水工钢结构课程设计

课程设计说明书

课程名称:水利水电工程钢结构课程计

课程代码: 8203281 题目:潜孔式平面钢闸门设计

学生姓名:

学号: 312009********* 年级/专业/班: 2009级水利水电2班

学院(直属系) :能源与环境学院

指导教师:徐良芳

开题时间：2011年12月12日

完成时间：12月18日

目录1设计资料

2闸门结构的形式及布置

3面板设计

4水平次梁、顶梁和底梁的设计5主梁设计

6 横隔板设计

7 纵向连接系

8 边梁设计

9 行走支撑设计

10滚轮滑道设计

11 闸门启闭力和吊耳计算

一、设计资料

闸门形式：潜孔式平面刚闸门

孔口尺寸（宽×高）：10.0m ×10.0m

上游水位：55.0m

下游水位：0.1m

闸底高程：0m

启闭方式：电动固定式启闭机

材料钢结构：Q235—A.F

焊条：E43型

行走支承：胶木滑道或滚轮支承

止水橡皮：側止水和顶止水用P型橡皮，底止水用条形橡皮

制造条件金属结构制造厂制造，手工电弧焊，满足Ⅲ级焊缝质量检验标准规范：《水利水电工程钢闸门设计规范SL 1974—2005》

二、闸门结构的形式及其布置

（一）、闸门尺寸的确定

如图1

图1 闸门主要尺寸图（单位：m）

1.闸门孔口尺寸：

孔口净宽：10.0m

孔口高度：10.0m

闸门高度：10.0m

闸门的宽度：10.4m

荷载跨度：10.0m

计算跨度：10.4m

2、计算水头：54.9m

（二）主梁的布置

1.主梁的数目及形式

主梁是闸门的主要受力构件，其数目主要取决于闸门的尺寸。因为闸门跨度L=10.4m,闸门高度h=10.0m,L

2.主梁的位置

因为该设计的水头比较高，属于高水头,而孔口尺寸相对比较小，门顶与门底的水压强度

度差值相对较小。所以，主梁的位置按等间距来布置。设计时按最下面的那根受力最大的主梁来设计，各主梁采用相同的截面尺寸。

3.梁格的布置及形式

梁格是用来支承面板的。在钢闸门中，面板的用钢量占整个闸门重量的比例较大，而且钢板也较贵，为了使面板的厚度经济合理，根据闸门跨度的大小，可以将梁格的布置分为三种情况。该闸门的梁格采用复式布置与等高连接，水平次梁穿过横隔板所支承。布置梁格时，竖直次梁的间距一般为1到2m，本设计取1.486m。水平次梁的间距一般为40到120cm，本设计取100cm。水平梁为连续梁，间距应上疏下密，使面板个区格需要的厚度大致相等，布置图2示

图2 梁格布置尺寸图（单位：m）

（三）、连接系的布置和形式

1、横向连接系：

根据主梁的跨度，决定布置6道横隔板，其间距为1.486m，横隔板兼作竖直次梁。

2、纵向连接系：

设在四个主梁下翼缘的竖平面内，采用斜杆式桁架。

（四）边梁与行走支承

边梁采用双腹式，行走支承采用滚轮支承。

三、面板设计

根据SL74—95《水利水电工程钢闸门设计规范》修订送审稿，关于面板的计算，先估算面板厚度，在主梁截面选择以后再验算面板的局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力。 1.估算面板厚度

假定梁格布置尺寸如图2所示。面板厚度按下式计算

t=a

]

[9.0σa kp

当b/a ≤3时，a=1.65,则t=a 160

65.19.0??kp =0.065kp a

当b/a >3时，a=1.55,则t=a 160

55.19.0??kp =0.067kp a

k —四边固定矩形弹性薄板在支承长边中点的弯应力系数，第1和10区格按附录九表3查得，其余区格按附录九表2查得。

p —面板计算区格中心的水压强度（p=γhg=0.0098h N/mm 2） γ—水的密度，一般淡水取10KN/? h ―区格中心的水头，单位m a 、b ―面板的短边和长边的长度 现列表1计算如下：

2.面板与梁格的连接计算

面板局部挠区时产生的垂直于焊缝长度方向的横拉力P 按式P=0.07t σmax 计算， 已知面板厚度t=36mm,并且近似地取板中最大弯应力σmax=[σ]=160N/mm 2,则

p=0.07х36×160=403.2N/mm

面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力：

T ＝

2I VS =

mm N /69400

2705920200

21061382.2×61196

=??

面板与主梁连接的焊缝厚度：

mm T

P h w

t f 1.101137.0／6.802][7.0/2

2

=?=?+=

τ，

面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度mm h f 11=。

四、水平次梁，顶梁和底梁地设计

1.荷载与内力地验算

水平次梁和顶，底梁都时支承在横隔板上地连续梁，作用在它们上面的水压力可 按下式计算，即

q=p

2

下

上a a +

现列表2计算如下：

根据上表计算，水平次梁计算荷载取529.74 kN/m ，水平次梁为7跨连续梁，跨度为1.486m （如图3）。水平次梁弯曲时的边跨中弯距为:

M 次中＝0.077ql 2=0.077х529.74х 1.486 2=90.07kN ?m

支座B 处的负弯距：

M 次B ＝0.107ql 2=0.107х529.74х 1.486 2=125.17 kN ?m

图3 水平次梁计算简图和弯矩图

2.截面选择

W=

5.782187160

10

17.125]

[6

=?=

σM mm

3

考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选［40a,由附录三表四查得：

A=7505mm 2 ; W x =868900mm 3 ; I x =175779000mm 4

; b1=100 mm ；d=tw=10.5mm 。 面板参加次梁工作的有效宽度分别按式7—11及式7—12计算，然后取其中较小值。 式：7—11 B ≤b1+60t=100+60Х36=2260mm ; 式：7—12 B=ζ1b (对跨间正弯距段)

B=ζ2b （对支座负弯距段） 。

梁间距b=

mm b b 10002

1000

10002

2

1=+=

+ 。

于第一跨中正弯距段l 0=0.8l=0.8Х1486=1188.8mm ;对于支座负弯距段l 0=0.4l ＝0.4Х1486=594.4mm 。 根据l 0/b 查表7—1：

对于l 0/b ＝1188.8/1000＝1.189得ζ1＝0.472，得B=ζ1b ＝0.472×1000＝472㎜ 对于l /b ＝594.4/1000＝0.594得ζ＝0.188，得B=ζb ＝0.188×1000＝188㎜

对第一跨中选用B ＝472mm,水平次梁组合截面面积（图4—1）:

A=7505＋472×36＝24497㎜2 槽钢的高为400㎜ 组合截面形心到槽钢中心线得距离：

e=24497

2

/)36400(36472+??=151mm ;

图4—1、4—2 面板参加水平次梁后的工作截面

跨中组合截面的惯性距及截面模量为：

I 次中＝175779000＋7505×1512＋472×36×﹙49＋18﹚2＝423177593㎜?

W min =

3㎜1205634351

423177593

=

对支座段选用B ＝188mm ，则组合截面面积（图4—2）： A=7505＋188×36＝14273mm 2

组合截面形心到槽钢中心线得距离：

e=

14273

218

×36×188=103mm

支座处组合截面的惯性距及截面模量为：

I 次B ＝175779000＋7505×1032＋188×36×﹙97＋18﹚2＝344906345㎜? W min =

3

1138305303

344906345

mm

=

3.水平次梁的强度验算

由于支座B 处（图3）处弯距最大，而截面模量较小，故只需验算支座B 处截面的抗弯强度，即

σ次＝

,/160][/9.1091138305

1017.1252

2

6

mm N mm

N =<=?σ

说明水平次梁选用[18b 满足要求。

轧成梁的剪应力一般很小，可不必验算。

受均布荷载的等跨连续梁，最大挠度发生在便跨，由于水平次梁在B 支座处截面的弯距已经求得M 次B=125.17kN ?m,则边跨挠度可近似地按下式计算：

次

次次

EI l M EI ql

l w B 16384

53

-

?=

＝

423177593

1006.21614861017.125423177593

1006.2384]

1486[74.52955

6

5

3

?????-

?????

＝0.000126≤004

.0250

1

][==

l

w

故水平次梁选用[40a 满足强度和刚度要求。

5、顶梁和底梁

顶梁和底梁也采用[40a

五、主梁设计

（一)设计资料

1）主梁跨度（图5）：净跨（孔口净宽）l 。=10.0m ；计算跨度l ＝10.4m ；荷载跨度l ?＝10.0m 。 2）主梁荷载：kN P q 8.12234/)2/9.449.4481.92

9.549.5481.9(4

=??-?

