钢结构理论大作业
《建筑钢结构设计》大作业模版
《建筑钢结构设计》大作业一、 设计资料1、车间柱网布置：长度120m ，柱网分别为6m 、7.5m 、9m ，跨度分别为21m 、24m 、27m 、30m ，檐口高度分别为6m 、8m 、9m ，屋面坡度为1/10，屋面材料为单层彩板或夹芯板，墙面材料单层彩板或夹芯板，天沟为彩板天沟或钢板天沟。
2、荷载：静荷载当无有吊顶时为2/2.0m kN ，有吊顶时为2/45.0m kN ；活荷载为2/3.0m kN （计算刚架时）、2/5.0m kN （计算檩条时）；基本风压2/35.0m kN ，地面粗糙度为B 类；雪荷载为2/5.0m kN ；地震设防烈度为7度。
3、材质:Q235或Q345 钢材4、地质水文条件: 场地平坦,周围无相邻建筑物,II 类场地土, 自上而下土层分布情况为:(1)素填土,FK=50kPa,ES=2.8MPa,厚度0.5~1.m ，灰褐色，软塑 (2)粘土,FK=170kPa,ES=7.0MPa,厚度0.4~1.m ，黄褐色，可塑 (3）粘土,FK=280kPa,ES=12.0MPa,厚度3.0m ，褐色，硬塑 (4)粘土,FK=420kPa,ES=15.0MPa,厚度2.9m ， 黄褐色，硬塑 (5)强风化岩层，FK=420kPa ，坚硬 地下水位较低,无侵蚀性。
施工技术条件:各种机具、材料和施工质量能满足要求。
二、作业要求根据不同柱网、跨度、檐口高度、荷载可以有多种不同的组合。
每人取其中的一种组合（不得雷同），独立完成轻钢门式刚架结构设计计算。
要求计算书内容要有系统地编排，字体要端正，表示要清楚，计算步骤明确，计算公式和数据来源应有依据，并应附有与设计有关的插图和说明。
三、设计计算书内容1、确定柱网和屋面及其支撑布置，选择钢材及焊接材料，并明确提出对保证项目的要求；2、门式刚架选型，确定梁柱截面形式，并初估截面尺寸；3、梁柱线刚度计算及其计算长度确定；4、荷载统计及计算荷载计算；5、用结构力学计算各工况下的内力、柱顶水平位移及横梁挠度；6、进行荷载组合、内力组合（不考虑地震计算）；7、构件及连接节点（梁柱连接节点、屋面梁拼接节点）设计计算；8、柱脚设计计算。
钢结构理论大作业1(共8页)
大作业(zuòyè)一一、判断题1.高耸钢结构的结构形式多为空间桁架(héngjià)，其特点是高跨比较大，以垂直荷载作用为主。
（×）2.在构件发生断裂破坏前，有明显(míngxiǎn)的先兆是脆性破坏的典型特征。
（×）3.在焊缝设计时要尽量避免采用俯焊，因为其工艺难以操作，焊缝质量也差。
（×）4.普通螺栓连接受剪时，限制端距e≥2d, 是为了避免钢板被剪切破坏。
（√）5.在对接焊缝的应力计算时，焊缝中最大应力或者折算应力不能超过焊缝的强度设计值。
（√）二、单项选择题1．大跨度结构常采用钢结构的主要原因是钢结构（ B ）A．密闭性好B．自重轻C．制造工厂化D．便于拆装2．钢材的标准应力-应变曲线是通过下列哪项试验得到的？（ B ）A．冷弯试验 B．单向拉伸试验C．冲击韧性试验D．疲劳试验3．钢号Q345A中的345表示钢材的（ C ）A．fp值 B．fu值C．fy值 D．fvy值4．现行钢结构设计规范所采用的结构设计方法是下列哪种（ C ）A．半概率、半经验的极限状态设计法；B．容许应力法；C．以概率理论为基础的极限状态设计法；D．全概率设计法。
5．下列钢结构计算所取荷载设计值和标准值，哪一组为正确的？ （ C ） Ⅰ. 计算结构或构件的强度、稳定性以及连接的强度时，应采用(cǎiyòng)荷载设计值；Ⅱ. 计算结构或构件的强度、稳定性以及连接的强度时，应采用(cǎiyòng)荷载标准值；Ⅲ. 计算疲劳和正常使用极限状态的变形(biàn xíng)时，应采用荷载设计值； Ⅳ. 计算疲劳和正常使用极限状态的变形时，应采用荷载标准值。
