钢结构作业参考答案

1、钢结构第4章作业参考答案4.1验算由2L63x 5组成的水平放置的轴心拉杆的强度和长细比。轴心拉力的设计值为270KN ,只承受静力作用，计算长度为3mo杆端有一排直径为20mm的孔眼（图4.37 ）, 钢材为Q235钢。如截面尺寸不够,应改用什么角钢？注：计算时忽略连接偏心和杆件自重的影响。NN I II I=解37解：= 215 N/nmiA = 12.28c/n2有孔洞,.-危险截面是孔洞所在的正截面4 = 12.28 x 102 - 2 x 20 x 5 = 1028 nun2此截面能承受的最大轴力为：N = Aj/ = 1028 x 215 = 221.02KNvN = 270KN不

2、满足要求改用 Q235 , 2L63x6 ,查得 A= 14.58cm2 , ix = 1.93cm,zv= 2.98cm/. An = 14.58xlO2 -2x20x5 = 1258min2实际应刘；=27（）X1（）- = 214.6N/mm2 f=25Nhnm2 A, 1258长细比：/300人= 155.4 A = 350 J 193I 300= - = - = 100.7 i、2.98满足要求。4.2 块-400x20的钢板用两块拼接板-400x12进行拼接。螺栓孑为22mm ,排 列如图4.38所示。钢板轴心受拉,N二1350KN (设计值钢材为Q235钢,解答下列问题:(1)钢

3、板1-1截面的强度够否？(2 )是否还需要验算2-2截面的强度？假定N力在13个螺栓中平均分配，2-2截面应 如何验算？(3)拼接板的强度够否？/I2I0Q0000k虽700000Q00LQ0oQ0Q 2150 L 2x80 L.| I | ” 10解：查表得t=20钢板厶=205 2/肿丄二12钢板厶。=215 N/mm2N_ 1350x104 668020 厚钢板4 =400x20- 3 x 22 x 20 = 6680mm2=202.1 N/mm1 f20= 205 N/mm212 厚拼接板4 =2x(400 - 3 x 22)x12 = 8016mm2所以z 1-1截面强度满足设计要求

4、。(2 )因2-2截面螺栓较1-1截面多,截面削弱较大,所以需要验算,方法同上。 20 厚钢板观=(400 -5 x 22)x 20 = 5800 mm2N 135 0x103x = n9N/mm2 血=205 N/mm2An5800J)所以在2-2截面处亦满足要求(3 )验算拼接板的强度(靠近中心处的螺栓截面)因 z 12 厚拼接板 An = 2x(400 -5x22)x12 = 6960mm2N 1350x10 gn/ 22. 一 = 193.97N/mm =25N/mmAn 69604.3验算图4.39所示和摩擦型高强螺栓连接的钢板净截面强度。螺me 20mm,孑径22mm ,钢材为Q2

5、35AF ,承受轴心拉力N=600KN (设计值X令令111令令令0000令T:彳0II 090G000弘39解：查表得f = 215 N/nurr ,且因螺栓对称布置最外列螺栓形心处的酚正截面为危险截面:.N = N(1 0.5 厲 /)= 600x(l-0.5x 3/9) = 500KN因两块拼接板厚度之和大于受力板，所以只须验算受力板的强度a = 240 x 14 = 3360nun2,A =(240 - 22 x 3)x 14 = 2436nun23验算净截面 cr = =聖L = 205.3 N/mm1 / = 215 Nbnm2 A)t 2436验算毛截面 (j = =%= 178

6、.6 N/mnr / = 310 N/mm2(2)刚度验算I QOO吏tx车由2 =匹= 326 锐=350i, 2.76由 / = = = 2202 = 350 .4.09所以#对整体而言，刚度满足要求z强度略有不足#可选用2L90X104.5某车间工作平台柱高2.6m,按两端狡接的轴心受压柱考虑。如果柱采用116 (16 号热轧工字钢),试经计算解答:(1)钢材采用Q235钢时,设计承载力为多少？(2 )改用Q345钢时，设计承载力是否显著提高?(3 )如果轴心压力为330KN (设计值)J16能否满足要求？如果不满足，从构造上采取什么措施就能满足要求？解:查表得口6 工字钢的 A = 2

