钢结构设计基本原理课后答案肖亚明.docx

合肥工业大学出版社出版 （肖亚明主编）第三章1. 解：Q235钢、（1）采用侧面角焊缝最小焊脚尺寸：角钢肢背处最大焊脚尺寸：角钢肢尖处最大焊脚尺寸：角钢肢尖和肢背都取 查表3-2得：、，所需焊缝计算长度：焊缝的实际长度为：，取240。，取140。（2）采用三面围焊缝，取正面角焊缝承担的内力为：侧面角焊缝承担的内力为：所需焊缝计算长度：焊缝的实际长度为：，取240。，取110。2. 解：Q235钢、（1）取角焊缝受到轴力和剪力的共同作用，且均作用在角焊缝形心处角焊缝受到轴力为：角焊缝受到剪力为：由上式求得：由上式求得：最小焊脚尺寸故取焊脚尺寸为由于折算应力较接近，故取可满足要求。（2）改取，角焊缝受到轴力、剪力和弯矩的共同作用角焊缝受到轴力为：角焊缝受到剪力为：角焊缝受到弯矩为：，最大正应力为：不满足要求。3. 解：Q235钢、（1）角焊缝最小焊脚尺寸：最大焊脚尺寸：取角焊缝受到轴力和弯矩的共同作用角焊缝受到轴力为：角焊缝受到弯矩为：，最大正应力为：满足要求。（2）角焊缝角焊缝的有效截面如图所示取角焊缝有效截面形心位置：剪力由腹板焊缝承担，腹板面积为：全部焊缝对x轴的惯性矩为：翼缘焊缝最外边缘的截面模量：翼缘和腹板连接处的截面模量：腹板底边缘处的截面模量：弯矩：由弯矩得最大应力为：腹板的剪应力为：翼缘和腹板连接处的折算应力；满足要求。4. 解：Q235钢、查附表1-2得，焊缝有效截面形心位置：焊缝对x轴的惯性矩为：翼缘焊缝边缘的截面模量：翼缘和腹板连接处的截面模量：腹板底边缘处的截面模量：弯矩：由翼缘上边缘处焊缝拉应力得：由腹板下边缘处焊缝压应力得：由腹板焊缝单独承担剪力，腹板的剪应力得：腹板下端点正应力、剪应力均较大，由腹板下端点的折算应力得：综上得该连接所能承受的最大荷载为。5. 解：Q345B钢、，角焊缝有效截面的形心位置：截面的惯性矩：扭矩：由扭矩产生的最大应力得：得：由力F产生的应力得：由最大应力点的折算应力得：综上得该连接所能承受的最大荷载为。6. 解：Q235B钢、， 单个螺栓的抗剪承载力设计值：一侧所需的螺栓数目为：（个），取螺栓的布置如图所示：净截面强度验算：螺栓群最外端净截面强度：净截面强度满足要求。7. 解：Q235钢、， ，单个螺栓的抗剪承载力设计值：单个螺栓的抗拉承载力设计值：（1） 牛腿下支托承受剪力时由受力最大的螺栓承受的拉力得：故支托承受剪力时该连接所能承受得最大荷载设计值为。（2） 牛腿下支托不承受剪力时由受力最大的螺栓承受的拉力得：由得：由剪力和弯矩共同作用下得：综上得支托承受剪力时该连接所能承受得最大荷载设计值为。8. 解：Q345B钢螺栓采用M22，C级， 螺栓的布置如图所示单个螺栓的抗剪承载力设计值： 螺栓群承受剪力及扭矩的共同作用扭矩：受力最大的螺栓承受的应力为：满足要求，故采用M22。9. 解：高强螺栓8.8级，M20（1）摩擦型连接预拉力，接触表面用喷丸处理，单个螺栓的抗剪承载力设计值：一侧所需的螺栓数目为：个，取（2）承压型连接 ， 螺栓的布置如图所示单个螺栓的抗剪承载力设计值： 一侧所需的螺栓数目为：个，取10. 解：高强螺栓10.9级，M22（1）摩擦型连接预拉力，接触表面用喷丸处理， 角钢肢与牛腿连接取螺栓的个数为，栓距为80mm，端距50mm单个螺栓的抗剪承载力设计值：此处连接承受剪力和扭矩的共同作用，扭矩则受力最大的螺栓承受的应力为：满足要求。 角钢肢与柱翼缘连接取螺栓的个数为，对称布置在牛腿两侧，栓距为80mm，端距50mm此处连接承受剪力和弯矩的共同作用，弯矩 受力最大的螺栓承受的拉力为：单个螺栓的抗剪承载力设计值：满足要求。