钢机构设计原理-夏志斌_课后习题答案

1、 钢结构原理与设计 部分答案参考答案13省略 没有计算4.1解： 焊缝质量为三级，用引弧板施焊。查表得E43焊条的，Q235钢的。故取。4.2解：焊缝质量为二级，未用引弧板施焊，4.4解：1）焊脚尺寸背部尺寸趾部尺寸为方便备料，取，满足上述要求。2）轴心力N的设计值按角钢背与趾部侧面角焊缝内力分配系数可知:等边角钢内力分配系数 对角钢趾部取力矩平衡得: 3)焊缝长度。当构件截面为一只角钢时，考虑角钢与节点板单面连接所引起的偏心影响， 应乘以折减系数0.85。角钢趾：取 （，取10mm的整数倍）角钢背：取 （，取10mm的整数）4.5解：腹板受到轴心拉力作用焊脚尺寸， 取时，不可行；取时，可行，

2、取取时，可行，取故最小的焊脚尺寸可取，钢板搭接长度为最大的焊脚尺寸可取，钢板搭接长度为4.7解：（1）直接计算法解得：采用，可（2）试算法取，可故4.8解： 取焊脚尺寸 （1）几何关系水平焊缝计算长度全部焊缝计算长度全部焊缝有效截面形心位置略去项焊缝有效截面对形心O的极惯性矩（2）强度验算 剪力和扭矩共同作用下的强度条件，可5.1解：则：查表，得：钢板螺栓孔壁承压承载力设计值：螺栓的强度设计值为：取需要的螺栓数目： 最少采用试取螺栓距端距边距因为板宽，若边距为则不满足间距不大于要求，故最外排每列螺栓应设3个，取螺栓横向间距为，端距为，螺栓数增加为8个。取螺栓纵向间距为，边距为。第二列布置2个螺

3、栓，符合不大于的构造要求。已知，在最外侧螺栓处的截面，钢板受力最大，截面上有3个螺栓孔，其净面积为最小，即：净截面平均拉应力为：，（为钢板面积，f应该按照钢板取）可下面再验算拼接板四角处有无块状拉剪破坏的危险。则每一块板呗抗剪破坏所需之力为拼缝一侧上、下两块拼接板同时有4角拉剪破坏时所需轴向力为因而此处不会发生块状拉剪破坏。5.4解： 设螺栓单列为n个。 （1）单个螺栓受剪承载力设计值： 螺栓杆被剪断承载力： 螺栓孔承压破坏承载力： 单个螺栓受剪承载力：（2）求每列螺栓的个数n的值。取 由修正公式（5.10）：取n=6（3）强度验算：螺栓除受扭转作用外，还受到竖向的剪力。由偏心剪力作用下强度条

4、件：，可5.5解： 设螺栓单列为n个。 （1）单个螺栓受剪承载力设计值： 螺栓杆被剪断承载力： 螺栓孔承压破坏承载力： 单个螺栓受剪承载力：（2）单个螺栓受拉承载力（由附表1.4得直径22mm的螺栓有效截面积）（3）单个螺栓受剪力和拉力的设计值：（4）因为螺栓同时受剪和受拉，需满足： 解得： 取5.8解：查表得：螺栓抗剪强度一个高强度螺栓的设计预拉力值钢板螺栓孔壁承压承载力设计值抗滑移系数取则（中传力摩擦面为2，故两边一起算，T不需除2）修正 取验算强度：强度：可，每侧所需螺栓数目为7个。5.9解：预拉力值：螺栓杆被剪断承载力：单个螺栓受拉承载力：单个螺栓受剪力和拉力的设计值：因为螺栓同时受剪

5、和受拉，需满足： 解得： 取摩擦型连接无需验算孔壁承压强度6.2解:由结点b的力的平衡可得:Ab杆受压力 Cb杆受拉力需要的构件截面面积：其中Ab杆为压杆，Cb为拉杆。Cb杆需要的截面回转半径为 由截面面积和回转半径可选用截面如下:选用供给 A,ix,iy均满足要求，无需验算。Ab杆需要的截面回转半径为： 可选供给对轴：此截面为B类截面，查表知，稳定性符合要求，可。 （同理，可得对轴：此截面为B类截面，查表知，稳定性符合要求，可。）6.5解：以实轴为X轴，虚轴为Y轴，则有： 此工字钢截面对x轴屈曲为B类截面，对y轴屈曲为C类截面。查表知： 解得：6.6解: 此工字钢对x轴屈曲为b类截面,对Y轴