?=

＝总

3) 横向隔板间距：1.486m 。

4）主梁容许挠度： [W]=L/750 。

（二）主梁设计内容包括：①截面选择；②梁高改变；③翼缘焊缝；④腹板加劲肋；⑤面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力的验算。

1.截面选择

（1） 弯距和剪力 弯距与剪力计算如下： 弯距： m

kN M ?=-

=4.23077)7

102

4.10(

×2

10

×8.1223max

剪力： kN ql V 61192

10

×8.12232

1max ==

=

图5 平面钢闸门的主梁位置和计算简图

（2）需要的截面抵抗距 已知Q235钢的容许应力[σ]=160N/mm2 ,考虑钢闸门自重引起附加应力的影响，取容许应力[σ]=,/1441609.02mm N =? 则需要的截面抵抗矩为； [ W]=

。

3

3

max

160260144

10

4.23077]

[cm M

=?=

σ

（3）腹板高度选择 按刚度要求的最小梁高（变截面梁）为： 经济梁高：。

cm W h ec 36.374)

160260(1.31.35

/25

/2=?== ,95.119﹚

750/1﹙1006.210

4.1014422.0]

/[ [σσ22

.07

4

min cm l w E l h =?????=

=

由于钢闸门中的横向隔板重量将随主梁增高而增加，故主梁高度宜选得比h ec 为小，但不小

于h min ，一般选择梁高比经济梁小10％～20％。根据以上选择腹板高度h 0＝330cm 。

(4)腹板厚度选择

,65.111/33011/cm h t w ==

=

选用t w ＝6.0cm 。

(5)翼缘截面选择：每个翼缘需要截面为:

,1566

3306330

1602606

2

00

1cm h t h W A w =?-=-=

下翼缘选用t 1＝2.0cm （符合钢板规格），需要cm t A b 782

1561

11==

=

（在腹板高度的三分之一

到五分之一66—110cm 之间）

上翼缘的部分截面积可利用面板，故只需设置较小的翼缘板同面板相连，选用t 1＝2.0cm ，b 1＝50cm ，面板兼作主梁上翼缘的有效高度为B ＝b 1+60t ＝50＋60×3.6＝266cm 上翼缘截面面积A 1=50×2.0＋266×3.6＝1057.6 cm 2

(6)弯应力强度验算。主梁跨中截面（图6—1）的几何特性见表3

图6—1、6—2 主梁跨中截面（单位：mm ）

截面形心距：,0.1266

.31933.392481''

cm A

Ay y ==

=

∑∑

截面惯性距：,4507139427102894

12

330

0.612

4

3

2

3

0cm Ay

h t I w =+?=

+

=

∑

截面抵抗距：上翼缘顶边 ,3577090.126450713943

1max cm y I W ==

=

下翼缘底边 ,

2090516

.215450713943

2

min cm y I W ===

弯应力：,/4.14169.0/0.11209051

100

4.230772

2

min

max

cm kN cm

kN W M

=?<=?==

σ安全

的最小梁高，故梁的挠度也不必验算。

2、截面改变

因主梁跨度较大，为减小门槽宽度与支承边梁高度（节约钢材），有必要将主梁承端腹板高度减小为cm h h s 981＝330×＝0.66.0＝00（图7—1）。

梁高开始改变的位置取在邻近支承端的横向隔板下翼缘的外侧，离开支承端的距离为148.6-8.6=140cm （图7—2）

图7—1 主梁支承端截面（单位：mm ） 图7—2 主梁变截面位置图（单位：mm ） 考虑到主梁端部腹板及翼缘相焊接，故可按工字截面梁验算应力剪力强度。尺寸表4所示：

,270592029090702

12

330

0.612

4

3

2

3

0cm Ay

h t I w =+?=

+

=

∑

cm

y 9.656

.24011.1583661==

,785212

7.13767.137138.7×2×783

cm S =?

?+=

,/5.9][/2.327059202

6119×785122

2

0max cm kN cm

kN t I S V w

=<==

=

ττ安全

3.翼缘焊缝

翼缘焊缝厚度h f 按受力最大的支承端截面计算。V max ＝6119kN 。I 0=27059202cm 4

， 上翼缘对中和轴的面积距：S 1=266×3.6×64.1＋50×2×61.3＝67512cm 3

下翼缘对中和轴的面积距：S 2=78×2×138.7＝21637cm 3＜S 1

需要,97.03

.11270592024.1675126119]

[4.101cm I VS h f

w f =???=

=

τ

角焊缝最小，mm t h f 7.6205.15.1==≥。 全梁的上下翼缘焊缝都采用h f ＝10mm 。

4. 腹板加劲肋 因

＜80550

.63300==w

t h 不需设置横向加劲肋。闸门上已布置横向隔板可兼作横加劲肋，其间距

a ＝1.486m 。腹板区格划分见图2。

5. 面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力的验算

从上述的面板计算可见，直接与主梁相连的面板区格，只有区格10所需要的板厚较大，这

)()(02

02

x mx my x mx my zh

σσσσσσσ

+-++=

][σα<

,

/17536

930

×930446.0589.02

2

mm N my ±=??=

σ

,/531753.02

mm N V my mx ±=?±==σσ

面板区格Ⅲ的长边中点的主梁弯距和弯应力

m kN M ?=-?-

??

=111202

)

2.02

486.1＋486.1(8.1223﹚2

486.1﹙1.486＋

2

108.12232

2

3

60/1.3110

35770910

11120mm N W

M x =??=

=

σ

该区格长边中点的折算应力

)()(02

02x mx my x mx my zh

σσσσσσσ

+-++=

＝

2

2

2

2

/24816055.1][/9.186)1.3153(×175＋)1.3153(175﹚-﹙mm

N mm

N =?=<=--+σα

﹙上式中σmx, σmy, σox 的取值均以拉应力为正，压应力为负﹚ 故面板厚度选用36mm 满足强度要求 。

六、横隔板设计

1.荷载和内力计算

横隔板同时兼作竖直次梁，它主要承受水平次梁、顶梁和底梁传来的集中荷载以及面板传来的分布荷载，计算时可把这些荷载用以三角形分布的水压力来代替(图8)，并且把横隔板作为支承在主梁上的双悬臂梁。

图8 横隔板截面（单位：mm ）

如图9示水平次梁为7跨均布连续梁，R 可看作它所受的最大剪力，由规范表查知：作用于竖直次梁上由水平荷载传递的集中荷载：

n

l q R 次)536.0607.0(+==1.143×529.74×1.486＝899.76KN

取q ＝q 次

m

kN Rl ql M ?=??+??=

+

=

70.44440.176.8994

140

.174.5298

14

1812

02

2.横隔板的截面选择和强度验算

腹板选用与主梁腹板同高，采用3300mm Х60mm ，上翼缘利用面板，下翼缘采用200mm Х8mm 的扁钢，上翼缘可利用面板的宽度公式按式B ＝ζ1b 确定。b=1486mm ，

942

.01486/1400/0==b l 查表得ζ1＝0.284 。B=0.284×1486=422mm ，取B ＝422mm 。计算如

下图所示截面几何特性截面型心到腹板

中心线距离： 8

2006033003642216548200166836422?+?+???-??=e ＝106mm

截面惯性距：

2

2

3

1760

2008106

60330012

3300

60??+??+?=

I

4

6

2

10221728156236422mm

?=??+ 3

min 1256962911764

mm

I W ==

，

验算应力：

][/54.3125696291

1070.444,

2

6

min

σσ<=?=

=

mm

N W M ＝160N/mm 2

由于横隔板截面高度较大，剪切强度更不必验算，横隔板翼缘焊缝采用最小焊缝厚度h f ＝10mm 。

七、纵向连接系设计

1.荷载和内力计算

纵向连接系受闸门自重。潜孔式平面滚轮闸门G 按下式计算： 由附录十一查得，其中

A —孔口面积，m 2 K ?－闸门工作性质系数，工作与事故闸门K ?＝1.0 K ?－孔口高宽比修正系数H ／

B ＝1,K ?＝1.0 K ?－水头修正系数 ，Hs ＜60m , K ?＝1.0 KN

A

KH

KK G 8.9073.093

.079

.02?=

kN

9.12268

.9100

9.54×0.10.10.1073.093

.079

.0=?????=

下游纵向连接系承受 0.4G=0.4×1226.9=490.0KN

纵向连接系是做简支的平面桁架。其桁架腹杆布置如图9点荷载为

kN

37.2321

8.490=

杆件内力计算结果如下图：

图9纵向连接系计算图（单位：mm ）

2.斜杆截面计算

利用三角形的边长之比与两边的力之比相同的方法计算得

斜杆承受最大拉力N=290.97KN ，同时考虑闸门偶然扭曲是可能承受压力，故长细比的限制值应与压杆相同，即[]200=≤λλ。 选用单角钢∟100×12，表查得： 截面面积A=2280㎜2回转半径i y0=19.5mm

