钢结构设计原理课后习题答案张耀春版

1、钢结构设计原理连接轴力拉力设计值N=1500kN，钢材3.8试设计如图所示的对接连接（直缝或斜缝） Q345-A，焊条E50型，手工焊，焊缝质量三级。 解：三级焊缝查附表 1.3： fr=265N/mm2， fvw=180N/mm2不采用引弧板：|w =b _2t =500 一2 10 =480mmN 1500 103Iwt 一 480 10= 312.5N/mm2=265N/mm2，不可。改用斜对接焊缝：方法一：按规范取0=56 °，斜缝长度:lw =(b/sin " -2t =(500/sin56 ) -20 =(500/0.829) - 20 = 583mmNsinr

2、 1500 103 0.829lwt583 10= 213N/mm2 ： ftw = 265N/mm2N costlwt1500 103 0.559583 102144N/mm= 180N/mm2设计满足要求 方法二：以0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 口： ffw =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

3、 10t2-5.4mm，取 t2=6mm2b 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 佃0，要保证与母 材等强，则盖板厚则不小于14mm。所以此盖板连接不宜仅用两侧缝连接，先采用三面 围焊。1）确定焊脚尺寸最大焊脚尺寸：t = 6mm , hf max = t mm最小焊脚尺寸：hf min =1.5 _t =1.5.10 =4.7 mm取焊脚尺寸hf=6mm2）焊接设计：正面角焊缝承担的轴心拉力设计值：2 =2 O.7hfb"ffw =2 0.7 6 460 1.22 200 =942816N侧面角焊缝承担的轴心拉力设计值：3NN -N3 =15

4、00 10 -942816 =557184N所需每条侧面角焊缝的实际长度（受力的一侧有 4条侧缝）:1 i whfN14 0.7hf ffwhf6 = 172mm4 0.7 6 200取侧面焊缝实际长度175mm,则所需盖板长度:L=175 X 2+10（盖板距离）=360mm。此加盖板的对接连接，盖板尺寸取-360 X 460 X6mm,焊脚尺寸hf=6mm3.10.有一支托角钢，两边用角焊缝与柱相连。如图所示，钢材为Q345-A,焊条为E50 型，手工焊，试确定焊缝厚度（焊缝有绕角，焊缝长度可以不减去 2hf）。已知：外力设计值 N=400kN。解：已知：lw=200mm，N=400kN，

5、 ffw =200N/mm1）内力计算剪力：V = N = 400kN弯矩：M 二Ne=400 20 =8000kN.mm弯矩引起的焊缝应力：6M6 汇 8000勺 03 6002-f22N/mm2heE2 2002 hehe2）焊脚尺寸设计剪力产生的焊缝剪应力:he -所需焊脚尺寸:认 1 .22he /f 600丫订.22汇200丿 200丿V 400 10310002N/mm 2helw 2 200 hehe600=5.57mm hf =1000 乞 =200N/mm1 2匹二凹=7.79mm0.70.7取焊脚尺寸hf=8mm 焊缝构造要求: 最大焊脚尺寸：hf max =t -（1 -

6、2） =18一（1 一2） =17一16 mm最小焊脚尺寸：hf min =1.5.t =1.5 .2 6.7 mm取hf=8mm满足焊缝构造要求。3.11试设计如图（P114习题3.11）所示牛腿与柱的角焊缝连接。钢材 Q235-B,焊条 E43型，手工焊，外力设计值 N=98kN，（静力荷载），偏心e=120mm。（注意力N对水 平焊缝也有偏心）解：查附表1.3：=160N/mmnxT X R 2200 2 hf h厂丿f2yc(150 -2hf )'hX 12十200十丄i + 2汇< 2丿"5012(1502hf)2(150 -12)12 200 32150；1

7、2号 2 (200 2hf )150；12 一 hf2 (200 2hf) hf一 hj(200-6200-32 (200 -12)(150-12)2150-122-6 2 (200 12) 6= 139mm全部有效焊缝对中和轴的惯性矩:2lx =4.2 (150 -12) (2.1 1261)2 4.2150 _12 _6鼻(61 2.1)2 +I 2 丿32 4.2 188 188. 2 4.2 188 (139 -94)2 = 12954006mm4123）焊缝截面验算弯矩：M 二 Ne=98 120 = 11760kN mm考虑弯矩由全部焊缝承担弯矩引起翼缘边缘处的应力:M 二 117