（2）承压型连接， ， 角钢肢与牛腿连接取螺栓的个数为，栓距为80mm，端距50mm单个螺栓的抗剪承载力设计值： 此处连接承受剪力和扭矩的共同作用，扭矩则受力最大的螺栓承受的应力为：满足要求。 角钢肢与柱翼缘连接取螺栓的个数为，对称布置在牛腿两侧，栓距为80mm，端距50mm单个螺栓的抗剪承载力设计值： 此处连接承受剪力和弯矩的共同作用，弯矩 受力最大的螺栓承受的拉力为：满足要求。第四章三.计算题1. 解：Q235截面净截面面积：由应力， 得：截面净截面面积：由应力 得：综上得此拉杆所能承受的最大拉力为：查型钢表得：，查表4-2得：容许长细比由长细比 ，得：所以，此拉杆容许达到的最大计算长度为：。2. 解：Q235钢，AB柱为两端铰接轴心受压柱截面几何特性：长细比： 整体稳定：由长细比查表得稳定系数为：（b类），（b类）y轴整体稳定不满足要求；由以上计算结果知，此柱在y轴的整体稳定承载力不满足要求，可在柱长的中点加侧向支撑来满足稳定承载力的要求。3. 解：Q235钢，（1）截面a截面几何特性：长细比： 由长细比查表得稳定系数为：（b类），（c类）由整体稳定得：故截面a的柱所能承受的最大轴心压力设计值为：。（2）截面b截面几何特性：长细比： 由长细比查表得稳定系数为：（b类），（c类）由整体稳定得：故截面b的柱所能承受的最大轴心压力设计值为：。4. 解：Q235钢， ，取，查表得：（b类），（b类）所需截面面积：由各截面回转半径的近似值查附表9-1得：，则 ，选取截面截面验算：查型钢表得：，查表得：（b类），（b类）满足要求，故选用。5. 解：Q235钢， ，（1）热轧工字钢取，查表得：（a类），（b类）所需截面面积：由各截面回转半径的近似值查附表9-1得：，则 ，选取截面（h=450mm,b=150mm）截面验算：b/h=0.3330.8查型钢表得：，查表得：（a类），（b类）满足要求，故选用。（2）3块剪切边的钢板焊成工字形截面取，查表得：（b类），（c类）所需截面面积：由各截面回转半径的近似值查附表9-1得：，则 ，选取截面：翼缘板宽200mm，翼缘板厚12mm，腹板高250mm，腹板厚10mm截面验算：截面几何特性：长细比： 由长细比查表得稳定系数为：（b类），（c类）满足要求局部稳定：满足要求刚度、整体稳定及局部稳定均满足要求，故选用此截面。（3）设计柱脚，基础混凝土的强度等级为C20，锚栓采用，则其孔面积约为5000mm21） 底板尺寸底板所需面积靴梁厚度取10mm底板宽度：底板长度：，取360mm采用，靴梁、肋板的布置如图所示基础对底板的压应力为： 三边支承板：区格，可按悬臂板计算区格，可按悬臂板计算四边支承板（区格）：，查表4-8得底板厚度，取。2）靴梁计算靴梁与柱身的连接按承受柱的压力计算，为四条侧面角焊缝连接，取，则焊缝的计算长度为取靴梁高即焊缝长度260mm。靴梁与底板的连接焊缝传递柱压力，取，所需焊缝总计算长度为焊缝的实际计算总长度超过此值。靴梁作为支承于柱边的双悬臂简支梁，悬伸部分长度，取其厚度，底板传给靴梁的荷载靴梁支座处最大剪力靴梁支座处最大弯矩靴梁强度满足要求。3）肋板计算将肋板视为支承于靴梁的悬臂梁，悬伸长度为取其厚度。其线荷载可偏安全假设为肋板与底板的连接为正面角焊缝，取，焊缝强度为肋板与靴梁的连接为侧面角焊缝，所受肋板的支座反力为取，所需焊缝长度为取肋板高度130mm。肋板支座处最大剪力肋板支座处最大弯矩肋板强度满足要求。200707010120110110101010前面柱脚板件区格弯矩相差较大，重新设置肋板如上图基础对底板的压应力为： 三边支承板：区格，可按悬臂板计算区格， 四边支承板（区格）：，查表4-8得两边支承板（区格）：， 底板厚度，取。6. 