钢结构设计原理作业参考答案
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。
钢结构设计原理作业参考答案
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=4.74mm 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。
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。
钢结构设计原理课后答案
钢结构设计原理课后答案以下为钢结构设计原理课后答案：1. 梁的弯曲设计原理：- 梁在受力时会发生弯曲变形，根据梁的静力平衡原理，可得到梁的弯矩方程；- 根据材料力学理论，可以推导出梁的弯矩和弯曲曲率之间的关系；- 采用合适的截面形状和尺寸，使得梁在受到外力作用时能够保持合理的弯曲变形，从而满足设计要求。
2. 柱的压缩设计原理：- 柱在受压力作用时会发生压缩变形，根据柱的静力平衡原理，可得到柱的压力方程；- 根据材料力学理论，可以推导出柱的压力与变形之间的关系；- 采用合适的截面形状和尺寸，使得柱在受到外压力作用时能够保持合理的压缩变形，从而满足设计要求。
3. 接头的设计原理：- 接头是连接钢结构构件的重要部分，其设计原理主要包括强度计算和刚度计算；- 强度计算要考虑接头在受力时承受的拉力、压力和剪力等作用；- 刚度计算要保证接头具有足够的刚度和变形能力，使得构件能够满足整体的刚度要求；- 通常采用焊接、螺栓连接等方式进行接头设计。
4. 桁架结构的设计原理：- 桁架结构是由多个构件组成的三角形结构，其设计原理主要包括构件受力分析和整体稳定性分析；- 构件受力分析要考虑各构件在受荷载作用下的拉力和压力，通过静力平衡方程求解各个构件的受力；- 整体稳定性分析要保证桁架结构在外力作用下不发生整体失稳，通常采用稳定性计算方法进行分析；- 桁架结构设计要满足强度、刚度和稳定性等要求。
5. 桩基设计的原理：- 桩基设计的主要目的是保证建筑物或结构的稳定和承载能力；- 桩基设计的原理包括桩身的承载力计算和桩身的变形计算； - 桩身承载力计算要考虑桩身的竖向承压力和横向剪切力等作用；- 桩身变形计算要考虑桩身在受荷载作用下的竖向和横向变形。
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《钢结构设计原理》作业参考答案作业一一、单项选择题： 1.B 2.C 3.C 4.A 5.D 6.A 7.B 8.A 9.B 10.B二、填空题：1.螺栓群形心轴2.设计3.角钢4.沸腾钢5.冲击韧性A KV 值或冲击韧性值或A KV 值6.H7.翼缘8.低或小9.y f /1515 10．X －轴三、简述题：1.钢材在循环应力多次反复作用下，裂纹生成、扩展以至断裂破坏的现象称为钢材的疲劳。
影响疲劳破坏的主要因素：（1）应力集中 （2）应力幅 （3）应力循环次数2.（1）强度验算fA N n≤=σ （2）刚度验算 ][max λλ≤ （3）整体稳定验算fAN≤min φ（4）局部稳定验算fy t b 235)1.010(max 1λ+≤ fy t h w 235)5.025(max 0λ+≤3.结构或构件的承载能力极限状态包括静力强度、动力强度和稳定等的计算〉达到这种极限状态时，结构或构件达到了最大承载力而发生破坏，或达到了不适于继续承受荷载的巨大变形。
结构或构件的正常使用极限状态是对应于结构或构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值。
达此极限状态时，结构或构件虽仍保持承载力，但在正常荷载和作用下产生的变形已不能使结构或构件满足正常使用的要求，包括静力荷载作用下产生的巨大变形和动力荷载作用下产生的剧烈振动等。
4.选择屈服点作为结构钢材设计强度标准值是因为：（1）它是钢材开始塑性工作的特征点，钢材屈服后，塑性变形很大，极易为人们察觉，可及时处理，避免发生破坏；（2）从屈服到钢材破坏，整个塑性工作区域比弹性工作区域约大 200 倍，且抗拉强度与屈服点之比(强屈比) 较大，是钢结构的极大后备强度，使钢材不会发生真正的塑性破坏，十分安全可靠。
对无明显屈服点的钢材，以卸载后试件的残余应变为 0.2% 所对应的应力作为屈服点。
