钢结构截面特性
钢结构计算书
一、设计资料1、车间平面尺寸为150m×9m，柱距7.5m，跨度为18m，柱网采用封闭结合。
车间内有两台15t/3t中级工作制软钩桥式吊车。
2、屋面采用长尺复合屋面板，檩距1.5m。
3、檩条采用冷弯薄壁斜卷边 Z 型钢Z250×75×20×2.5，屋面坡度 i=l/8。
4、侧向支撑点间距为3m5、钢屋架简支在钢筋混凝土柱顶上，柱顶标高9.000m，柱上端设有钢筋混凝土连系梁。
上柱截面为400mm×400mm，所用混凝土强度等级为C30，轴心抗压强度设计值fc＝14.3N/m2。
抗风柱的柱距为 6m，上端与屋架上弦用板铰连接6、钢材用Q235-B，焊条用E43系列型。
屋架采用平坡梯形屋架，无天窗，外形尺寸如图1。
图1 屋架外形尺寸及腹杆布置形式7、该车间建于深圳近郊。
8、屋盖荷载标准值：（l）屋面活荷载 0.50 kN/m2（2）基本风压w0.75 kN/m2（3）复合屋面板自重 0.15 kN/m2（4）檩条自重 0.084 kN/m2（5）屋架及支撑自重0.12+0.011L kN/m29、运输单元最大尺寸长度为15m，高为4.0m。
二、屋架几何尺寸及檩条布置1、屋架几何尺寸屋架上弦节点用大写字母A, B, C…连续编号，下弦节点以及再分式腹杆节点用小写字母a, b, c…连续编号。
图2 屋架几何尺寸运输单元的最大尺寸为长度15m，高度4m。
此屋架跨度18m，高度2.3m，所以可将屋架从屋脊处断开，取一半屋架作为运输单元，长度为9m，高为2.3m。
两个运输单元分别在工厂里面制作完成后，再运输至施工现场进行拼接。
2、檩条布置采用长尺复合屋面板，单坡内不需要搭接，在屋架上弦节点设置檩条，水平檩距为1.5m。
檩条跨度l=7.5m＞6m ，在跨中三分点处设置两道拉条，为檩条提供两个侧向支撑点。
由于风荷载较大，故在屋檐和屋脊处都设置斜拉条和刚性撑杆，以将拉条的拉力直接传递给屋架。
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
钢结构试卷4
钢结构试卷-4一、单选题（1分×20=20分）1、下列关于荷载分项系数的论述( )不正确。
A 、γG 不分场合均取为1.2B 、γG 为结构永久荷载分项系数C 、γQ 用于计算活荷载效应的设计值D 、γQ 一般情况下取1.4，当楼面活荷载大于4kN/mm 2时，取1.32、验算型钢梁正常使用极限状态的变形时，用荷载( )。
A 、 设计值B 、 标准值C 、 组合值D 、 最大值3、钢材的抗拉强度f u 与屈服点f y 之比f u /f y 反映的是钢材的( )。
A 、 强度储备B 、 弹塑性阶段的承载能力C 、 塑性变形能力D 、 强化阶段的承载能力4、钢材的冷弯试验是判别钢材( )的指标。
A 、强度B 、塑性C 、塑性及冶金质量D 、塑性及可焊性5、在常温和静载作用下，焊接残余应力对下列哪一项没有影响( )A 、静力强度B 、刚度C 、低温冷脆D 、疲劳强度6、当剪应力等于( )f y 时，受纯剪作用的钢材将转入塑性工作状态A 、 3B 、2C 、3/1D 、2/17、应力集中愈严重，钢材也就变得愈脆，这是因为（ ）A 、 应力集中降低了材料的屈服点B 、 应力集中产生同号应力场，使塑性变形受到约束C 、 应力集中处的应力比平均应力高D 、 应力集中提高了钢材的塑性8、在结构设计中，失效概率P f 与可靠指标β的关系为（ ）。
A.、P f 越大，β越大，结构可靠性越差B.、P f 越大，β越小，结构可靠性越差C.、P f 越大，β越小，结构越可靠D.、P f 越大，β越大，结构越可靠9、当沿受力方向的连接长度l1>15d0时（d0为螺栓孔径），螺栓的抗剪和承压承载力设计值应予以降低，以防止（）。
