钢结构设计原理习题课
(完整版)钢结构设计原理习题集及答案
应用范围：（1）承受荷载很大或跨度大，高度大的结构；（2）承受动力荷载作用或经常移动的结构；（3）经常拆装的拼装式结构；（4）对密闭性要求高的结构；（5）高温车间或需承受一定高温的结构；（6）轻型结构
2．试举例说明钢结构的主要发展趋势。
答：（1）高性能钢材的研制；（2）设计方法和计算理论的改进；（3）结构形式的革新
显而易见，在受剪连接中，摩擦型高强度螺栓开孔对构件截面的削弱影响较小。
第五章轴心受力构件
练习题
一、选择题
1．对于焊接组合工字形截面轴心受压杆，其腹板局部稳定的高厚比限制条件是根据边界条件为的矩形板单向均匀受压确定的。
A．两受荷边简支，另两边弹性嵌固；B．四边弹性嵌固；
C．两边简支，另两受荷边弹性嵌固；D．四边简支
B．单个螺栓的承压承载力设计值；
C．单个螺栓的抗剪和承压承载力设计值中的较小值；
D．单个螺栓的抗剪和承压承载力设计值中的较大值。
3．如图所示，一截面尺寸100×8的板件与厚度为10mm的节点板仅用侧焊缝连接（承受静载），根据焊缝长度的构造要求，侧焊缝长度最有可能取。
A．40mm；B．80mm；
C．120mm；D．400mm
答：所谓可靠度，就是结构在规定时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。对于一个结构而言，比较可行的方法是，以可靠指标的计算来代替可靠度的计算。可靠指标β＝μz/σz，β与失效概率Pf有确定的一一对应关系，β增大，Pf减小。
钢结构设计原理课后习题答案
钢结构设计原理课后习题答案 1. 请计算以下梁的截面模量：截面尺寸，宽度b=300mm，高度h=500mm，截面积A=150000mm²。
截面模量的计算公式为，S = bh²/6。
代入数据计算得，S = 300mm × (500mm)²/6 = 25,000,000mm³。
2. 请计算以下梁的弯矩：荷载，P=100kN。
距离，L=5m。
弯矩的计算公式为，M = PL。
代入数据计算得，M = 100kN × 5m = 500kNm。
3. 请计算以下梁的抗弯能力：截面模量，S=25,000,000mm³。
弯矩，M=500kNm。
抗弯能力的计算公式为，σ = M/S。
代入数据计算得，σ = 500kNm/25,000,000mm³ = 0.02N/mm²。
4. 请计算以下梁的剪力：荷载，P=50kN。
剪力的计算公式为，V = P。
代入数据计算得，V = 50kN。
5. 请计算以下梁的截面面积：截面尺寸，宽度b=400mm，高度h=600mm。
截面面积的计算公式为，A = bh。
代入数据计算得，A = 400mm × 600mm = 240,000mm²。
6. 请计算以下梁的抗剪能力：截面面积，A=240,000mm²。
剪力，V=50kN。
抗剪能力的计算公式为，τ = V/A。
代入数据计算得，τ = 50kN/240,000mm² = 0.000208N/mm²。
7. 请计算以下梁的轴心受压能力：截面面积，A=200,000mm²。
轴心受压能力的计算公式为，N = fA。
代入数据计算得，N = 0.6 × 200,000mm² = 120,000N。
8. 请计算以下梁的轴心受拉能力：截面面积，A=300,000mm²。
轴心受拉能力的计算公式为，N = fA。
钢结构设计原理
习题课
3、腹板局部承压强度 在跨中和支座位置处设置了支承加劲肋，因而不必验算腹板局部承压强度。 4、折算应力 跨中截面腹板计算高度下边缘处控制，该处的正应力σ 、剪应力τ和局部压 应力σc分别为：
Mx 1316.2kN ⋅ m 2 − = (575 12)mm 321.7 N mm y= 230342cm 4 Ix
三、拼接板所能承受的最大轴心力设计值，查表可知，f=215N/mm2。
Ⅴ An =
( b − n5 d 0 ) t = ( 25cm − 3 × 2.15cm ) × 2 × 0.8cm =
29.68cm 2
