钢结构原理习题答案第三章
(完整版)钢结构基础第三章课后习题答案
习题参考答案3.1题：答：（1）按制作方法的不同分为型钢截面和组合截面两大类。
型钢截面又可分为热轧型钢和冷弯薄壁型钢两种。
组合截面按连接方法和使用材料的不同，可分为焊接组合截面（焊接截面）、铆接组合截面、钢和混凝土组合截面等。
（2）型钢和组合截面应优先选用型钢截面，它具有加工方便和成本较低的优点。
3.7题：解：由附录1中附表1可得I20a 的截面积为3550mm 2，扣除孔洞后的净面积为3249275.213550A n =⨯⨯-=mm 2。
工字钢较厚板件的厚度为11.4mm ，故由附录4可得Q235钢材的强度设计值为215f =N/mm 2，构件的压应力为2155.138324910450A N 3n <≈⨯==σN/mm 2，即该柱的强度满足要求。
新版教材工字钢为竖放，故应计入工字钢的自重。
工字钢I20a 的重度为27.9kg/m ，故19712.19.8169.27N g =⨯⨯⨯=N ；构件的拉应力为215139.113249197110450A N N 3ng <≈+⨯=+=σN/mm 2，即该柱的强度满足要求。
3.8题：解：1、初选截面假定截面钢板厚度小于16mm ，强度设计值取215f =，125f v =。
可变荷载控制组合：24kN .47251.410.22.1q =⨯+⨯=， 永久荷载控制组合：38.27kN 250.71.410.235.1q =⨯⨯+⨯=简支梁的支座反力（未计梁的自重）129.91kN ql/2R ==，跨中的最大弯矩为m 63kN .1785.547.2481ql 81M 22max⋅≈⨯⨯==，梁所需净截面抵抗矩为36x max nx 791274mm 2151.051063.178f M W ≈⨯⨯==γ，梁的高度在净空方面无限值条件；依刚度要求，简支梁的容许扰度为l/250，参照表3-2可知其容许最小高度为229mm 24550024l h min ≈==， 按经验公式可得梁的经济高度为347mm 3007912747300W 7h 33x e ≈-=-=，由净截面抵抗矩、最小高度和经济高度，按附录1中附表1取工字钢 I36a ，相应的截面抵抗矩3nx 791274m m875000W >=，截面高度229mm 360h >=且和经济高度接近。
钢结构第三章习题课后答案
钢结构第三章习题课后答案钢结构第三章习题课后答案钢结构是一门重要的工程学科，它涉及到建筑、桥梁、机械等领域。
在学习钢结构的过程中，习题是不可或缺的一部分。
通过解答习题，我们可以加深对知识点的理解，提高解决实际问题的能力。
下面是钢结构第三章习题的答案，希望对学习者有所帮助。
1. 钢结构的设计原则是什么？钢结构的设计原则主要包括以下几点：- 安全性：钢结构在设计中必须满足一定的安全系数，以确保结构在正常使用和极限状态下的安全性。
- 经济性：在满足安全性的前提下，设计应尽可能节约材料和成本，提高结构的经济性。
- 实用性：设计应考虑结构的施工性、可维护性和可拆卸性，以便于施工和后期维护。
- 美观性：设计应注重结构的外观和形象，使其与周围环境相协调。
2. 钢结构的设计方法有哪些？钢结构的设计方法主要包括以下几种：- 强度设计法：根据结构的承载能力和荷载要求，确定结构的截面尺寸和材料强度，以满足结构的强度要求。
- 稳定性设计法：根据结构的稳定性要求，确定结构的稳定性系数，以保证结构的稳定性。
- 构造设计法：根据结构的构造形式和连接方式，确定结构的构造方案和连接方式，以保证结构的完整性和可靠性。
- 疲劳设计法：根据结构的工作环境和使用要求，确定结构的疲劳寿命和疲劳极限，以保证结构的疲劳安全性。
3. 钢结构的连接方式有哪些？钢结构的连接方式主要包括以下几种：- 焊接连接：通过焊接将钢构件连接在一起，具有连接强度高、刚度大的特点，适用于大型和重要的结构。
- 螺栓连接：通过螺栓将钢构件连接在一起，具有连接方便、可拆卸的特点，适用于较小和较简单的结构。