A.、中部螺栓提前破坏B.、螺栓的连接变形过大C.、螺栓受弯破坏D.、端部螺栓提前破坏10、承压型高强度螺栓连接比摩擦型高强度螺栓连接( )。
A.、承载力低,变形大B、承载力高,变形大C.、承载力低,变形小D、承载力高,变形小11、在计算工字形截面两端铰支轴心受压构件腹板的临界应力时，其支承条件为( )A、四边简支B、三边简支,一边自由C、两边简支,两边自由D、悬臂12、简支梁当( )时整体稳定性最差A、梁上作用均布弯矩(各截面弯矩相等)B、满跨均布荷载作用C、满跨均布荷载与跨中集中荷载共同作用D、跨中集中荷载作用13、在确定焊接工字形截面高度时可不考虑( )的限制条件。
钢结构基础第四章课后习题答案
第四章4.7 试按切线模量理论画出轴心压杆的临界应力和长细比的关系曲线。
杆件由屈服强度2y f 235N mm =的钢材制成，材料的应力应变曲线近似地由图示的三段直线组成，假定不计残余应力。
320610mm E N =⨯2（由于材料的应力应变曲线的分段变化的，而每段的变形模量是常数，所以画出 cr -σλ 的曲线将是不连续的）。
解：由公式 2cr 2Eπσλ=，以及上图的弹性模量的变化得cr -σλ 曲线如下：4.8 某焊接工字型截面挺直的轴心压杆，截面尺寸和残余应力见图示，钢材为理想的弹塑性体，屈服强度为 2y f 235N mm =，弹性模量为 320610mm E N =⨯2，试画出 cry y σ-λ——无量纲关系曲线，计算时不计腹板面积。
f yyf (2/3)f y(2/3)f yx解：当 cr 0.30.7y y y f f f σ≤-=, 构件在弹性状态屈曲；当 cr 0.30.7y y y f f f σ>-=时，构件在弹塑性状态屈曲。
因此，屈曲时的截面应力分布如图全截面对y 轴的惯性矩 3212y I tb =，弹性区面积的惯性矩 ()3212ey I t kb =()322232232212212ey cryy y y yI t kb E E E k I tb πππσλλλ=⨯=⨯= 截面的平均应力 2220.50.6(10.3)2y ycr y btf kbt kf k f btσ-⨯⨯==-二者合并得cry y σ-λ——的关系式cry cry342cry σ(0.0273)σ3σ10y λ+-+-= 画图如下4.10 验算图示焊接工字型截面轴心受压构件的稳定性。
钢材为Q235钢，翼缘为火焰切割边，沿两个主轴平面的支撑条件及截面尺寸如图所示。
已知构件承受的轴心压力为0.6f yfyλσ0.20.40.60.81.0cryN=1500KN 。
解：已知 N=1500KN ，由支撑体系知对截面强轴弯曲的计算长度 ox =1200cm l ，对弱轴的计算长度 oy =400cm l 。
钢结构算量好帮手13：焊接工字截面特性参数计算
双轴对称焊接工字形截面等截面梁截面特性计算
外包高（H） 翼缘宽（b）
300 200
(mm) (mm)
说明：
腹板厚度(tw）
6
(mm)
与相同规格热扎型 钢比较，热轧型钢各
翼板厚度（t）
8
(mm) 截面特性比焊接型钢
此公式中惯性矩是根据 中国建筑工业出版社第
建筑结构静力计 上得来，计算
结果与钢结构教科书中 公式（上面）计算结果 有一点误差，但误差很 小，不影响使用。
IX= Y2=
C27-Y2=
理论单重（G）
38.50 (kg/m) 截面特性偏大，我想 可能焊接型钢计算时
截面面积(A)
49.0 (cm2) 忽略了焊缝，不过焊 接型钢截面特性设计
惯性矩(Ix)
7966.4 (cm4) 手册上就是这样计算 的，热轧型钢截面特
