钢结构设计原理作业参考答案
(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。
钢结构设计原理作业部分答案
《钢结构设计原理》作业标答 3. 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。
三级焊缝 查附表 1.3： f t w 265N/mm2 ， f vw 180N/mm2 不采用引弧板： l w b 2t 500 2 10 480mm10 500解：NNN 1500 103 312.5N/mm2 f t w 265N/mm2 ，不可。
lw t 480 10改用斜对接焊缝： 方法一：按规范取 θ=56°，斜缝长度： (b / sin ) 2t (500/ sin 56) 20 (500/ 0.829) 20 583mm lwN sin 1500 103 0.829 213N/mm2 f t w 265N/mm2 t lw 583 10 N cos 1500 103 0.559 144N/mm2 fvw 180N/mm2 t lw 583 10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。
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。
查附表 1.3： f fw 200N/mm2 试选盖板钢材 Q345-A，E50 型焊条，手工焊。
设盖板宽 b=460mm，为保证盖板与连 接件等强，两块盖板截面面积之和应不小于构件截面面积。
所需盖板厚度： A 500 10 t2 1 5.4mm ，取 t2=6mm 2b 2 460 由于被连接板件较薄 t=10mm，仅用两侧缝连接，盖板宽 b 不宜大于 190，要保证与母 材等强，则盖板厚则不小于 14mm。
(参考资料)钢结构设计原理课后习题作业及答案
。要求：
（1）验算整体稳定性
（2）验算局部稳定性
习题六
如图所示 工字形简支主梁，Q235F 钢，f =215N/mm2 ，fv =125N/mm2 承受两个次梁传来的集中
力P =250KN 作用（设计值），次梁作为主梁的侧向支承，不计主梁自重，
。
某焊接工字形截面柱，截面几何尺寸如图 4-4 所示。柱的上、下端均为铰接，柱高 4.2m，承受
的轴心压力设计值为 1000kN，钢材为 Q235，翼缘为火焰切割边，焊条为 E43 系列，手工焊。试 验算该柱是否安全。
习题八
4
焊缝设题四题四习习图323习习3题五题五一实腹式轴心受压柱承受轴压力3500kn设计值计算长度l0x10ml0y5m截面为焊接组合工字型尺寸如图所示翼缘为剪切边钢材为q235容许长细比
习题一
习题二 如图所示梁柱连接节点的角焊缝，图示位置作用有剪力V、轴力N、弯矩M。梁
截面尺寸如图。采用直角角焊缝，设焊角尺寸为hf，求焊缝最不利受力点的应力值。
1
习题三 如图所示柱的牛腿节点处角焊缝，图示位置作用有剪力V、轴力N、弯矩M。采用直角角
焊缝，设焊角尺寸为hf，求焊缝最不利受力点的应力值。
习题四
图 3-23
2
习题五
一实腹式轴心受压柱，承受轴压力 3500kN（设计值），计算长度 l0x =10m，l0y =5m，截面为焊接
组合工字型，尺寸如图所示，翼缘为剪切边，钢材为Q235，容许长细比
钢结构设计原理作业参考答案
按构造要求确定焊角高h f 为h fmin =1.5t =1.5⨯10=4.74mmmm t h fmsx 77.51==,取h f =6mm取盖板截面为260⨯6mm 2,则端缝承载力为w t f e f B h b N ⨯⨯⨯=21查表1－4得fw t =160 N/mm2则 kN N 8.42631616022.167.026021=⨯⨯⨯⨯⨯= 接缝一侧一条焊缝需要长度()mm f h N N L wt f W 57516067.0410975.40955057.0431=+⨯⨯⨯⨯-=+⨯⨯⨯-=取L W =60mm.则盖板全长为：mm L L W 130********=+⨯=+⨯=3-3．图3-73所示焊接工形截面梁，在腹板上设置一条工厂对接焊缝，梁拼接处承受内力为m kN M ⋅=2500，钢材为Q235钢，焊条为E43型，手工焊，二级质量标准，试验算拼接焊缝强度。
（提示：剪力V 可假定全部由腹板承担，弯矩按刚度比分配，即M II M ww =）解：查得2/215mm N f w t =，2/215mm N f w c =，2/125mm N f w v = 计算焊缝截面特征值()4237393605953601440006124021200.1121cm I =+=⨯⨯⨯+⨯⨯= 431440001200.1121cm I w =⨯⨯=21201120cm A w =⨯=验算正应力m kN M I I M w w ⋅=⨯==9.48673936014400025002246/215/9.202600/10144000109.486mm N mm N W M w w w <=⨯⨯==σ满足 验算剪应力2223/125/7.411012010500mm N mm N A V w w <=⨯⨯==τ满足验算折算应力222222/2362151.1/4.2157.4139.2023mm N mm N w w =⨯<=⨯+=+τσ满足要求3-4．图3-74所示一柱间支撑与柱的连接节点，支撑杆承受轴拉力设计值kN N 300=，用2L80×6角钢做成，钢材均为Q235钢，焊条为E43型，手工焊。
钢结构设计原理习题及答案.
