房屋钢结构作业参考答案

1、房屋钢结构作业参考答案房屋钢结构作业参考答案第 1 章 轻型钢结构的范畴、结构种类和布置1. 简述单层轻型钢结构房屋的结构组成。答：单层轻型钢结构房屋一般采用门式刚架、屋架和网架为主要承重结构。其上设檩条、屋面板（或板檩合为一体的太空轻质屋面板），其下设柱（对刚架则梁柱合一）、基础，柱外侧有轻质墙架，柱的内侧可 设吊车梁。2. 简述单层门式刚架结构的适应范围。 答：门式刚架结构通常用于跨度为9-36m，柱距为6-12m，柱高为 4.5-9m 的单层工业房屋或公共建筑 （ 超 市、娱乐体育设施、车站候车室、码头建筑 ） 。设置桥 式吊车的起重量不宜大于 20t 、属于中、轻级工作制的 吊车（柱距

2、 6m时不宜大于 30t ）；设置悬挂吊车时起 重量不宜大于 3t 。3. 简述屋架结构的适应范围。答：当房屋跨度较大、高度较高或承重柱采用混凝土 构件时，宜采用屋架结构。目前大量应用的压型钢板 有檩体系和太空轻质大型屋面板无檩体系多采用平坡 的轻质梯形钢屋架。4. 简述网架结构的适应范围。答：当房屋跨度较大，其平面尺寸长短边之比接近 1 或不超过 2 时，宜采用网架结构。5. 门式刚架结构如何分类？答：（ 1）按跨数分类：有单跨、双跨和多跨；（2）按坡度数分类：有单坡、双坡和多坡（3）按构件体系分类：有实腹式与格构式；（4）按截面形式分：有等截面和变截面；（5）按结构选材分：有普通型钢、薄壁

3、型钢和 钢管。6. 简述门式刚架结构的梁柱构件截面型式及连接方法。 答：截面实腹式刚架构件的截面一般为工字形（或称H形）；格构式刚架的截面为矩形或三角形。 门式刚架的横梁与柱为刚接， 柱脚与基础宜采用铰接； 当水平荷载较大，檐口标高较高或刚度要求较高时， 柱脚与基础可采用刚接。 变截面与等截面相比，前者可以适应弯距变化，节约 材料，但在构造连接及加工制造方面，不如等截面方 便，故当刚架跨度较大或房屋较高时才设计变截面。7. 简述门式刚架的几何尺寸：刚架的跨度、刚架的计算 高度、刚架屋面的坡度。答：（ 1）刚架的跨度：取横向刚架柱轴线间的距离 L （柱轴线为通过变截面小端的中心线），宜为 9-3

4、6m。 边柱宽度不等时，应外侧对齐。（2）刚架的计算高度：取横梁纵轴线与框架柱纵轴线 的交点至柱脚底面处的距离。一般宜为 4.5-9m, 必要 时可适当加大。（框架梁的轴线，取通过变截面梁单 元中最小端截面中心处平行于框架梁上翼缘的纵向轴 线）。（3）刚架屋面的坡度： 在 1/8-1/20 间（长尺寸压型金 属屋面板或卷材屋面）及 1/4-1/6 间（短尺寸压型金 属板屋面或石棉瓦屋面）。挑檐长度宜为 0.5-1.2m, 其上翼缘坡度取与刚架斜梁坡度相同。8. 简述在结构布置时，如何确定门式刚架的间距？ 答：刚架的合理间距（柱距）应综合考虑使用要求、 刚架跨度、檩条的合理跨度及荷载条件确定。一

5、般宜 为 6m，亦可采用 7.5m 或 9m，最大可采用 12m；门式 刚架跨度较小时，也可采用 4.5m。有时，为小柱距布 置支撑的方便，亦可在大柱距中插入个别小柱距，如 12m+6m的混合柱距。 在建筑物山墙处，一般仍设置端刚架，也可用山墙横 向墙架柱并增设压顶斜梁以代替端刚架，以简化结构 布置并降低用钢量。9. 简述门式刚架轻型房屋的构件和围护结构设置温度 伸缩缝的条件和做法。答：门式刚架轻型房屋的构件和围护结构温度伸缩缝 区段规定为： 纵向不大于 300m；横向不大于 150m。超 过规定则需设伸缩缝。伸缩缝有两种做法：（ A）设置双柱；（ B）在檩条相 连的螺栓处采用长圆孔，并使该处

6、屋面板在构造上允 许涨缩。10. 简述门式刚架轻型房屋的柱间支撑、屋盖横向支撑 和系杆的布置原则。答：在房屋（或每个温度区段或分期建设区段）的端 部第一或第二个开间，设置柱间支撑；柱间支撑的间 距一般取 30-45m，当房屋较长时，应在中部增设柱间 支撑；当房屋宽度大于 60m时，内列柱宜适当设置柱 间支撑；当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置。在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横向支撑 （沿 刚架横梁上表面）。在边柱柱顶、屋脊、及多跨刚架的中柱柱顶，应沿房屋全长设置刚性系杆； 若端部支撑设在端部第二开间， 在第一开间的相应位置应设置刚性系杆。第 2 章 门式刚架设计1/60。可采用下列措施

