钢结构设计原理 刘智敏 第三章课后题答案
(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。
钢结构原理习题答案第三章
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：
(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。
钢结构设计原理 课后答案
钢结构设计原理课后答案
1. 钢结构设计的原理是基于力学原理，其中包括材料力学和结构力学。
2. 钢材的力学性能是进行钢结构设计的重要基础，包括材料的屈服强度、抗拉强度、弹性模量等。
3. 钢结构设计中的荷载分为静态荷载和动态荷载。
静态荷载包括自重、活载和附加荷载，动态荷载包括地震荷载和风荷载等。
4. 钢结构设计需要满足一系列的设计准则和规范，如国家标准和建筑行业规范等。
5. 钢结构设计过程中需要进行结构分析，包括静力分析和动力分析。
静力分析是通过计算结构的受力和变形情况，确定结构的安全性和稳定性。
动力分析则是针对地震和风荷载等动态荷载进行结构响应计算。
6. 钢结构设计中需要考虑结构的稳定性，包括整体稳定性和构件稳定性。
整体稳定性是指结构整体的稳定性，构件稳定性则是指结构中各个构件的抗侧稳定能力。
7. 钢结构设计中需要考虑结构的承载力，包括构件的强度和刚度。
强度是指结构抵抗外部荷载作用的能力，刚度是指结构抵抗变形的能力。
8. 钢结构设计中需要进行连接设计，包括连接的刚度和强度设
计。
连接的刚度设计需要保证连接的刚度和整个结构的刚度协调，连接的强度设计需要保证连接的强度不低于构件的强度。
9. 钢结构设计中需要考虑构件的施工性能，如可焊性、切割性、螺纹加工等。
施工性能对于结构的质量和施工进度有重要影响。
10. 钢结构设计中需要进行耐久性设计，保证结构在使用寿命
内具有良好的耐久性能，抵抗外界环境和腐蚀等因素的损害。
钢结构设计原理课后思考题答案
1.钢结构对钢材性能有哪些要求？答：较高的强度，较好的变形能力，良好的工艺性能。
2.钢材的塑性破坏和脆性破坏有何区别？答：塑性破坏是由于变形过大，超过了材料或构件可能的应变能力而产生的，而且仅在构件的应力达到了钢材的抗拉轻度 fu 后才发生。
破坏前构件产生较大的塑性变形，断裂后的端口呈纤维状，色泽发暗。
在塑性破坏前，构件发生较大的塑性变形，且变形持续的时间较长，容易及时被发现而采取补救措施，不致引起严重后果。
另外，塑性变形后出现内力重分布，使结构中原先受力不等的部分应力趋于均匀，因而提高了结构的承载能力。
脆性破坏前塑性变形很小，甚至没有塑性变形，计算应力可能小于钢才的屈服点 fy，断裂从应力集中处开始。
冶金和机械加工过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂纹，常是断裂的发源地。
破坏前没有任何预兆，无法及时察觉和采取补救措施，而且个别构件的断裂常会引起整体结构塌毁，后果严重，损失较大。
3.刚才有哪几项主要性能，分别可用什么指标来衡量？答：屈服点 fy，抗拉强度 fy，伸长率δ，冷弯性能，冲击韧性4.影响钢材性能的主要性能有哪些？答：化学成分的影响。
冶炼、浇注、轧制过程及热处理的影响。
钢材的硬化。
温度的影响。
应力集中的影响。
重复荷载作用的影响。
5.简述化学元素对钢材性能有哪些影响？答;碳直接影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性等。
硫和磷降低钢材的塑性。
韧性。
可焊性和疲劳强度。
氧使钢热脆，氮使钢冷脆。
硅和锰是脱氧剂，使钢材的强度提高。
钒和钛是提高钢的强度和抗腐蚀性又不显著降低钢的塑性。
铜能提高钢的强度和抗腐蚀性能，但对可焊性不利。
6.什么是冷作硬化和时效硬化？答：钢材受荷超过弹性范围以后，若重复地卸载加载，将使钢材弹性极限提高，塑性降低，这种现象称为钢材的应变硬化或冷作硬化。