钢结构设计原理习题集及答案第一章绪论练习题一、简答题1．简述钢结构的特点和应用范围。
答：特点：（1）承载能力大；（2）稳妥可靠；（3）便于工业化生产，施工周期短；（4）密闭性好；耐热但不耐火；（5）耐腐蚀性差；（6）容易产生噪音应用范围：（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）结构形式的革新第二章钢结构的材料练习题一、单项选择题1、在构件发生断裂破坏前，有明显先兆的情况是__ B___的典型特征。
(A) 脆性破坏 (B)塑性破坏 (C) 强度破坏 (D) 失稳破坏2、钢材的设计强度是根据_ C__确定的。
(A) 比例极限 (B)弹性极限 (C) 屈服点 (D) 极限强度3、结构工程中使用钢材的塑性指标，目前最主要用_ D__表示。
(A) 流幅 (B)冲击韧性 (C) 可焊性 (D)伸长率4、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5、下列因素中_ A__与钢构件发生脆性破坏无直接关系。
(A) 钢材屈服点的大小 (B) 钢材含碳量(C) 负温环境 (D) 应力集中6、当温度从常温下降为低温时，钢材的塑性和冲击韧性_ B__。
(A) 升高 (B)下降 (C) 不变 (D) 升高不多7、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) 两向和三向受力二、名词解释1．应力集中和残余应力答：（1）应力集中：实际结构中不可避免的存在孔洞、槽口、截面突然改变以及钢材内部缺陷等，此时截面中的应力分布不再保持均匀，不仅在孔口边缘处会产生沿力作用方向的应力高峰，而且会在孔口附近产生垂直于力的作用方向的横向应力，甚至会产生三向拉应力；（2）残余应力：在浇注、轧制和焊接加工过程中，因不同部位钢材的冷却速度不同，或因不均匀加热和冷却而产生。
钢结构设计原理 作业参考答案及考试范围
P 1073.3试设计如图所示双角钢和节点板间的角焊缝连接。
钢材Q235-B ，焊条E43型，手工焊，轴心拉力设计值N=500kN （静力荷载）。
①采用侧焊缝；②采用三面围焊。
解：角焊缝的强度设计值2160/w f f N mm =，焊缝内力分配系数为120.70,0.30K K ==。
焊角尺寸：max min min (1~2)8(1~2)7~64.74f f h t mm mm mmh mm=-=-=== 取6f h mm =①采用两边侧焊缝（转角处做绕角焊）： 110.7500350N K N kN =⋅=⨯=，220.3500150N K N kN =⋅=⨯= 肢背计算长度：31135010260.420.720.76160w w f f N l mm h f ⨯===⨯⨯⨯⨯⨯⨯，取1270w l mm =； 肢尖计算长度：31215010111.6120.720.76160w w f f N l mm h f ⨯===⨯⨯⨯⨯⨯⨯，取2120w l mm =； ②采用三面围焊缝：正面角焊缝的长度等于相连角钢肢的宽度，即390w l b mm ==。
3320.720.7690 1.22160147.57w f w f f N h l f kN β=⨯⨯⋅⋅⋅=⨯⨯⨯⨯⨯=1132231147.570.750035073.79276.21221147.570.350015073.7976.2122N K N N kN N K N N kN =-=⨯-=-==-=⨯-=-= 311276.21106205.516211.5120.720.76160w f w f f N l h mm h f ⨯=+=+=+=⨯⨯⨯⨯⨯⨯，取1220w l mm =； 32276.2110656.70662.7020.720.76160w f w f f N l h mm h f ⨯=+=+=+=⨯⨯⨯⨯⨯⨯，取270w l mm =。
钢结构设计原理作业参考答案精选.