A ． Ⅰ、Ⅲ B. Ⅱ、Ⅲ C. Ⅰ、Ⅳ D. Ⅱ、Ⅳ 6．产生纵向焊接残余应力的主要原因是（ D ）。
A ．冷却速度太快 B ．焊接各纤维能自由变形C ．钢材弹性模量太大，使构件刚度很大D ．施焊时焊件上出现冷塑和热塑区7．为了提高梁的整体稳定性，下列哪项是最经济有效的办法。
2015.3华工钢结构理论与设计大作业2
大作业2一、判断题1.试验证明，钢材的疲劳强度主要与构造状况、应力幅和循环荷载重复次数有关，而与钢材的强度并无明显关系。
（√）2.在承受静力荷载的角焊缝中，侧面角焊缝的强度设计值比正面角焊缝小。
（√）3.轴心受力构件的计算内容都属于按承载能力极限状态计算，计算时应采用荷载的标准值。
（× ）4.焊接时产生裂纹的主要原因是不合适的焊接工艺，裂纹为纵向。
（× ）5.高耸钢结构的结构形式多为空间桁架，其特点是高跨比较大，以垂直荷载作用为主。
（× ）二、单项选择题1．钢结构的抗震及抗动力荷载性能好是因为（ C ）A．制造工厂化 B．密闭性好C．自重轻、质地均匀，具有较好的延性 D．具有一定的耐热性2．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．单向拉伸C．承受弯曲D．两向和三向受力3. 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4. 当碳素钢用于钢结构时，我国钢结构设计规范推荐采用（ B ）A．Q215钢B．Q235钢C．Q255钢D．Q275钢5. 设计承重结构或构件时，承载能力极限状态涉及的计算内容有哪些（ D ）A．强度、梁的挠度 B．稳定性、柱的变形C．梁的挠度、柱的变形 D．强度、稳定性6. 产生焊接残余应力的主要因素之一是（ C ）。
A．冷却速度太快B．钢材的弹性模量太高C．焊接时热量分布不均D．焊缝的厚度太小7. 计算梁的（ A ）时，应用净截面的几何参数。
A．正应力 B．剪应力C．整体稳定 D．局部稳定8. 梁腹板屈曲后强度产生的原因是（ B ）A．在腹板中产生薄膜张力场，从而使发生微小屈曲的板件能继续承受增加的荷载B．在腹板中产生压力场，使腹板处于三向受力状态，提高了腹板钢材的折算强度C．通过人为措施改变腹板局部屈曲模式，变剪切屈曲为弯曲屈曲D．通过人为增加腹板的厚度和减小横向加劲肋间距，从而使局部屈曲不会发生9、单轴对称截面的压弯构件，当弯矩作用在对称平面内，且使较大翼缘受压时，构件达到临界状态的应力分布（ A ）A、可能在拉、压侧都出现塑性B、只在受压侧出现塑性C、只在受拉侧出现塑性D、拉压侧都不会出现塑性10、在选择普通梯形钢屋架的端斜杆双角钢截面时，为使截面更加经济合理，采用（ C ）A．两等边角钢组成的T形截面B．两不等边角钢短肢相连C．两不等边角钢长肢相连D．两等边角钢组成的十字形截面三.、简答题1.塑性和韧性的定义，两者有何区别，冷弯性能和冷作硬化对结构设计的意义是什么？答：塑性是指当应力超过屈服点后，能产生显著的残余变形而不立即断裂的性质；韧性是指塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。
大工15春《钢结构》大作业答案
大连理工大学《钢结构》大作业学习中心：姓名：学号：题目一：试设计一双盖板的角焊缝对接接头。
已知钢板截面为300mm ×14mm ，承受轴心力设计值N=800KN （静力荷载）。
钢材Q235-B ，手工焊，焊条E43型，如图（a ）所示。
