钢结构设计复习题

1、例5.5.7 按构造要求计算焊脚的尺寸要求：确定图5.5.7所示贴边焊的合理焊脚尺寸.答案：根据规范第8.2.7条第一款、第二款的规定 1） 在图5.5.7（a）中， 取 取 因是贴边焊：所以取合理。2） 在图5.5.7（b）中 取 取 因是贴边焊且取所以取焊脚尺寸合理。例5.5.10角钢用角焊缝连接于钢柱上的焊缝计算条件：如图5.5.10所示，角钢用角焊缝连于钢柱上。焊缝分布于角钢二侧。焊脚尺寸，钢材为Q345，焊条E50型，手工焊。 要求：确定焊缝所能承受的最大静力荷载直F。 答案：将偏心力F向焊缝群形心简化，则焊缝同时承受弯矩和剪力VFkN，按最危险点A或B确定焊脚尺寸。因转角处有绕角焊

2、缝2，故焊缝计算长度不考虑弧坑影响，200mm。 焊缝计算截面的几何参数： 应力分量： ：0，3571F由规范表3.4.13查得角焊缝强度设计值严。解得：.因此该连接所能承受的最大静力荷载设计值为450.7kN. 例5.5.15】 竖立钢板用角焊缝连接于钢柱上的焊缝计算（拉、剪） 条件：图5.5.16所示，一竖立钢板用有 钢柱上。已知焊缝承受的静态斜向力N=280N（设 计值），60°，角焊缝的焊脚尺寸8mm，钢材为Q235B，手工焊，焊条E43. 要求：验算直角角焊缝的强度 答案：查表得 1）解法1 将N力分解力垂直于焊缝和平行于焊缝的分力，即焊缝同时承受和作用，可用规范式（7.1

3、.3-3）验算 2）解法2 已知=60° 280kN，满足要求 例5.5.17】 角钢和节点板连接计算（两边侧焊连接） 条件：如图5.5.19所示，角钢和节点板采用两面侧焊焊缝连接，N667kN（静载设计值），角钢为，节点板厚度为10mm，钢材为Q235，焊条为E43型，手工焊。 要求：试确定所需焊缝的厚度和施焊长度 答案：角焊缝的强度设计值 角钢肢尖处 角钢肢背处 角钢肢背、肢尖都取（角钢肢背和肢尖可采用相同的焊脚尺寸，也可使肢背的焊脚尺寸比肢尖的大2mm）。 所需焊缝计算长度为 侧面焊缝实际施焊长度为，取280mm，取130mm例5.5.18 角钢和节点板连接计算（三面围焊连接）

4、 条件：图5.5.20所示角焊缝与连结板的三面围焊连接中，轴心力设计值N=800Kn(静力荷载)，角钢为2L110×70×10（长肢相连），连接板厚度为12mm，刚才Q235，焊条E43型，手工焊。 要求：试确定所需焊脚尺寸和焊缝长度。答案：设角钢肢背、肢尖及端部焊脚尺寸相同，取;由规范表3.4.13查的角焊缝强度设计值160Nm。端缝能承受的内里为：肢背和肢尖分担的内力为：肢背和肢尖焊缝需要的实际长度为： 取235mm 取100mm 例 5.5.24 两钢板拼接的螺栓连接条件：两截面为的钢板，采用双盖板和C级普通螺栓连接，螺栓M20，刚才Q235，承受轴心拉力设计值N=9

5、40Kn. 要求：试设计此链接。答案：1）确定连接盖板截面。采用双盖板拼接，截面尺寸选，于连接钢板截面面积相等，刚才也采用Q235.2)确定螺栓数目和螺栓排列布置。由规范表3.4.1-4查得：，。单个螺栓受剪承载力设计值：单个螺栓承压承载力设计值：则连接一侧所需螺栓数目为：个，取n=12个。采用图5.5.26所示的并列布置。连接盖板尺寸采用2块，其螺栓的中距、边距和端距均满足规范表8.3.4的构造要求。3）验算连件的净截面强度。由规范表3.4.1-1查得。连接钢板在截面受力最大的N,连接盖板则是截面受力最大也是N，但是因两者刚才、截面均相同，故只验算连接钢板。设螺栓孔径。满足。例5.5.27梁

6、柱相连的螺栓连接条件：图5.5.29所示梁用普通C级螺栓与柱的翼缘相连。此连接承受剪力设计值V=260kN，弯矩设计值M38kNm，梁端竖板下设上支托。钢材Q235，螺栓直径20mm螺纹处的有效面积，焊条采用E43系列，手工焊。 要求：按可拆卸的和永久性的两种情况分别设计此连接。答案：1.假定结构为可拆卸的，且支托只在安装时起作用，此时螺栓需同时承受拉力和剪力。设螺栓群绕最下一排螺栓旋转，采用10个螺栓分两列均匀排开，如图5.5.29（a），其内力分布如图5.5.29（c）所示。最上排螺栓承受的拉力最大，按下列公式计算： 每个螺栓承受的剪力为： 查规范表3.4.1-4，Q235级钢普通C级螺栓