7、之一：加大柱或梁截面； 改铰接柱脚为刚接柱脚； 把多跨刚架中的个别摇摆柱改为上端与梁刚1. 简述门式刚架柱顶侧移的限值及不满足时的措施。 答：门式刚架柱顶侧移的限值为不超过柱高度的 不满足时，（1）（2）（3）接。2. 简述工字形截面梁、柱板件的宽厚比限值和利用屈曲 后强度的意义。答：工字形截面（采用三块板焊成）受弯构件中腹板以受剪为主，翼缘以抗弯为主。增大腹板的高度，可使翼缘的抗弯能力发挥更为充分。然而，在增大腹板 高度的同时如果随它的厚度增大， 则腹板耗钢量过多， 也不经济。因而，充分利用板件屈曲后的强度是比较合理的。1）梁、柱板件的宽厚比限值（图 2-1 ）5面尺寸图 2-1 梁、柱截腹

8、板：受压翼缘板： bt1 15 2f35hw tw3. 简述门式刚架斜梁腹板横向加劲肋的设置位置答：梁腹板应在与中柱连接处、较大固定集中荷载处和梁翼缘转折处设置横向加劲肋；其他部位是否设置 中间加劲肋，由计算确定；但规程规定，当利用 腹板屈曲后抗剪强度时， 梁腹板横向加劲肋的间距 a 宜 取 hw 2hw 。4. 简述门刚架斜梁截面设计要点。 答：当斜梁坡度不超过 1：5 时，因轴力很小可按压弯 构件计算其强度和刚架平面外的稳定，不计算平面内 的稳定。实腹式刚架斜梁的平面外计算长度，取侧向支撑点的 间距。当斜梁两翼缘侧向支撑点间的距离不等时，应 取最大受压翼缘侧向支撑点间的距离。斜梁不需要计

9、算整体稳定性的侧向支撑点间最大长度，可取斜梁下 翼缘宽度的 16 235/ fy 倍。5. 简述隅撑的设置要点。 答：腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压翼缘两侧布置隅撑（山墙处刚架仅布置在一侧）作为斜梁的侧向支撑，隅撑的另一端连接在檩条上，见图 2-2图 2-2撑的连接隅撑间距不应大于所撑梁受压翼缘宽度的16 235/ fy倍。6. 门式刚架斜梁与柱的连接常用那些形式？如何确定 端板厚度？答：门式刚架斜梁与柱的刚接连接，一般采用高强度 螺栓 - 端板连接。 具体构造有端板竖放、 端板斜放和端 板平放三种形式。端板的厚度 t 可根据支撑条件按公式计算，但不应小 于 16mm，和梁端板连接的柱

10、翼缘部分应与端板等厚7. 设计题刚架柱设计图 2-3 所示单跨门式刚架，柱为楔形柱，梁为等截面 梁，截面尺寸及刚架几何尺寸如图所示，材料为 Q235B.F 。 已 知 楔 形 柱 大 头 截 面 的 内 力 ： M1=198.3KN.m，N1=64.5kN，V1=27.3kN；柱小头截面内 力：N0=85.8kN，V0=31.6kN。试验算该刚架柱的整体稳 定是否满足设计要求。图 2-3 刚架几何 尺寸及梁柱截面尺寸（ a）刚架几何尺寸；（ b）梁、柱大头截面尺 寸；（ c）柱小头截面尺寸 解 ：（ 1）计算截面几何特性： 刚架梁及楔形柱大头、小头截面的毛截面几何特性计算 结果见表 1-3刚架

11、梁、柱毛截面几何特性表 1-3构 件 名 称截 面A (mm2)Ix ( 104mm4)Iy ( 104mm4)Wx ( 103mm3)i x mmi y mm刚 架 梁2-268004037510681311243.139.6刚 架 柱1-168004037510681311243.139.60-048807733106752.25125.946.8(2)楔形柱腹板的有效宽度计算 大头截面： 腹板边缘的最大应力631 198.3 106 3400 64.5 103 156.8N /mm21 40375 10 4 6800198.3 106 3400 64.5 103 137.9N/mm2 4

12、0375 1046800腹板边缘正应力比值2 137.9 0.8791 156.8 腹板在正应力作用下的凸曲系数 k 161 2 0.112 1 2 116 =21221 0.879 0.112 1 0.879 1 0.879与板件受弯、受压有关的系数hw /tw28.1 k 235/( R 1)600/60.66 0.8 28.1 21 235/(1.087 156.8) 大头截面腹板全部有效。小头截面： 腹板压应力N0A11,280/628.1 4 235/(1.087 17.6) 全截面有效。 楔形柱的计算长度 柱的线刚度85800 217.6N /mm2 48801622 0 20.2