- 铆接连接：通过铆钉将钢构件连接在一起，具有连接牢固、工艺简单的特点，适用于一些特殊的结构。
- 槽钢连接：通过槽钢将钢构件连接在一起，具有连接简单、刚度大的特点，适用于某些特殊的结构。
4. 钢结构的抗震设计原则是什么？钢结构的抗震设计原则主要包括以下几点：- 强度原则：结构的抗震能力应满足设计地震作用下的强度要求，以保证结构在地震中不发生破坏。
《钢结构基本原理》习题三答案
《钢结构基本原理》习题三答案《钢结构基本原理》习题三答案一、单项选择题（本大题共30小题，每小题1分，共30分）1．钢结构中的主要有害元素是（C）。
A、碳磷硅B、硫磷锰C、硫氧氮D、碳锰矾2．钢材的性能因温度而变化，在负温范围内钢材的塑性和韧性（B）。
A、不变B、降低C、升高D、前者增大，后者减小3．钢材的力学性能指标，最基本、最主要的是（C）时的力学性能指标。
A、承受剪切B、承受弯曲C、单向拉伸D、两向和三向受力4．产生焊接残余应力的主要因素之一是（ C ）。
A、钢材的塑性太低B、钢材的弹性模量太大C、焊接时热量分布不均匀D、焊缝的厚度太小5．在低温工作的钢结构选择钢材除强度、塑性、冷弯性能指标外，还需（C）指标。
A、低温屈服强度B、低温抗拉强度C、低温冲击韧性D、疲劳强度6．钢材脆性破坏同构件（C）无关。
A、应力集中B、低温影响C、残余应力D、弹性模量7．与轴压杆稳定承载力无关的因素是（D）。
A、杆端的约束状况B、残余应力C、构件的初始偏心D、钢材中有益金属元素的含量8．焊接残余应力不影响构件的（B）。
A、整体稳定B、静力强度C、刚度D、局部稳定9．钢材经历了应变硬化应变强化之后（A）。
A、强度提高B、塑性提高C、冷弯性能提高D、可焊性提高10．处于低温下的焊接结构应选用（C）。
A、耐腐蚀的钢材B、含磷的钢材C、韧性好的钢材D、强度高的钢材11、以下关于应力集中的说法中正确的是B。
A、应力集中降低了钢材的屈服强度B、应力集中产生同号应力场，使塑性变形受到限制C、应力集中产生异号应力场，使钢材变脆D、应力集中可以提高构件的疲劳强度12.Q235与Q345两种不同强度的钢材进行手工焊接时，焊条应采用( C)A.E55型B.E50型C.E43型D.H10MnSi13.在搭接连接中，为了减小焊接残余应力，其搭接长度不得小于较薄焊件厚度的( A)A.5倍B.10倍C.15倍D.20倍14.大跨度结构常采用钢结构的主要原因是钢结构（B）A.密封性B.自重轻C.制造工厂化D.便于拆装15.理想轴心受压构件失稳时，只发生弯曲变形，杆件的截面只绕一个主轴旋转，杆的纵轴由直线变为曲线，这时发生的是（D ）。
钢结构第三章答案
所有习题中为计算方便，仅3.10考虑了重力，大家做题时根据实际情况判断是否考虑重力。
第三章3.9图为一两端铰接的焊接工字形等截面钢梁，钢材为Q235。
梁上作用有两个集中荷载P =300 kN （设计值），集中力沿梁跨度方向的支承长度为100mm 。
试对此梁进行强度验算并指明计算位置。
解：首先计算梁的截面模量，计算出梁在荷载作用下的弯矩和剪力，然后按照规定的计算公式度、局部承压强度和折算应力强度等。
（1）计算截面模量324x 188002280104041255342933mm 12I =⨯⨯+⨯⨯⨯= 334y 11210280800836620800mm 1212I =⨯⨯⨯+⨯⨯=3x1280104041131200mm S =⨯⨯=3x2400113120040081771200mm 2S =+⨯⨯= （2）验算截面强度梁上剪力和弯矩图分布如图所示，由此确定危险点。
①弯曲正应力B 、C 两点间梁段弯矩最大()128010213.51310b t -==>，不考虑截面发展塑性 6x max x nx 60010410196MPa 215MPa 11255342933M f W σγ⨯⨯===<=⨯②剪应力A 、B 两点间梁段和C 、D 两点间的梁段上的剪力最大3x2maxv x w 30010177120052.9MPa 125MPa 12553429338VS f I t τ⨯⨯===<=⨯ ③局部承压在集中力作用B 、C 两点处没有加劲肋，应验算局部承压应力。