若改成如图（b ）所示的菱形盖板，验算连接强度。
N图aN图b解：(1)根据与母材等强的原则，取盖板尺寸为2-260×8，钢材Q235，其截面面积为：A=2×26×0.8=41.6cm ²≈30×1.4=42 cm ² 确定焊缝高度：max 6mm (12)8(12)67f f h h t mm =<=-=-=max min 1.2 1.289.6f h t mm <==⨯=min 1.5 5.6f h mm >===因t=8mm<12mm ，且b=260mm>200mm ，为防止因仅用侧面角焊缝引起板件拱曲过大，故采用三面围焊。
正面角焊缝能承受的内力为：N 1=2×0.7 h f l w1βf f f w =2×0.7×6×260×1.22×160 =426000 N=426 kN接头一侧需要角焊缝的计算长度为：'''3(800426)1013940.740.76160w wf f N N l mm h f --==⨯=⨯⨯⨯⨯ N 1=2×0.7 h f l w1βf f f w =2×0.7×6×260×1.22×160 =426000 N=426 kN盖板总长：l =2×（139+6）+10=300mm ，取310mm （式中6mm 系考虑三面围焊连续施焊，故可按一条焊缝仅在侧面焊缝一段减去起落弧缺陷h f ）。
9999 钢结构设计大作业答案
解：肢背：hf=t/2=6mm，lw=360-12=348mm。
2、解：
H+W1=(N1-N2)cosθ
则：N1= N2=（H+W1）/2cosθ
式中：N1—斜拉杆承载力设计值；
N2—斜压杆承载力设计值；N2=- N1
三、综合分析题
1、
解：根据《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）式4.1.4-2计算，
2、解：根据《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）第3.2.2条，每个吊车轮处由吊车摆动引起的横向水平力标准值Hk=αPk，max，对软钩吊车，α取0.1，则Hk=0.1×355=35.5kN。
西南大学网络与继续教育学院课程考试答题卷
学号：姓名：层次：本科
类别：网教专业：土木工程2015年12月
课程名称【编号】：钢结构设计【0759】A卷
题号
一
二
三
四
五
总分
评卷人
得分
（横线以下为答题区）
一、问答题
1、简述单层钢结构厂房的结构布置。
答：单层厂房钢结构的组成单层厂房结构必须具有足够的强度、刚度和稳定性，以抵抗来自屋面、墙面、吊车设备等各种竖向及水平荷载的作用。单层厂房钢结构一般是由天窗架、屋架、托架、柱、吊车梁、制动梁(或衍架)、各种支撑以及墙架等构件组成的空间骨架横向平面框架，是厂房的基本承重结构，由框架柱和横梁(或屋架)构成。承受作用在厂房的横向水平荷载和竖向荷载并传递到基础。
钢结构基本原理书面作业
第 5 次作业
（教材 p.210-211） 7.3 7.4
第 6 次作业
（教材 p.266-271） 焊缝连接 8.3 8.5 8.6 8.7 8.8 螺栓连接 8.11 8.12 8连接于立柱， 截面为 HW125125。 钢材强度设计值 fd=215MPa， 屈服强度 fy=235MPa，极限抗拉强度 fu=400MPa。计算该杆件的强度能否满足要求（假设螺 栓均不破坏） 。 1） 拉杆左侧用上下两角钢与立柱用螺栓连接， 螺栓孔直径 d0=18mm （如图 1-1 （a） 所示） 。 其上拉力设计值 F=400kN。 2）除上下角钢外在腹板上增设一角钢，且螺栓孔直径改为 d0=26mm（如图 1-1（b）所示） ， 问能承受多大的轴心拉力设计值，在工程上有何问题。