按构造要求确定焊角高h f 为h fmin =1.5t =1.5⨯10=4.74mm mm t h fmsx 77.51==,取h f =6mm取盖板截面为260⨯6mm 2,则端缝承载力为 w t f e f B h b N ⨯⨯⨯=21 查表1－4得fwt =160 N/mm2则 kN N 8.42631616022.167.026021=⨯⨯⨯⨯⨯= 接缝一侧一条焊缝需要长度()mm f h N N L wt f W 57516067.0410975.40955057.0431=+⨯⨯⨯⨯-=+⨯⨯⨯-=取L W =60mm.则盖板全长为： mm L L W 130********=+⨯=+⨯=3-3．图3-73所示焊接工形截面梁，在腹板上设置一条工厂对接焊缝，梁拼接处承受内力为m kN M ⋅=2500，钢材为Q235钢，焊条为E43型，手工焊，二级质量标准，试验算拼接焊缝强度。
（提示：剪力V 可假定全部由腹板承担，弯矩按刚度比分配，即M II M ww =）解：查得2/215mm N f w t =，2/215mm N f w c =，2/125mm N f w v = 计算焊缝截面特征值()4237393605953601440006124021200.1121cm I =+=⨯⨯⨯+⨯⨯= 431440001200.1121cm I w =⨯⨯=21201120cm A w =⨯=验算正应力m kN M I I M w w ⋅=⨯==9.48673936014400025002246/215/9.202600/10144000109.486mm N mm N W M w w w <=⨯⨯==σ满足 验算剪应力2223/125/7.411012010500mm N mm N A V w w <=⨯⨯==τ满足验算折算应力222222/2362151.1/4.2157.4139.2023mm N mm N w w =⨯<=⨯+=+τσ满足要求3-4．图3-74所示一柱间支撑与柱的连接节点，支撑杆承受轴拉力设计值kN N 300=，用2L80×6角钢做成，钢材均为Q235钢，焊条为E43型，手工焊。
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按构造要求确定焊角高h f 为h fmin =1.5t =1.5⨯10=4.74mm mm t h fmsx 77.51==,取h f =6mm取盖板截面为260⨯6mm 2,则端缝承载力为 w t f e f B h b N ⨯⨯⨯=21 查表1－4得fwt =160 N/mm2则 kN N 8.42631616022.167.026021=⨯⨯⨯⨯⨯= 接缝一侧一条焊缝需要长度()mm f h N N L wt f W 57516067.0410975.40955057.0431=+⨯⨯⨯⨯-=+⨯⨯⨯-=取L W =60mm.则盖板全长为： mm L L W 130********=+⨯=+⨯=3-3．图3-73所示焊接工形截面梁，在腹板上设置一条工厂对接焊缝，梁拼接处承受内力为m kN M ⋅=2500，钢材为Q235钢，焊条为E43型，手工焊，二级质量标准，试验算拼接焊缝强度。
（提示：剪力V 可假定全部由腹板承担，弯矩按刚度比分配，即M II M ww =）解：查得2/215mm N f w t =，2/215mm N f w c =，2/125mm N f w v = 计算焊缝截面特征值()4237393605953601440006124021200.1121cm I =+=⨯⨯⨯+⨯⨯= 431440001200.1121cm I w =⨯⨯=21201120cm A w =⨯=验算正应力m kN M I I M w w ⋅=⨯==9.48673936014400025002246/215/9.202600/10144000109.486mm N mm N W M w w w <=⨯⨯==σ满足 验算剪应力2223/125/7.411012010500mm N mm N A V w w <=⨯⨯==τ满足验算折算应力222222/2362151.1/4.2157.4139.2023mm N mm N w w =⨯<=⨯+=+τσ满足要求3-4．图3-74所示一柱间支撑与柱的连接节点，支撑杆承受轴拉力设计值kN N 300=，用2L80×6角钢做成，钢材均为Q235钢，焊条为E43型，手工焊。
(1) 支撑与节点板采用角焊缝相连，焊脚尺寸见图，试确定焊缝长度。
(2) 节点板与端板用两条角焊缝相连，试演算该连接焊缝强度。