四、计算题：1.解：（1）查表可知：45.0=μ P=125KN KN N b v 625.5012545.019.0=⨯⨯⨯= 33022151515001=⨯==d mm ＜l mm 0.1=β（2）受力分析： KN 33060cos30F N x =︒== KN 3060sin30F V y =︒==mmN F F T y x .10297.9180756⨯=+=（3）求各种力单独作下危险螺栓所受的力KNn N N N x 35.743301===KN n V N V y 5.74301===∑∑⨯+⨯=+2222754504iiyx 232500mm =N NT x46110145.2325007510297.9⨯=⨯⨯= NN Ty 4611043.1325005010297.9⨯=⨯⨯=（4）危险螺栓所受合力()()24324311043.1105.710145.21035.7⨯+⨯+⨯+⨯=NKN KN ＜N b v 625.5076.40==2.解：（1）荷载计算 标准值：3450033000⨯+⨯=k q m N 22500=设计值：4.1345002.133000⨯⨯+⨯⨯=d q m N 29700=（2）内力计算：22max 6297008181⨯⨯==l q M d m KN .65.133= （3）查表：A=67.05cm2 Ix=11076cm4 Wx=692.2cm3 rx=1.05 F=215N/mm2 E=2.06×105N/mm （4）验算：强度：①抗弯强度：36102.69205.11065.133⨯⨯⨯=nx x W r M 2221589.183mm N ＜f mm N ==②抗剪强度：对于轧制工字钢，可不验算。
③腹板局部压应力：对均布荷载情况不需验算，支座处设有支承加劲肋也不需验算。
④折算应力：对型钢梁不需验算。
刚度：EI l q w k 43845⨯=101107610206101062250038453824⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-mm l mm ＜24250600025064.16===整体稳定：由于有平板密铺在梁受压翼缘上并与其牢固连接，故不需验算。
局部稳定：对型钢梁不需验算。
3.解：（1）截面几何特性：2124802030036018mm A =⨯+⨯= 36811068.11091083.1mm W x ⨯=⨯=35821075.62711083.1mmW x⨯=⨯= mm i x 1.121124801083.18=⨯=mmi y 18.60124801052.47=⨯=（2）荷载计算：KN F N 900== mm N M .1035.115010900831⨯=⨯⨯=mm N M .10910010900732⨯=⨯⨯=（3）弯矩作用平面内整体稳定验算m l ox 8=9.654.1218000==x λ查b 类 775.0=x ϕ883.01035.110935.065.087=⨯⨯+=mxβ05.11=x r 2.12=x r（按塑性设计∴=⨯-=1305.7202183001＜t b）NN Ex52521006.539.651.1124801006.2⨯=⨯⨯⨯⨯='π对受压侧：)8.01(11Exx x x mx xN N W r M A N'-+βφ 22556832053.1712.781.93)1006.531098.01(1068.105.11035.1883.012480775.010900mm N ＜f mm N ==+=⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=对受拉侧：225558512220567.11477.1861.72)1006.5310925.11(1075.62.11035.1883.012480109)25.11(m m N ＜f m m N N N W r M A NEx x x x mx ==-=⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯-⨯=--β（4）弯矩作用平面外的整体稳定验算9.13218.6080008===y oy m l λ查b 类 374.0=y ϕ 883.01035.110935.065.087=⨯⨯⨯+=tx β708.09.1320022.012350022.01=⨯-=-=yyb f λϕ22685120505.29323.10082.1921068.1708.01035.1883.0112480374.0109m m N ＞f m m N W M A Nxb xtx y ==+=⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=+ϕβηϕ作业二一、单项选择题：1.C2.A3.B4.A5.D6.B7.A8.D9.B 10.C二、填空题：1.