13、4 0. 8,4.0=1,故小头截面腹板梁的线刚度I e1hI b02s40375 10 47368440375 104 170652 1 11829.654797K2/K1=17065/54797=0.31Ic0 7733 1044 0.19Ic1 40735 104 查表得柱的计算长度系数 =1.22 柱平面内的计算长度 lox h=1.22 7368=8986mm 柱平面外的计算长度根据柱间支撑的布置情况取其几何 高度的一半 loy 3684mm 楔形柱的强度计算 柱腹板上不设加劲肋， k =5.34, 偏于安全地按最大宽度 计算hw /tw600/6 1.1737 k 235/ fy

14、37 5.34腹板屈曲后抗剪强度设计值fv 1 0.64( w 0.8) fv 1 0.64 (1.17 0.8) 125 95.4N /mm柱腹板抗剪承载力设计值Vd hwtw fv 600 6 95.4 10 3 343.4kNV1=27.3kN0.5V dNM eN6M e1 NWe1 / Ae1 1.311 106 21566 1.311 106310 6 64.5 103 6800=269.4kN.mM=198.3kN.m M eN 柱大头截面强度无问题， 强度也无问题。楔形柱平面内稳定计算l ox 8986 71.4x ix 125.9查 GB 50017 规范附表得222 EAe

15、0 2 2.06 1.1 2x小头截面积虽小， 但弯矩为零，NExox 0.7435105 48802 1769kN1.1 71.4210等效弯矩系数N0x Ae0 1 (N0 / NEx0) xmx 1.0mxM1385.8 1030.743 48806198.3 10685.8 61 0.743 1.311 1061769223.5 156.9 180.6N /mm2 f=215N/mm 楔形柱平面外稳定计算 需要对柱上、下段分别计算 和小头截面的平均值，即 板高度也是大小头的平均值假定分段处的内力为大头M=99.15kN.m，N=75.15kN,腹440mm可, 以算得分段处截 面几何特

16、性： A=5840mm2,I y=1067 104mm4, i y 42.7mm 和 Wx=891 103mm3。下面计算上段的平面外稳定性，此段的 小头在分段处y l 0y 3684 86.3y i y0 42.7 查 GB 50017 规范得 2003iy08 246.4 6/3) 50.5mm12y 0.6461/2s1w1y0lh00 1 0.023 0.35Af200 80.00358 l /i y0 1 0.00358 0.35 3684/ 50.5 1.01 l36841.26 91.9iyo50.50.0233684 456 1.26柱的楔率 =d1/d 0-1=616/456

17、-1=0.35, 不大于 0.268h/d 0 及 6.0梁整体稳定系数4320 A0h0 b2y0 Wx02 y0t0 235 4.4h0y41.2604320 5840 45691.92891000 1.01291.9 8 2.44 0.64.4 45611b 修正后 b 1.07 02.24842 0.952.44等效弯矩系数因上柱段两端弯曲应力相差不多，取 t =1.0N0 t M1 75.15 103 198.3 106y Ae0 bWe1 0.646 5840 0.95 1.311 10622=19.9+159.2=179.1N/mm 2 f=215N/mm2 下段柱也满足要求，这

18、里从略。第 3 章 压型钢板设计1. 简述压型刚板的组成材料及适应范围。答：（ 1）压型钢板是以冷轧薄钢板（厚度一般为 0.4-1.6mm）板基，经镀锌或镀锌后覆涂彩色涂层， 冷加工辊压成型的波型板材，具有承载和防大气腐蚀 的能力。2）压型钢板按表面处理方法可分为三种：压型钢板按表面处理方法分类适用情况镀锌钢板仅适用于组合楼板。彩色镀锌钢板目前工程中应用最多的 屋面板和墙面板。彩色镀铝锌钢板澳大利亚、韩国厂商推 出的屋面板和墙面板， 结合了锌的抗腐蚀性和 铝的延展性。2. 压型钢板的常用的截面形式是什么？板型如何表表 示？按波高如何分类？12答：（ 1）压型钢板的常用的截面形式为波型。（2）压

19、型钢板板型表示方法为： YX 波高 - 波距- 有效覆盖宽度，板厚另外注明。（3）压型钢板按波高可分为：高波板波高大于 70mm，适用于重载屋 面板；中波板波高 30-70mm，适用于楼盖板及 一般屋面板；低波板波高小于 30mm，适用于墙面板。3. 设计压型钢板要考虑的荷载一般有哪些？ 答：（1）永久荷载：当屋面板为单层压型钢板构造时， 永久荷载仅为压型钢板的自重；当为双层压型钢板构 造时（中间设置玻璃棉保温层），作用在板底（下层 压型钢板）上的永久荷载除其自重外，还需要考虑保 温材料和龙骨的重量。（ 2）可变荷载： 除需与刚架荷载计算类似，要考 虑屋面活荷载或雪荷载、积灰荷载外，还需要考虑施 工检修集中荷载，一般取 1.0Kn，当施工检修集中荷 载大于 1.0Kn ，应按实际情况取用。当按单槽口截面 受弯构件设计屋面板时，需要按下列方法将作用在一 个波距上的集中荷载折算成板宽方向上的线荷载（图