华南理工大学继续教育2020年钢结构作业答案

一、思考题
1、简述你对这门课程的认识（300字以内）
答：①与混凝土结构相比较，钢结构工程有着较高的抗震能力，再加上钢构件的自重较轻，因此大幅度降低基底反力。

②钢结构工程的安装速度比较快，并且其构成的零件和构件等早已实现了大批量生产，其电焊焊接、打孔等施工作业的质量控制措施和技术措施比较成熟，因此可在一定程度上大幅度缩短施工周期。

③钢材属于抗压强度较为高的材料，这就决定了钢结构工程的基本建设成本较低，并且能够反复使用，合理有效的避免建筑材料的铺张浪费，属于环保型材料，其能在全周期时间内非常好的满足绿色建筑的规定。

因此从各这方面能够看出，钢结构工程在设计上将会有一个全新的、更加辽阔的发展空间。

2、列出你的自学计划（以时间和章节为主线）。

答：抽取一个月的时间学习完这门课程，并分成四周完成。

第一周：前两天了解及学习第一章节（绪论），后五天学习及掌握第二章节（钢结构的材料）；
第二周：前三天学习及掌握第三章节（钢结构的连接），后四天学习及掌握第四章节（轴心受力构件）；
第三周：前三天学习及掌握第五章节（受弯构件），后四天学习及掌握第六章节（拉弯和压弯构件）；
第四周：前三天学习及掌握第七章节（屋盖结构），后四天本门课程《随堂练习》及《平时作业》。

二、问答题
1、简述钢结构的特点。

答：钢结构由钢材通过连接而成的能承担预定功能的结构体系，钢结构是由钢板、热轧型钢和冷加工成型的薄壁型钢制造而成。

钢结构的优点为：
1、钢材强度高，韧性、塑性好，适用于建造大跨、高耸、高层、荷载大的、反复荷载作用的结构；
2、质量轻，强重比大，可降低基础造价，方便施工吊装，对抗震有利，适用于建造大跨、抗震结构；
3、材质均匀，符合力学假定，计算结果比较可靠，安全可靠度高，适用于重要结构、对抗震要求较高的结构；
4、制造简单，工厂化生产，工业化程度高，施工速度快，施工周期短，适用于加固、改建、可拆卸结构；
5、钢结构密闭性好，连接的水密性和气密性好，适用于高压容器、油库、气罐、管道等；
6、钢材为可持续发展的材料。

钢结构的缺点为：
1、钢材耐热但不耐火。

2、钢材易锈蚀，耐腐蚀性能差，维护费用高。

3、钢结构在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂，且稳定性问题突出。

4、钢材价格相对较贵。

2、钢结构设计中钢材的选择需要考虑的因素有哪些？
答：钢结构设计的目的是使所建造的结构能满足各种预定的功能要求，并做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，达到安全性、适用性、耐久性的结构功能要求。

钢材选择时考虑的主要因素有：①结构的重要性；②结构形式；③施工安装的技术水平；④结构计算结果；⑤材料价格。

3、简述焊缝连接的特点。

答：焊缝的优点：对几何形体适应性强，构造简单，连接方便，省工省时；不需打孔，用料经济，不削弱截面；加工方便，可实现自动化操作，工效高；密闭性好，结构刚度大，整体性较好。

焊缝的缺点：焊接附近有热影响区，材质变脆；焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏，对裂纹比较敏感；残余变形使结构形状、尺寸发生变化；焊接裂缝一经发生，便容易扩展，低温冷脆问题突出；对动力荷载比较敏感；对材质要求高，焊接程序严格，质量检验工作量大。

4、选择轴心受压实腹柱的截面时应考虑的因素有哪些？
答：①形状力求简单，便于制造；②宜具有对称轴，改善工作性能；③便于和其他构件连接；④在等截面情况下，具有较大的惯性矩；⑤两主轴方向等刚度。

5、简述减少焊接应力和焊缝变形在设计上采取的措施。

答：①采用适宜的焊脚尺寸和焊缝长度，最好采用细长焊缝，不宜粗短焊缝；②焊缝不宜过分集中，以防止焊接变形因受到严重约束而产生过大的焊接应力，甚至产生裂缝；③应尽量避免三向焊缝相交；因此应使得次要焊缝中断而主要焊缝连续通过；④焊缝尽可能对称布置，连接、过渡尽量平滑，避免截面突变和应力集中现象；⑤当拉力垂直于受力板面时，要考虑板材有分层破坏的可能；⑥要注意施焊方便和可能，避免仰焊，以保证焊缝的质量。