x y R 52100510150mm l a h h =++=+⨯=3c z w 130010250MPa>215MPa 1508Ff l t ψσ⨯⨯====⨯④折算应力B 左截面、C 右截面处同时存在较大的弯矩、剪力和局部压应力，应计算腹板与翼缘交界处的折算应力。
局部承压验算已不满足，此处不必验算折算应力。
钢结构基础第三章课后习题答案
第三章3.7一两端铰接的热轧型钢I20a 轴心受压柱，截面如图所示，杆长为6米，设计荷载N=450KN ，钢材为Q235钢，试验算该柱的强度是否满足？解：查的I20a 净截面面积A 为35502mm ,所以构件的净截面面积232495.217235505.21*23550mm d A n =⨯⨯-=-=22/215/5.1383249450000mm N f mm N A N n =<===σ 所以该柱强度满足要求。
3.8 一简支梁跨长为5.5米，在梁上翼缘承受均布静力荷载作用，恒载标准值10.2KN/m(不包括梁自重)，活荷载标准值25KN/m ，假定梁的受压翼缘有可靠的侧向支撑，钢材为Q235，梁的容许挠度为l/250,试选择最经济的工字型及H 型钢梁截面，并进行比较。
解：如上图示，为钢梁的受力图荷载设计值m KN q /24.47254.12.102.1=⨯+⨯= 跨中最大弯矩KNm ql M 63.1785.524.47818122=⨯⨯==f w M x x ≤=γσmax 所以3561091.7)21505.1/(1063.178mm fM w x x ⨯=⨯⨯=≥γ 查型钢表选择I36a ，质量为59.9kg/m,Wx 为8750003mm ，所以钢梁自重引起的恒载标注值m KN /58702.010008.99.59=÷⨯=，可见对强度影响很小，验算挠度即可：荷载标准值m KN q k /79.35252.1058702.0=++=挠度mm EI l q x k 13.1310576.11006.2384105.579.3553845851244=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==ω<[l/250]=22mm I36a 满足挠度要求。
查型钢表选择HN400x200x8x13，质量为66kg/m,Wx 为11900003mm钢梁自重引起的恒载标注值m KN /6468.010008.966=÷⨯=，可见对强度影响很小，验算挠度即可：荷载标准值m KN q k /85.35252.106468.0=++=挠度mm EI l q x k 7.810237001006.2384105.585.3553845451244=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==ω<[l/250]=22mm HN400x200x8x13满足挠度要求。
钢结构基础第三章课后习题答案
一两端铰接的热轧型钢I20a 轴心受压柱，截面如图所示，杆长为6米，设计荷载N=450KN ，钢材为Q235钢，试验算该柱的强度是否满足？解：查的I20a 净截面面积A 为35502mm ,所以构件的净截面面积232495.217235505.21*23550mm d A n =⨯⨯-=-=22/215/5.1383249450000mm N f mm N A N n =<===σ 所以该柱强度满足要求。
一简支梁跨长为米，在梁上翼缘承受均布静力荷载作用，恒载标准值m(不包括梁自重)，活荷载标准值25KN/m ，假定梁的受压翼缘有可靠的侧向支撑，钢材为Q235，梁的容许挠度为l/250,试选择最经济的工字型及H 型钢梁截面，并进行比较。