斜杆计算长度 m l 54.2﹚3.3

×4.0﹙486.129.02

220=++=u 长细比 []＝200

λ＜1.1305

.1925400

0==

=y i l λ

验算拉杆强度： []2

2

3

/13385.0＜/6.1272280

10

97.290mm N mm N ==?=

σσ

考虑单角钢受力偏心的影响，将容许应力降低15%进行强度验算。 八、边梁设计

梁端部高度相同，腹板厚度与主梁腹板厚度相同，为了便于安装滚轮，两个下翼缘为用宽度为400mm的扁钢做成。

边梁是闸门的重要受力构件，由于受力情况复杂，故在设计师将容许应力值降低15%作为考虑受扭影响的安全储备。

图10边梁截面（单位：mm ）

1.荷载和内力计算

在闸门每侧边梁上各设两个滚轮。其布置尺寸可见下图

边梁计算图（弯矩图、剪力图）

（1）水平荷载。主要是主梁传来的水平荷载，还有水平次梁和顶、底梁传来的水平荷载。为了简化起见，可假定这些荷载由主梁传给边梁。每个主梁作用于边梁的荷载为R=14014KN 。

（2）竖向荷载。有闸门自重、滚轮摩擦阻力、止水摩阻力、起吊力等。

上滚轮所受的压力kN R 280281= 下滚轮所受的压力kN R 280282= 最大弯矩 m kN M .19620max = 最大剪力 kN V 14014max =

最大轴向力为作用在一个边梁上的起吊力，估计为6621kN （详细计算见后）。在最大弯矩作用截面上的轴向力，等于起吊力减去上滚轮的摩阻力，该轴向力

kN

f N 6.29881401412.0260012.06621=?-=?-=

2.边梁的强度验算

截面面积 A=900×36＋2×400×36＋2×1980×60＝298800mm 2

面积矩 495×990×＋60100×36×900max =S ＝62062200mm 3 截面惯性矩

4

001398070368mm

I =

截面模量 3

1362641681026

00

1398070368

mm

W ==

截面边缘最大应力验算:

[]2

2

6

3

max

max N/mm

120＝157×8.08.0＜N/mm 0.125136264168

1019620298800

106.2988==?+

?=

+=

σσW

M

A N 腹板最大剪应力验算：

[]2

2

3

max

max N/mm

76958.08.0＜N/mm 2.660

001398070368

26206220010140142=?==????=

=

ττw

It S V

腹板与下翼缘连接处应力验算： 2

3

max

N/mm

9.1212052

1980116298800

106.2988=?

+?=

'+=

y

y W

M

A N σ

2

3

max N/mm

81.21008

2364001014014=?????=

=

i S V τ

[]2

2

2

22

2

2/N 1281608.08.0＜N/mm 0.12281

.239.1213mm

h =?==?+=+=

στ

σ

σ以上

的验算满足强度要求。

九．行走支承设计

滚轮计算： 轮子的主要尺寸是轮径D 和轮缘宽度b ，这些尺寸是根据轮缘与轨道之间的接触应力的强度条件来确定的，对于圆柱形滚轮与平面轨道的接触情况是线接触，其接触应力可按下式计算，其中下滚轮受力最大，其值为28028kN 。设滚轮轮缘宽度b=600mm ，轮径D ＝1000mm 。

2

25

max /5.5872355.2＜/7.60500

60010

06.2280281.1418

.01.1418

.0mm

N mm N bR

E P l =?=????==σ 为了减少滚轮转动时的摩擦阻力，在滚轮的轴孔内还要设滑动轴承，选用钢对10-1铸铁

铝磷青铜。

轴和轴套间压力传递也是接触应力的形式，可按下式验算：

[]

cg l cg db P σσ≤=

1

1.1

取轴的直径d=750mm ，轴套的工作长度b 1=850mm ，

滑动轴套容许应[]50=cg σN/mm 2

[]

2

2

3

1

/50＜/4.48850

75010

280281.11.1mm

N mm N db P cg l cg ==???=

=

σσ

轮轴选用45号优质碳素钢，取轮轴直径d=700mm ，其工作长度为b=850mm ，对其进行弯曲应力和剪应力验算：

3

3

3

max

89751666712700

14.312

9809mm

d W m KN M

=?=

=?=

[]2

2

6

max

/116＝145×8.08.0＜/3.109897516667

109809mm

N mm N W

M

==?=

=

σσ

KN P V l 140142

max ==

[]2

2

3

2

max /76＝95×8.08.0＜/4.36384650

10140144

mm N mm N d V ==?=

=

στ

轴在轴承板的连接处还应按下式验算轮轴与轴承板之间的紧密接触局部承压应力：

[]

cj cj t

d N σσ≤=

∑

轴承板所受的压力KN P N l

140142

==

取轴承板叠总厚度mm t 160=∑ 故[]

2

2

3

/128＝160×8.08.0＜/1.125160

7001014014mm N mm N t

d N cj cj ==??=

=

∑σσ

十、滚轮轨道设计

1.确定轨道钢板宽度

轨道钢板宽度按钢板承压强度决定。根据Q235钢的容许承压应力为[]2

/100mm N =σ，

则所需要的轨道底板宽度为

mm N b P q l /4671360010

280283

=?=

=

[]

mm q B 13.467100

46713==

=

σ，取B=500mm

故轨道地面压应力： 2

/43.93500

46713mm

N c ==

σ

2.确定轨道底板厚度

轨道底板厚度б按其弯曲强度确定。轨道底板的最大弯应力： []σσσ≤=2

23t

c c

式中轨道底板的悬臂长度c=40mm ，对于Q235由表查得[]2

/100mm

N

=σ。

故需要轨道底板厚度： []

mm c

t c 0.67100

40

43.93332

2

=??=

=

σσ，取值t=70mm 。

十一．闸门启闭力和吊耳计算

1、启闭力按下式计算：

x Zd P 1.2(T G 1.1+++=）

启Zs T T 其中闸门自重 G=1226.9kN

滑道摩阻力：,5874108.1223412.0kN fp T zd =???==

止水摩阻力：.2.3677.4700.1006.065.022kN fbhp T zs =????==

因橡皮止水与钢板间摩擦系数f ＝0.65， 橡皮止水受压宽度取为b ＝0.06m ，

每边侧止水受压长度H ＝10.0m ，侧止水平均压强：

,/7.4704

.100.100.108.122342

m kN P =???=

下吸力Px 底止水橡皮采用I110—16型，其规格为宽16mm ，长110mm ，底止水沿门跨长10.4m ，根据规范SDJ13—78，启门时闸门底缘平均下吸强度一般按20kN/m2计算，则下吸力：