6、框架柱的柱脚有哪几种形式？
答：框架柱（受压受弯柱）的柱脚可做成铰接和刚接。

铰接柱脚只传递轴心压力和剪力，其计算和构造与轴心受压柱的柱脚相同，只不过所受的剪力较大，往往需采取抗剪的构造措施。

①铰接柱脚分为：无靴梁的铰接柱脚和有靴梁的铰接柱脚；
②刚接柱脚与混凝土基础的连接方式有：外露式、埋入式和外包式三种。

7、钢结构构件的抗震性能设计应根据哪些因素综合分析比较选定其抗震性能目标？
答：①结构的重要性；②结构形式；③施工安装的技术水平；④结构计算结果；
⑤材料价格；⑥绿色经济节能。

8、影响钢材主要性能的因素主要有哪些？
答：①化学成分
钢材由各种化学成分组成的，其基本元素为铁（Fe）。

碳素结构钢中铁占99%，碳和其它元素仅占1%，但对钢材的性能有着决定性的影响，还有一些有利元素如碳（C）、锰（Mn）、硅（Si）等，钢材中也含有一些对钢材性能有害的杂质元素，如硫（S）、磷（P）、氧（O）和氮（N）等。

普通低合金钢中还含有低于5%的合金元素。

②冶金与轧制的影响
冶金的影响主要为脱氧方法：使用沸腾钢用Mn为脱氧剂，时间快，价格低，质量差；使用镇静钢用Si为脱氧剂，时间慢，价格高，质量好。

反复的轧制可以改善钢材的塑性，同时可以使钢材中的气孔、裂纹、疏松等缺陷焊合，使金属晶体组织密实，晶粒细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学性能提高。

③冷作硬化与时效硬化
由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性下降，增加脆性的现象称之为硬化现象。

冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等），钢材发生塑性变形从而使钢材变硬的现象称之为冷作硬化。

钢材中的C、N，随着时间的增长和温度的变化，而形成碳化物和氮化物，使钢材变脆的“老化”现象称之为时效硬化。

④复杂应力与应力集中的影响
钢材在多向同号应力场作用下，一向的变形受到另一向的限制，而使钢材强度增加，塑性、韧性下降，异号应力场时则相反。

钢构件由于截面的改变以及孔洞、凹槽、裂纹等原因而使构件内产生应力集中，应力集中实际为：局部应力增大并多为同号应力场。

⑤残余应力的影响
钢材在轧制、焊接、切割等过程中会产生在构件内部自相平衡的内力,残余应力虽对构件的强度无影响，但对构件的变形（刚度）、疲劳以及稳定承载力产生不利影响。

⑥温度的影响
1、正温影响：总体影响规律为温度上升，钢材的强度降低，塑性、韧性提高。

2、负温影响：随着温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，脆性增大，称之为低温冷脆。

9、焊接残余应力对哪些结构性能有影响？
答：①静力强度：对于具有一定塑性的钢材，在静力荷载作用下，因焊接残余应力是自相平衡力系，对常温下承受静力荷载结构的强度没有影响；
②刚度：当残余应力与外加荷载引起的应力同号相加以后，该部分材料将提前进人屈服阶段，局部形成塑性区而刚度阵为零，继续增加的外力将仅由弹性区承担，因此构件变形将加快，刚度降低。

会使部分截面提前达到受压屈服强度而进入塑性受压状态，降低轴心受压、受弯和压弯构件等的稳定性。

③对低温冷脆的影响：厚板或交叉焊缝，焊接应力使焊缝处于三向拉应力状态，
阻碍了塑性变形，裂纹易发生和发展、增加钢材在低温的脆断倾向。

④降低疲劳强度：残余拉应力高的地方易形成和发展疲劳裂纹，疲劳强度也因而降低。

10、常见的冶金缺陷有哪些？请列出并进一步解释
答：①裂纹：一般呈直线状，有时呈Y形，多与拔制方向一致，但也有其他方向，一般开口处为锐角；
②重皮(结疤)：表面呈舌状或鱼鳞片的翘起薄片：一种是与钢的本体相连结，并折合到表面上不易脱落；另一种是与钢的本体没有连结，但粘合到表面易于脱落；
③折叠：钢材表面局部重叠，有明显的折叠纹；
④气泡：表面无规律地分布呈圆形的大大小小的凸包，其外缘比较圆滑。

大部是鼓起的，也有的不鼓起而经酸洗平整后表面发亮，其剪切断面有分层；
⑤疏松：钢的不致密性的表现。

切片经过酸液侵蚀以后，扩大成许多洞穴；
⑥缩孔残余：在横向酸浸试片的中心部位，呈现不规则的空洞或裂缝。

空洞或裂缝中往往残留着外来杂质；
⑦非金属夹杂物：在横向酸性试片上见到一些无金属光泽，呈灰白色、米黄色和暗灰色等色彩，系钢中残留的氧化物、硫化物、硅酸盐等；
⑧金属夹杂物：在横向低倍试片上见到一些有金属光泽与基体金属显然不同的金属盐；
⑨过烧：观察经侵蚀后的显微组织时，往往在网络状氧化物周围的基体金属上可看到脱碳组织，其他金属如铜及其合金则有氧化铜沿晶界呈网络状或点状向试样内部延伸。