建筑钢结构设计

1、复习题一、填空题1、钢结构的极限状态分为和 。2、钢材的三个重要力学性能指标为、 和 。3、是判断钢材塑性变形能力及冶金质量的综合指标。4、建筑常用的热轧型钢包括、 、 、 。5、硫元素使钢材发生而磷元素使钢材发生 。6、普通螺栓连接抗剪时是依靠和 来传力。7、塑性破坏的特征是：钢材在断裂破坏时产生很大的塑性变形，又称为 ，其断口呈 ，色发暗，有时能看到滑移的痕迹。8、塑性是指钢材破坏前产生塑性变形的能力，其值可由静力拉伸试验得到的力 学性能指标 与断面 来衡量。9、碳是钢材中除铁外的最主要元素。含碳量上升尽管能使钢材的强度上升，但 会导致其塑性、 、 、可焊性下降。10、螺栓连接分连接和 连

2、接两种。11、当h0/tw80 235/fy 时，对于有局部压力的梁，应按构造配置横向加劲肋， 横向加劲肋最小间距为 ，最大间距为 。12、焊接组合梁在工厂拼接中，翼缘和腹板的拼接位置最好错开，并采用对 接 ，腹板的拼接焊缝与横向加劲肋之间至少应相距 。13、根据次梁与主梁相对位置不同，梁的连接分为和 两种。14、平板式柱脚一般由底板和辅助传力零件：、 、 组成。15、普通螺栓连接按受力情况可分为螺栓只承受、 、承受的共同作用。16、钢结构是用、 或冷加工成型的 制造而成的。17、脆性破坏的特征是：钢材在断裂破坏时没有明显的征兆，其断口 ，呈有光泽的晶粒状。18、冷弯性能是判别钢材能力及 的综

3、合指标。19、磷虽能提高钢材的强度及耐锈蚀性能，但会导致钢材的、 、焊接性及冷弯性能严重降低。20、钢结构的连接方法可分为、 和 三种。21、轴心压杆屈曲形式为、 、 。22、当h0 / tw 170 235/ fy （梁受压翼缘扭转受到约束）时，或按计算需要时， 应在弯曲应力较大区格的受压区增加配置 。局部压应力很大的梁， 必要时尚应在受压区配置 。23、工地拼接一般应使翼缘和腹板在同一截面或接近于同一截面处断开， 以便分 段 。为了便于焊接，将上、下翼缘板均切割成向上的 坡口，以便 俯焊。24、次梁与主梁从传力效果上分为与 两种。25、柱脚底板的厚度由板的决定，可将底板看作是一块支承在 、

4、隔板和 上的平板。26、螺栓连接的破坏情况为、 、 、钢板剪断和螺栓弯曲。27、国家标准规定 Q235 钢的屈服点不低于。28、规范对轴心受力构件的强度计算，规定净截面的不应超过钢材的强度设计值。29、焊接残余应力对构件的无影响。30、在弹性阶段，侧面角焊缝应力沿长度方向的分布为。31 梁受固定集中荷载作用，当局部压应力不能满足要求时，采用在集中荷载作 用处设 是较合理的措施。32、承受静力荷载或间接承受动力荷载的工字形截面压弯构件的强度计算公式 中，截面塑性发展系数 x=、y=。33、一宽度为 b、厚度为 t 的钢板上有一直径为 d0 的孔，则钢板的净截面面积 为。34、当缀条采用单角钢时，

5、按轴心压杆验算其承载能力， 但必须将设计强度按 钢 结构规范规定乘以折减系数，原因是 。35、对于 h0 /tw 80 235/ fy 的梁，一般应配置并计算局部稳定。36、梁的强度验算，除了包括正应力、剪应力、还要根据截面形式和受力情况进 行 和 验算。37、 钢结 构 设 计 规范 GB50017-2003中 对 承重 结 构的 钢材 推 荐采 用 、 、 、 钢。38、提高钢梁的整体稳定性最有效的办法之一就是设置侧向支承点， 但侧向支承 点必须设在钢梁的翼缘。39、加劲肋可以用或做成。40、高强螺栓分、两种 。二、判断题1、当引出线的箭头指向焊缝所在的一面时，应将图形符号和焊缝尺寸等标注