轧制钢材放置一段时间后，强度提高，塑性降低，称为时效硬化。
7 简述温度对钢材的主要性能有哪些影响？答：温度升高，钢材强度降低，应变增大，反之温度降低，钢材强度会略有增加，塑性和韧性却会降低而变脆。
钢结构设计原理刘智敏第三章课后题答案
钢结构设计原理刘智敏第三章课后题答案第3章钢结构的连接12. 如图3-57所⽰的对接焊缝，钢材为Q235，焊条为E43型，采⽤焊条电弧焊，焊缝质量为三级，施焊时加引弧板和引出板。
已知，试求此连接能承受的最⼤荷载。
解：因有引弧板和引出板，故焊缝计算长度l w=500mm，则焊缝正应⼒应满⾜：其中，故有，故此连接能承受的最⼤荷载为。
13. 图3-58所⽰为⾓钢2∟140×10构件的节点⾓焊鏠连接，构件重⼼⾄⾓钢肢背距离，钢材为Q235BF，采⽤⼿⼯焊，焊条为E43型，，构件承受静⼒荷载产⽣的轴⼼拉⼒设计值为N=1100kN，若采⽤三⾯围焊，试设计此焊缝连接。
解:正⾯⾓焊缝且故可取，此时焊缝的计算长度正⾯焊缝的作⽤：则由平衡条件得：所以它们的焊缝长度为，取370mm，，取95mm。
17. 如图3-61所⽰的焊接⼯字形梁在腹板上设⼀道拼接的对接焊缝，拼接处作⽤有弯矩，剪⼒，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。
解：（1）确定焊缝计算截⾯的⼏何特征x轴惯性矩：中性轴以上截⾯静矩：单个翼缘截⾯静矩：（2）验算焊缝强度焊缝最⼤拉应⼒（翼缘腹板交接处）：查表知，，所以焊缝强度不满⾜要求。
19. 按⾼强度螺栓摩擦型连接和承压型连接设计习题18中的钢板的拼接，采⽤8.8级M20(=21.5mm)的⾼强度螺栓，接触⾯采⽤喷吵处理。
（1）确定连接盖板的截⾯尺⼨。
（2）计算需要的螺栓数⽬并确定如何布置。
（3）验算被连接钢板的强度。
解：（1）摩擦型设计查表得每个8.8级的M20⾼强度螺栓的预拉⼒，对于Q235钢材接触⾯做喷砂处理时。
单个螺栓的承载⼒设计值：所需螺栓数：（2）承压型设计查表知，。
单个螺栓的承载⼒设计值：所需螺栓数：螺栓排列图如下所⽰验算被连接钢板的强度a.承压型设计查表可知，当满⾜要求。
b.摩擦型设计净截⾯强度验算：满⾜要求；⽑截⾯强度验算：满⾜要求。
20. 如图3-62所⽰的连接节点，斜杆承受轴⼼拉⼒设计值，端板与柱翼缘采⽤10个8.8级摩擦型⾼强度螺栓连接，抗滑移系数，求最⼩螺栓直径。
（完整版）钢结构课后习题第三章
（完整版）钢结构课后习题第三章第三章部分习题参考答案3.8 已知A3F 钢板截⾯mm mm 20500?⽤对接直焊缝拼接，采⽤⼿⼯焊焊条E43型，⽤引弧板，按Ⅲ级焊缝质量检验，试求焊缝所能承受的最⼤轴⼼拉⼒设计值。
解：焊缝质量等级为Ⅱ级，抗拉的强度设计值20.85182.75/w f f f N mm == 采⽤引弧板，故焊缝长度500w l b mm ==承受的最⼤轴⼼拉⼒设计值3500*20*182.75*101827.5N btf kN -===3.9 焊接⼯字形截⾯梁，在腹板上设⼀道拼接的对接焊缝(如图3-66)，拼接处作⽤荷载设计值：弯矩M=1122kN ·mm ，剪⼒V=374kN ，钢材为Q235B ，焊条为E43型，半⾃动焊，三级检验标准，试验算该焊缝的强度。
解：（1）焊缝截⾯的⼏何特性惯性矩3341(28102.827.2100)26820612x I cm =-= ⼀块翼缘板对x 轴的⾯积矩3128 1.4(507)2234.4X S cm =??+=半个截⾯对x 轴的⾯积矩31500.8253234.4X X S S cm =+??=（2）焊缝强度验算焊缝下端的剪应⼒33214374102234.41038.9/268206108x x w VS N mm I t τ===?? 焊缝下端的拉应62max4112210500209/0.852********x M h N mm f I σ??=?==>? 所以，该焊缝不满⾜强度要求（建议将焊缝等级质量提为⼆级）则 max σ2209/N mm =<215f =2/N mm下端点处的折算应2222max 3219.6/ 1.1236.5/N mm f N mm στ+=<=且焊缝中点处剪应⼒33224374103234.41056.3/125/268206108w x v x w VS N mm f N mm I t τ===<=??3.10 试设计如图3-67所⽰双⾓钢和节点板间的⾓焊缝连接。
