，在剪力作用下，其竖向抗剪强度很低，不能起刚体作用。故在计算时，假定剪力全部由腹板上的竖直焊缝平均承受，而弯矩则由整个焊缝计算截面承受。[解]由附录中附表A-2查得：ftw=295N/mm2，fcw=345N/mm2，fvw=200N/mm2。（1）焊缝计算截面的几何特征值①焊缝计算截面的形心位置yy②焊缝计算截面的面积和惯性矩AI（2）焊缝强度验算①a、b点的正应力和腹板的剪应力σMaστ=②b点的折算应力σ验算表明，该连接满足要求。【实例5-3】双盖板的对接接头设计。试设计如图所示一双盖板的对接接头。已知钢板截面为250×14，盖板截面为2-200×10，承受轴心力设计值700kN（静力荷载），钢材为Q235，焊条E43型，手工焊。实例5-3图双盖板对接接头（单位：mm）[解]（1）确定角焊缝的焊脚尺寸hf由表5-1可得，角焊缝最小焊脚尺寸为6mm。取hf=8mm≤hfmax=t－（1~2）mm=10－（1~2）mm=8~9mm＞hfmin=6mm由附录中附表A-2可得：角焊缝强度设计值ffw=160N/mm2。（2）采用侧面角焊缝因用双盖板，接头一侧共有4条焊缝，每条焊缝所需的计算长度为：盖板总长：L=（200+2×8）×2+10=442mmlw=200mm＞8hf=8×8=48=64mml=216mm＞b满足构造要求。（3）采用三面围焊正面角焊缝所能承受的内力N3为：N3=2×0.7hflwβfffw=2×0.7×8×200×l.22×160=437284N接头一侧所需侧缝的计算长度为：盖板总长：L=（73.3+8）×2+10=172.6mm，取180mm。【实例5-4】三面围焊连接中焊脚尺寸和焊缝长度的计算。如图所示角钢与连接板的三面围焊连接中，轴心力设计值N=800kN（静力荷载），角钢为2∟110×70×10（长肢相连），连接板厚度为12mm，钢材Q235，焊条E43型，手工焊。试确定所需焊脚尺寸和焊缝长度。实例5-4图角钢与连接板的焊接图（单位：mm）[解]由表5-1可得，角焊缝最小焊脚尺寸为5mm。设角钢肢背、肢尖及端部焊脚尺寸相同，取hf=8mm≤t－（1~2）mm=10－（1~2）mm=8~9mm＞hfmin=5mm由附录中附表A-2可得，角焊缝强度设计值ffw=160N/mm2。端缝能承受的内力为：肢背和肢尖承受的内力分别为：肢背和肢尖焊缝需要的实际长度为：【实例5-5】设计双盖板和C级普通螺栓拼接。两截面为14×400的钢板，采用双盖板和C级普通螺栓拼接，螺栓M20，钢材Q235，承受轴心拉力设计值N=940kN，试设计此连接。[解]（1）确定连接盖板截面采用双盖板拼接，截面尺寸选7×400，与连接钢板截面面积相等，钢材也采用Q235。（2）确定螺栓数目和螺栓排列布置由附录中附表A-3查得：fvb=l40N/mm2，fcb=305N/mm2。单个螺栓受剪承载力设计值为：单个螺栓承压承载力设计值为：则连接一侧所需螺栓数目为：采用实例5-5图所示的并列布置。连接盖板尺寸采用2块7×400×490，其螺栓的中距和端距均满足表5-3的构造要求。实例5-5图（单位：mm）（三）验算连接板的毛截面屈服和净截面断裂毛截面屈服σ净截面断裂连接板在截面I-I受力最大，为N=940kN，连接盖板则是截面Ⅲ-Ⅲ受力最大，也是N，但因两者钢材和截面均相同，故只验算连接钢板。设螺栓孔直径为d0=21.5mm。An=（b－n1d0）t=（400－4×21.5）×14=4396/mm2σ=验算结果满足。【实例5-6】双盖板和高强度螺栓摩擦型连接的拼接设计。如图所示为一轴心受拉钢板用双盖板和高强度螺栓摩擦型连接的拼接接头。已知钢材为Q345（本实例根据《钢结构设计标准》（GB50017-2017）取为Q345钢，其对应于《低合金高强度结构钢》（GB/T1591-2018）中Q355钢），钢板截面为300mm×16mm，盖板截面为300mm×10mm，螺栓为10.9级M20，接触面喷砂处理。试确定该拼接的最大承载力设计值。实例5-6图双盖板与高强度螺栓连接（单位：mm）[解]（1）按螺栓连接强度确定由表5-4查得，由表5-5查得。单个摩擦型高强度螺栓抗剪承载力N12个螺栓连接的总承载力设计值为：（2）按钢板截面强度确定构件厚度＜两盖板厚度之和，所以按构件钢板计算。按毛截面强度由附表A-1中查得f=305N/mmN=Af=4800②按第一列螺栓处净截面强度N=因此，该拼接的承载力设计值为N=1339kN，由螺栓承载力【实例5-7】设计牛腿与柱的连接。采用10.9级高强度螺栓摩擦型连接，螺栓直径M20，构件接触面用喷硬质石英砂处理，结构钢材为Q345钢（（本实例根据《钢结构设计标准》（GB50017-2017）取为Q345钢，其对应于《低合金高强度结构钢》