6、在 水平横线的下面。2、在搭接连接中，当仅采用正面角焊缝时，其搭接长度不得小于焊件较大厚度 的 5 倍，也不得小于 25mm 。3、角焊缝的计算长度，考虑起灭弧缺陷，按每条焊缝的实际长度每端减去t （t连接板的较小厚度）计算。4、双肢格构式轴心受压柱，实轴为 y-y 轴，虚轴为 x-x 轴，应根据 0x=y 确定肢 件间距离。5、残余应力对轴心受压构件弱轴的影响要比对强轴的影响大。6、当引出线的箭头指向对应焊缝所在的另一面时，应将图形符号和焊缝尺寸等 标注在水平横线的上面。7、对接焊缝的计算长度，当未采用引弧板时，取实际长度减去2hf。8、验算工字形截面梁的折算应力，公式为：2 3 2 1 f

7、 ，式中、应为验算截面中的最大正应力和验算点的剪应力。9、侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度不得小于 8hf或 40mm。10、中和轴是截面面积的平分轴。11、摩擦型高强螺栓连接受剪破坏时，作用剪力超过了连接板件间的摩擦力。12、工字形截面梁受压翼缘宽厚比限值为b1/t 15 235/ fy ，式中 b1为翼缘板外伸宽度。13、当梁受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比大于 13 235/ fy 时，应取 x=1.014、轴心压杆计算时要满足强度、整体稳定和刚度（长细比）的要求。15、低碳钢和低合金钢的区别在于碳和合金元素的含量不同。16、冷弯性能是判断钢材塑性变形能力及冶金质量的综合指标。17、Q

8、235D表示屈服强度为 235N/mm 2， D 级，特殊镇静钢。18、轴心压杆的屈曲形态包括弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲。三、简答题1、钢结构有哪些特点？2、钢结构的应用范围是什么？3、结构用钢为何要选用塑性、韧性好的钢材？4、延性破坏和脆性破坏的含义？5、用于钢结构的钢材必须具有哪些性能？6、选择钢材时应考虑哪些因素？7、等稳定的原则是什么？8、实际工程中，梁满足哪些要求可以不必计算梁的整体稳定性。9、格构式压弯构件为何不计算平面外的稳定性？10、减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法？11、为了减少焊接应力和焊接变形，设计时在构造上要采用哪些措施？12、什么是应力集中？ 13、螺栓群受扭计

9、算时采取的假定是什么？14、影响梁整体稳定的主要因素有哪些？15、焊缝群受扭计算时采取的假定是什么？16、简述梁丧失整体稳定性？17、单个抗剪螺栓的抗剪承载力设计值为Nvbnvd24单个抗剪螺栓的承压承载力设计值为 Ncb d tfcb解释式中各参数的意义18、一个高强度螺栓的抗剪承载力设计值为 Nvb 0.9nf P解释式中各参数的意义。19、一矩形截面梁，截面宽度为 b，截面高度为 h，该梁在弹性工作阶段的最大 弯矩为多少？产生塑性铰时的最大弯矩为多少？截面的形状系数 是多少？20、梁整体稳定系数的计算公式为解释式中各符号的意义。4320 Ahb2y W1 ( yt1 )22351 (4.

10、4h)四、计算题1、某 8m 跨度简支梁的截面和荷重如图所示。 在距支座 2.4m 处有翼缘和腹 板的拼接连接，试设计拼接的对接焊缝。已知钢材为Q235，采用 E43 型焊条，手工焊，三级质量标准，施焊时采用引弧板。( ftw 185N /mm2; fvw 125N /mm2 )2、如图所示为短横梁与柱翼缘的连接，剪力 V=450kN，e=120mm，螺栓为 C 级，梁端竖板下有承托(承托承担全部剪力) 。钢材为 Q235，螺栓为 M20( A e=244.8mm2) ftb 170N /mm2 ，试计算此连接。3、如图所示一焊接工字形截面柱，翼缘板为焰切边，承受轴心压力（包括 自重）设计值为

11、 N=1100kN，柱两端铰接，在两个方向的计算长度分别为 lox=6m 和 loy=3m，钢材为 Q235，f=215N/mm2，fy=235N/mm2， =150，截面无孔洞削 弱，验算截面是否可以安全承载？绕 x轴和 y 轴均属 b 类截面。=58 =0.818；=59 =0.813；=60 =0.807。4、如图所示牛腿板承受扭矩设计值T=60kNm，钢材为 Q235，焊条为E43 系列，采用三面围焊的角焊缝与柱连接， 焊角尺寸 hf=8mm，验算此连接是否安全？ ffw =160N/mm25、如图所示牛腿采用普通螺栓连接，螺栓直径 d=20mm，C 级螺栓，螺栓和构件材料为 Q235