kN

P x 328.3016.04.1020=??=

故闸门启门力：.4.8842328.3)2.3675874(2.19.12261.1kN T =++?+?=启

2.闭门力：kN G T T T zS z 2.63859.12269.0)2.3675874(2.19.0)2.1d =?-+?=-+（

＝闭 显然仅靠闸门自重是不能关闭闸门的。为此，我考虑采用一个重量3000kN 的加载梁，在闭门时可以依次对需要关闭的闸门加载下压关闭。

3.吊轴和吊耳板验算（图11）

水工钢结构简答题

简答题 1、角焊缝有哪些主要的构造要求？为什么设置这些要求，请 简述其原因？ 答案：角焊缝的主要尺寸是焊脚尺寸hf和焊缝计算长度l w,他们应该满足下列构造要求。 (1)考虑起弧和灭弧的弧坑影响，每条焊缝的计算长度l w,取其实际长度减去2hf; (2)最小焊脚尺寸h f≧1.5max t,其中tmax较厚焊件厚度；若焊缝hf过小，而焊件过厚时，则焊缝冷却过快，焊缝金属易产生淬硬组织，降低塑性； （3）最大焊脚尺寸hf≦1.2tmin，其中tmin薄焊件厚度；若焊缝hf过大，易使母材形成过烧现象，同时也会产生过大的焊接应力，使焊件翘曲变形；（4）最小焊缝计算长度l w,≧40mm及8hf是为了避免焊缝横向收缩时，引起板件拱曲太大；（5）最大侧焊缝计算长度l w,≦60hf，由外力在侧焊缝内引起的剪应力，在弹性阶段沿侧焊缝长度方向的分布是不均匀的，为避免端部先坏，应加以上限制；（6）在端焊缝的搭接连接中，搭接长度不小于5tmin及25mm；是为了减少收缩应力以及因传力偏心在板件中产生的次应力；（7）在次要构建或次要焊缝中，由于焊缝受力很小，采用连续焊缝其计算厚度小于最小容许厚度时，可改为采用间断焊缝，避免局部凸曲而对受力不利和潮气侵入引起锈蚀。 3、焊接组合梁的设计包括哪几项内容？ 答案：①首先根据梁的跨度与荷载求得的最大弯矩与最大剪力以及强度、刚度、稳定与节省钢材等要求，来选择经济合理的截面尺寸，有事可以在弯矩较小处减小梁的截面；②计算梁的翼缘和腹板的连接焊缝；③验算组合梁的局部稳定性和设计腹板的加劲肋④设计组合梁各部件的拼接以及设计梁的支座和梁格的连接⑤绘制施工详图。 4、图中所示为一平面钢闸门门叶结构示意图，请分别指明图 中的序号所对应的构件名称？ 答案：面板、顶梁、水平次梁、横向隔板、吊耳、主梁、纵向连接系、主轮、边梁； 5、在选定结构所需的钢材种类时，应考虑结构结构的哪些特 点？ 答案：结合么钱钢铁生产实际情况，努力做到即使结构安全可靠，又要尽力节约钢材，降低造价选用时注意以下几点：（1）结构所承载特性，（2）结构类型及重要性，（3）连接的方法（4）结构的工作温度和所处的环境。 6、加劲肋在钢梁设计中的作用是什么？有哪些类型？在钢梁 设计中必要时，为什么增设加劲肋而不直接加大腹板厚度？ 答：作用是提高局部稳定性；有横向加劲肋和纵向加劲肋； 因为钢结构设计中要求采用薄板，如果加大腹板厚度是不经济的。7、翼钢结构连接和轴心受压构件的设计为例，阐述等稳定原 则在钢结构设计中的具体应用。 答：在焊接连接中，要求焊缝截面强度不能高于母材截面强度；在螺栓连接设计中，螺栓连接强度和拼接板强度和母材强度匹配等，这些体现出等稳定设计的概念；在受压构件设计中，要求两个方向的稳定性接近相等，这也是等稳定原则的体现。 8、当采用平面桁架作为屋卖弄承重体系时，为什么要设置屋架支撑？支撑的作用是什么？ 答：平面桁架在平面外刚度很小，容易发生侧向倾斜。作用为：保证桁架体系的空间几何稳定性；提供弦杆的侧向支撑点；提高侧向刚度及稳定性；使结构具有空间整体作用；保证结构安装时的稳定与方便。 9、简述钢材的一次单项拉伸试验中，随着荷载的增加，钢的工 作大致可以分为哪几个阶段？在试验测得的应力应变曲线图可以显示哪几项机械性能指标？ 答：钢的工作大致可以分为：弹性阶段、弹塑阶段、塑性阶段、自强和破坏阶段应力应变曲线图可以显示的机械性能指标：比例极限；屈服点；（屈服强度）；抗拉强度。10、普通螺栓与高强度螺栓在受力特性方面有什么区别？ 答：两者受力主要区别是：普通螺栓连接的螺母拧紧的预拉力很小，受力后全靠螺杆承压和抗剪来传递剪力。高强度螺栓是靠凝紧螺母，对螺杆施加强大而受控制的预拉力，使连接构件夹紧而是搂面的摩擦阻力来承受连接内力。11、整体稳定临界应力受哪几个因素的影响？如何提高和保 证钢梁的整体稳定性？ 答：影响整体稳定临界应力的因素有：受压翼缘的自由长度，梁截面的侧向抗弯刚度以及抗扭刚度；提高和保证钢梁整体稳定性的措施；设置纵向联接或称纵向支撑以减小受压翼缘的自由长度，或适当加大受压翼缘的宽度。 12、简述平面闸门结构布置主要有哪些内容？ 答：结构布置的主要内容：主梁的布置，包括主梁的数目和位置，梁格的布置，梁格联接形式，边梁的布置。 13、钢结构在水利工程的合理应用范围有哪些？ 答：1、活动式结构；2、可拆卸或移动的结构；3、高耸结构；4、板结构；5、大跨度结构；6、海工钢结构 14、为什么说梁高的选择是梁截面选择中的关键？最小梁高 和经济梁高根据什么条件和要求确定的？ 答：梁高的选择是梁截面选择中的关键，因为截面各部分尺寸都将随梁高二改变。最小梁高是根据刚度条件而定的，使组合梁在充分利用钢材强度前提下或满足梁的刚度现行规格。再设计中一般选择梁高比经济高校10%--20%，单不得校友最小梁高。 15、简述轴心受压实腹式构件的截面选择步骤？ 答：轴心受压实腹式构件截面选择步骤：假定长细比；根据假定长细比和等稳定条件初步稳定A、b1和h；试选翼缘厚

钢结构最新设计规范方案

钢结构设计规GB50017-2003 第一章总则 第1.0.1条为在钢结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，特制定本规。 第1.0.2条本规适用于工业与民用房屋和一般构筑物的钢结构设计。 第1.0.3条本规的设计原则是根据《建筑结构设计统一标准》(CBJ68-84)）制订的。 第1.0.4条设计钢结构时，应从工程实际情况出发，合理选用材料、结构方案和构造措施，满足结构在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性和刚度要求，宜优先采用定型的和标准化的结构和构件，减少制作、安装工作量，符合防火要求，注意结构的抗腐蚀性能。 第1.0.5条在钢结构设计图纸和钢材订货文件中，应注明所采用的钢号（对普通碳素钢尚应包括钢类、炉种、脱氧程度等）、连接材料的型号（或钢号）和对钢材所要求的机械性能和化学成分的附加保证项目。此外，在钢结构设计图纸中还应注明所要求的焊缝质量级别（焊缝质量级别的检验标准应符合国家现行《钢结构工程施工及验收规》）。 第1.0.6条对有特殊设计要求和在特殊情况下的钢结构设计，尚应符合国家现行有关规的要求。 第二章材料 第2.0.1条承重结构的钢材，应根据结构的重要性、荷载特征、连接方法、工作温度等不同情况选择其钢号和材质。承重结构的钢材宜采用平炉或氧气转炉3号钢（沸腾钢或镇静钢）、16Mn钢、16Mnq钢、15MnV钢或15MnVq钢，其质量应分别符合现行标准《普通碳素结构钢技术条件》、《低合金结构钢技术条件》和《桥梁用碳素钢及普通低合金钢钢板技术条件》的规定。 第2.0.2条下列情况的承重结构不宜采用3号沸腾钢: 一、焊接结构：重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，冬季计算温度等于或低于－20℃时的轻、中级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，以及冬季计算温度等于或低于－30℃时的其它承重结构。 二、非焊接结构：冬季计算温度等于或低于－20℃时的重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构。 注：冬季计算温度应按国家现行《采暖通风和空气调节设计规》中规定的冬季空气调节室外计算温度确定，对采暖房屋的结构可按该规定值提高10℃采用。 第2.0.3条承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度（或屈服点）和硫、磷含量的合格保证,对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。承重结构的钢材，必要时尚应具有冷弯试验的合格保证。对于重级工作制和吊车起重量等于或大于50ｔ的中级工作制焊接吊车梁、吊车桁架或类似结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。但当冬季计算温度等于或低于－20℃时，对于3号钢尚应具有－20℃冲击韧性的合格保证；对于16Mn钢、16Mnq钢、15MnV钢或15MnVq钢尚应具有－40℃冲击韧性的合格保证。对于重级工作制的非焊接吊车梁、吊车桁架或类似结构的钢材,必要时亦应具有冲击韧性的合格保证。 第 2.0.4条钢铸件应采用现行标准《一般工程用铸造碳钢》中规定的ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500或ZG310-570号钢。 第2.0.5条钢结构的连接材料应符合下列要求: 一、手工焊接采用的焊条，应符合现行标准《碳钢焊条》或《低合金钢焊条》的规定。选择的焊条型号应与主体金属强度相适应。对重级工作制吊车梁、吊车桁架或类似结构，宜采用低氢型焊条。

钢结构课程设计

中南大学 《钢结构基本原理》 课程设计 设计名称：钢框架主次梁设计 专业班级：土木1112班 姓名：周世超 学号： 指导老师：龚永智 设计任务书 （一）、设计题目 某钢平台结构（布置及）设计。 （二）、设计规范及参考书籍 1、规范 （1）中华人民共和国建设部. 建筑结构制图标准[S]（GB/T50105－2001） （2）中华人民共和国建设部. 房屋建筑制图统一标准[S]（GB/T50001－2001） （3）中华人民共和国建设部. 建筑结构荷载规范[S]（GB5009－2001）（4）中华人民共和国建设部. 钢结构设计规范[S]（GB50017－2003）（5）中华人民共和国建设部. 钢结构工程施工质量验收规范[S]（GB50205-2001） 2、参考书籍