8、60 103 © 12 的二 70N/mm2Wf112954006弯矩引起腹板边缘处的应力:JMJ1760 103 13126N/mm2W212954006剪力由腹板承担，剪力在腹板焊缝中产生的剪应力:竺卫二=62N/mm23helw 2 0.7 6 188则腹板下边缘处的应力:120N/mm2 乞 ffW =160N/mm2所设焊脚尺寸满足要求。所以此牛腿与柱的连接角焊缝焊脚尺寸取 hf=6mm.3.13如图（P115习题3.13）所示梁与柱的连接中，钢材为 Q235-B,弯矩设计值M=100kN.m，剪力V=600kN，试完成下列设计和验算：1） 剪力V由支托焊缝承受，焊条采用

9、E43型，手工焊，求焊缝 A的高度hf2）弯矩M由普通螺栓承受，螺栓直径 24mm，验算螺栓是否满足要求。解: f=160N/mm2 ft170N/mm2 A353mm2, ，1）支托焊脚尺寸计算支托采用三面围焊，且有绕角焊缝，不计焊缝起落弧的不利影响，同时考虑剪力传力 偏心和传力不均匀等的影响，焊缝计算通常取竖向剪力的1.21.3倍。正面角焊缝能承受的力：n2 =heb “=300 1.22 160he =58560heN侧面角焊缝能承受的力：Ni =2helw ffw =2 250 160he =80000heN取1.3V N1 N21.3X600X103 lcche 5.63 c c.所

10、需焊脚尺寸：he5.63mm，贝V hf8.04mm58560 800000.70.7取 hf=10mm2）拉力螺栓验算：单个螺栓抗拉承载力设计值：Ntb二Aeftb =353 170 = 60010N弯矩作用最大受力螺栓所承受的拉力：6My1100心06汉600bN122222240000N ：Nt -60010Niyi2 （600500300200100 ）满足。单个螺栓受拉承载力：N：二Aeft： =245 170 =41650N = 41.65kN3.14.试验算如图所示拉力螺栓连接的强度，C级螺栓M20，所用钢材为Q235B,若改用M20的8.8级高强度螺栓摩擦型连接（摩擦面仅用钢丝

11、刷清除浮锈）其承载力有何 差别？解:1.采用普通螺栓连接查表:f： =i40N/mm 2ftb =170N/mm 2 ,cb = 305N/mm 2 代=245mm21）内力计算剪力： V 二 N sin45 =150 0.707 =106.07kN拉力：N 二Ncos45 =150 0.707 = 106.07kN2）螺栓强度验算单个螺栓受剪承载力:202单个螺栓承压承载力：N：二匸tdfj =16 20 305 =97600N=97.6kN2-fvb =1 3.14140 =43960N=43.96kN4N：螺栓最大剪力（拉力）2排2列：NN106.07 =26.5kN=Nt2X24拉-剪

12、共同作用时:NvK i bNv丿Nt、2K I bNt丿26.5265二 0.88： 143.9641.65每个螺栓承受均匀剪力和拉力:Nv =26.5kN< N： =97.6kN 满足。2.改用高强度螺栓摩擦型连接查表3.5.2 8.8级M20高强螺栓预拉力P=125kN，摩擦面仅用钢丝刷清除浮锈尸0.3单个螺栓受剪承载力设计值：Nvb =0.9nfP =0.9 1 0.3 125=33.75kN单个螺栓受拉承载力设计值：Ntb =0.8P =0.8 125=100kNe拉-剪共同作用：矢尘二空总空 =1.05 1连接不满足要求。Nv Nt 33.751003.15.如图所示螺栓连接采

13、用 Q235B钢，C级螺栓直径d=20mm，求此连接最大能承受十+t=20mm假设螺栓孔直径do=21.5mm+ 十十 + 十十 +单个螺栓受剪承载力：N40 60占06000 血4。60 660 640一 140 =87920N=87.92kN4: d的Fmax值。Wfvb =140N/mm 2fcb =305N/mm查附表 1.1： f =205N/mm解：查附表1.3：单个螺栓承压承载力：N：=匸tdfcb =20 20 305 = 122000N=122kNbv此螺栓连接最大能承受的轴力设计值：Fmax二nNb =13 87.92 1143kN连接板件净截面面积 A1（直线）：A, =