《钢结构设计原理》第三阶段离线作业(答案)
《钢结构设计原理》第三阶段离线作业（答案）一、填空题：1. 轴心压杆可能的屈曲形式有弯曲屈曲、扭转屈曲、和弯扭屈曲。
2. 轴心受压构件的稳定系数 与残余应力、初弯曲和初偏心、长细比有关。
3. 提高钢梁整体稳定性的有效途径是加强受压翼缘和增加侧向支承点。
4. 影响钢梁整体稳定的主要因素有荷载类型、荷载作用点位置、梁的截面形式、侧向支承点的位置和距离、梁。
5.焊接组合工字梁，翼缘的局部稳定常采用限制宽厚比的方法来保证，而腹板的局部稳定则常采用设置加劲肋的方法来解决。
二、问答题：1.轴心压杆有哪些屈曲形式？答：受轴心压力作用的直杆或柱，当压力达到临界值时，会发生有直线平衡状态转变为弯曲平衡状态变形分枝现象，这种现象称为压杆屈曲或整体稳定，发生变形分枝的失稳问题称为第一类稳定问题。
由于压杆截面形式和杆端支承条件不同，在轴心压力作用下可能发生的屈曲变形有三种形式，即弯曲屈曲、扭转屈曲和弯扭屈曲。
2.在考虑实际轴心压杆的临界力时应考虑哪些初始缺陷的影响？答：在考虑实际轴心压杆的临界力时应考虑残余应力的影响、初弯曲和初偏心的影响、杆端约束的影响。
3.在计算格构式轴心受压构件的整体稳定时，对虚轴为什么要采用换算长细比？答：格构式轴心受压构件一旦绕虚轴失稳，截面上的横向剪力必须通过缀材来传递。
但因缀材本身比较柔细，传递剪力时所产生的变形较大，从而使构件产生较大的附加变形，并降低稳定临界力。
所以在计算整体稳定时，对虚轴要采用换算长细比（通过加大长细比的方法来考虑缀材变形对降低稳定临界力的影响）。
4.什么叫钢梁丧失整体稳定？影响钢梁整体稳定的主要因素是什么？提高钢梁整体稳定的有效措施是什么？答：钢梁在弯矩较小时，梁的侧向保持平直而无侧向变形；即使受到偶然的侧向干扰力，其侧向变形也只是在一定的限度内，并随着干扰力的除去而消失。
但当弯矩增加使受压翼缘的弯曲压应力达到某一数值时，钢梁在偶然的侧向干扰力作用下会突然离开最大刚度平面向侧向弯曲，并同时伴随着扭转。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第3章钢结构的连接
12. 如图3-57所示的对接焊缝，钢材为Q235，焊条为E43型，采用焊条电弧焊，焊缝质量为三级，施焊时加引弧板和引出板。
已知，试求此连接能承受的最大荷载。
解：因有引弧板和引出板，故焊缝计算长度l w=500mm，则焊缝正应力应满足：
其中，
故有，
故此连接能承受的最大荷载为。
13. 图3-58所示为角钢2∟140×10构件的节点角焊鏠连接，构件重心至角钢肢
背距离，钢材为Q235BF，采用手工焊，焊条为E43型，，构件承受静力荷载产生的轴心拉力设计值为N=1100kN，若采用三面围焊，试设计此焊缝连接。
解:正面角焊缝
且故可取，此时焊缝的计算长度
正面焊缝的作用：
则由平衡条件得：
所以它们的焊缝长度为
，取370mm，
，取95mm。
17. 如图3-61所示的焊接工字形梁在腹板上设一道拼接的对接焊缝，拼接处作用有弯矩，剪力，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。
解：（1）确定焊缝计算截面的几何特征
x轴惯性矩：
中性轴以上截面静矩：
单个翼缘截面静矩：
（2）验算焊缝强度
焊缝最大拉应力（翼缘腹板交接处）：
查表知，，所以焊缝强度不满足要求。