7、 ， 单个螺栓的承载力为： 按规范公式（7.2.1-8）和（7.2.1-9）的要求：,满足要求。2.假定结构为永久性的，剪力V由支托承受，弯矩N由螺栓承受。取螺栓实木为8个，均匀排成两列如 图5.5.2（d）所示，其内力分布如图5.5.29（e）。最上一排单个螺栓承受拉力为：支托和柱翼缘的连接用侧面角焊缝，查表得，考虑V力对焊缝的偏心影响，取，。例5.5.33】 角钢和节点板的搭接连接（用螺栓连接条件：有一角钢和节点板搭接的螺栓连接，钢材为Q235B·F钢。承受的轴心拉力设计值计值（静载）。采用C级螺栓，用的角钢组成T形截面（见图5.5.33），截面积。 要求：确定螺栓数量和布置 答

8、案：1.栓直径确定 根据在角钢上设置螺栓的构造要求，在角钢上的栓孔最大开孔直径为23.5mm，线距e=50mm。据此选用M20螺栓，孔径为。由螺栓的最大、最小容许距离queding螺栓边距和中距。顺内力方向边，故取端距为45mm中距（螺距），故取端距为65mm螺栓数目确定：一个C级螺栓受剪承载力设计值为所需螺栓数目n为个 取7个螺栓布置如图5.5.33所示。故螺栓的承载力设计值应乘以折减系数为得所需螺栓数为个所以取7个螺栓满足螺栓抗剪要求。3.构建净截面强度验算所以该连接按M20，7个螺栓如图布置满足要求。例5.5.37】 钢板连接的承载力计算（用螺栓连接） ！条件：图示5.5.35的两块钢板

9、被两块盖板用M20的C级螺栓拼接，螺栓孔径d22mm。螺栓排列如图5.5.35。钢材为。要求：试确定此拼接所能承受的最大轴心拉力设计值N（静载）。答案：1螺栓的排列距离校核 C级螺栓的M20，应取栓空。螺栓中心间距、中心至构件边缘距离均符合螺栓排列距离的最大、最小要求。2.螺栓能承受的最大轴心拉力设计值 一个螺栓抗剪承载力设计值为 。是短拼头，螺栓承载力不折减。所以：所以螺栓能承受的最大拉力设计值为3.构件能承受的最大轴心拉力设计 值由图5.5.35（b）主板轴力图得主板1-1正交或折线截面是危险截面。主板1-1正交 净截面积主板1-1折线净截面积为由图5.5.35（b）盖板轴力得盖板3-3截

10、面是危险截面.盖板3-3净截面积WEI 所以故所以，该连接所能承受的最大拉力设计值N（静载）为由上计算表明，该连接多能承受的最大拉力设计值N是由主板净截面强度条件控制。例5.5.38 钢板连接的承载力计算（用高强度螺栓摩擦型连接）条件：同例5.5.37，但改用8.8级M20高强度螺栓摩擦型连接，接触面采用喷砂后生赤锈处理。要求：试确定此拼接所呢个承受的最大拉力值N。答案：1.螺栓距离校核取，符合摩擦型栓孔比栓杆大1.52.0mm的要求。螺栓中心间距，中心至构建边缘距离同例5.5.37一样，符合要求。2.螺栓能承受的最大轴心拉力设计值 在抗剪连接中，每个高强度摩擦型螺栓的承载力设计值为 所以为=

11、3.构件能承受的最大轴心拉力设计值根据摩擦型螺栓轴力图5.5.36和由图5.5.35（b）主板轴力图得主板1-1正交或折线截面是危险截面。得主板1-1正交净截面对应的为得主板1-1折线净截面对应的为盖板3-3净截面,对应的为主板毛截面A，对应的为=697568N所以，该连接所能承受的最大拉应力设计值N为由上计算表明，该连接多能承受的最大拉力设计值N是由主板净截面强度条件控制。例5.2.3 焊接工形等截面简支梁的强度、刚度验算条件：某焊接工字形等截面简支楼盖梁，截面尺寸如图5.2.3示，无削弱。在跨度中点和两端都没有侧向支承，材料为Q235钢。集中荷载标准值，为间接动力荷载，其中可变荷载效应占一

12、半，多用正在梁的顶面，其沿梁跨度方向的支承为130mm。要求：验算该梁的强度和刚度答案：Q235钢强度设计值 楼盖主梁的挠度容许值 1. 截面几何特性计算面积 中和轴位置（图5.2.3（b）：度强轴x轴的惯性矩式中略去不及翼缘板对自身形心轴的惯性矩。对受压纤维的截面模量对受拉纤维的截面模量受压翼缘板对x轴的面积矩受拉翼缘板对x轴的面积矩x轴以上（或以下）截面对x轴的面积矩2. 梁的内力计算（1） 荷载计算梁自重标准值 式中1.2为考虑腹板加劲肋等附加构造用钢材使梁自重增大的系数，为钢材质量密度，9.807为重力加速度取值。梁自重设计值 集中荷载设计值 (2)梁的内力计算（5.2.4）跨中截面弯