14、t（b-3d。）=20 （320 -3 21.5） =5110mm2净截面面积 A2（折线）：民=20 （2 40 4 ,602 602 -5 21.5） =6238mm2构件截面最大能承受的轴力设计值：Fmax=5110 205 =1048kN所以此连接最大能承受的轴力设计值Fmax=1048kN。3.16.如上题中将C级螺栓改为M20的10.9级高强度螺栓，求此连接最大能承受的Fmax值。要求按摩擦型连接和承压型连接分别计算（钢板表面仅用钢丝清理浮锈）解：查表3.5.2 10.9级M20高强螺栓预拉力P=155kN，摩擦面仅用钢丝刷清除浮锈 尸0.3查附表1.3高强度螺栓承压型连接：可=3

15、10N/mm fj =470N/mm21）摩擦型连接单个螺栓受剪承载力设计值：N； =0.9山=0.9 2 0.3 155 = 83.7kN螺栓连接最大能承受的Fmax值：Fmax二nN： =13 83.7 =1088kN构件截面最大能承受的轴力设计值:Fmax =Fmax/（1-0.5厲 /n） =1048/（1 -0.5 3/13） -1184kN此连接采用高强度螺栓摩擦型连接时最大能承受的F max=1088kN2）承压型连接单个螺栓受剪承载力设计值（受剪面不在螺纹处）Nb二 d nv:"2 3.14 哲 310“94680N=194.68kN4单个螺栓承压承载力设计值：N：二

16、UtdfJ =20 20 470 =188000N=188kN此连接螺栓所能承受的最大轴力设计值：Fmax = nN=13 188=2444kN构件截面最大能承受的轴力设计值：Fmax =Aif =5110 205 =1048kN所以此高强度螺栓承压型连接最大能承受的轴力设计值Fmax=1048kN。焊缝截面所受的剪力：V 二 Ncos45=550 一2/2 =388.9kN节点板与端板焊缝计算长度：lw =l -2hf =440 -2 8 = 424mmF = Nsi n45焊缝截面所受的拉力:= 550 ,2/388.9kN3.18.双角钢拉杆与柱的连接如图。 拉力N=550kN。钢材为Q

17、235B钢，角钢与节点板、 节点板与端板采用焊缝连接焊条采用 E43型焊条，端板与柱采用双排10.9级M20高强 度螺栓连接。构件表面采用喷砂后涂无机富锌漆处理。试求：1）角钢与节点板连接的焊缝长度；2）节点板与端板的焊缝高度；3）验算高强度螺栓连接（分别按摩擦型和承压 型连接考虑）。解：1）角钢与节点板连接的焊缝长度（两侧缝）已知 hf=6mm，查附表 1.3：=i60N/mm 2不等边角钢长肢相并（P73表3.3.1）K1=0.65,角钢肢背所需焊缝计算长度：Iwi二上叫二0.65 550似=266mm 龙 heff2x0.7x6x160角钢肢尖所需焊缝计算长度：Iw2二上至 二0.35

18、550 103 = 143mm 龙 heffw 2X0.7X6X160肢背焊缝长度：llw1 - 2hf =266 2 6 = 278mm取280mm肢尖焊缝长度：l2 =lw2 2hf =143 2 6 = 155mm2）节点板与端板的焊缝高度预选焊脚尺寸：最大焊脚尺寸：hfmax =1.2t =1.2 14 = 16.8mm最小焊脚尺寸：hfmax = 1.5.t =1.52 6.7mm 取 hf=8mm。388.9 103=81.89N/mm22 0.7 8 424焊缝强度验算:'f2儒J®106N/mm2 乞 ffw =160N/mm2所选焊脚尺寸满足要求。3）验算高