解：Q235钢，（1）选取分肢截面尺寸（按实轴稳定条件确定）取查表得：（b类）所需截面面积：选取截面236b截面验算：查型钢表得：，长细比： 由长细比查表得稳定系数为：（b类）满足要求，故选用236b。（2）确定分肢间距（按虚轴稳定条件确定）取缀条，查得查附表9-1得：，故，取。两槽钢翼缘间净距为，满足构造要求。验算虚轴稳定：查得：（b类）满足要求。（3）分肢稳定（只有斜缀条）故分肢的刚度、强度和整体稳定无需进行验算，均满足要求。（4）斜缀条稳定柱剪力： 斜缀条内力： 查表得：（b类）强度设计值折减系数查附表1-5得：满足要求。缀条无孔洞削弱，不必验算强度。缀条的连接角焊缝采用两面侧焊，按要求取；单面连接的单角钢按轴心受力计算连接时，。则焊缝的计算长度：肢尖与肢背焊缝长度均取50mm。柱中间设置横隔，与斜缀条节点配合设置。7. 解：Q235钢，（1）选取分肢截面尺寸（按实轴稳定条件确定）取查表得：（b类）所需截面面积：查附表9-1得：，故选取截面232a截面验算：查型钢表得：，长细比： 由长细比查表得稳定系数为：（b类）满足要求，故选用232a。（2）确定分肢间距（按虚轴稳定条件确定），取查附表9-1得：，故，取。两槽钢翼缘间净距为，满足构造要求。验算虚轴稳定：，取缀板净距查得：（b类）满足要求。（3）分肢稳定及40故分肢的刚度、强度和整体稳定无需进行验算，均满足要求。（4）缀板设计纵向高度，厚度，取。相邻缀板净距，相邻缀板中心矩。缀板线刚度之和与分肢线刚度比值为：缀板刚度满足要求。柱剪力： 缀板弯矩：缀板剪力：满足缀板的强度要求。缀板焊缝计算。采用三面围焊，计算时可偏安全地仅考虑端部纵向焊缝，取焊脚尺寸，。则在弯矩和剪力共同作用下焊缝的折算应力为焊缝强度满足要求。第五章四.计算题1. 解：Q235钢，荷载标准值：荷载设计值：弯矩设计值：（1）假定梁的受压翼缘设置可靠的侧向支承，可以保证梁的整体稳定由抗弯强度要求的截面模量为：查型钢表选用I36a，截面几何特性：，质量强度验算：满足要求。挠度验算：满足要求。故选用此截面。（2）假定梁的受压翼缘无可靠的侧向支承按整体稳定确定梁截面假定工字钢型号在I45I63之间，均布荷载作用在梁上翼缘，自由长度，由附表3-2查政体稳定系数，所以所需毛截面抵抗矩：查型钢表选用I45a，截面几何特性：，质量强度验算：满足要求。整体稳定验算：满足要求。故选用此截面。（3）假设梁的跨度中点处受压翼缘设置一可靠的侧向支承，此梁的整体稳定不一定保证。按整体稳定确定梁截面假定工字钢型号在I22I40之间，自由长度，由附表3-2查整体稳定系数，所以所需毛截面抵抗矩：查型钢表选用I36c，截面几何特性：，质量强度验算：满足要求。整体稳定验算：满足要求。故选用此截面。2. 解：Q235钢，截面形心位置（1）抗弯强度满足要求。（2）抗剪强度中和轴处截面的面积矩：上翼缘与腹板交界处的面积矩：下翼缘与腹板交界处的面积矩：支座处剪力最大，所受最大剪应力为：满足要求。（3）局部承压强度取支撑长度，则满足要求，无需设置支撑加劲肋。（4）折算应力在集中力作用处弯矩、剪力、局部压应力均较大集中力作用处：腹板与上翼缘交界处的应力为：腹板与上翼缘交界处的折算应力为：满足要求。（5）挠度满足要求。3. 解：Q235B钢，按整体稳定确定梁截面：假定工字钢型号在I22I40之间，荷载作用在梁下翼缘，自由长度，由附表3-2查政体稳定系数，所以所需毛截面抵抗矩：考虑到葫芦轮子对轨道梁下翼缘的磨损，所需查型钢表选用I28a，截面几何特性：，质量强度验算：满足要求。整体稳定验算：满足要求。故选用此截面。4. 解：Q235B钢，截面几何特性：（1）梁在跨中无侧向支承，集中荷载作用于梁上翼缘，查附表3-1得：整体稳定不满足要求。