（1）沈祖炎等. 钢结构基本原理[M]. 中国建筑工业出版社，2006 （2）毛德培. 钢结构[M]. 中国铁道出版社，1999 （3）陈绍藩. 钢结构[M]. 中国建筑工业出版社，2003 （4）李星荣等. 钢结构连接节点设计手册（第二版）[M]. 中国建筑工业出版社，2005 （5）包头钢铁设计研究院?中国钢结构协会房屋建筑钢结构协. 钢结构设计与计算（第二版）[M]. 机械工业出版社，2006 （三）、设计内容 某多层图书馆二楼书库楼面结构布置示意图如图一所示，结构采用横向框架承重，楼面板为120mm厚的单向实心钢筋混凝土板。荷载的传力途径为：楼面板—次梁—主梁—柱—基础，设计中仅考虑竖向荷载与动荷载的作用。框架按照连续梁计算，次梁按照简支梁计算。其中框架柱为焊接H型钢，截面尺寸为H600X300X12X18，楼层层高取3.9米 采用的钢材为Q345，焊条为E50 柱网尺寸9 ×9，永久荷载5，活荷载10 活荷载分项系数为1.4 恒荷载分项系数为1.2 （四）、设计内容要求 1)验算焊接H型钢框架柱的承载能力，如不满足请自行调整 2)设计次梁截面CL-1（热轧H型钢）。 3)设计框架主梁截面KL-1（焊接工字钢）。 4)设计框架主梁短梁段与框架柱连接节点，要求采用焊缝连接，短

水工钢结构

水工钢结构复习题 （课程代码252261） 一、单项选择题 1.设置在开敞式泄水孔口的闸门，需设置三面止水的闸门称为：（C） A. 检修闸门 B. 施工导流闸门 C. 露顶式闸门 D. 潜孔式闸门 2.钢闸门结构采用（D）法进行结构强度验算 A. 极限应力法 B. 极限应变法 C. 经验推算法 D. 容许应力法 3.用来封闭和开启孔口的活动挡水结构是：（C） A. 承重结构 B. 行走支承 C. 门叶结构 D. 主梁 4.用来挡水，直接承受水压的是（B） A. 梁格 B. 面板 C. 垂直支承 D. 系杆 5.在大跨度的露顶式闸门中常采用的主梁数目是（B） A. 单主梁式 B. 双主梁式 C. 多主梁式 D. 无具体要求 6.对于实腹式主梁的工作闸门，一般使底主梁的下翼缘到底止水边缘连线的倾角不应小于 （ A） A. 30度 B. 45度 C. 60度 D. 90度 7.水平次梁和竖直次梁直接与面板相连，主梁放在竖直次梁后面的梁格连接形式称为 （C） A. 齐平连接 B. 降低连接 C. 层叠连接 D. 竖直连接

8.下列关于单腹式边梁叙述正确的是（ D） A. 抗扭刚度强 B. 广泛用于定轮闸门中 C. 便于设置滚轮和吊轴 D. 主要用于滑道式支承的闸门 9.对于大跨度的闸门，宜采用（ B ） A. 型钢梁 B. 桁架式主梁 C. 实腹式组合梁 D. 变高度的主梁 10.钢构件最易产生脆性破坏的应力状态是（ B ） A.单向压应力状态 B.三向拉应力状态 C.二向拉一向压的应力状态 D.单向拉应力状态 11.根据施焊时所持焊条与焊件间的相互位置的不同，施焊方位分为四种，其中操作最难、 质量最难于保证的施焊方位是（ D ） A.平焊 B.立焊 C.横焊 D.仰焊 12.如图等边角钢与节点板仅采用侧面焊缝连接，角钢受轴心力N=500kN，肢背焊缝受力N1 为（ D ） A.150kN B.250kN C.325kN D.350kN 题15图题16图 13.如图，两钢板用直角角焊缝连接，手工焊，合适的焊角尺寸h f=（ C ） A.12mm B.10mm C.8mm D.5mm 14.螺栓排列时，要求螺栓端距≥2d0（d0为螺栓孔径），目的是为了防止发生（ C ） A.螺栓受剪破坏 B.板件被拉断破坏 C.板件被冲剪破坏 D.板件被挤压破坏 15.图示高强螺栓群摩擦型连接受弯后的旋转中心为（ A ） A.a点 B.b点 C.c点 D.d点 题18图 16.某截面无削弱的热轧型钢实腹式轴心受压柱，设计时应计算（ C ） A.整体稳定、局部稳定 B.强度、整体稳定、长细比 C.整体稳定、长细比 D.强度、局部稳定、长细比 17.某单轴对称截面轴心受压柱，绕对称主轴失稳时，其失稳形式是（ B ） A.弯曲屈曲 B.弯扭屈曲 C.扭转屈曲 D.既可能弯曲屈曲也可能扭转屈曲 18.双肢格构式轴心受压柱，虚轴为x-x轴，实轴为y-y轴，确定两单肢间距离时应根据 （ D ）

钢结构课程设计计算书

一由设计任务书可知： 厂房总长为120m，柱距6m，跨度为24m，屋架端部高度为2m，车间内设有两台中级工作制吊车，该地区冬季最低温度为-22℃。暂不考虑地震设防。 屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。卷材防水层面（上铺120mm 泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层）。屋面活荷载标准值为0.7KN/㎡，雪荷载标准值为0.4KN/㎡，积灰荷载标准值为0.5KN/㎡。 屋架采用梯形钢屋架，钢屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20. 二选材： 根据该地区温度及荷载性质，钢材采用Q235-C。其设计强度为215KN/㎡,焊条采用E43型，手工焊接，构件采用钢板及热轧钢筋，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。 屋架的计算跨度L。=24000-2×150=23700，端部高度：h=2000mm(轴线处)，h=2150(计算跨度处)。 三结构形式与布置： 屋架形式及几何尺寸见图1所示： 图1 屋架支撑布置见图2所示：

图2 四荷载与内力计算： 1．荷载计算： 活荷载于雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。 永久荷载标准值： 防水层（三毡四油上铺小石子）0.35KN/㎡找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02×20=0.40 KN/㎡保温层（40mm厚泡沫混凝土0.25 KN/㎡预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/㎡钢屋架和支撑自重0.12+0.011×24=0.384 KN/㎡ 总计：2.784 KN/㎡可变荷载标准值： 雪荷载＜屋面活荷载（取两者较大值）0.7KN/㎡积灰荷载0.5KN/㎡风载为吸力，起卸载作用，一般不予考虑。 总计：1.2 KN/㎡永久荷载设计值 1.2×2.784 KN/㎡=3.3408KN/㎡可变荷载设计值 1.4×1.2KN/㎡=1.68KN/㎡2．荷载组合： 设计屋架时应考虑以下三种组合： 组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载 屋架上弦荷载P=(3.3408KN/㎡+1.68KN/㎡) ×1.5×6=45.1872KN 组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载 屋架上弦荷载P1=3.3408KN/㎡×1.5×6=30.07KN P2=1.68KN/㎡×1.5×6=15.12KN 组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板自重+半跨屋面活荷载

水工钢结构答案

参考答案 一、选择题（每题2分，共30分） 1.A 2. B 3. A 4.D 5. C 6. B 7. B 8. A 9. B10. C11. B12. D13. A14. D15. A 二、问答题（每题3分，共18分） 1. 建筑钢材的伸长率是通过单向拉伸实验确定的。取试件拉断后的伸长量与原标距的比值的百分率，即 ，伸长率反映了钢材的塑性变形能力。 2. 钢材经过冷作硬化后，其强度提高，塑性变形能力下降。 3. 最大焊脚尺寸：，防止焊缝过烧焊件； 最小焊脚尺寸：，防止焊缝冷裂； 最大计算长度：，防止应力沿焊缝长度不均匀分布； 最小计算长度：，防止焊缝沿长度缺陷几率增加。 4. 承压型高强螺栓承受剪力作用时螺栓直接承受剪力，需验算螺栓的受剪和承压承载能力。摩擦型高强螺栓承受剪力作用时螺栓不直接承受剪力，需验算螺栓的受剪承载能力。 5. 同号应力场时钢材的强度提高而塑性变形能力降低，异号应力场时钢材的强度降低而塑性变形能力提高。 6. 缀条式格构柱的单肢为轴心受力构件，缀板式格构柱的单肢为压弯构件。从受力更合理的角度出发，大型柱应尽可能选用缀条式格构柱。 三、计算题（共52分） 1.（本题10分） 2.（本题10分）

3.（本题15分）某简支梁截面如图所示，梁的跨度为6m，所受荷载为静力荷载设计值，试验算梁的强度是否满足要求。判定梁的局部稳定是否满足要求（腹板判定是否需设加劲肋，如需设加劲肋，请按构造要求设置加劲肋，并画出加劲肋的布置图）。梁采用Q235-A钢材，fd=215N/mm2，fv=125N/mm2，fy=235N/mm2。计算时可忽略梁的自重。 4.（本题17分） ；0.9181； 平面内稳定验算：