19、强度螺栓连接（分别按摩擦型和承压型连接考虑）查表3.5.2 10.9级M20高强螺栓预拉力P=155kN，构件表面采用喷砂后涂无机富锌漆处 理 i=0.35.a.摩擦型连接单个螺栓受剪承载力设计值：=0.9nNP =0.9 1 0.35 155 =48.83kN单个螺栓受拉承载力设计值:Ntb =0.8P =0.8如55 =124kNe螺栓平均承受剪力=拉力：NVIFE 整=38碱"2 510拉-剪共同作用：N3889 3889 : 1.11 1连接不满足要求。49124b.承压型连接查附表1.3高强度螺栓承压型连接:V = 310N/mm 2fcb=470N/mm 2 fj = 5

20、00N/mm 2单个螺栓受剪承载力设计值（受剪面不在螺纹处）：|/ 、22 1+Nt=Iz丿Kl b<Nt丿拉-剪共同作用时:徑知二徑斫“片!97.34122.5单个螺栓承压承载力设计值：nJ 二 3tdfcb =20 20 470 =188000N=188kN2-310 =97340N=97.34kN4fvb =1 3.14 204Nf 二 nv 单个螺栓受拉承载力：Ntb 二 Aeftb =245 500 =122500N =122.5kNNv =38.89kN< N；/1.2 =188/1.2 =156.67kN 满足。五.受弯构件、梁的设计35kN/m (不采用焊接组合5.

21、1某楼盖两端简支梁跨度15m，承受静力均布荷载，永久荷载标准值为 包括梁自重)，活荷载标准值为45kN/m，该梁拟采用Q235B级钢制作, 工字形截面。若该梁整体稳定能够保证，试设计该梁。解：1) 内力计算荷载标准值：活荷载标准值：q=45kN/m 永久荷载标准值：g=35kN/m荷载设计值：活荷载设计值：q=45 X 1.4= 63kN/m永久荷载设计值：g=35X 1.2=42kN/m22跨中最大弯矩设计值：M(63 42) 15 =2953kN.m8 8支座最大剪力设计值：V二？二(63 42) 15 =787.5kN2 22) 初选截面 预估板厚大于16mm, f=205N/mm，考虑

22、截面塑性发展。6所需的截面抵抗矩：WX二业=2953 10 =13719512mm3f 1.05x205 腹板高度5 fl l 5 205 15 10315 103 “ c最小咼度：hmax5=934.6mm31.2E®31.2汇2.06汇105 400 一经济高度：he = 73 W - 300 = 7 3 13719512-300=1376mm取腹板高度为：hw1400mm。 腹板厚度：1 2V12 疋 787 5疋103由抗剪强度要求：tw - 土独二=5.4mmhw fv1400 勺 25由局部稳定和构造要求：tw1400 =11mm取tw=12mm3.53.5 翼缘尺寸假设

23、梁高为1450mm，贝嚅要的净截面惯性矩:一 =13719512214502=9946646341mm4腹板惯性矩：I卜 4°0 /m 8I考虑截面塑性发展抗弯强度：二Mx一xWx(2953"25 76.853) 106 =205N/mm： f =215N/mm1.05 14071395则翼缘需要的面积为：bt = 2(Ix ；人)=2 (99466463412744000000), 7350mm 2h1450x1212twhw 二 12 1400 二 2744000000mm 4通常 b 1 h i1 11450 : 290483mm 取: b=400mm（5 3丿15

24、3丿为满足翼缘局部稳定要求：t 勺 400 ： 15.4mm取t=16mm26 26所选截面如右图所示：3）截面验算截面几何性质截面惯性矩：3八，、 333bh(b-Sw = 400 1432 _(400 -12)1400 .10075118933mm412 12 12 12截面面积：A=2bt hwtw=2 400 16 1436 12 =29600mm2截面抵抗矩：Wx上 10075118933 =14071395mmh/21432/2强度验算钢梁自重标准值：g 二 A g 二 29600 /100027.85 9.8=2.277kN/m钢梁自重设计值：g =1.2 2.28=2.73kN

25、/m由自重产生的弯矩：2 2M =也=2.73 15 =76.85kN.m8 8-12.1 <132 16ib-tw 400 -12*2t剪应力、刚度不需要算，因为选腹板尺寸和梁高时已得到满足 支座处设置支承加劲肋，不需验算局部压应力。整体稳定依题意满足。4）局部稳定验算翼缘：口w二如口 =12.1叮3满足2t2勺6腹板：170七=竽=117 g不利用腹板屈曲后强度。应设置横向加劲肋。设计略5.2某工作平台梁两端简支，跨度 6m,采用型号156b的工字钢制作，钢材为 Q345。 该梁承受均布荷载，荷载为间接动力荷载，若平台梁的铺板没与钢梁连牢，试求该梁所 能承担的最大设计荷载。解：1）截