Ⅴ N= An f = 29.68cm 2 × 215 N mm 2 = 638.1kN
接头所能承受的最大轴心力设计值应该是这三种情况的计算的最小值，即 N=633.4kN
湖南大学 土木工程学院
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structures
杜运兴 15802636289 duyunxing@
习题课 某焊接工字形等截面简支楼盖，截面尺寸如图所示，无削弱。 在跨中和两端都设有侧向支承，材料为Q345-B。集中荷载 Pk=330kN为间接荷载，其中永久荷载效应和可变荷载效应各 占一半，作用在梁的顶面，其沿梁跨度方向的支承长度为 12000mm。试计算该梁的强度和刚度是否满足要求？
ϕ =0.939
N 4500kN 2 2 = 191.7 N mm f 205 N mm , 整体稳定满足要求 = = < 2 ϕ A 0.939 × 250cm
习题课
3、局部稳定性 因λmax=max{λx, λy}=29.0<30.0，计算构件的局部稳定时取λ =30 翼缘板
钢结构设计原理张耀春版课后习题答案完整版
弯矩引起的焊缝应力： f
6M
2hel
2 w
6 8000 103 2 2002 he
600 N/mm2 he
剪力产生的焊缝剪应力： f
V 2helw
400 103 2 200 he
1000 N/mm2 he
2
2
2
所需焊脚尺寸：
f f
f2
600 1.22he
1000 he
f
w f
200N/mm 2
1500103 0.829 58310
213N/mm2
ftw
265N/mm2
N cos lw t
1500103 0.559 58310
144N/mm2
fvw
180N/mm2
设计满足要求。
方法二：以 θ 作为未知数求解所需的最小斜缝长度。此时设置引弧板求解方便些。
1
3.9 条件同习题 3.8，受静力荷载，试设计加盖板的对接连接。 解：依题意设计加盖板的对接连接，采用角焊缝连接。
N3
2 0.7hf bf
f
w f
2 0.7 6 4601.22 200
942816N
侧面角焊缝承担的轴心拉力设计值：
N1 N N3 1500 103 942816 557184N 所需每条侧面角焊缝的实际长度（受力的一侧有 4 条侧缝）：
l
lw
hf
N1 4 0.7hf
ffw
Nv 26.5kN<Ncb 97.6kN 满足。
2. 改用高强度螺栓摩擦型连接 查表 3.5.2 8.8 级 M20 高强螺栓预拉力 P=125kN，摩擦面仅用钢丝刷清除浮锈 μ=0.3 单个螺栓受剪承载力设计值： Nvb 0.9nf P 0.910.3125 33.75kN
钢结构设计原理课后习题答案(张耀春版)
所设焊脚尺寸满足要求。
所以此牛腿与柱的连接角焊缝焊脚尺寸取hf=6mm，。
3.13如图（P115习题3.13）所示梁与柱的连接中，钢材为Q235—B，弯矩设计值M=100kN。m,剪力V=600kN，试完成下列设计和验算：
1）剪力V由支托焊缝承受，焊条采用E43型，手工焊，求焊缝A的高度hf
《钢结构设计原理》
三。连接
3。8试设计如图所示的对接连接（直缝或斜缝）。轴力拉力设计值N=1500kN，钢材Q345—A,焊条E50型,手工焊，焊缝质量三级.
解：
三级焊缝
查附表1.3： ，
不采用引弧板：
，不可。
改用斜对接焊缝：
方法一：按规范取θ=56°，斜缝长度：
设计满足要求。
方法二：以θ作为未知数求解所需的最小斜缝长度.此时设置引弧板求解方便些。
连接板件净截面面积A1(直线):
净截面面积A2（折线):
构件截面最大能承受的轴力设计值：
所以此连接最大能承受的轴力设计值Fmax=1048kN.
3.16。如上题中将C级螺栓改为M20的10。9级高强度螺栓，求此连接最大能承受的Fmax值。要求按摩擦型连接和承压型连接分别计算（钢板表面仅用钢丝清理浮锈）
梁的强度和刚度满足要求。
5.4如果习题5。3中梁仅在支座处设有侧向支承，该梁的整体稳定是否能满足要求。如果不能，采用何种措施?
