【重庆大学钢结构设计】课后答案(共32页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上【钢结构设计原理】作业答案和批改要点-课程名称：钢结构设计原理 -题目1：4-1 验算由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3m。杆端有一排直径为20mm的孔眼，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参考答案和批改要点：参考答案：查型钢表角钢，确定危险截面如图11截面 净截面面积验算强度： （说明截面尺寸不够）验算长细比：所以，刚度满足要求需用净截面面积改用角钢，此时净截面面积 （满足强度要求） （满足刚度要求）批改要点：本题属于相对开放性题目，在验算出给定截

2、面不满足要求好，可以自由选择截面进行验算，只要最后计算结构满足强度要求即可。题目2：4-2 一块400×20的钢板用两块拼接板400×12进行拼接。螺栓孔径为22mm，排列如图530所示。钢板轴心受拉，N135KN（设计值）。钢材为Q235钢，解答下列问题：（1）钢板11截面的强度够否？（2）是否还需要验算22截面的强度？假定N力在13个螺栓中平均分配，22截面应如何验算？（3）拼接板的强度够否？参考答案和批改要点：参考答案：（1）验算钢板11截面的强度： An=40×23×2.2×266.8cm2 （2）22截面虽受力较小，但截面消弱较多，尚

3、应进行验算。 An=40×25×2.2×258cm2 强度亦满足要求。 （3）验算拼接板的强度（22截面强度肯定够，只验算33截面） An=40×1.2×25×2.2×2×1.269.6cm2 强度满足要求。批改要点：本题主要考察钢板受拉承载力的计算，考虑螺栓传力和螺栓孔的削弱对连接钢板和拼接板的强度，在本题中要理解好题目假定“假定N力在13个螺栓中平均分配”，正确分析受力。此时在验算2-2截面的强度时，拉力应该为10/13N，部分学生在此处出错。题目3：4-3 一水平放置两端铰接的Q345钢做成的轴心受拉构件，长

4、9m，截面为由2L90 ×8组成的肢尖向下的T形截面。问是否能承受轴心力设计值870KN？参考答案和批改要点：参考答案：解：（1）强度验算 2L90×8截面面积为A=13.94×227.88 cm2 则截面应力为 强度满足要求。（2）刚度验算 2L90×8截面最小回转半径为i2.76cm 计算长度L=900cm，则此轴心受拉构件的长细比为 故此构件刚度亦满足要求。批改要点：本题比较简单，是个基础性题目，但是要注意在验算完强度后要验算刚度，部分学生忽略。题目 4：4-4、某车间工作平台柱高2.6m，按两端铰接的轴心受压柱考虑。如果柱采用16号工字钢，试经计

5、算解答（1） 钢材采用Q235钢时，设计承载力为多少？（2） 改用Q354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），16号工字钢能否满足要求？如不满足，从构造上采取什么措施就能满足要求？参考答案和批改要点：参考答案：解：（1）若柱采用16号热轧工字钢，查型钢表可得： 两端铰接柱， 长细比： 由长细比较大值查附表4.2得 设计承载力 （2）可见由柱的整体稳定控制设计，若改用Q345钢，其余不变查附表4.2得 设计承载力 与Q235钢的设计承载力大致相当，无显著提高。 （3）若轴心压力N=330KN>199.2KN ，则16号热轧工字钢不能满足要求。 可从构造上

6、采用增加侧向支承，减小长细比的措施 若在弱轴方向的跨度中点处增加侧向支承点，则 计算长细比： 由查附表4.2得 （满足要求）批改要点：本题的要点在于，计算出第一问的Q235钢材下不满足稳定承载力后，换成Q345钢时，在查表查稳定系数的时候，要记得修正，进行修正后，计算得到的稳定承载力不会提高多少，但是如果不修正，就会提高很大，造成概念性错误。题目 5：4-5 设某工业平台柱承受轴心压力5000KN（设计值），柱高8m，两端铰接。要求设计一H型钢或焊接工字形截面柱参考答案和批改要点：参考答案：由于热轧H型钢可以选用宽翼缘的形式，截面宽度较大，因此长细比的假设可适当减小，假设60。对宽翼缘H型钢，

7、因b/h>0.8，所以不论对x轴或y轴都属于b类截面，当60时，由附表4.2查得，所需截面几何量为： 由附表7.2中试选HW428×407×20×35，A=361.4cm2，。 因截面无孔眼削弱，可不验算强度。又因为热轧型钢，亦可不验算局部稳定，只需进行整体稳定和刚度验算。 因对x轴和y轴值均属b类，故由长细比的较大值查表得。 批改要点：本题输入设计类题目，相对灵活，在选择截面时方法较多，如果选择热轧型钢则计算较为简单，如果选择焊接截面，则需要计算组成板件的局部稳定，这是大部分学生容易遗漏的。题目 6:4-7设计由两槽钢组成的缀板柱，柱长7.5m,两端铰接，

8、设计轴心压力为1500kN,钢材为Q235-B,截面无削弱。参考答案和批改要点：参考答案：柱的计算长度为。按实轴的整体稳定选择柱的截面 假设，查相关表得，需要的截面面积为：选用，验算整体稳定性： 查得：批改要点：本题由于没有给出缀板间距，只可以验算绕实轴稳定，较为简单（页面不够请敷页）助教（签名）：时间：主讲教师（签名）：时间：作业答案和批改要点（第 2 次作业）-课程名称：钢结构设计原理 主讲教师：罗明德 助教：李志富-题目1：5-3一平台的梁格布置如图6.49所示，铺板为预制钢筋混凝土板，焊于次梁上。设平台恒荷载的标准值（不包括梁自重）为2.0kN/。活荷载的标准值为20kN/。试选择次梁