13、矩设计值 支座截面剪力设计值跨度中点截面处剪力设计值3. 截面强度计算（1） 抗弯强度验算跨中截面受拉边缘纤维因截面无削弱，翼缘厚t=14mm，受压翼缘自由外伸宽度，查规范4.1.1条，取截面塑性发展系数。 基本满足要求。（2） 梁支座截面处的抗剪强度 ，满足要求。（3） 腹板局部承压强度由于在跨度中点固定集中荷载作用处金额支座反力作用处设置支承加劲肋，因而不被验算腹板局部承压强度。（4） 折算应力 由跨度中点截面腹板计算高度下边缘处控制，该处的正应力剪应力和局部压应力分别为：折算应力：，满足要求。4. 刚度计算（规范第3.5.1条）跨中最大挠度满足要求。该梁的强度刚度均满足要求。例5.2.6

14、双轴对称焊接工字形等截面简支梁的整体稳定验算（跨中有一个侧向支承点）条件：某焊接工字形等截面简支梁（图5.2.6），跨度12m，自重2.45kNm（标准值）。梁上翼缘有3个集中荷载F500kN（设计值）分别作用于跨度的四分点处，跨度中点有一个侧向支承，钢材为Q343钢。 要求：试验算此梁的整体稳定性。 答案：（1）判断是否要进行整体稳定计算 梁受压翼缘侧向自由长度与其宽度的比值13，超过规范表4.2.1规定的数值，故进行整体稳定计算 （2）求最大弯矩设计值 （3）梁截面几何特性 （4）钢材强度设计值翼缘钢板厚度为20mm，查规范表3.4.1-1得。（5）用近似公式计算因，可以用规范（B.5-1

15、）式计算 ，满足要求.(6)用规范（B1）公式计算 按规范表B.1跨度中点有一个侧向支承点的情况，但3个集中荷载不全位于跨中央附近，故根据注3，应取表中项次5，即按均布荷载作用在上翼缘上的。双轴对称截面整体稳定系数为 整体稳定性满足要求。例5.3.9】 工形截面柱的刚度、整体稳定验算 条件：两端铰接轴心压杆所受的轴向压力设计值N=500kN，柱的高度为6m，设在x平面内柱高为4.5m处有支撑系统以阻止柱的侧向位移，柱截面为焊接工字形翼缘为轧制边，尺寸如图5.3.8所示，钢材为Q235。 要求：验算整体稳定性 答桑：根据题意可知。l）计算截面特征值。 毛截面面积： 截面惯性： （忽略腹板） 截面

16、回转半径： 2）柱的长细比和刚度验算。 3）整体穗定验缉。 根据截面组成条件，从规范表5.1.-1知，对x轴属b类，对y轴属c类，查规范表C-2，C-3得： 满足要求。例5.3.11工形截面柱的局部稳定验算条件：焊接组合工字形截面轴心受压柱，柱截面尺寸和轴心压力与例5.3.10相同。 要求：验算实腹桂腹板和翼缘的局部稳定。 答案：腹板高度，厚度；长细比，翼缘外仲宽度，厚度。 腹板局部稳定按规范公式（5.4.2-1）： 翼缘局部稳定性按规范公式（5.4.1-1） 腹板和翼缘的局部稳定均能得到保证。例5.3.14】 支架的杆件截面设计 条件：如图5.3.12（a）所示为一管道支架，其支柱的设计压力

17、为N16o0kN（设计值），柱两端铰接，钢材为QZ35，截面无孔眼削弱。 要求：试设计此支柱的截面：采用普通轧制工字钢； 答案：支柱在两个方向的计算长度不相等，故取如图5.3.12（b）所示的截面朝向，将强轴顺x轴方向，弱轴顺y轴方向。这样，柱在两个方向的计算长度分别为：（1）试选截面 假定90，对于轧制工字钢，当绕x轴失稳时属于a类截面，由规范表c-1查得绕y轴失稳时属于b类截面，由规范表C2查得。需要的截面面积和回转半径为： 不可能选出同时满足的型号，可适当照顾到和进行选择。现试选（2） 截面验算因截面无孔眼削弱，可不验算强度。又因轧制工字钢的翼缘和腹板均较厚，可不验算局部稳定，只需进行整

18、体稳定和刚度验算。长细比： 远大于，故由查规范表C-2得。例5.3.17 格构柱的强度、稳定和刚度验算条件：图5.3.17所示截面的轴心受压缀条柱，格构式柱截面由两个普通槽钢（）组成，柱肢的中心距为260mm，缀条采用单角钢（）。荷载的设计值为轴心压力N=1750kN，柱的计算长度为，钢材为Q235，截面无削弱。要求：验算柱肢和缀条的强度、稳定和刚度答案：1.截面特性：柱截面面积 单肢计算长度 单肢回转半径 绕虚轴惯性矩 虚轴回转半径 长细比 缀条截面面积 换算长细比 2.截面验算双槽钢格构式柱属规范表5.1.2-1中的b类截面，只需要计算绕虚轴的稳定性，查规范表C-2，当时，于是 满足整体稳定要求；因截面无削弱不需要验算净截面强度。局部稳定：因柱肢为型钢，局部稳定能够保证。4.刚度验算 5. 缀条截面验算：应用