解：如上图示，为钢梁的受力图荷载设计值m KN q /24.47254.12.102.1=⨯+⨯= 跨中最大弯矩KNm ql M 63.1785.524.47818122=⨯⨯== f w M x x ≤=γσmax 所以3561091.7)21505.1/(1063.178mm fM w x x ⨯=⨯⨯=≥γ查型钢表选择I36a ，质量为m,Wx 为8750003mm ，所以钢梁自重引起的恒载标注值m KN /58702.010008.99.59=÷⨯=，可见对强度影响很小，验算挠度即可：荷载标准值m KN q k /79.35252.1058702.0=++= 挠度mm EI l q x k 13.1310576.11006.2384105.579.3553845851244=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==ω<[l/250]=22mm I36a 满足挠度要求。
查型钢表选择HN400x200x8x13，质量为66kg/m,Wx 为11900003mm钢梁自重引起的恒载标注值m KN /6468.010008.966=÷⨯=，可见对强度影响很小，验算挠度即可：荷载标准值m KN q k /85.35252.106468.0=++= 挠度mm EI l q x k 7.810237001006.2384105.585.3553845451244=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==ω<[l/250]=22mm HN400x200x8x13满足挠度要求。
钢结构第三章作业答案
3、13如图所示梁与柱(钢材为Q235B)得连接中,M=100kN ·m,V=600kN,已知梁端板与柱翼缘厚均为14mm,支托厚20mm,试完成下列设计与验算:(1)剪力V 由支托焊缝承受,焊条采用 E43型,手工焊,求焊缝A 得高度hf 。
(2)弯矩M 由普通C 级螺栓承受,螺栓直径24mm,验算螺栓就是否满足要求。
解:(1)验算受剪承载力:a. 确定焊脚高度板件边缘得角焊缝:max 20,20(12)18;f t mm h mm ==-=普通角焊缝:min max min(14,20)14, 1.21416.8;f t mm h mm ===⨯= 则max min(16.8,20)16.8;f h mm ==max min max(14,20)20,6;f t mm h mm ===故取10f h mm =b 、0.70.7107e f h h mm ==⨯=设承受静载,支托选用Q235B,则查表得角焊缝强度设计值2160wf f N mm = 采用三面围焊且为绕角焊:对于水平焊缝,承受正应力,1300w l b mm ==3110.70.710300 1.2216010410;w f w f f N h l f kN β-==⨯⨯⨯⨯⨯=对于竖向焊缝,承受剪应力,2250w l mm =211.25 1.25600410340;N V N kN =-=⨯-=322223401097.14316020.720.710250w f f f w N N mm f N mm h l τ⨯===<=⨯⨯⨯⨯,满足要求。
故焊缝A 得高度10f h mm =。
(2)验算抗弯承载力12345678910600;500;300;200;100;y y mm y y mm y y mm y y mm y y mm ==========2311222222;1001060040;2(600500300200100)i iiiN M yy My N kN y =⨯⨯===⨯++++∑∑查表得普通C 级螺栓抗拉强度设计值2170b t f N mm =;公称直径为24mm 得普通螺栓2353e A mm =313531701060.1b b t e t b tN A f kN N N-=⋅=⨯⨯=≤故抗弯承载力满足要求。
(完整word版)钢结构基础第三章课后习题答案
第三章3。
7一两端铰接的热轧型钢I20a 轴心受压柱，截面如图所示,杆长为6米,设计荷载N=450KN ，钢材为Q235钢，试验算该柱的强度是否满足？解：查的I20a 净截面面积A 为35502m m ，所以构件的净截面面积232495.217235505.21*23550mm d A n =⨯⨯-=-=22/215/5.1383249450000mm N f mm N A N n =<===σ 所以该柱强度满足要求。