水工钢结构课程设计

露顶式平面钢闸门设计 1、设计资料 1.1闸门形式：露顶式平面钢闸门。 1.2设计水头：6.00m 。 1.3孔口净宽：9.00m 。 1.4结构材料：碳素钢Q235B-F 。 1.5焊条：E43型手工焊。 1.6止水橡皮：侧止水用P 型橡皮，底止水用条形橡皮。 1.7行走支承：采用胶木滑道，压合木为MCS-2。 1.8启闭方式：电动固定式启闭机。 1.9制造条件：金属结构制造，手工电弧焊，焊缝满足III 级质量检验标准。 1.10执行规：《水利水电工程钢闸门设计规》(SL74-95) 2、闸门结构的形式及布置 2.1 闸门尺寸的确定(图1)。 (1)闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为0.2m,故闸门高度=6.0+0.2=6.2（m ）； (2)闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：L1=9(m); (3)闸门的计算跨度：L=L0+2×0.2=9.0+0.4=9.4(m); 2.2主梁的形式 主梁的形式根据水头合跨度大小而定，本闸门属中等跨度为了便于制造和维护，决定采用实腹式组合梁。 2.3 主梁的布置 根据闸门的高跨比，决定采用双主梁。为使两个主梁在设计水位时所承受的水压力相等，两个主梁的位置应对称于水压力合力的作用线y =H/3=2.0(m)（图1）,并要求下悬臂a ≥0.12H 和a ≥0.4m,上悬臂、c ≤0.45H,今取，a=0.7m ≈0.12H=0.67（m ） 则主梁间距：)(6.2)(22m a y b =-= 则H m a b H c 45.0)(7.27.06.262==--=--=（满足要求） 2.4 梁格的布置和形式 梁格采用复式布置和等高连接，水平次梁穿过横隔板上的预留孔并被横隔板所支承。水平次梁为连续梁，其间应上疏下密，使面板各区格所需要的厚度大致相等，梁布置的具

钢结构规范及图集

钢结构规范及图集 【国家标准】 1、GB-50017-2003《钢结构设计规范》 2、GB50018-2002冷弯薄壁型钢结构技术规范》 3、GB-50205-2001《钢结构结构施工质量验收规范》 4、GB50191-93构筑物抗震设计规范》 5、GBJ135-90高耸结构设计规范》 6、GB500046《工业建筑防腐蚀设计规范》 7、GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和涂装等级》 8、GB14907-2002《钢结构防火涂料通用技术条件》 9、GB-50009-2001《建筑结构荷载规范》 10、GBT-50105-2001《建筑结构制图标准》 11、GB-50045-95《高层民用建筑设计防火规范》(2001年修订版) 12、GB-50187-93 《工业企业总平面设计规范》 【行业标准】 1、JGJ138-2001/J130-2001型钢混凝土组合结构技术规程 2、JGJ7-1991网架结构设计与施工规程 3、JGJ61-2003/J258-2003网壳结构技术规程 4、JGJ99-1998高层民用建筑钢结构技术规程(正修订) 5、JGJ82-91钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程 6、JGJ81-2002/J218-2002建筑钢结构焊接技术规程 7、DL/T5085-1999钢－混凝土组合结构设计规程 8、JCJ01-89钢管混凝土结构设计与施工规程

9、YB9238-92钢－混凝土组合楼盖结构设计与施工规程 10、YB9082-1997钢骨混凝土结构技术规程11、YBJ216-88压型金属钢板设计施工规程(正修订)12、YB/T9256-96钢结构、管道涂装技术规程13、YB9081-97冶金建筑抗震设计规范14、CECS102:2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程15、CECS77：96钢结构加固技术规范16、YB9257-96钢结构检测评定及加固技术规范17、CECS28：90钢管混凝土结构设计与施工规程18、YB9254-1995钢结构制作安装施工规程19、CECS159：2004矩形钢管混凝土结构技术规程20、CECS24:90钢结构防火涂料应用技术规范21、CECS158：2004索膜结构技术规程22、CECS23:90钢货架结构设计规范23、CECS78:96塔桅钢结构施工及验收规程24、CECS167:2004拱形波纹钢屋盖结构技术规程25、JGJ85-92预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程26、CECS多、高层建筑钢－混凝土混合结构设计规程27、CECS热轧H型钢构件技术规程28、CECS钢结构住宅建筑设计技术规程29、CECS建筑拱形钢结构技术规程30、CECS钢龙骨结构技术规程31、CECS 轻型房屋钢结构技术规程32、CECS冷弯型钢受力蒙皮结构技术规程33、CECS混凝土钢管叠合柱技术规程34、CECS钢管结构技术规程35、CECS预应力钢结构技术规程36、CECS 建筑用铸钢节点技术规程37、CECS钢结构抗火设计规程 【地方标准】1、DB29-57-2003/J10297-2003天津市钢结构住宅设计规程2、DBJ13-51-2003/J10279-2003钢管混凝土结构技术规程（福建省）3、DBJ13-61-2004/J10429-2004钢－混凝土混合结构技术规程（福建省）4、DG/T08-008-2000/J10041-2000建筑钢结构防火技术规程（上海市）5、DBJ08-68-97轻型钢结构设计规程（上海市）6、DBJ01-616-2004/J10411-2004建筑防火涂料（板）工程设计、施工与验收规程（北京市）7、DBJ08-32-92高层建筑钢结构设计暂行规定（上

钢结构课程设计

. . XX 工程学院 建筑钢结构 课程设计 班级： 学号： ：

目录 前言 (2) 某车间刚屋架设计 1.设计资料 (3) 2.荷载计算 (5) 3.荷载组合 (5) 4.内力计算 (6) 5.杆件设计 (7) 6.节点设计 (11) 参考文献 (19)

前言 本书意在完成钢结构设计课的作业，以及对自己两学期来钢结构设计课所学知识的一次检验。本书主要对一个单层厂房的屋盖进行设计验算，。编撰过程由于疏忽或个人知识面的局限性，难免会产生一些失误以及错误，望各位老师批评改正。

某车间钢屋架设计 1. 设计资料 １.１屋面类型 无檩屋面，屋面采用1.5X6m 的预应力钢筋混凝土大型屋面板。 １.２杆件及连接 杆件采用Q235钢，钢材强度设计值f =215N/mm 2。角焊缝强度设计值 为 2/160mm kN f w f １.３屋架主要尺寸 Ⅰ.跨度30ｍ Ⅱ.屋架上弦坡度１/１０ Ⅲ.架端架高度1990ｍｍ Ⅳ.屋架跨中高度3340ｍｍ １.４其他设计资料 Ⅰ.厂房长度２４０ｍ Ⅱ.屋架支撑于钢筋混凝土柱顶 Ⅲ.柱距６ｍ Ⅳ.柱网布置如图

Ⅴ.架几何尺寸 Ⅵ.屋架支撑布置

2.荷载计算 预应力混凝土大型屋面板 1.0?1.4 kN/m2=1.4 kN/m2 屋架自重0.12+0.011?30=0.45 KN/m2 永久荷载 2.2 KN/m2 共 4.05 kN/m2屋面活载 1.0 kN/m2 3. 荷载组合 由永久荷载控制的荷载组合值为 q=1.35×4.05＋1.4×0.7×1.0=6.45KN／㎡ 由可变荷载控制的荷载组合值为 q=1.2×4.05+1.4×1.0=6.26KN／㎡ 故永久荷载控制的组合起控制作用。 Ⅰ.全垮永久荷载加全垮可变荷载 F=6.45×1.5×6=58.05KN Ⅱ.全垮永久荷载加半跨可变荷载

水工钢结构试卷

一、选择题（每题2分，共30分） 1.在钢结构设计中，通常以下列中的值作为设计承载力的依据。 (A)屈服点(B)比例极限(C)抗拉强度(D)伸长率 2.压弯格构柱的弯矩绕虚轴作用时，其弯矩作用平面外的整体稳定是通过保证的。 (A)计算平面外的整体稳定(B)计算单肢稳定(C)自然满足(D)计算局部稳定 3.当构件为Q235钢材时，焊接连接时焊条宜采用。 (A )E43型焊条(B) E50型焊条(C) E55型焊条(D)前三种型焊条均可 4.同类钢种的钢板，厚度越大，。 (A)内部存在缺陷的几率越小(B)塑性越好(C) 韧性越好(D) 强度越低 5.在进行正常使用极限状态计算时，计算用的荷载应采用。 (A)将永久荷载的标准值乘以永久荷载分项系数 (B)将可变荷载的标准值乘以可变荷载分项系数 (C)永久荷载和可变荷载的标准值，均不乘以各自的分项系数 (D)将永久荷载和可变荷载的标准值均乘以各自的分项系数 6.钢材牌号Q235代表的是。 (A)钢材的伸长率是235(B) 钢材的屈服强度是235MPa (C)钢材的比例极限是235MPa(D) 钢材的抗拉强度是235MPa 7.承受静力荷载的结构，其钢材应保证的基本力学性能指标是。 (A)抗拉强度、伸长率(B)抗拉强度、屈服强度、伸长率 (C)抗拉强度、屈服强度、冷弯性能(D)屈服强度、冷弯性能、伸长率 8.在螺栓连接中，要求板叠厚度是为了。 (A)防止栓杆发生过大弯曲变形破坏(B)方便施工 (C)节约栓杆材料(D)使板件间紧密 9.在钢结构设计中，认为钢材是理想的弹塑性体，是指屈服点以前的材料为。 (A)非弹性的(B)弹性的(C)弹塑性的(D)塑性的 10.与单向拉应力相比，钢材承担双向拉应力时。 (A)破坏形式没变化(B)易发生塑性破坏(C)易发生脆性破坏(D)无法判定 11.我国钢结构设计规范规定，当构件承担循环应力的循环次数时，应进行疲劳验算。 (A)＜105(B) ≧105(C) ≦106(D) ≧106 12.由于建筑用钢材多为塑性性能好的钢材，故应力集中的存在将。 (A)钢材易发生塑性破坏(B)降低静力承载能力 (C)提高静力承载能力(D)对静力承载能力无影响 13.在由双角钢作为杆件的桁架结构中，通常角钢相并肢间每隔一定距离设置垫板，目的是。 (A)双角钢组成共同截面工作(B)方便杆件的制作 (C)杆件美观(D)增加杆件截面面积 14.为提高梁的整体稳定性，在用钢量不变的前提下，应尽可能。 (A)采用窄翼缘截面(B)采用双轴对称截面 (C)加强受拉翼缘(D)加强受压翼缘 15.在吊车梁的强度验算中，。 (A)塑性发展系数取 1.0(B)塑性发展系数取 1.05， 1.2