19. 按高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接设计习题18中的钢板的拼接，采用8.8级M20(=21.5mm)的高强度螺栓，接触面采用喷吵处理。
（1）确定连接盖板的截面尺寸。
（2）计算需要的螺栓数目并确定如何布置。
（3）验算被连接钢板的强度。
解：（1）摩擦型设计
查表得每个8.8级的M20高强度螺栓的预拉力，对于Q235钢材接触面做喷砂处理时。
单个螺栓的承载力设计值：
所需螺栓数：
（2）承压型设计
查表知，。
单个螺栓的承载力设计值：
所需螺栓数：
螺栓排列图如下所示
验算被连接钢板的强度
a.承压型设计
查表可知，当
满足要求。
b.摩擦型设计
净截面强度验算：
满足要求；
毛截面强度验算：
满足要求。
20. 如图3-62所示的连接节点，斜杆承受轴心拉力设计值，端板与柱翼缘采用10个8.8级摩擦型高强度螺栓连接，抗滑移系数，求最小螺栓直径。
解：把力化简至中心点，如右图所示，螺栓群承受拉力、弯矩和剪力的共同作用，单个螺栓的最大拉力：
由，得。
连接的受剪承载力设计值应按下式计算：
按比例关系可求得：
故有
则受剪承载设计值：
化简得。
综上，查表可知最小螺栓直径为M20，此时，满足题意。
21. 验算图3-63所示的高强度螺栓摩擦型连接，钢材为Q235，螺栓为10.9级M20，连接接触面采用喷吵处理。
解：查表得抗滑移系数为，预应力。
单个螺栓的最大拉力：
连接的受剪承载力设计值应按下式计算：
按比例关系可求得：
故有
则受剪承载设计值：
综上，连接满足要求。
第4章轴心受力构件
6. 图4-25所示两种截面，板件均为焰切边缘，面积相等，钢材均为Q235。
当用作长度为10m的两端铰接的轴心受压柱时，试计算设计承载力各是多少，并验算局部稳定是否满足要求。
解：（a）如图所示，截面的几何特性为：
因板件均为焰切边缘，故构件的截面分类均为b类，
验算局部稳定：
故局部稳定满足要求。
（b）如图所示，截面的几何特性为：
因板件均为焰切边缘，故构件的截面分类均为b类，验算局部稳定：
故局部稳定满足要求。
7. 某桁架杆件采用双角钢截面，节点板厚8mm，钢材为Q235。
承受轴心压力设计值，杆件的计算长度为。
试按容许长细比选用杆件的最小截面，并验算所选截面。
解：假定，对轧制双角钢截面，截面分类均为b类
需要的截面几何量为：
查表，选用截面2∟45×3
当时，，，
此时，
故需根据重选截面。
选用截面2∟70×4
当时，，，
此时，
故截面满足要求。
9. 某轴心受压柱承受轴向压力设计值，柱两端铰接，。
钢材为Q235，截面无削弱。
试设计柱的截面：
（1）采用普通轧制工字钢
（2）采用热轧H型钢
（3）采用焊接工字形截面，翼缘板为焰切边
解：（1）采用普通轧制工字钢
假定，对热轧工字钢，查表可知：当绕轴x失稳时属于a类截面，当绕y失稳时属于b类截面。
需要的截面几何量为：
查表，选截面为I63c，则有
因截面无孔削弱，可不验算强度；又因轧制工字钢的翼缘和腹板均较厚，可不验算局部稳定，只需进行刚度和整体稳定验算。
因其翼缘，故取。
刚度满足要求。
又，由其查表可得
故整体稳定性满足要求。
（2）采用热轧H型钢
由于热轧H型钢可以选用宽翼缘的形式，截面宽度较大，因而长细比的假设值可
适当减小，假设，对宽翼缘截面，故构件的截面为类型均为b类。
需要的截面几何量为：
查表，试选。
截面验算：
因截面无孔削弱，可不验算强度；又因轧制H钢的翼缘和腹板均较厚，可不验算局部稳定，只需进行刚度和整体稳定验算。
因其翼缘，故
取。
刚度满足要求。
又，由其查表可得
故整体稳定性满足要求。
（3）采用焊接工字形截面，翼缘板为焰切边
假设，组合截面一般有，故构件的截面为类型均为b类。
需要的截面几何量为：
按经验计算，工字形截面：
根据以上参数，设计截面尺寸如右图所示。
截面的几何特性为：
截面验算：
因截面无约束，可不验算强度。
刚度和整体稳定验算：
刚度满足要求
又，由其查表可得
故整体稳定性满足要求。
局部整体稳定验算：
故局部稳定满足要求。