承载能力极限状态 正常使用极限状态2.轻质高强 材质均匀 韧性和塑性良好 装配程度高 施工周期短 密闭性好 耐热不耐火 易锈蚀3.塑性破坏 脆性破坏4.化学成分 钢材缺陷 冶炼 浇注 轧制 钢材硬化 温度 应力集中 残余应力 重复荷载作用5.应力集中 应力幅（对焊接结构）或应力比（对非焊接结构） 应力循环次数6.屈服点 抗拉强度 伸长率 冲击韧性 冷弯性能7.焊接连接 铆钉连接 螺栓连接 8. 8h f 40mm 60 h f 9.螺栓剪坏 孔壁挤压坏 构件被拉断 端部钢板被剪坏 螺栓弯曲破坏 10.螺栓材质 螺栓有效面积 11．X －轴三、简述题：1.钢结构具有的特点：①钢材强度高，结构重量轻；②钢材内部组织比较均匀，有良好的塑性和韧性； ③钢结构装配化程度高，施工周期短；④钢材能制造密闭性要求较高的结构； ⑤钢结构耐热，但不耐火；⑥钢结构易锈蚀，维护费用大。
2.钢结构的合理应用范围：①重型厂房结构；②大跨度房屋的屋盖结构；③高层及多层建筑；④轻型钢结构；⑤塔桅结构； ⑥板壳结构；⑦桥梁结构；⑧移动式结构。
四、计算题： 1.解：（1）确定对接焊缝计算截面的几何特性1）计算中和轴的位置（对水平焊缝的形心位置取矩）cmy cm y b a 1.219.931 9.95.01)120(1)130(5.151)130(=-==+⨯-+⨯-⨯⨯-=2）焊缝计算截面的几何特性 全部焊缝计算截面的惯性矩422347904.91)120(1.61)130()130(1121cm I w =⨯⨯-+⨯⨯-+-⨯⨯=全部焊缝计算截面的抵抗矩2271.214790 4849.9479033cm y I W cm y I W b w bw a w a w ======腹板焊缝计算截面的面积 2291)130(cm A w w =⨯-=（2）验算焊缝强度1）a 点 满足）(/185/9.901048410202202234mm N f mm N W M w f a w a =<=⨯⨯⨯==σ2）b 点2232234b /9.75102910220(/185/8.193102271020220mm N A F mm N f mm N W M w w w fb w =⨯⨯===<=⨯⨯⨯==τσ满足）折算应力222222/5.2361.1/2.2349.7538.1933mm N f mm N w c =<=⨯+=+τσ2.解：[]kNf d nN b v vbv7.811013020424322=⨯⨯⨯⨯==-ππ[]kNf t d N b cb c8.1091030518203=⨯⨯⨯==-∑[]KN N b7.81min=KN N N n b3.77.81600][min ===取8个排列 中距 5.6430=d 取80 端距 0.4320=d 取50边距25.325.10=d 取40净截面验算2210618)5.212160( mm A I I n =⨯⨯-=-MPaA N n 2852106106003=⨯==σ>215MPa说明净截面强度不够，接头不能承受600kN 的拉力，经验算，盖板应采用12mm 厚钢板，被连接板应采用25mm 钢板。
拼接板长 ()mm l 690108035022=+⨯+⨯⨯=3.解：kN N f A N i L m m AI i m m I i L m m A I i m m I m m A y y x y y y x x x x x 44.3787378744021524000734.0734.0)732.0739.0(17.0739.07.721329600132********.416 107.4165002012122.392459600 24524000101435 1014352605002025008121240008500)50020(26463646232==⨯⨯=⋅⋅≤=--=→====⨯==⨯=⨯⨯⨯=====⨯==⨯=⨯⨯⨯+⨯⨯==⨯+⨯=ϕϕλλλ作业三一、填空题：1.抗拉强度fu 伸长率δ10或δ5 屈服点fy 180º冷弯性能和 冲击韧性ak 0.82.硫(S)和氧(O) 磷(P)和氮(N)3.fv=0.58fy4.屈服强度 半镇定 沸腾钢5.弯曲 弯扭 扭转 弯曲6.通过分肢腹板的主轴 通过分肢缀件的主轴7.低8. 8hf 和 40mm 2d09.不影响 降低 降低 降低 10.材料强度 和 螺栓的有效截面面积 11.孔壁承压和栓杆抗剪 摩擦力二、简述题：1.钢结构具有的特点： ○1钢材强度高，结构重量轻；○2钢材内部组织比较均匀，有良好的塑性和韧性； ③钢结构装配化程度高，施工周期短；④钢材能制造密闭性要求较高的结构； ⑤钢结构耐热，但不耐火；⑥钢结构易锈蚀，维护费用大。