钢结构设计规范

《钢结构设计规范》（GB 50017━2003）中是根据结构的重要性结构的重要性结构的重要性结构的重要性、荷载特性荷载特性荷载特性荷载特性、焊缝形式焊缝形式焊缝形式焊缝形式、工作环境以及应力状态作环境以及应力状态作环境以及应力状态作环境以及应力状态等情况，按四条原则分别选用不同的质量等级，一共有三个等级。四条原则如下： 1 在需要进行疲劳计算的构件中，凡对接焊缝均应焊透，其质缝等级为: 1)作用力垂直于焊缝长度方向的横向对接焊缝或T形对接与角接组合焊缝，受拉时应为一级，受限时应为二级; 2)作用力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝应为二级。 2 不需要汁算疲劳的构件中，凡要求与母材等强的对接焊缝应护焊透，其质量等级当受拉时应不低于二级，受压时宜为二级。 3 重级工作制和起重量Q≥50t的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的T形接头焊 缝均要求焊透，焊缝形式一般为对接与角接的组合焊缝，其质量等级不应低于二级。 4 不要求焊透的T形接头采用的角焊缝或部分焊透的对接与角接组合焊缝，以及搭接连接采用的角焊缝，其质量等级为: 1)对直接承受动力荷载且需要验算疲劳的结构和吊车起重量等于或大于50t的中级工作制吊车梁，焊缝的外观质量标准应符合二级; 2)对其他结构，焊缝的外观质量标准可为三级。 对应的就是《钢结构工程施工质量验收规范》和《JGJ 81-2002建筑钢结构焊接技术规程》中所要求的焊缝要达到的质量要求（包括外观和无损探伤等）。 《GB/T3323-2005 金属熔化焊焊接接头射线照相》中的焊缝质量分类是在对焊缝进行射对焊缝进行射对焊缝进行射对焊缝进行射线照相时线照相时线照相时线照相时，根据焊缝缺陷的性质和数量根据焊缝缺陷的性质和数量根据焊缝缺陷的性质和数量根据焊 缝缺陷的性质和数量,将该焊缝的质量分为四级： （1）Ⅰ级焊缝：内应无裂纹、未熔合、未焊透和条状夹渣. （2）Ⅱ级焊缝：内应无裂纹、未熔合和未焊透. （3）Ⅲ级焊缝：内应无裂纹、未熔合以及双面焊和加垫板的单面焊中的未焊透.不 加垫板的单面焊中的未焊透允许长度按表10条状夹渣长度的Ⅲ级 评定. （4）焊缝缺陷超过Ⅲ级者为Ⅳ级. 对于《钢结构设计规范》（GB 50017━2003）所提到的三个级别焊缝，在对一级和二级焊缝进行无损探伤时，对于一级焊缝要达到《GB/T3323-2005 金属熔化焊焊接接头射线照相》中的Ⅱ级以上，对于二级焊缝要达到《GB/T3323-2005 金属熔化焊焊接接头射线照相》中的Ⅲ级以上。关于焊缝等级的定义的部分要求见《钢结构设计规范》GB50017-2003的第7章连接计算。7.1焊缝连接7.1.1 焊缝应根据结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等情况，按下述原则分别选用不同的质量等级： 1 在需要进行疲劳计算的构件中，凡对接焊缝均应焊透，其质量等级为：1）

钢结构课程设计参考示例

参考实例： 钢结构课程设计例题 －、设计资料 某一单层单跨工业长房。厂房总长度为120m，柱距6m，跨度为27m。车间设有两台中级工作制桥式吊车。该地区冬季最低温度为－20℃。 屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。上铺120mm 厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。屋面活荷载标准值为0.6kN/㎡，雪荷载标准值为0.75kN/㎡，积灰荷载标准值为0.5kN/㎡。 屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。柱头截面为400mm ×400mm，所用混凝土强度等级为C20。 根据该地区的温度及荷载性质，钢材采用Q235―A―F，其设计强度f=215kN/㎡,焊条采用E43型，手工焊接。构件采用钢板及热轧钢劲，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。 屋架的计算跨度：Lo=27000－2×150=26700mm，端部高度：h=2000mm（轴线处），h=2015mm（计算跨度处）。 二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸见图1所示。

图1 屋架形式及几何尺寸 屋架支撑布置见图2所示。

符号说明：GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）；

CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆） 图2 屋架支撑布置图 三、荷载与力计算 1.荷载计算 荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。 永久荷载标准值 放水层（三毡四油上铺小石子）0.35kN/㎡找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02×20=0.40kN/㎡ 保温层（120mm厚泡沫混凝土）0.12*6=0.70kN/㎡ 预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡钢屋架和支撑自重0.12+0.011×27=0.417kN/㎡ 管道设备自重0.10 kN/㎡ 总计 3.387kN/㎡ 可变荷载标准值 雪荷载0.75kN/㎡积灰荷载0.50kN/㎡ 总计 1.25kN/㎡

水工钢结构问答题

1、钢结构的特点？ 答：①钢结构自重较轻②钢结构的可靠性较高③钢材的抗震性、抗冲性较好④钢结构制造的工艺化程度较高⑤钢结构可以准备快速的装配⑥容易做成密封结构⑦钢结构极易腐蚀⑧钢结构耐火性差 2、钢结构在水工中的应用有哪些？ 答：①活动式结构②装拆式结构③板结构④高耸结构⑤大跨度结构⑥海工钢结构 3、截面选择的具体步骤是？ 答：①选择梁高h和腹板高度h0 ②选择腹板厚度hw ③选择翼缘尺寸b1和t1 ④梁的强度、整体稳定和挠度的验算。 4、闸门的类型有哪些？ 答：按功用分为：工作闸门、事故闸门、检修闸门和施工闸门 按闸门空口的位置分：露顶闸门、潜孔闸门 按闸门结构形式分为：平面闸门、弧形闸门及船闸上常采用的人字形闸门 5、平面闸门结构布置的主要内容有哪些？ 答：确定闸门上需要的构件，每种构件需要的数目以及确定每个构件所在的位置。 ①主梁的布置②梁格的布置③梁格连接形式④边梁的布置 6、平面闸门门叶结构组成又哪些？ 答：面板、梁格、横向和纵向连接系（即横向和纵向支撑）、行走支承（滚轮或滑块）以及止水等部件组成。 ①边梁、②主轮、③面板顶梁、④水平次梁、⑤横向隔板、⑥纵向连接系、⑦主梁、⑧吊耳 1.焊接连接有哪些缺点？ 1. 缺点是由于焊接连接处局部受高温，在热影响区形成的材质较差，冷却又很快，再加上热影响区的不均匀收缩，易使焊件产生焊接残余应力以及残余变形，甚至可能造成裂缝，导致脆性破坏对结构工作产生不利影响。 2.在桁架体系中，支撑有哪些主要作用？ 2. （1）保证桁架结构的空间几何稳定性，即几何形状不变。（2）保证桁架结构的空间刚度和空间整体性。（3）为桁架弦杆提供必要的侧向支撑点。（4）承受并传递水平荷载。（5）保证结构安装时的稳定且便于安装。 3.系杆的布置原则是什么？ 3. 在垂直支撑的平面内一般设置上下弦系杆；屋脊节点及主要支撑点处需设置刚性系杆，天窗侧柱处及下弦跨中附近设置柔性系杆，当屋架横向支撑设在端部第二柱间时，则第一柱间所有系杆均应为刚性系杆。 4.简述钢梁整体失稳的概念。 4. 钢梁截面一般都设计成高而窄且壁厚较薄的开口截面，以获得弯矩作用平面内较大的抗弯承载力和抗弯刚度，但抗扭和侧向抗弯能力较差。如工字形截面梁，弯矩作用在其最大刚度平面内，当弯矩逐渐增加使梁受压，翼缘的最大弯曲应力达到某一数值时，梁在很小的侧向干扰力作用下，会突然向刚度较小的侧向弯曲，并伴有扭矩而破坏，这种现象称为整体失稳。 5.减小或消除焊接变形有哪些措施？ 5. （1）反变形法即在施焊前预留适当的收缩量和根据制造经验预先造成相反方向和适当大小的变形来抵消焊后变形；（2）采用合理的焊接和装配顺序控制变形也十分有效；（3）焊接变形的矫正方法，以机械矫正和局部火焰加热矫正较为常用。 1.为什么选择屈服点作为建筑钢材静力强度承载力极限的依据？ 1. （1）钢材屈服后，塑性变形很大，从屈服到断裂的塑性变形约等于弹性变形的200倍，这样大的塑性变形已使结构失去正常使用功能而达到极限状态，因而无法利用强化阶段。（2）屈服后塑性变形很大，险情极易被察觉，可以及时采取适当补救措施，以免突然发生破坏。 （3）抗拉强度和屈服点的比值较大，成为结构极大的后背强度，符合结构多级抗震设防的准则，使钢结构从来不会发生真正的塑性破坏。 2.实腹式轴心受压柱有哪些设计原则？ 2. （1）截面面积的分布应尽量远离主轴线，以增大截面的惯性矩和回转半径，从而提高柱的整体稳定性和刚度；（2）使两个轴方向的稳定性相等；（3）构造简单，便于制作；（4）便于与其他构件连接；（5）选用便于供应的钢材规格。 3.简述平面钢闸门主梁设计的特点。 3. 当主梁所承受的最大弯矩值不超过500kNm时，可考虑使用型钢作为主梁。若型钢强度不足，可在其上翼缘加焊扁钢予以加强。采用型钢可以简化制造，降低成本。当型钢不能满足要求时，可采用由钢板焊接而成的主梁组合梁。当跨度较大时，采用变截面组合梁较为经济合理。 4.说明格构式压弯构件的设计步骤。