12、，弯矩设计值 M=35kNm，ftb =170N/mm2，Ae=245mm2，验算此连接是否安全？6、如图所示一钢牛腿，承受荷载设计值 V=90kN,其偏心距 e=300mm，用高 强度螺栓摩擦型连接于工字形柱的翼缘上。钢材为 Q345，10.9 级 M20 螺栓，喷 砂后生赤锈处理接触面。试验算螺栓的强度是否满足要求。P=155 kN，0.5， Nvb 69.75kN )7、如图所示角钢和节点板采用两边侧焊缝连接， 静力荷载设计值 N=660kN ， 角钢为 2L11010，节点板厚度 t=12mm，钢材为 Q235，焊条为 E43 系列，手工 焊，角焊缝的强度设计值 f fw =160N/

13、mm2。使确定所需角焊缝的焊脚尺寸 hf和实际长度8、试计算图所示拉弯构件的强度和刚度。轴心拉力设计值N=210kN ，杆中点横向集中荷载设计值 F=31.2kN，均为静力荷载，钢材 Q235。 =350，x1=1.05， x2=1.2。一个 角钢 L140908 的 截面特 征和重量 ：A=18.0cm2，q=14.2kg/m，Ix=366cm4，ix=4.5cm，zy=45mm。钢结构参考答案一、填空题1、承载能力极限状态、正常使用极限状态； 2、屈服点、抗拉强度、伸长率； 3、 冷弯性能； 4、角钢、槽钢、工字钢、 H 型钢； 5、热脆、冷脆； 6、孔壁挤压、 栓杆抗剪； 7、延性变形、

14、纤维状； 8、伸长率、收缩率； 9、韧性、冷弯性能； 10、普通螺栓、高强度螺栓； 11、0.5h0、2h0；12、直焊缝、 10tw； 13、叠接 、 平接； 14、靴梁、隔板、肋板； 15、剪力、拉力、 剪力和拉力； 16、钢板、热 轧型钢、薄壁型钢； 17、变形、平直； 18、塑性变形、冶金质量； 19、塑性、冲 击韧性； 20、焊缝连接、螺栓连接、铆钉连接； 21、弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭 屈曲； 22、纵向加劲肋、短加劲肋； 23、运输、 V形； 24、铰接、刚接； 25、抗 弯强度、靴梁、柱身； 26、螺栓杆剪断、孔壁挤压、钢板被拉断； 27、235N/mm2； 28、平均应力；

15、29、静力强度； 30、两端大而中间小； 31、支撑加劲肋； 32、1.05 、 1.2 ；33、bt td 0；34、考虑到受力时的偏心作用； 35、横向加劲肋； 36、局部 压应力、折算应力； 37、 Q235、Q345、Q390、 Q420；38、受压翼缘； 39、钢板、 型钢； 40、摩擦型、承压型。二、判断题1、 2 、 3 、 4 、 5 、 6 、 7 、 8 、 9 、 10 、 11 、 12 、 13 、 14 、 15 、 16 、 17 、 18、三、简答题1、（1）钢材强度高，塑性和韧性好； （ 2）材质均匀，和力学计算的假定比较符 合；（3）钢结构制造简便，施工周期

16、短； （4）钢结构的质量轻；（5）钢材耐腐蚀 性差；（6）钢材耐热但不耐火。2、（1）大跨度结构；（2）重型厂房结构； （3）受动力荷载影响的结构； （4）可 拆卸的结构；（5）高耸结构和高层建筑；（6）容器和其他构筑物；（7）轻型钢结 构。3、塑性好则结构破坏前变形比较明显从而可减少脆性破坏的危险性，并且塑性 变形还能调整局部高峰应力， 使之趋于平缓。 韧性好表示在动荷载作用下破坏时 要吸收较多的能量，同样也降低脆性破坏的危险程度。4、超过屈服点即有明显塑性变形产生的构件，当达到抗拉强度时将在很大变形 的情况断裂， 称为延性破坏。 由于破坏前有很明显的变形， 并有较长的变形持续 时间，便于发

17、现和补救。 与此相反， 当没有塑性变形或只有很小塑性变形时即发 生的破坏，是材料的脆性破坏。5、（1）较高的强度，即抗拉和屈服强度比较高； （2）足够的变形能力，即塑性 韧性好。（3）良好的加工性能。6、结构或构件的重要性；荷载性质；连接方法；工作条件；对于重要结构、直 接承受动载的结构、 处于低温条件下的结构及焊接结构， 应选用质量较高的钢材。7、含义一：构件绕两个主轴的稳定性力求一致，没有强轴和弱轴之分；含义二： 构件的整体屈曲应力与组成板件的局部屈曲应力力求一致， 即局部和整体的稳定 性一致。8、（1）有铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连接，能阻止梁受压翼缘的 侧向位移时；（2）H