（2）材料改用Q345B钢整体稳定不满足要求。（3）集中荷载悬挂于下翼缘查附表3-1得：整体稳定满足要求。（4）跨度中点增设上翼缘侧向支承，查附表3-1得：整体稳定满足要求。5. 解：Q235钢，檩条沿屋面坡向间距为选用10，自重0.10，加拉条后取0.15截面几何特性：，檩条线荷载标准值为：檩条线荷载设计值为：弯矩设计值为：强度验算：满足要求。挠度验算：垂直于屋面方向的挠度不满足要求。故选用此截面强度满足要求，而挠度不能满足要求。6. 解：Q235钢 （1）选择次梁截面将次梁设计为简支梁，受均布荷载作用次梁的荷载线标准值为：次梁的荷载线设计值为：次梁的最大弯矩标准值：次梁的最大弯矩设计值：次梁的整体稳定能得到保证，故按强度计算所需净截面抵抗矩为查型钢表选用HN，梁自重为66.7kg/m，强度验算：满足要求。挠度验算：查附表2-1得满足要求。（2）分别考虑和不考虑腹板屈曲后强度，设计中间主粮截面主梁跨间次梁传递给主梁的集中力为：则主梁的支座反力为： 主梁的跨中最大弯矩为：主梁的整体稳定能得到保证，故按强度计算所需净截面抵抗矩为 不考虑腹板屈曲后强度腹板高度主梁无净空要求，据刚度条件得梁的最小高度：查附表2-1得，故梁的经济高度为：选取梁的腹板高度为1800mm。腹板厚度，取翼缘尺寸取翼缘宽度为460mm，厚度为22mm。截面几何特性：梁自重为78kN/m3，考虑到加劲肋等乘以增大系数1.2。则主梁的支座反力为： 主梁的跨中最大弯矩为：强度验算：满足要求。满足要求。刚度验算：满足要求。故选用此截面。考虑腹板屈曲后强度截面尺寸取腹板：，；翼缘：，截面几何特性：梁自重为78kN/m3，考虑到加劲肋等乘以增大系数1.2。则主梁的支座反力为： 主梁的跨中最大弯矩为：强度验算：满足要求。满足要求。刚度验算：满足要求。腹板局部稳定计算：在支座处和每个次梁处设置支撑加劲肋，另在距梁端部较近范围内设置横向加劲肋，其构造如图所示。对板段，支座加劲肋受到水平力Ht的作用。梁端头采用如图所示构造。满足要求。对板段左侧截面剪力相应弯矩 ，满足要求。对板段右侧截面剪力，相应弯矩 满足要求。其他板段可不验算。（3）计算主梁翼缘连接焊缝翼缘与腹板间产生的沿梁单位长度的水平剪力为角焊缝有效截面上承受的剪应力为所需焊脚尺寸为由，取。（4）考虑腹板屈曲后强度，设计主梁加劲肋（略）（5）设计主次梁连接，次梁连接与主梁侧面（略）第六章三.计算题1. 解：Q235钢，选用截面查型钢表得截面的几何特性为：，刚度：满足要求。强度：满足要求。2. 解：Q235钢，截面几何特性：刚度：满足要求。强度：满足要求。由长细比查表得：（b类），（b类）弯矩作用平面内稳定：满足要求。弯矩作用平面外稳定：中间段满足要求。局部稳定：对于腹板，柱长中间截面处：满足要求。故此柱的承载力满足要求。3. 解：Q235钢，选用截面I16查型钢表得截面的几何特性为：，由长细比查表得：（a类），（b类）（1）在构件两端同时作用着大小相等、方向相反的弯矩弯矩作用平面内稳定：满足要求。弯矩作用平面外稳定：不满足要求。（2）在跨中作用一横向荷载弯矩作用平面内稳定：满足要求。弯矩作用平面外稳定：满足要求。4. 解：Q235钢，选用截面I20a查型钢表得截面的几何特性为：，由长细比查表得：（a类），（b类）弯矩作用平面内稳定：满足要求。弯矩作用平面外稳定：不满足要求。5. 解：Q235钢，（1）截面几何特性选用截面2I63a查型钢表得截面几何特性为：,由长细比查表得：（b类），（b类） 缀条：，分肢：，（2）验算截面强度满足要求。弯矩作用平面内整体稳定验算换算长细比满足要求。单肢稳定性验算（b类）不满足要求。验算缀条稳定斜缀条内力查表得：查附表1-5得：满足要求。故此