7、6.1cm2 = 6.57cm, iy = 1.89c7h,A = 150(1 )当采用 Q235 钢时，f = 215 N/nvn2:.心=丄=竺_ = 396兄=150G &57=137.6 2 = 150对轧制工字钢，若对x轴失稳属于a类截面，对y轴失稳属于b类z人益“6分别查表得:(pex = 0.943 t (pcy = 0.355所以最大承载力为：- =r 于=215/久A 0.355x26.1x10-用 Q345 钢时- = 一330x10一T = 492N/mm2 f = 3lON/加久0.257x26.lxlO21所以均不满足要求，可以在中间加剪刀撑，使计算长度侶 = 1.伽

8、此时：=19.8 A = 150I 130-厂而皿8。对Q235钢而言：=6&8= 19.8 ;2 查表得 # (pcx = 0.981 #(pcy= 0.758对Q345钢而言：心235辰“叫|=24令=68.8x込 83.4235查表得 / (pex = 0.974 (pcy = 0.665所以，用Q235钢时F4 = 0.75826.1x10 =1668曲 / = 2，S曲用Q345钢时330x10、忌=0.66；Z.L10- =19J 曲 N = (Pfx W3875 .34 加0.72x205选用 HW400x400x20x35 , A = 36065/n/?z2 s ix = S.

9、31cm x /v = 10.45c/n lox = 8000 nun、loy = 8000 nun、閃=150、g = 2.77其截面如下图所示，验算其刚度及稳定性：& =黑2 = 43.72刀=150ocI= 76.56 6M6x48171.3205= 37.5、进行隔板的计算。作用在隔板上的线荷载：5二(150 + 3乡)x 6.61 = 2065 .63 %肿隔板的高度应由焊缝尺寸决定，取心=10呦，f； = 3叹讪丄隔板所受的剪力 U = 0.5 x 2065.63x428 = 442044.82N442044 82则焊缝的长度 G05x1()x160 =

10、394-68mm，取隔板高力= 420,讪进行隔板厚度计算:/；，= 125 %胪、/ = 215 % f1 / / ?作用在隔板上的弯矩 M = x 2065.63 x 428 = 47298795.7 mm8根据:b = / = 215472987957x215x6=，21mm 取心14皿善冷6讪满足构造要求442044 8n /隔板承受的剪应力 r = 1-5x -14420- = 112-8 60/t y = 120mm4x0.7x/7r/；4x0.7x12x1607故此焊缝不满足要求，应增大焊缝取值，取勺=14心16-(12),进行计算： =5(也 xjg 797.27? 60/?,

11、 = 840/777?4 x 0.7 x/7r/；4x0.7x14x1607经复算，焊缝尺寸满足要求,取靴梁高h = 840mm计算靴梁的厚度t ,初拟其厚度216”，现进行验算#将其受力图绘于下方:M H H M 丫 ft M呂=442044 N44. 6. 3 = 2359.77 附P2 = 442044 N/v =442044 + 2359 .77 X 271.5 = 1082721 6Nill a a=1.5x1082721.616x840Mmax二2359.77 x 271 5乂 + 442044 xl21.5 = 140.7xl06mm4%2U2I5140.7xl0616x8402

12、/6故此靴梁满足承载能力要求。、校核所需焊缝总尺寸，取一=12讪.5000 xlO3 心 c以=.2x0.7xl2xl60 = 3100加显然满足此要求。、由于在底板外侧增加了 3个加劲肋,故安装螺栓可在区格、布置。4.7,图（a）, （b）所示两种截面（焰切边缘）的截面积相等，钢材均为Q235钢，当用作长度为10m的两端狡接轴心受压柱时，是否能安全承受设计荷载3200KN ?(a)(b)4.6.4、先验算a图构件承载力：/ = 150，计算回转半径ix、iy及长细比心、Ay ；At/ =20x500x2 + 8x500 =24000 mm2 =4rx2+!12 12=4.167 xl08/?