套筒螺栓构造示意图
第 3 次作业
（教材 p.135-137） 5.2（将教材型钢截面 I16 改为 I20a） 5.3 5.5 5.8 （将教材受压缀板柱改为受压缀条柱，缀条截面为 L75 × 6 ，材料为 Q235 ，屈服点为 fy=235N/mm2，强度设计值 fd=205 N/mm2)
第 4 次作业
图 1-1 a 图 1-1 b 注：图 1-1a，b 只表现了轴心拉杆的截面，未表示连接角钢。
题 3：计算图示轴心受拉杆件的承载力设计值和极限承载力。假设焊缝、螺栓不破坏。其中 A1 为 Φ40 圆钢制成的圆柱套筒，内螺纹为 M24，采用 45 号钢材，fd=310MPa, fy=360MPa， fu=500MPa；A2 为圆钢螺杆，采用 Φ25 圆钢，材质为 Q235B，螺纹为 M24，螺纹处有效直 径 de=21.1854mm，有效面积 Ae =352.5mm2，fd=215MPa，fy=235MPa，fu=420MPa；A2 为 Q345 钢材，fd=310MPa，fy=345MPa，fu=500MPa。
钢结构大作业
f v c
二、图示钢屋架下弦节点中：
已知：各杆内力为静载设计值，钢材为 Q235-B.F ，E43 焊条手工焊， f w
= 160 N
mm
2
一、一平台结构，计算简图如图 1-1 所示，B 、D 铰接于基础；A 、C 平面外有侧向支撑；
平面内、平面外均为无侧移；柔性柱间支撑。
平台上作用静力荷载（不考虑梁、柱自重）； 假定本题所有杆件截面均满足，不必验算。
1、请确定 B 杆和 C 杆与节点板的连接角焊缝长度？
2、若 B 杆改用沿轴线布置 2M20 的 A 级螺栓与节点板连接，
f b = 170 N
mm 2 ，
材料选用：Q235B 。
截面尺寸：横梁 C’A’选用热轧普通工字钢 I20a ，假设柱 AB 、CD 截面相同如图 1-2。
f b = 400 N mm 2 ，请验算 B 杆与节点板连接的螺栓强度？
3、若 C 杆改用沿轴线布置 10.9 级的 2M24 摩擦型高强螺栓与节点板连接，每个高强度螺栓预拉力
P = 225kN ，抗滑移系数μ = 0.45 ，请验算 C 杆与节点板连接的高强螺栓强度？
4、若腹板 B 、C 与节点板采用角焊缝焊接，请绘出该节点施工图，标出详细尺寸。
请完成下列各项：
1、验算横梁位置 A 的最大正应力？
2、验算柱 AB 的整体稳定和腹板局部稳定？
（共 1 张第 1 张）
杆件内力
2 A 杆 N1（kN ） 230 B 杆 N2（kN ） 130 C 杆 N3（kN ） 100
荷载取值
2
恒载设计值（kN/m ） 4.5 活载设计值（kN/m ） 2.5。
大工16春《钢结构》大作业答案课案
大工16春《钢结构》大作业及要求注意：以下五个题目中有三个题目需要回答，题目一是必答的题目，其余计算题和问答题中各选一道题进行回答（注意：从题目二、三中选择一道计算题，并从题目四、五中选择一道问答题，分别进行解答，不可同时选择两道计算题或者问答题）；解答前，需将所选题目复制（使老师明确你所选的题目）。
题目一：（必答的题目）钢板用高强度螺栓摩擦型连接的承载力。
如下图所示，双盖板拼接的钢板连接。
钢板钢材为Q235号钢。
采用摩擦型高强度螺栓连接，螺栓性能等级为10.9级，M20。
螺栓孔径0d 为mm 5.21。
构件接触面经喷砂后涂无机富锌漆，35.0=μ。
作用在螺栓群重心处的轴向拉力kN N 800=。
要求：验算承载力。
45704510457045101410题目二和题目三中，选一道计算题作答。
题目二：对接焊缝连接。