解：查附表1-4得2/160mm N f w f =(1) 采用两边围焊，肢背、肢尖的受力为kN N K N 2103007.011=⨯=⋅= kN N K N 903003.022=⨯=⋅=据题设焊脚高度为 mm h f 81=，mm h f 62= 计算肢背、肢尖所需焊缝长度为mm f h N L wf f w 122516087.021021057.023111=+⨯⨯⨯⨯=+⨯= mm f h N L wf f w 72516067.021021057.023212=+⨯⨯⨯⨯=+⨯=构件端部按要求做成2f h 绕角焊，故不再加5mm (2) N 分解为水平拉力kN N 1801=、竖向剪力kN V 2401=计算焊缝强度：231/8.3249087.02101807.02mm N L h N w f N=⨯⨯⨯⨯=⨯=σ231/7.4349087.02102407.02mm N L h V w f V=⨯⨯⨯⨯=⨯=τ验算和应力()222222/160/3.517.4322.18.32mm N mm N V f N ≤=+⎪⎭⎫ ⎝⎛=+⎪⎪⎭⎫⎝⎛τβσ（满足）3－5.试验算图3－75所示双板牛腿与柱的焊缝连接强度。
已知牛腿承受静力集中荷载设计值F=200kN ，钢材为16Mn,焊条为E50,手工焊，焊角尺寸h f =10mm 。
mm X c 77.597193273005.103719325.37300=⨯⨯+⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=mm r x 23.14777.59207=-= mm r y 157214300=+=()432334.81735733195712125.153719323147121mm I X =⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯=4232307.220380072777.5973143147121219523.147195719371212mm I Y =⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯+⨯⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯+⨯⨯⨯= 验算角焊缝强度V ＝F ＝kN 10020021=⨯()mm kN L F T ⋅=+⨯=⨯=3472323.147200100A 处应力为232271932730010100mm N A V W V AY=⨯⨯+⨯⨯==τ2326.4907.2203800734.8173573323.1471034723mm N I I r T Y X yTAY=+⨯⨯=+⨯=τ2353.5207.2203800734.817357331571034723mm NI I r T Y X yT AX=+⨯⨯=+⨯=τA 点合应力()222220054.7822.1mm N f mm N w f V AYT AY T AX=<=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++τττ 所以强度满足要求。
3-6.若将习题3－1（2）的双盖板连接改用M20普通C 级螺栓连接，试确定连接螺栓的数目及排列形式，验算板件净截面强度。
解：螺栓直径d=20mm ，孔径d 0=21.5mm.查附表1－6，2130mmNf b v =，2305mm Nf b c =（1）.单个螺栓承载力计算（设计值）kN N f d n N b v v b r 68.81816811302042422==⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=ππkN N f t d N b c bc 61610003051020==⨯⨯=⨯⨯=∑ 取最小值kN N b61min= (2).求连接缝一侧所需螺栓数目 10.961550min====n N N n b取 采用并列排列.如图螺栓计算：螺栓直径d=20mm,孔径d 0=21.5mm 单个螺栓设计承载力计算kN f d n N b v v b V 84.401302041422=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=ππkN f t d N b c b c 844201020=⨯⨯=⨯⨯=∑()kN y x y T Ni i T X4.295.35.1065.685.10103022222211=+⨯+⨯⨯⨯=+⨯=∑∑ ()kN y x x T Ni i T y2.185.35.1065.685.6103022222211=+⨯+⨯⨯⨯=+⨯=∑∑合剪力为()kN N N N N TY V Y T X b 6.39)33.82.18(4.2922211211=++=++=kN N kN N bb 84.406.39min 1=<=3-8．图3-74中节点板端板与翼缘用M22普通C 级螺栓相连，螺栓排列如图示。