3。
8 一简支梁跨长为5.5米，在梁上翼缘承受均布静力荷载作用，恒载标准值10.2KN/m(不包括梁自重)，活荷载标准值25KN/m ，假定梁的受压翼缘有可靠的侧向支撑,钢材为Q235，梁的容许挠度为l/250,试选择最经济的工字型及H 型钢梁截面,并进行比较。
解：如上图示，为钢梁的受力图荷载设计值m KN q /24.47254.12.102.1=⨯+⨯= 跨中最大弯矩KNm ql M 63.1785.524.47818122=⨯⨯==f w M x x ≤=γσmax 所以3561091.7)21505.1/(1063.178mm fM w x x ⨯=⨯⨯=≥γ 查型钢表选择I36a ，质量为59.9kg/m,Wx 为8750003m m ，所以钢梁自重引起的恒载标注值m KN /58702.010008.99.59=÷⨯=，可见对强度影响很小，验算挠度即可:荷载标准值m KN q k /79.35252.1058702.0=++=挠度mm EI l q x k 13.1310576.11006.2384105.579.3553845851244=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==ω<[l/250］=22mm I36a 满足挠度要求。
查型钢表选择HN400x200x8x13,质量为66kg/m ，Wx 为11900003m m钢梁自重引起的恒载标注值m KN /6468.010008.966=÷⨯=,可见对强度影响很小,验算挠度即可：荷载标准值m KN q k /85.35252.106468.0=++=挠度mm EI l q x k 7.810237001006.2384105.585.3553845451244=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==ω<［l/250]=22mmHN400x200x8x13满足挠度要求。
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螺栓群受扭，一个螺栓的最大剪力为
这一个螺栓所受的最大合力为：
满足要求。
设计角钢和钢柱的连接，每边角钢5颗螺栓，间距80mm
解：角钢与连接板得螺栓连接设计如下：
选择8.8级M20高强螺栓预拉力查表得
P＝125KN，接触面采用喷砂处理， ＝0.45
则一个螺栓的抗剪强度为：
需要螺栓得数目为：
取螺栓数目为4个
竖向连接板与柱翼缘板的螺栓连接
（I）当 时：
选10.9级高强螺栓，M20，预拉力查表得
P＝155KN,接触面喷砂处理， ，2排，每排5颗螺栓，间距为60mm，端距为50mm，两排间距为120mm
解：图3.81中几段焊缝组成的围焊共同承受剪力V=F和扭矩T=F*(e1+e2)的作用。由题知角焊缝的焊脚尺寸
计算截面的重心位置为
则
计算中由于实际焊缝长度略大于图示长度，不再扣除水平焊缝的端部缺陷
焊缝的极惯性矩：
轴心力V=F在A点产生的应力
则A点处：
由 239.1KN
所以最大设计荷载为239.1KN
解：设最大荷载为F，则V=F, M=F*e＝120F
对接焊缝的设计强度为:
对接焊缝计算截面与牛腿截面相同。
方法一：焊缝承受剪力V=F和弯矩M=Fe＝120F作用
全截面焊缝形心为：
X0=
B点处的最大正应力为：
< 180.42KN
由点A的强度条件
得F 203.56KN
方法二（简化计算方法）：因为翼缘的竖向刚度较差，不能承担剪力，故假定剪力V仅由腹板承受，弯距M仍由整个“T”形截面承受
腹板面积
腹板中部最大剪应力：
188KN
B点的正应力：
F 180.42KN
3.5.焊接工字型梁在腹板上设一道拼接的对接焊缝（见图），拼接处作用着弯矩 ，剪力 ，钢材为Q235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。