6、屈曲为c类截面（1）试取查附表1.20可知： 需要翼缘板宽度：需要腹板宽度：需要截面面积：试选截面： （2）试取查表知: 故（b取340mm）考虑到容许宽厚比，不宜取太小，故取t=14mm，取试选截面： （3）略经比较，方案二较为合理，采用第二个方案截面尺寸： 查表知：，（4）验算整体稳定：，可（5）验算局部稳定：，可（6）强度不需验算。6.7解：（1）轴心压力设计值，（2）对截面实轴的稳定性选用分肢的截面假设，则需要分肢截面面积：需要回转半径：根据，选择I50a：，说明所选过大。假设，选用工字钢I45a： 此处A略小于需要的, 略大于需要的, 工字钢I45a可能是合适的截面。（3）由等稳定原

7、则确定两工字钢中心线距b对x轴和y轴屈曲时均为b类截面，等稳定原则要求由分肢长细比要求:取 取所以解出: 取整数（4）截面验算:1)长细比 2)构件的稳定验算由得到在允许范围之内 , 可以3)分肢验算: ，可（5）缀板连接及验算1)确定缀板尺寸分肢轴线距缀板高度采用(尽量取大的,使角焊缝不容易达到强度设计值)缀板厚度采用缀板中心距缀板长度 其中为工字钢的翼缘长度.采用缀板的尺寸为: 2)缀板内力几角焊缝连接计算:柱中剪力: 每个缀板平面分担的剪力: 缀板的内力: 其中18mm为工字钢45a的翼缘平均厚度.取角焊缝长度:，可3)缀板刚度验算:两缀板惯性距 及线刚度分肢工字钢线刚度线刚度比，可。6

8、.8解：(1)由等稳定原则确定工字钢轴线间距b采用 查表 解出: 取(2)截面验算 由得在允许范围之内，可(3)验算局部稳定为保证斜缀条与分肢轴线夹角为左右，采用，可(4)缀条稳定验算两工字钢腹板内侧间距缀条长度缀条内力查表得单面连接等边角钢强度设计值折减系数稳定验算:，可7.1解：查表得槽钢： (1)抗弯强度初判断点1为最先达到强度最大值的点， (2)剪切强度 查表得: 槽钢： (3)挠度由两个方向合成总挠度7.3解： I56a查表1.10可以得到（1）Q235，上翼缘承受满跨均布荷载，跨度中间无侧向支承点 需要验算整体稳定性（2）Q345钢，需要验算整体稳定性，（3）Q345钢，集中荷载作

9、用于跨中的下翼缘,跨中有一侧向支承点，则自由长度 对于Q345钢 （4）Q345，钢集中荷载作用于跨中的下翼缘,无侧向支承点 对于Q345钢 7.5解：规范规定轧制普通槽钢简支梁的整体稳定性系数 按照公式(7.32)整体稳定性要求验算此槽钢梁的整体稳定性不满足整体稳定要求采取措施：在跨中加侧向支承则可得，故，可7.7解：楼盖自重标准值可变荷载标准值（1）荷载和内力荷载标准值荷载设计值最大弯距标准值最大弯距设计值（2）试选截面假设次梁自重引起的弯距为。即最大弯矩标准值为，最大弯矩设计值。次梁上铺设钢筋混凝土预制楼板，楼板与次梁的上翼缘牢固相连，故对次梁不必计算整体稳定性。由抗弯强度确定需要的截面

10、模量为由均布荷载下简支梁的挠度条件确定所需要的惯性矩按需要的和查附表2.4，得最轻的热轧普通工字钢为I45b 取自重：（3）截面验算弯距设计值弯矩标准值剪力设计值抗弯强度：5%以内，符合要求。抗剪强度：，可。挠度：，可。7.9解： 楼盖自重标准值可变荷载标准值荷载和内力：荷载标准值荷载设计值次梁梁端剪力设计值（1）截面尺寸的选定1）腹板截面主梁受到次梁传递过来的的荷载为集中力P弯矩1.02为主梁自重引起的弯矩增大系数假设翼缘板厚，则取截面塑性发展系数所需截面模量梁的经济高度由附表1.7得，由（7.51）式得梁的最小高度，梁最大高度没有要求。采用腹板高度考虑翼缘厚度后梁高h满足腹板厚度：1. 2