(1) 当端板下端支于承托时，竖向剪力由承托承担，试验算连接螺栓的承拉强度。
(2) 当端板下端不设承托时，试验算该连接螺栓是否满足要求？2/mm NN 分解为水平拉力kN N 1801=、竖向剪力kN V 2401= (1) 计算单个螺栓抗拉承载力设计值kN N f A f d N b t e b t e b t58.51515781704.30342==⨯=⋅==π一个螺栓承担的拉力kN kN n N N t 58.5115121801<===（满足） (2) 计算单个螺栓抗剪载力设计值kN f d n N b vvbv42.491304221422=⨯⨯==ππ承压承载力设计值kN N f t d N b c b c ∑==⨯⨯=⨯=52.80805203051222 一个螺栓承担的剪力kN kN n V N v 42.4920122401<===连接强度验算1498.058.511542.49202222≤=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛b t t b v v N N N N （满足）()kN y X X T Ni i T X1.644803602401204120940912041025022222232211=+++⨯+⨯+⨯⨯⨯⨯=+⋅=∑∑()kN y x X T Ni i T Y03.16480360240120412094091201025022222232211=+++⨯+⨯+⨯⨯⨯=+⋅=∑∑()()kNkN N NN NN T YV Y T XN X 9.1538.77)3.168.27(3.68222112111<=++=+++=强度满足要求。
3－10.图3－77所示T 型牛腿，承受静载集中力设计值F ＝125kN ，采用2L100⨯12连接角钢及10.9级M22高强螺栓与柱相连接，钢材为16Mn 钢，接触面经喷砂处理，试分别按摩擦型和承压型高强螺栓连接确定连接角钢两肢上需用的螺栓数目及排列形式。
kN p n N f b V 1.18819045.029.09.0=⨯⨯⨯=⋅⋅=μb V N N <1 所以满足要求。
（2）.角钢与柱的连接取n=4,中距S=100mm.查表3－8和表3－9，得：p=190Kn,45.0=μmm kN Fe M ⋅=⨯==25000200125V=F=125Kn受力最大的螺栓“2”所受的力：kN n V N N Y 25.3141252=== ()kN p kN y n My N i t 2.151908.08.05.37501504150250002222=⨯=<=+⨯⨯==∑ 单个螺栓抗剪承载力设计值()()v y t f b V N kN N p n N 285.705.3725.119055.019.025.19.0>=⨯-⨯⨯⨯=-⋅=μ 所以强度满足要求。
2. 按承压型高强螺栓设计（1）.角钢与牛腿板连接查表得2310mm Nf b v =，2640mm N f b c = kN f d n N b v f b V 6.2353102242422=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=ππkN f t d N b c b c 12.1976401422=⨯⨯=⨯⨯=∑取kN N b 12.197min=，仍取三个M22螺栓，布置如上图所示，所以N 1=99.75kN<kN N b 12.197min= 所以强度满足要求。
（2）.角钢与栓得连接kN f d n N b v f b V 8.1173102241422=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=ππkN f t d N b c b c 96.1686401222=⨯⨯=⨯⨯=∑取kN N b 8.117min =,排列如上图受力最大得螺栓所受的力：kN P kN N t 1528.05.37=<= kN N kN n V N B C V 8.1402.125.314125=<===1355.01525.378.11725.312222<=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛b t t B V V N N N N满足要求。