解：对接焊缝的计算截面与梁的截面相同，所以
翼缘板所对应的面积矩：
。角焊缝强度设计值 ，焊缝厚度取相同， ，全截面焊缝形心的纵坐标为：
假设V由两条竖向焊缝均匀承受，M由焊缝组成的“T”形截面承受。两条竖向焊缝的计算面积为
“T”焊缝对中和轴的惯性矩为：
由危险点A的强度条件得：
最大正应力：
平均剪应力：
当承受静荷载时
当承受动荷载时
3.4.习题3.3的连接中，如将焊缝及焊缝改为对接焊缝（按三级质量标准检验），试求该连接的最大荷载。
正面角焊缝的长度等于相连角钢肢的宽度，即 ，所有焊缝厚度均取为6mm，则正面角焊缝所能承受的内力 为：
，取43cm。
，取18cm。
（2）.若采用两面侧焊，肢背焊缝厚度为8mm，肢尖焊缝厚度为6mm。
，取40cm。
，取26cm。
， ，即肢背和肢尖焊缝均满足最大焊缝长度和最小焊缝长度的构造要求。
3.2.试求图3.81所示连接的最大荷载。钢材为Q235－B，焊条为E43型，手工焊，角焊缝焊脚尺寸 ， 。
3.3.试设计如图所示牛腿与柱的连接角焊缝①②③。钢材为Q235-B，焊条E43型，手工焊。
解：（1）.焊缝①
， 设 ， ，在偏心力F作用下承受轴力 和弯矩 的作用下，焊缝①的受力性质相当于正面角焊缝，在N作用下焊缝受的均布应力值为
在M作用下，焊缝的最大应力为
பைடு நூலகம்满足要求。
（2）.焊缝②③
焊缝②③联合组成“T”字形截面，承受剪力 和弯矩
，取5个。
（2）.竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接设计：
承托受剪力，螺栓只承受轴拉力
用M20， 。
单个抗拉螺栓承载力设计值为：
采用双排螺栓一边4个，n=8个。
栓距取80，布置时将螺栓群的重心放于角钢轴线与翼缘板的交点上。
3.8.按摩擦型连接高强螺栓设计习题3.7中所要求的连接（取消承托板），且分别考虑： 。螺栓强度级别及接触面处理自选。
＝
3.7.试设计如下图3.84所示：
①角钢与连接板的螺栓连接；
②竖向连接与柱的翼缘板的螺栓连接；
构件钢材为Q235-B，螺栓为粗制螺栓， 。
解： ， ，
（1）.角钢与连接板的连接，用M20螺栓单行排列，栓距取70，角钢轴线为螺栓线，则一个螺栓的承载力设计值：
抗剪承载力设计值：
承压承载力设计值：
连接所需螺栓：
F分解成：
每个螺栓承受的拉力为：
规范公式验算为： 所以满足要求
（II）当 时
仍然选择之前的螺栓布置
此时螺栓群承受拉力,弯矩和剪力的共同作用
一个螺栓的最大拉力：
连接的受剪承载力设计值为：
其中n为螺栓总数； 为螺栓收受拉力之和。按比例关系可求得：
满足要求
3.9.按承压型连接高强螺栓设计习题3.7中角钢与连接板的连接。接触面处理及螺栓强度级别自选。
截面最大正应力：
截面最大剪应力：
上翼缘和腹板交接处的正应力：
上翼缘板与腹板交点处的剪应力：
交点的验算折算应力：
3.6.试设计图3.81的粗制螺栓连接，F=100KN(设计值)， 。
解：粗制螺栓
，
初步设计：螺栓间距为80，两排，每排6颗，
两排间距为80mm
螺栓为M20一个螺栓的承载力为：
取 V=F=100KN, T=Fe＝100
3.1.试设计双角角钢与节点板的角焊缝连接（如下图）。钢材为Q235-B，焊条为E43型，手工焊，作用着轴心力1000KN（设计值），分别采用三面围焊和两面侧焊进行设计。
解：角焊缝强度设计值：
焊缝内力分配系数为：
（肢背）， （肢尖）
最大焊缝厚度：
肢背： ，
肢尖及角钢端部：
最小焊缝厚度：
（1）.若采用三面围焊：
解：采用8.8级M20,取n=4,接触面喷砂后生赤锈。
，
所需螺栓数量：
，取 。
3.10.图3.85的牛腿用2L100×20（由大角钢截得）及M22摩擦型连接高强度螺栓（10.9级）和柱相连，构件钢材为Q235－B，接触面喷沙处理，要求确定连接角钢两个肢上的螺栓数目。
解：设计牛腿与角钢连接，5颗螺栓，间距80mm，单列布置