11、.宜取为2mm的整数倍，故取腹板截面：2）翼缘截面由（7.57）式得单个翼缘所需截面时，可不计算梁的整体稳定性。时，翼缘不会局部失稳。宜在内b 260 280 300 320t 16.07 14.93 13.93 13.06t取 16 16 14 14A 41.6 44.8 42 44.8 13.8 11.25 22.86 3）综上采用翼缘截面：所以，梁截面为： （2）强度、整体稳定、折算应力梁自重1）抗弯强度2）抗剪强度3）同位连接不需验算腹板计算高度边缘的局部承压强度4）整体稳定性：，可不验算。5）折算应力次梁作用点处的主梁截面，该截面处的弯矩和剪力分别为验算该截面腹板顶端0点处的折算应力

12、6）挠度验算次梁对主梁的荷载标准值弯矩标准值挠度，可综上可知所选板梁截面合适。（3）翼缘截面改变及改变后折算应力验算1）试改变截面在处改变翼缘宽度，此时弯矩设计值 过小，不满足，不可采用此改变截面方法。2）取改变后翼缘宽得实际改变点位置改变后截面改变截面后板梁截面积改变截面段内梁自重改变截面后梁惯性矩改变截面后梁截面模量改变截面后截面能抵抗的弯矩又因，将值代入解得构造要求由过渡到需做成不大于1:2.5的斜坡，故实际改变点位置3）截面改变后折算应力截面改变处的腹板顶端的正应力考虑截面改变引起的自重改变对截面改变处剪力的影响截面改变处腹板和翼缘连接处的折算应力（4）挠度验算由前面可知，未改变截面时

13、相对挠度为截面改变引起的挠度增大系数截面改变后相对挠度，可（5）翼缘焊缝的计算因在第（6）步中将设置横向加劲肋以传递集中力P，故在（7.61）式中取F为零，则（7.61）式简化为梁端截面：截面改变引起自重变化使梁端剪力变小，偏于安全考虑，仍取，翼缘改变处截面：，构造要求：最后取（6）中间加劲肋的布置以及截面尺寸的选定1）加劲肋布置按照构造要求设置加劲肋间距要求考虑到集中力作用点位置，取2）局部稳定验算受压翼缘未受扭转约束由（7.67b）又，则由（7.72b），按照局部压应力计算要求（7.11）式可知，无需计算局部压应力区格1处弯矩梁端弯矩，截面惯性矩为，区格1和区格2交界处左边的剪力由局部稳定

14、验算条件（7.81），可区格2处弯矩，截面弯矩为区格2和区格3交界处（集中力P作用点）左边的剪力，可区格3区格2和区格3交界处（集中力P作用点）右边的剪力,可3）加劲肋的尺寸选定由（7.88）式考虑加劲肋与改变后的截面翼缘平齐，取（7）端部支承加劲肋（突缘式）计算1）支承加劲肋截面尺寸由附表1.1得支座反力支承加劲肋截面宽度，需要支承加劲肋截面厚度为保证梁在支座处有较强刚度，取支承加劲肋厚度与翼缘板厚度相同，加劲肋端面刨平顶紧，突缘伸出板梁下翼缘底面长度取20mm，满足故支承加劲肋截面取2）支承加劲肋在腹板平面外的稳定，这里计算长度偏安全地取为C类截面，查表得，可3）与腹板的角焊缝连接横向加劲

15、肋与腹板的角焊缝连接，取由附表1.2得由（7.94）式按照构造要求最后取8.1解： : 由热轧工字钢，可知，对x轴屈曲属于a类截面，查表得：对y轴屈曲属于b类截面，查表：（1）弯矩作用平面内稳定由、均为顺时针方向且 可。（2）弯矩作用平面外稳定侧向支承处弯矩（逆时针） 要求查表得。由跨中有侧向支承，查表得（线性内插法） 可。【*若按照近似公式5%以内，可。】（3）截面强度，可。（4）局部稳定翼缘板的局部稳定腹板的局部稳定 成立，可。（5）可以看出，弯矩作用平面外稳定最接近限值，故截面尺寸应由弯矩作用平面外稳定条件控制。【*挠度验算：两端弯矩作用挠度为 由可知，处 ，可。】8.2解：查表 ： （1）弯矩作用平面内稳定 故取点2（背风面）为计算点对x轴屈曲均b类截面 两端支承无弯矩只有横向荷载，（2）弯矩作用平面外稳定无端弯矩有横向荷载，单轴对称截面，以换算长细比代替按c类截面查取由（6.52a）不满足弯矩作用平面外稳定要求。（3）截面强度，可（4）对受拉翼缘的补充验算，可8.5解： 查表得： 由题目知：格