26、面几何性质：查附表 8.5 热轧普通工字钢：A=146.58cm?，I x=68503cm4, Wx=2446.5cm3, Sx=1146.6cm4,4Iy=1423.8cm，ix=21.62cm, iy=3.12cm。2）内力计算 f=295N/mm2假设梁上作用均布荷载q则跨中最大弯矩：M = $ q =4.5qkN.m8 83）设计荷载按抗弯强度：-卷M f 得:4.5 106q= xWxf/4.505 2446500 295 =168N/mm2按整体稳定=f，均布荷载作用在上翼缘，自由长度l1/m=6查附表 3.2 =0.59得：q 二 bWf/4.5 ：0.59 2446500 29

27、5 "4N/mm24.5 106按刚度竄4.5q 6210 2.05 105 68503 10 _400 得标准值:4.5 106 60002q J0 2.06 JO豎Jr 帖二“佃口2，设计值：q =131 1.3 170N/mm 2所以该梁所能承受的最大荷载设计值为 q=64N/mm2 （由整体稳定控制）。5.3如习题5.3图所示，某焊接工字形等截面简支梁，跨度10m，在跨中作用有一静力集中荷载，该荷载有两部分组成，一部分为恒载，标准值为200kN，另一部分为活荷载， 标准值为300kN，荷载沿梁跨度方向支承长度为150mm。该梁支座处设有支承加劲肋。 若该梁采用Q235B钢制作

28、，试验算该梁的强度和刚度是否满足要求。解：1）截面几何性质截面面积：A=2bt hwtw=2 300 20 1200 8 =21600mmIA10000R608对x轴截面惯性矩:lx 二bh3(b-tw)hW121233300 1240 -(300 -8) 1200 .5617600000mm41212对x轴截面抵抗矩:lx5/25617600000 =9060645mm 彳 1240/222对x轴截面面积矩:Sx=bt "hw +t) / 2 + hWtw / 4 = 300 汉 20 汉(1200 + 20) / 2 +8 "2002/4=5100000mm2）内力计算

29、恒载：标准值为 Pi=200kN，设计值：Pi=1.2X 200=240kN 自重标准值：g=21600 X 7.85X 9.8/10002=1.662kN/m ,设计值：g=1.2 X 1.662=1.994kN/m活荷载：标准值为300kN，设计值：P2=1.4X 300=420kN跨中最大弯矩标准值：M跨中最大弯矩设计值：M跨中最大弯矩设计值：MPlgl2(200300)10484PIgl2(240420)10484_ Plgl2 _ (240420)104841.662 102= 1270.775kN.m81.994 102+=1674.93kN.m81.994 102=1674.93

30、kN.m8跨中最大剪力设计值:边迴=330kN支座最大剪力:0=迅迴+L"g=340kN3）截面强度验算b/t=300/20=15 <26,可以考虑截面塑性发展。抗弯强度:二二Mx1674.93 1062W 1.05 9060645=176N/mm2：f 二 205N/mm抗剪强度:密 严0 103 51°°°°°=39N/mm2 化=125N/mm 5617600000 8局部压应力：lz=5hy+a=5X 20+150=250mmx1 xtwP=330N/mm21 (240 420) 103250 汉 8二 205N/mm2

31、梁的强度不满足要求4）刚度验算全部荷载作用：Mxl212EIx1270.775 106 100002512 2.05 105617600000=9.2mm蛊罟答25mm活荷载作用:Mxl212EIx300X0：I 4丿叮06如00002-12 2.05 105 5617600000 =5.4mm 1500. L 200=20mm梁的强度和刚度满足要求5.4如果习题5.3中梁仅在支座处设有侧向支承，该梁的整体稳定是否能满足要求。如 果不能，采用何种措施？90051200=64.57mm 21600ly解：对y轴的惯性矩：3333,2tbh°tw2 20 3001200 84Iy=900