解：
1）截面几何性质
对y轴的惯性矩：
→
2）整体稳定验算：
，
该梁的整体稳定是不能满足要求。
改进措施:在跨中集中力作用处设一侧向支承.则l0y=5000mm
，查附表3。1
材料已进入弹塑性，需要修正：
解：
钢结构设计原理习题及参考答案
钢构造设计原理习题及参考答案1单项选择题1.焊接组合梁截面高度h是根据多方面因素确定的，下面哪一项不属于主要影响因素？〔〕A、最大高度B、最小高度C、等强高度D、经济高度答案：C2.焊接的优点不包括〔〕。
A、直接连接方便简单B、节省材料C、构造刚度大，提高焊接质量D、最大化表达钢材料性能答案：D3.轴心压杆计算时满足〔〕的要求。
A、强度，刚度B、强度，刚度，整体稳定C、强度，整体稳定，局部稳定D、强度，整体稳定，局部稳定，刚度答案：D4.对关于钢构造的特点表达错误的选项是〔〕。
A、建筑钢材的塑形和韧性好B、钢材的耐腐蚀性很差C、钢材具有良好的耐热性和防火性D、钢构造更适合于高层建筑和大跨构造答案：C5.轴心受压构件整体稳定的计算公式的物理意义是〔〕。
A、截面平均应力不超过钢材强度设计值B、截面最大应力不超过钢材强度设计值C、截面平均应力不超过构件欧拉临界应力设计值D、构件轴力设计值不超过构件稳定极限承载力设计值答案：D6.对有孔眼等削弱的轴心拉杆承载力，"钢构造设计标准"采用的准则为净截面〔〕。
A、最大应力到达钢材屈服点B、平均应力到达钢材屈服点C、最大应力到达钢材抗拉强度D、平均应力到达钢材抗拉强度答案：B7.下面哪一项不属于钢材的机械性能指标？〔〕A、屈服点B、抗拉强度C、伸长率D、线胀系数答案：D8.Q235与Q345两种不同强度的钢材进展手工焊接时，焊条应采用〔〕。
A.E55型B.E50型C.E43型D.E60型答案：C9.梁受固定集中荷载作用，当局部承压强度不能满足要求时，采用〔〕是比拟合理的措施。
A、加厚翼缘B、在集中荷载作用处设置支承加劲肋C、增加横向加劲肋的数量D、加厚腹板答案：B10.最大弯矩和其他条件均一样的简支梁，当〔〕时整体稳定最差。
A、均匀弯矩作用B、满跨均布荷载作用C、跨中集中荷载作用D、满跨均布荷载与跨中集中荷载共同作用答案：A11.不考虑腹板屈曲后强度，为保证主梁腹板的局部稳定，〔〕。
《钢结构习题》PPT课件
y
l iy
5m 6.45cm
77.5，b
0，t1
20mm，h 1240mm
Wx 9060cm3，fy 235N / mm2
代入得 b 3.87 0.6
18
对b进行修正
b'
1.07
0.282 3.87
0.997
所以，
Mx
b' Wx
1650kN m 0.997 9060cm3
182.67N / mm2
twlz 8mm 250mm
该梁局部压应力不满足要求。
④折算应力验算
z
2
2 c
c
3 2
1 f
其中，
- Mx In
y1
- 1650kN m 561720cm4
600mm
-176.2N
/ mm
14
c -330kN / mm2， 37.45N / mm2，1=1.1
所以， z 176.22 +3302 -330 176.2+3 37.452 =293.2N / mm2 1 f 1.1 205N / mm2 =225.5N / mm2 该梁腹板计算高度边缘处系数直接查表得 b 0.59
由：
Mx f
bWx
得：梁跨中最大弯矩设计值
M x f bWx 295N / mm2 0.59 2446.5cm3 425.8kN
因此，该梁在满足整体稳定验算条件下，所能承受的最大设计荷载
q 8M / l2 8 425.8kN m / (6m)2 94.6kN / m
第六章 轴心受力构件
§6.2 轴心受力构件的强度和刚度
轴心受力构件的强度计算
1. 截面无削弱
习题课1-钢结构课件
北京交通大学本科生课程－《钢结构设计原理》钢结构设计原理Theory of steel structures design李 波北京交通大学土建学院北京交通大学本科生课程－《钢结构设计原理》第一章 绪论1.1钢结构的特点钢结构有何特点（优点、缺点）？塑性、韧性是衡量那方面的性能？1.2钢结构的设计方法承载能力极限状态、正常使用极限状态1.3钢结构的应用与发展钢材的重量与强度值比小于混凝土等其他材料北京交通大学本科生课程－《钢结构设计原理》第二章 钢结构的材料2.1钢结构对材料的要求结构钢所应具备的条件？规范推荐采用的钢号2.2钢材的破坏形式塑性破坏、脆性破坏的特点2.3钢材的主要性能结构工程师检验钢材的性能指标有哪些－－屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能、冲击韧性北京交通大学本科生课程－《钢结构设计原理》第二章 钢结构的材料2.4钢材性能影响因素化学成分对钢材性能的影响（碳、硫、磷、氧、氮、硅、锰）、冷脆、热脆钢材变脆的因素有哪些？