某承受轴心拉力的钢材，采用Q235钢，宽度mm b 200=，如图所示。
钢板所受轴心拉力设计值为kN N 492=。
钢板上有一垂直于钢板轴线的对接焊缝，焊条为43E 型，手工焊。
取V 形坡口焊缝。
采用有垫板的单面施焊的对接焊缝。
要求：求下列三种情况下该钢板所需的厚度t 。
（1）焊缝质量为二级，用引弧板和引出板施焊； （2）焊缝质量为三级，用引弧板和引出板施焊； （3）焊缝质量为三级，不用引弧板和引出板施焊。
题目三：轴心受压柱整体稳定计算一重型厂房轴心受压柱，截面为双轴对称焊接工字钢，如图所示，翼缘为轧制，钢材为Q390。
该柱对两个主轴的计算长度分别为m l x 150=，m l y 50=。
要求：试计算其最大稳定承载力max N 。
yxxy A-A40800⨯301120⨯40800⨯题目四和题目五中，选一道问答题作答。
题目四：摩擦型高强度螺栓连接和承压型高强度螺栓连接有何差异？答：摩擦型高强度螺栓连接和承压型高强度螺栓连接的区别高强螺栓连接是通过螺栓杆内很大的拧紧预拉力把连接板的板件夹紧，足以产生很大的摩擦力，从而提高连接的整体性和刚度，当受剪力时，按照设计和受力要求的不同，可分为高强螺栓摩擦型连接和高强螺栓承压型连接两种，两者的本质区别是极限状态不同，虽然是同一种螺栓，但是在计算方法、要求、适用范围等方面都有很大的不同。
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大作业2
一、判断题
1.试验证明，钢材的疲劳强度主要与构造状况、应力幅和循环荷载重复次数有关，而与钢材的强度并无明显关系。
（√）
2.在承受静力荷载的角焊缝中，侧面角焊缝的强度设计值比正面角焊缝小。
（√）
3.轴心受力构件的计算内容都属于按承载能力极限状态计算，计算时应采用荷载的标准值。
（×）
4.焊接时产生裂纹的主要原因是不合适的焊接工艺，裂纹为纵向。
（×）
5.高耸钢结构的结构形式多为空间桁架，其特点是高跨比较大，以垂直荷载作用为主。
（×）
二、单项选择题
1．钢结构的抗震及抗动力荷载性能好是因为（ C ）
A．制造工厂化 B．密闭性好
C．自重轻、质地均匀，具有较好的延性 D．具有一定的耐热性
2．钢材的力学性能指标，最基本、最主要的是（ B ）时的力学性能指标
A．承受剪切B．单向拉伸
C．承受弯曲D．两向和三向受力
3. 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
4. 当碳素钢用于钢结构时，我国钢结构设计规范推荐采用（ B ）
A．Q215钢B．Q235钢
C．Q255钢D．Q275钢
5. 设计承重结构或构件时，承载能力极限状态涉及的计算内容有哪些（ D ）
A．强度、梁的挠度 B．稳定性、柱的变形
C．梁的挠度、柱的变形 D．强度、稳定性
6. 产生焊接残余应力的主要因素之一是（ C ）。
A．冷却速度太快
B．钢材的弹性模量太高
C．焊接时热量分布不均
D．焊缝的厚度太小
7. 计算梁的（ A ）时，应用净截面的几何参数。
A．正应力 B．剪应力
C．整体稳定 D．局部稳定
8. 梁腹板屈曲后强度产生的原因是（ A ）
A．在腹板中产生薄膜张力场，从而使发生微小屈曲的板件能继续承受增加的荷载
B．在腹板中产生压力场，使腹板处于三向受力状态，提高了腹板钢材的折算强度
C．通过人为措施改变腹板局部屈曲模式，变剪切屈曲为弯曲屈曲
D．通过人为增加腹板的厚度和减小横向加劲肋间距，从而使局部屈曲不会发生
9、单轴对称截面的压弯构件，当弯矩作用在对称平面内，且使较大翼缘受压时，构件达到临界状态的应力分布（ A ）
A、可能在拉、压侧都出现塑性