18、型钢或工字形截面简支梁受压翼缘的自由长度与其宽度之比 不超过规范规定限值时； （3）箱形截面简支梁，其截面尺寸满足特定要求时。9、分格构式压弯构件平面外的稳定性在分肢验算时已得到保证。10、（1）采用合理的施焊次序；（2）施焊前给构件一个和焊接变形相反的预变形，使构件在焊接后产生的焊接变形与之正好抵消； （3）对于小尺寸焊件， 在施焊前 预热，或施焊后回火，可消除焊接残余应力。11、（1）焊接的位置要合理；（2）焊缝尺寸要适当；（3）焊缝不宜过分集中；（4） 应尽量避免三向焊缝相交； （ 5）要考虑钢板分层问题。12、答：钢构件在孔洞、 缺口、凹角等缺陷或截面变化处， 由于截面的突然改变， 致

19、使应力线曲折、密集，故在孔洞边缘或缺口尖端附近，产生局部高峰应力，其 余部位应力较低，应力分布很不均匀，这种现象称为应力集中。13、被连接构件是刚性的，而螺栓则是弹性的；各螺栓绕螺栓群形心旋转，其受 力大小与其至螺栓群形心的距离成正比， 力的方向与其和螺栓群形心的连线相垂 直。14、（1）截面刚度；（2）受压翼缘的自由长度；（3）支承状况；（4）荷载的作用 位置；（5）荷载类型。15、（ 1）被连接件是绝对刚性的，它有绕焊缝形心 O 旋转的趋势，而角焊缝本 身是弹性；（2）角焊缝群上任一点的应力方向垂直于该点与形心的连线， 且应力 大小与连线长度成正比。16、在梁的两端作用有弯矩 Mx，Mx

20、为绕梁惯性矩较大主轴即 x 轴的弯矩。当 Mx 较小时，梁仅在弯矩作用平面内弯曲，但当 Mx 逐渐增加，达到某一数值时， 梁将突然发生侧向弯曲和扭转， 并丧失继续承载的能力。 这种现象称为梁丧失整 体稳定。17、nv 受剪面数目； d螺栓杆直径； fvb 螺栓抗剪强度设计值；t在同一受力方向的承压构件的较小总厚度； fcb 螺栓承压强度设计值。18、0.9抗力分项系数的倒数； nf一个螺栓的传力摩擦面数目； 摩 擦面的抗滑移系数； P高强度螺栓预拉力。19、在弹性阶段的最大弯矩M e Wn f ybh2在塑性阶段的最大弯矩M p Wpn fybh2截面的形状系数 MpMe2bh2fy /4 6

21、2 1.5bh2fy /6 4y20、 y梁在侧向支承点间对截面弱轴y-y 的长细比； A梁的毛截面面积；h、t 1 fy梁截面的全高和受压翼缘厚度；钢材的屈服强度。W截面最大受压纤维的毛截面模量；四、计算题1、解（ 1）距支座 2.4m 处的内力计算2）焊缝计算截面的几何特征值计算3）焊缝强度计算2、解：螺栓群承受的弯矩M=Ve=4500.12=54kN m 一个螺栓的抗拉承载力设计值为Ntb Ae ftb 2.448 170 10 1 41.62kN螺栓的最大拉力2Nt36kN Ntb 41.62kNMy154 102 40m yi2 2 102 202 302 402满足要求3、解： (

22、1)截面特性A=2201.4+20 0.6=68cm2Ix=(20 22.83-19.4 203)/12=6821cm4Iy=21.4 203/12=1867cm41867685.24cm2）刚度和整体稳定验算lox600ix 10.0259.88 150loyyiy3005.2457.25 1500.8083N 1100 1032A 0.808 68 102200.2N /mm2 f=215N/mm2满足要求3）局部稳定验算翼缘： bt1 1947 6.93(10 0.1(10 0.159.88) 22335515.99腹板 thw0 2060满足要求4、解：2 0.7 0.8 19.22 /20.7 0.8 2 19.2 305.39cmIwx0.70.8 3102319.2 152 26098.4cm4I wy20.7 0.8 30 5.3922 0.7 0.819.2312219.20.7 0.8 19.2 5.39 221529.816cm44J I wx Iwy 7628.216cm4TryJ60 106 15076282160117.983N /mm2Trx660 106 138.176282160108.63N /mm22108.6231.22117.9832 147.81N /mm2 ffw160N /mm25、解：一个螺栓的抗拉承载力设计值为：Ntb