惯性矩(Iy)
1066.7 (cm4) 性敬请查阅相关表格。
惯性半径(ix)
12.75 (cm)
惯性半径(iy)
4.67 (cm)
截面模数(Wx)
531.1 (cm3)
单轴对称焊接工字形截面等截面梁截面特性计算
外包高（H）
300
(mm) 此公式中惯性矩是根据
上翼缘宽（b1）
200
(mm) 中国建筑工业出版社第
下翼缘宽（b2）
200
(mm) 二版《建筑结构静力计
腹板厚度(tw） 上翼厚度（t1） 下翼厚度（t2） 理论单重（G）
6
(mm) 算手册》上得来，计算
8
5,6钢结构(第三版)戴国欣主编__课后习题答案
第五章5.1 一平台的梁格布置如图5.53所示，铺板为预制钢筋混凝土板，焊于次梁上。
设平台恒荷载的标准值（不包括梁自重）为 2.02/kN m 。
试选择次梁截面，钢材为Q345钢。
解：1、普通工字形钢34I45a 143332241x x W cm I cm ==选 3、验算： 1）强度63410.410272.82951.05143310x a x x M Mpa f Mp r W σ⨯====⨯⨯2）挠度445455666000384384 2.0610322411016.77[]15k q l v EIx mm v mm⨯=⋅=⋅⨯⨯⨯== 重选I50a444544647255666000384384 2.06104647210x k X I cm q l v EI =⋅⨯=⋅=⋅⨯⨯⨯3）整稳：不必计算。
4）局稳：因为是型钢，不必验算。
32.(220)366/(1.22 1.420)391.2/112291.26410.4886410.410313249391324.9391.05295mxWx r fxq kN m kq kN mM ql kN m x m x W mm cm x r f x ≥=+⨯==⨯+⨯⨯=≥=⨯⨯=⋅⨯≥===⨯5.3解：图5.54（a ）所示的简支梁，其截面为不对称工字形[图5.54（b ）]，材料为Q235B 钢；梁的中点和梁端均有侧向支承；在集中荷载（未包括梁自重）F=160kN (设计值)的作用下，梁能否保证其整体稳定性？2422max 132301800.81011041041076.980.8/0.812160121.2497.384842800.840.5101810.533.2301800.810110.880(82/233.2)80012G X A cm q kN mql Pl M kN my cmI γ-⎡⎤⎣⎦=⨯+⨯+⨯==⨯⨯=⨯⨯=+=⨯+=⋅⎡⎤⎣⎦⨯⨯+⨯⨯=+=⨯+⨯+⨯=⨯⨯+-⨯⨯1、计算梁自重、计算中和轴位置2243133413112.8301(33.20.5)101(48.80.5)9344093440281033.23 3.1 1.751(130110)233012 4.7/600/4.7127.7(130)/12/()0.9623300X X b b y y y y b b cm I W cm y I cm i cml i I I I ϕβλαη+⨯⨯-+⨯⨯-====⎡⎤⎣⎦⇒==⨯⨯+⨯=====⨯=+===、求查附表22'.8(21)0.8(20.961)0.7443202354320104822351.750.74127.728102352.50.60.2820.2821.07 1.070.9572.5b b b by X y b b Ah W f αϕβηλϕϕ-=⨯⨯-=⎤⎥=⨯⨯⨯⨯⎥⎦⎤⨯⎥=⨯⨯⨯⨯⎥⎦==-=-=4、梁整63497.310184.9215()0.957281010b X M Mpa f Mpa W ϕ⎡⎤⎣⎦⨯===⨯⨯体稳定计算满足5.4解：设计习题5.1的中间主梁（焊接组合梁），包括选择截面、计算翼缘焊缝、确定腹板加劲肋的间距。