2.5复杂应力作用下钢材的屈服折算应力、抗剪设计强度与抗拉设计强度的关系2.6钢材的疲劳应力幅、应力循环特征2.7钢材的种类与规格角钢（L125X100X8）、H型钢（H300X150X6X10）北京交通大学本科生课程－《钢结构设计原理》第三章 钢结构的连接3.1钢结构的连接方法连接的种类、焊缝连接的种类、对接焊缝的种类、螺栓连接的种类、高强螺栓连接的种类3.2焊接方法和焊缝连接形式焊条的选用、焊缝的质量检验方法有哪些？3.3角焊缝的构造与计算规定最大、最小焊缝高度的原因侧面角焊缝最大计算长度是多少？为什么？端面角焊缝与侧面角焊缝的特点角焊缝的计算北京交通大学本科生课程－《钢结构设计原理》第三章 钢结构的连接3.4对接焊缝的构造与计算对接焊缝的计算3.5焊接应力与焊接变形焊接残余应力对结构静力强度的影响3.6螺栓连接的构造北京交通大学本科生课程－《钢结构设计原理》第三章 钢结构的连接3.7普通螺栓连接的工作性能和计算普通螺栓的计算3.8高强螺栓连接的工作性能与计算摩擦性高强螺栓与承压性高强螺栓高强螺栓的计算3.9混合连接北京交通大学本科生课程－《钢结构设计原理》焊缝连接计算－容易出现的问题a 、受力分析不正确；判断受力类型：剪力、轴力、弯矩（M ）、扭矩（T ），简化到焊缝形心处？b 、套用公式不对；角焊缝公式:对接焊缝公式：wff f f f ≤+22)/(τβσwt f 1.132121≤+τσ北京交通大学本科生课程－《钢结构设计原理》焊缝连接计算－容易出现的问题c 、计算复杂焊缝群几何特性，如形心等：看材料力学课本；d 、单位不统一；e 、构造要求不满足；f 、h f 和h e 的区别。
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（1）内力分析：V=374KN， （2）焊缝截面参数计算：
（3）应力计算
腹板和翼缘交接处：
折算应力：
不满足
3.6 试设计图3.81的粗制螺栓连接，F=100KN(设计值)， 。
（1）内力分析：V=100KN，
（2）参数计算： 单个螺栓抗剪承载力（M22） ，
（3）内力计算 T引起的应力：
V引起的应力： （4）
钢结构设计原理习题课
第三章 钢结构连接
3.1 试设计双角钢与节点板的角焊缝连接（图3.80）。钢材为Q235B，焊 条为E43型，手工焊，轴心力N=1000KN（设计值），分别采用三面围焊和 两面侧焊进行设计。
解：（1）三面围焊
确定焊脚尺寸：
， ，
内力分配：ຫໍສະໝຸດ 缝长度计算：， 则实际焊缝长度为
，取310mm。 ， 则实际焊缝长度为
3.7 试设计如图3.84所示： 构件钢材为Q235B，螺栓为粗制螺栓。 ①角钢与连接板的螺栓连接； ②竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接。 ③竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接。 ，
。
①角钢与连接板的螺栓连接； 单个螺栓抗剪承载力（M20）
螺栓个数 个，取5个螺栓，按规范规定间距排列（图省略）。
②竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接。 内力分析
V引起的应力：
（4）总应力
3.4 习题3.3的连接中，如将焊缝②及焊缝③改为对接焊缝（按 三级质量标准检验），试求该连接的最大荷载。
（1）内力分析：V=F， （2）焊缝截面参数计算：
（3）应力计算 M引起的应力：
V引起的应力： （4）
3.5 焊接工字形梁在腹板上设一道拼接的对接焊缝（图 3.83），拼接处作用有弯矩，剪力V=374KN，钢材为Q235B钢， 焊条用E43型，半自动焊，三级检验标准，试验算该焊缝的强 度。
则 （1）内力分析：V=F，
（2）焊缝截面参数计算：
（3）应力计算 T引起的应力：
V引起的应力： （4）
3.3 试设计如图3.82所示牛腿与柱的连接角焊缝①、②、 ③。钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊。
（1）内力分析：V=F=98KN， （2）焊缝截面参数计算：取
焊缝截面的形心：
（3）应力计算 M引起的应力：
，取120mm。
（2）两面侧焊 确定焊脚尺寸：同上，取
，
内力分配：
焊缝长度计算： ，
， 则实际焊缝长度为:
，取390mm。
， 则实际焊缝长度为:
，取260mm。
3.2 试求图3.81所示连接的最大设计荷载。钢材为Q235B，焊条为 E43型，手工焊，角焊缝焊脚尺寸
， 。
焊脚尺寸： 焊缝截面的形心：
Q235钢，喷砂处理，M20，8.8级，P=125KN， µ=0.45， ① 一个螺栓承担的拉力
②
一个螺栓的最大拉力
剪力由支托承担。 拉力由螺栓承担，单个螺栓抗拉承载力（M20，
螺栓个数 取6个螺栓，排2排，按规范规定间距排列（图省略）。
③竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接。 剪力由支托承担。
3.8 按摩擦型连接高强度螺栓设计习题3.7中所要求的连接（取消 承托板），且分别考虑：①
；② 螺栓强度级别及接触面处理方式自选。