32、51200mm12 12 12 121）截面几何性质lyLy=l0002=154.88y iy 64.572）整体稳定验算:b!h= 3002 =0.538<°2b773 0.18 773 0.18 0.538=0.827p 4320 AhI 235(4.4h 丿= 0.827 过=戶600"240154.8829060645/1+ 卩 54.88汉 20 丫4.4 1240汉空=0.506c 0.62351674.93 106Mx2=%Wx 二 0.506x 9060645=365N/mm > f =205N/mm改进措施：在跨中集中力作用处设一侧向支承。则l

33、oy=5OOOmm该梁的整体稳定是不能满足要求。ly5000 =77.44，查附表 3.b =1.7564.572354320 Ahy WxI4.4h 丿.1.75半77.449060645177.44 204.4 1240埜 3.874 0.623561674.93 10Mx材料已进入弹塑性，需要修正：人仆-進"-需H9972bWx0.997 9060645 _185N/mm f _ 205N/mm因此若在梁的跨中受压翼缘处设置侧向支承，就能满足整体稳定的要求。六.轴心受力构件6.1试选择习题6.1图所示一般桁架轴心拉杆双角钢截面。轴心拉力设计值为 250kN, 计算长度为3m，螺

34、杆直径为20mm，钢材为Q235，计算时可忽略连接偏心和杆件自重 的影响。5）解：f=215N/mm2设螺孔直径为21.5mm构件所需净面积：3A N 250 102A1163mmf215但根据附表10.1,当角钢b=75mm时，允许开孔的最大直径为 21.5mm，试选用2L75*5查附表8.3等边角钢2L75 X 5: A=1482mm2净截面面积： An =A-2d0t =1482 -2 21.5 5 = 1267mm2 所需净截面面积 1163mm2强度满足要求。长细比：设两肢相距10mm。查附表ix=24.3mm，iy=34.3mm。0x300024.3= 123.5 ： I I -

35、350143600000024000二 244.61mm，41668800024000= 131.76mm选用等边角钢2L75 X 5,强度和刚度可以满足要求6.2试计算习题6.2图所示两种焊接工字钢截面（截面面积相等），轴心受压柱所能承受 的最大轴心压力设计值和局部稳定，并作比较说明，柱高 10m，两端铰接，翼缘为焰切 边，钢材为Q235。解：根据截面制造工艺查表 6.4.1，焊接，翼缘为焰切边，截面对 x、y轴均属b类。 由于构件截面无削弱，强度不起控制作用，最大承载力由整体稳定控制。1）截面一仁205N/mm2解：计算截面几何性质A = 2 500 20500 8 = 24000mm21

36、 r33I x 500 540 -492 500= 1436000000 mm121 0xlx1 0y10000131.76= 75.89 丨- 150刚度满足要求整体稳定验算已知截面翼缘为焰切边，对 x轴、y轴为b类截面， y、=75.89，查表得：x =0.72 - (0.72 -0.714) 0.89 =0.715N 二 A yf = 24000 0.715 205 = 3516127N3516kN局部稳定验算翼缘：b1 =500 8 =12.3 < (100.1 max)t2 汉 20存=(10+0.5.叫 ig"59腹板：詈=62"（25 Of） 235珂2

37、50.5 和9)/235 =62.95 满足。轴心受压柱所能承受的最大轴心压力设计值N=3516kN。2）截面二解：计算截面几何性质A =2 400 25400 10 = 24000mm2lx 二1 400 4503 -390 400i=957500000 mm41212 25 4003400 103 = 266700000mm412IyIx=957500000,99.74mm，、_24000:24000266700000 = 105.42mm“汁驟=50gly10000105.42=94.9 ：，丨=150刚度满足要求。整体稳定验算已知截面翼缘为焰切边,对 x轴、y轴为b类截面,y - 94

38、.9，查表得:;：y 二 0.594 -(0.594 -0.588) 0.9 二 0.589N=Ayf =24000 0.589 205 = 2897093N ： 2897kN局部稳定验算翼缘：勺=400 -10 = 7.8 < (10 0.1 噺).235 =(10 0.1 94.9). 235 =19.49 t 2 25fy- 235腹板:hwtw40010二 40 : (2505 max)二(25 0.5 94.9) 235 二 72.43 满足。235轴心受压柱所能承受的最大轴心压力设计值N=2897kN。从上述结果看出，两种构件截面面积相同，但截面一的设计使截面开展，获得了较大