midas Gen-钢结构优化分析及设计
例题3 钢框架结构分析及优化设计1例题钢框架结构分析及优化设计2 例题.钢框架结构分析及优化设计概要本例题通过某六层带斜撑的钢框架结构来介绍midas Gen的优化设计功能。
midas Gen提供了强度优化和位移优化两种优化方法。
强度优化是指在满足相应规范的强度要求条件下，求出最小构件截面，即以结构重量为目标函数的优化功能。
位移优化是针对钢框架结构，在强度优化设计前提下，增加了以侧向位移为约束条件的自动设计功能。
本文主要讲述强度优化设计功能。
此例题的步骤如下:1.简介2.建立模型并运行分析3.设置设计条件4.钢构件截面验算及设计5.钢结构优化设计例题钢框架结构分析及优化设计1.简介本例题介绍midas Gen的优化设计功能。
例题模型为带斜撑的六层钢框架结构。
(该例题数据仅供参考)基本数据如下：➢轴网尺寸：见图2➢柱: HW 200x204x12/12➢主梁：HM 244x175x7/11➢次梁：HN 200x100x5.5/8➢支撑：HN 125x60x6/8➢钢材： Q235➢层高：一层 4.5m二～六层 3.0m➢设防烈度：8º（0.20g）➢场地： II类➢设计地震分组：1组➢地面粗糙度；A➢基本风压：0.35KN/m2；➢荷载条件：1-5层楼面，恒荷载 4.0KN/m2，活荷载2.0KN/m2；6层屋面，恒荷载 5.0KN/m2，活荷载1.0KN/m2；1-5层最外圈主梁上线荷载4.0KN/m；6层最外圈主梁上线荷载1.0KN/m；➢分析计算考虑双向风荷载，用反应谱分析法来计算双向地震作用3例题钢框架结构分析及优化设计4 图1 分析模型图2 结构平面图例题钢框架结构分析及优化设计图3 ①，③轴线立面图图4 ①，④轴线立面图图5 ○B，○C轴线立面图图6 ○A，○D轴线立面图5例题钢框架结构分析及优化设计6 2.建立模型并运行分析建立模型并进行分析运算。
1.主菜单选择特性>材料>材料特性值：添加材料号：1；名称：Q235；规范：GB03(S) ；数据库：Q235；材料类型：各向同性。
钢结构稳定性例题
Iy
=
2 × tb3 12
=
2× 1 × 2× 503 12
=
41667cm4
ix =
Ix = A
145683 = 24.14cm 250
iy =
Iy = A
41667 = 12.91cm 250
4.2 轴心受压构件的整体稳定性
第4章 单个构件的承载力-稳定性
二、截面验算：
1.强度：σ
=
N An
=
1
y
z0
一个斜缀条的长度为：l
=
l1
sin θ
=
41 sin 450
= 58cm
角钢的最小回转半径为：imin = 0.89cm
x
x
1
y
b
λ = l = 58 = 65.1
imin 0.89
4.2 轴心受压构件的整体稳定性
第4章 单个构件的承载力-稳定性
λ = 65.1 属b类截面，查得ϕ＝0.78
I x = 2× 50× 2.2× 24.12 +1.6× 463 /12 = 140756cm4 I y = 2× 2.2× 503 /12 = 45833cm4
ix =
Ix = A
140756 = 21.9cm； 293.6
iy =
Iy = A
45833 = 12.5cm 293.6
4.2 轴心受压构件的整体稳定性
z0 = 2.49cm，I1 = 592cm4
Iy
=
2×
592 +
75×
46 2
−
2.49
2
=
64222cm4
iy =
Iy = A