27-水工钢结构设计课程大纲2020

中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述（中英文）： 水工钢结构设计是港航专业的主要专业基础课之一，也是水利工程、海洋工程、海岸工程等水利类专业的学科基础课。钢结构是当前和今后工程领域重点推广和发展的结构形式，采用钢材制作而成的结构重量轻、结构简洁、预制安装方便，是水利工程、建筑工程、海洋工程、船舶工程的主要结构形式之一。课程的主要内容包括材料选择、连接设计、基本构件设计、水工钢结构应用设计等四大部分，其中应用设计包括实际港口与海岸工程经常遇到的钢桁架、钢引桥、钢闸门等设计内容。通过本课程学习使学生熟悉钢结构材料特性和连接技术对结构性能、安全与施工的影响规律，掌握水工钢结构基本构件强度、刚度和稳定性计算原理，掌握常用水工钢结构的基本设计方法。 Design of Hydraulic Steel Structures is a basic professional course for undergraduates majoring in Port, Waterway and Coastal Engineering, as well as a basic course for other hydraulic engineering, ocean engineering, etc. Steel structures are widely used and one of the most promising structural forms in the current and future engineering fields. This course includes the material selection, connection design, components design, and application design. The application design includes steel trusses, steel access bridges, and steel gates, which are widely used in port and coastal engineering. Students are expected to be familiar with the influence of material properties and connection technology on steel structural performance, safety and construction, master the calculation principles of strength, stiffness and stability of basic hydraulic steel structures, and the basic design methods of common hydraulic steel structures.

钢结构设计原理的课程设计报告

XX 工学院 课程实训 课程名称：钢结构设计原理专业层次：土木工程（卓越）

1、设计资料 1）某厂房跨度为24m，总长90m，柱距6m，屋架下弦标高为18m。 2）屋架铰支于钢筋混凝土柱顶，上柱截面400×400，混凝土强度等级为C30。 3）屋面采用1.5×6m的预应力钢筋混凝土大型屋面板（屋面板不考虑作为支撑用）。 4）该车间所属地区西安。 5）采用梯形钢屋架。 考虑静载：①预应力钢筋混凝土屋面板（包括嵌缝）1400N/m2 ②二毡三油防水层400N/m2 ③20mm厚水泥砂浆找平400N/m2 ④支撑重量70N/m2 考虑活载：活载700N/m2

6）钢材选用Q345钢，焊条为E50型。 2、屋架形式和几何尺寸 屋面材料为大型屋面板，故采用无檩体系平破梯形屋架。 屋面坡度 i=1/10； 屋架计算跨度L 0＝24000－300＝23700mm ； 端部高度取H=1990mm ，中部高度取H=3190mm （为L 0/7.4）。 屋架几何尺寸如图1所示： 1拱50 图1：24米跨屋架几何尺寸

三、支撑布置 由于房屋长度有6米，故在房屋两端及中间设置上、下横向水平支撑和屋架两端及跨中三处设置垂直支撑。其他屋架则在垂直支撑处分别于上、下弦设置三道系杆，其中屋脊和两支座处为刚性系杆，其余三道为柔性系杆。 上弦平面支撑布置

屋架和下弦平面支撑布置

垂直支撑布置 4、设计屋架荷载 屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。由于风荷载为0.35kN/m2 小于0.49kN/m2，故不考虑风荷载的影响。沿屋面分布的永久荷载乘以1/cosα=√1+102/10=1.005换算为沿水平投影面分布的荷载。桁架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（ P=0.12+0.011 跨度）计 w 算，跨度单位为m。 标准永久荷载： 二毡三油防水层

水工钢结构复习提纲

第一章（绪论） 1、钢结构的特点（优点，缺点） 1）钢结构自重较轻 2）钢结构的工作可靠性较高 3）钢结构的抗震性、抗冲击性较好，具有良好的塑性和韧性 4）钢结构制造的工业化程度较高 5）钢结构可以准确快速装配 6）容易做成密封结构 7）钢结构易腐蚀 8）钢结构耐火性差 2、钢结构在水工中的应用有哪些 1）活动式结构 2）装拆式结构 3）板结构 4）高耸结构 5）大跨度结构 6）海工钢结构 第二章 1、钢结构的破坏形式 钢材的强度断裂破坏：塑性破坏、脆性破坏 1、软钢的单向拉伸试验（四个阶段、四个性能指标） (1)弹性及弹塑性阶段(OB 段) fp比例极限（A点） （2）塑性阶段（BCD) fy屈服强度：重要的机械性 能指标，作为钢材强度的标 准值 （3）自强阶段（DE) fu抗拉强度 （4）颈缩阶段(EF段) 3、冷弯试验 以钢材试件冷弯不出现裂缝或分层为试验合格。冷弯试验是钢材的塑性、冷加工能力和显示钢材内部缺陷（分层、非金属加渣）状况的一项指标。 4、冲击韧性 是衡量钢材抵抗因低温、应力集中、冲击荷载作用而脆性断裂能力的一项指标。 冲断试样所消耗的能量的大小来衡量钢材的冲击韧性。

Akv （冲击功）是衡量冲击韧性的指标。 5、钢材的防腐蚀措施 ①涂料保护 ②喷镀保护 ③电化学保护 6、影响钢材机械性能的主要因素（5点） 温度、钢材硬化（冷作、时效）、复杂应力和应力集中、冶炼浇铸轧制、化学成分 7、钢材浇注成锭过程中脱氧程度不同分类？ 浇注过程中因脱氧程度不同而分为沸腾钢（F ）、半镇静钢（b ）、镇静钢（Z ）和特殊镇静钢(TZ)。 8、复杂应力对钢材的影响？（危险？安全？） ①同号平面应力状态，即且二者同号，， 危险情况，应尽量避免。 ②同号立体应力状态，同上：危险情况，应尽量避免。 ③异号平面应力状态，即且二者异号， ，安全情 况，可以出现。 ④异号立体应力状态同上：安全情况，可以出现。 9、什么是应力集中？ 在缺陷或截面变化附近,主应力迹线曲折、密集,出现应力高峰的现象称为应力集中。 10、什么是硬化？冷作硬化VS 时效硬化？ 钢材在弹性范围内重复加、卸荷载一般不致改变钢材的性能。当超过此范围后将引起钢材的性能变化，表现为钢材的屈服强度、弹性范围增加，塑性和伸长率降低，这一性质称为硬化。 钢结构在制造过程中，在常温下进行冷加工，产生了很大的塑性形变而引起的钢的硬化现象，称为冷作硬化。 钢材随时间进展将使屈服强度和抗拉强度提高、伸长率和冲击韧性降低，称为时效硬化。 03=σ21σσ>y y eq f f ><有可能已经时，1σσ03=σ21σσ>y y eq f f <<肯定时，1σσ