B、只在受压侧出现塑性
C、只在受拉侧出现塑性
D、拉压侧都不会出现塑性
10、在选择普通梯形钢屋架的端斜杆双角钢截面时，为使截面更加经济合理，采用（ C ）A．两等边角钢组成的T形截面
B．两不等边角钢短肢相连
C．两不等边角钢长肢相连
D．两等边角钢组成的十字形截面
三.、简答题
1.塑性和韧性的定义，两者有何区别，冷弯性能和冷作硬化对结构设计的意义是什么？
答：塑性是指当应力超过屈服点后，能产生显著的残余变形而不立即断裂的性质；韧性是指塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。
韧性同塑性有关，但不完全相同，是强度和塑性的综合表现。
冷弯性能是指钢材在冷加工产生塑性变
形时，对发生裂缝的抵抗能力，可检验钢材的冷加工工艺和检查钢材的内部缺陷。
钢材冷加工过程中引起的钢材硬化称为冷作硬化，冷作硬化可能使材料变脆。
2.什么叫梁的失稳？影响梁的整体稳定的主要因素有哪些？
答：梁在荷载作用下，虽然其截面的正应力还低于钢材的强度，但其变形会突然离开原来的弯曲平面，同时发生侧向弯曲和扭转，这就称为梁的整体失稳。
主要因素：梁的侧向抗弯刚度，抗扭刚度，抗翘曲刚度，梁侧向支撑点之间的距离，梁的截面形式，横向荷载的形式、在截面上的作用位置等。
3.什么是有檩屋盖和无檩屋盖？各自的特点如何？
答：屋面材料采用大型屋面板时，屋面荷载通过大型屋面板直接传给屋架，这种屋盖体系称为无檩屋盖；当屋面材料采用轻型板材如石棉瓦、压型钢板等时，屋面荷载通过檩条传给屋架，这种体系为有檩屋盖。
无檩屋盖特点：屋面刚度大，整体性好，施工方便，但屋盖自重大，不利于抗震，柱距受到限制。
有檩屋盖特点：屋面材料自重轻，用料省，柱距不受限制，但屋面刚度差，需设置上弦支撑，构造比较复杂。
4.拉杆为何要控制刚度？如何验算？拉杆允许长细比与什么有关？
答：拉杆要控制刚度是为了保证构件在使用过程中不产生过大的横向振动而使杆件连接受到损害及改变杆件轴心受拉的性质。
验算：构件长细比小于或等于容许长细比，即：。
拉杆允许长细比与拉杆所受荷载的性质有关。
四、计算题
1.有一焊接连接如图所示，钢材为Q345钢，焊条为E50系列，采用手工焊接，所承受的静力荷载设计值N=500kN。
试确定此角焊缝的连接长度。
解：
焊缝承受的拉力为：=250kN
焊缝承受的剪力为：=250kN
Q345钢，=200N/mm，设焊缝的计算长度为
=
=
，
即
整理得：，
解得：，考虑到起弧和落弧缺陷，实际焊缝长度为
=255.1+2x8=271.1mm，取=275mm 且满足：=275mm=60x8=480mm。
2.图示为一焊接工字形简支梁，跨度l = 4m 。
钢材Q235F，f=215N/mm2，
f y=235N/mm2。
承受均布荷载设计值为p（包括自重）。
假定该梁局部稳定和强度以及刚度能满足要求，试求该梁能承受的荷载p。
解：根据题意，该梁局部稳定、强度、刚度都能满足要求，所以按整体稳定计算能够承受的最大荷载p。
设p的单位为
kN/m
要求满足
即
该梁能承受的最大均布荷载p=81.1KN/m。
3. 请验算图示牛腿与柱连接的对接焊缝的强度。
静力荷载设计值F=220kN。
钢材用Q235－A·F，焊条 E43手工焊，无引弧板，焊缝质量三级（假定剪力全部由腹板上的焊缝承受）。
，，。
解：（1）计算对接焊缝计算截面的几何特性，
中和轴位置
焊缝截面几何特性
剪力只由腹板承担，故只算腹板的截面积。
（2）验算焊缝强度
经分析最危险点是最下面点，故只要验算该点的焊缝强度。
折算应力
故折算应力强度不满足要求，如此焊缝改成二级焊缝，
则，就能满足强度要求了。