39、的惯性矩和回转半径，因此所能承受的最大轴心力设计值高于截面二，体现了 “宽肢 薄壁”的设计理念。6.3试设计一工作平台柱。柱的轴心压力设计值为4500kN （包括自重），柱高6m,两端铰接，采用焊接工字形截面（翼缘为轧制边）或H型钢，截面无削弱，钢材为Q235。 解：1）焊接工字形截面设计初选截面：翼缘为轧制边，对x轴属b类，对y轴属c类，假设2=60，查附表4.3:忙0.709所需截面面积为:34500 102:29521mm两主轴所需的回转半径为：l0x=6000=100l0y=6000=100x 60 y 60f0.709 215查P410附录5,三块钢板焊成的工字形截面的系数,ai=0

40、.43，02=0.24,则所需截面轮廓尺寸为:ix1000.43:233mm，417mm0.24550 lVj 0考虑焊接工艺的要求，一般 h不宜太小，若取b=ho=450mm，则所需平均板厚:a 29521t A 29521 : 22mm，板件偏厚。试选bt=550X 20,腹板hwtw=500X 12如图所示: 3b 3 450截面验算：（由于无孔洞削弱，不必验算强度） 截面几何性质：A =2 550 20500 12 = 28000mm21I x 550 5403 -538 5003 = 1612933333mm 4 12ix =1612933333 = 240.0讪，iy2800055

41、4655333140.74mm 28000l 0x6000ix240=25 ： I I -150 , y1 0yiy 160知42U=150刚度满足对y轴属c类,y =42.63,查表得:y =0.826-(0.826-0.820) 0.63 = 0.822整体稳定验算:4500 103A 0.822 28000= 195N/mm2 ： f =205N/mm2局部稳定验算翼缘：b1550 -12235235113.45 : (100.1 max)(10 0.1 42.63)14.26t2 20 fy,235腹板：hw500235235w41.67 ： (25 0.5 max)=(25 0.5

42、42.63).46.32 满足。tw12' fy. 235所选截面满足要求。2）H型钢截面设计参照焊接工字形截面尺寸，选用宽翼缘H型钢，b/h>0.8,对x、y轴属b类，假设启60, 查附表4.2:护0.8073N45 00 1 032所需截面面积为：A27201mm0.807 715查 P447附表 8.9选择 HW414 x405,A=296.2cm2,lx=93000cm4, ly=31000cm4,ix=仃.7cm,iy=10.2cm。验算所选截面（由于无孔洞削弱，不必验算强度）严需二3"丄150，y10y 6000iy102= 58.82 ： L丨一 150刚

43、度满足对x, y轴属b类，y =58.82，查表得:= 0.818-(0.818-0.813) 0.82 = 0.814zins整体稳定验算：N4500 汉1032187N/mm: f = 205N/mm0.814 汉 28000型钢截面局部稳定满足不需验算。所选截面满足要求。6.4在习题6.3所述平台柱的中点加一侧向支撑（I0y=3m）,试重新设计解：1）焊接工字形截面设计初选截面：翼缘为轧制边，对x轴属b类，对y轴属c类，假设2=50,查附表4.3:忙0.775两主轴所需的回转半径为:Oxiy0y查P410附录5,三块钢板焊成的工字形截面的系数,ai=0.43, a=0.24,则所需截面轮

44、廓尺寸为：h二上 130a10.43i60：279mm , b - = 250mm:-20.24考虑焊接工艺的要求，一般h不宜太小，若取b=ho=400mm，则所需平均板厚:270073b 3 400:22.5mm ,板件偏厚。试选bt=480 X 20,腹板hwtw=450X 12如图所示:截面验算：（由于无孔洞削弱，不必验算强度） 截面几何性质：2A =2 480 20450 12 = 24600mmIxIy133480 490 -468 450 ->115208500 mm12二丄 2 20 4803450 123 = 368704800mm412480X12yix15208500 = 216mm , iy =368704800 = mm246002460010x 6000ix216= 27.73 ：；-150 , yl 0yiy3000 =24.50 ： I - 150 刚度满足122对x轴属b类,=27.73查表得:=0.946 -(0.946 - 0.943) 0.7