13、wi4= 2x(500 x20312+ 20x500x2602)+8x500312=1.44xl09mm44.167 x108/24000=131.77 mm1.44 x 1()9/24000 = 244.95mml)x 10000 厂 131.77= 78.89 / = 150= k = J2222 = 40.82、验算整体稳定，此工字钢截面为b类，查表： 7147、205 %“2N 3200 X10 3 4 0.7147 x 24000故该柱强度及整体稳定满足要求；、验算其局部稳定b_246厂莎12.3(10 + 0.U)Jyh -5” = 62.5X(25+ 0.52)= 10 + 0.

14、1x40.82 = 14.08fy = 25 + 0.5x40.82 = 45.41此柱虽然强度及整体稳定满足要求，但其腹板太薄会先于整体失稳，所以该柱不能承受3200KN的荷载。、验算b柱承载能力2x(X竺斗+竺竺12 12=2.667 xlO8/7wt4400x25312+ 25x400x212.52) +10 x 400312= 9.575 xl08mm4= 72.667x10724000=105 A2mm9.575x10724000 = 199.74mm10000105.42= 94.86 / = 150r=50-0w=15y验算其整体稳定性，查表：nnn= 0.5888= 226 4

15、5%”严八 205N 3200 xlO3 0.5888 x 24000所以此柱不能承受3200KN的荷载。4.8,试设计由两槽钢组成的缀板柱,柱长7.5m .设计轴心压力为 1500KN ,钢材为Q235B ,截面无削弱。、选择柱截面尺寸，L = loy = 7500 mm、“215 %员设兄=80 ,查表得:0 = 0.688心N =4=1500 X103=10140.62加0.688x215选用228c z 4=51.22cm2 , i、= 10.35c/n # ix = 2.27cm验算截面稳定性:閃=150Ay=f = J5= 72.46 刀=150 ,查表 :0 = 0.7358-X

16、存能念T妙。心亠隘故所选截面满足要求。1500 xlO3、确定柱宽b z假定人=32= = 11.53cm4入=J 忑可=772.462 - 322 = 65.01查表得:G = 0.44Z,，所以：二占= 262mm,取 “g现将柱截面绘于下图,山=264cm4、乙=1.99XX整个截面对X轴的数据:+ 51.22xll.52)-14075 .89cm4查表得：0 = 0.7861500x100.786x2x5122= 186.292/ = 2152故所选柱宽满足要求。、进行缀板设计，拟采用-200x10钢板=93 cm1(八二入 A = 32 x 2.27 = 72.64cmA =76.2

17、4 + 20 =9264cj 取分肢线刚度K厶 _ 264.17T- 93=2.93cm3两侧缀板线刚度之和= x2xIlx0.8x20-46.38,6/r,= 17.58横向剪力2x51.22x215x10285= 25911.29?/则：Vj =匕=25911.29 =2955.65N计算缀板力:r = J2955.65x930 = 523858230aM=r.f = 52385.29x = 6024308.35-取角焊缝尺寸切=8”，不考虑饶角部分长度，验算焊缝尺寸，/； =160%/；/2(161.37)缀板满足要求。I 1.2252385-8 =46.770.7x8x20060243

18、0835X6 =161.370.7x8x2002722+ 46.77? =140.302、横隔设计横隔间足函Z于9x270 = 2430”，去其间距为lOOOmg满足要求。4.9.根据习题4.8的设计数据和结果,设计柱的柱脚(假定基础混凝土强度等级为C20,9.6N/mm2)o、计算底板尺寸Z- 9.6=156250to?F采用350x500宽钢板一设锚栓孔面积为3000肿，An =72000 mm2 ,满足要求。基础底板压应切忖加”隘区格:115/280=0.411 ,查表得:0=0.0422M =卩pc? = 0.0422 x 8.72 x 2802 = 28849 .95 N mm区格：280/270=1.037 ,查表得: 0.0483M =apa2 =0.0483 x8.72x2702 = 30703 .73Nmm 区格：M =*x8.72x35, = 5341N mm区格与区格、相差太多，但由于区格外伸太短，故不予考虑。按M = 3O7O3.737Vmm计算板厚=29.97mm取/二 30mm、进行靴梁计算，取焊缝尺寸叫=Snun、/； = 160 %讪0.7 禺 F 鵲%674.11ml1674 44故每条焊缝高度L =