9、截面，钢材为Q345钢。参考答案和批改要点：参考答案：由于铺板为预制钢筋混凝土板，且焊于次梁上，故不必计算该次梁的整体稳定。考虑次梁采用H型钢，假设梁自重为0.5kN/m，则次梁承受线荷载标准值为：qk=(2.0×3+0.5)+20×3=6.5+60=66.5 kN/m=66.5N/mm荷载设计值为（按可变荷载效应控制组合，同时考虑到平台活荷载大于4.0 kN/，故恒荷载分项系数取为1.2，活荷载分项系数取为1.3）：q1.2×(2.0×3+0.5)+1.3×(20×3)=85.8 KN/m假设次梁简支于主梁上，则跨中最大弯矩设计值为

10、：=×85.8×=386.11、 截面选择根据抗弯强度选择截面，需要的截面模量为：选用HN400×200×8×13,其几何特征为：，自重：66 kg/m=0.66 kN/m，稍大于假设自重。2、 截面验算： 抗弯强度：跨中截面无孔眼削弱，此大于需要的，梁的抗弯强度已足够。 抗剪强度：由于型钢梁腹板较厚，一般不必验算抗剪强度。 局部承压强度：考虑将次梁连接于主梁加劲肋上，故不必验算次梁支座处的局部承压强度； 局部稳定：型钢梁翼缘和腹板厚度较大,不必验算； 验算挠度：在全部荷载标准值作用下：qk=(2.0×3+0.66)+20×

11、3=6.66+60=66.66 kN/m=66.66N/mm在可变荷载标准值作用下： 故需要重新选取截面为HN446×199×8×12其截面特性：，,自重：66.7 kg/m=0.667 kN/m, 此处只需重新验算挠度：在全部荷载标准值作用下：qk=(2.0×3+0.667)+20×3=6.667+60=66.667 kN/m=66.7N/mm在可变荷载标准值作用下： 满足要求。批改要点：本题是受弯构件的应用类题目，首先要从估计荷载，然后初选截面进行验算，如果不满足在重新选择截面验算。在整体稳定计算上，要考虑刚性铺板的影响，截面选择要满足强度

12、和刚度的要求。题目2：5-4 选择一悬挂电动葫芦的简支轨道梁的截面。跨度为6m；电动葫芦的自重为6kN，起重能力为30kN（均为标准值）。钢材用Q235-B钢。注：悬吊重和葫芦自重可以作为集中荷载考虑。另外，考虑葫芦轮子对轨道梁下翼缘的磨损，梁截面模量和惯性矩应乘以折减系数0.9。参考答案和批改要点：参考答案：假设梁自重为0.6kN/m，该梁承受的荷载标准值为：集中力：Qk=6+30=36 kN均布荷载：qk= 0.6 kN/m荷载设计值为：集中力：Q=1.2x6+1.4x30=49.2 kN均布荷载： q=1.2 x 0.6=0.72 kN/m当集中荷载在跨中时为荷载的最不利位置，此时跨中最

13、大弯矩设计值为：M X=Ql+ql2= 77.04kN·m1) 、截面选择根据整体稳定选择梁截面，考虑采用普通工字钢，假定需要的截面在I22I40之间，查附表3.2，可得： ，用代替,则需要的截面模量为（考虑葫芦轮子对轨道梁下翼缘的磨损系数0.9）： = =.6=494选择普通工字钢I28a。其截面参数如下：I x =7115，W x=508，自重为43.5kg/m=0.435kN/m 。2） 、截面验算a) 抗弯强度：跨中截面无孔眼削弱，不必验算；b) 抗剪强度：由于型钢梁腹板较厚，一般也不必验算；c) 局部稳定：型钢梁翼缘和腹板厚度较大,不必验算；d) 整体稳定验算：所选截面W

14、x大于需要值494，且其自重小于假设梁自重，故整体稳定已满足要求。e) 挠度验算所以满足设计要求。批改要点：本题计算时要考虑题目中要求，模量等进行折减，在荷载计算时，电动葫芦自重可以考虑为恒载，起重物重可以考虑为活载，组合后进行截面设计。题目3：5-5，图6.50（a）所示的简支梁，其截面为不对称工字形图6.50（b），材料为Q235-B钢；梁的中点和两端均有侧向支承；在集中荷载（未包括梁自重）F160kN（设计值）的作用下，梁能否保证其整体稳定性？参考答案和批改要点：参考答案：梁的受压翼缘自由长度l1与其宽度b1之比为：=16，故需要验算梁的整体稳定。由附表3.1（b）加强受压翼缘的单轴对称

15、工字形截面确定焊接工字形截面简支梁的整体稳定系数：由于跨度中点有一个侧向支承点，且作用有集中荷载，故，, h=820mm, , ， ，焊接工字形梁的自重设计值：，梁跨中最大弯矩为：验算整体稳定： ，故该梁的整体稳定性不满足要求。批改要点：本题首先要计算该梁是否要进行整体稳定验算，然后在计算梁的整体稳定系数时要考虑修正，此外对于不对称截面，截面特性参数计算也较为繁琐。题目4 5-6 设计习题5-3的中间主梁（焊接组合梁），包括选择截面，计算翼缘焊缝，确定腹板加劲肋的间距。钢材为Q345钢，E50型焊条（手工焊）。参考答案和批改要点：参考答案：根据经验假设此梁自重标准值为5kN/m，设计值为1.2

16、x5 = 6kN/m；考虑6.1题中次梁截面选择HN446×199×8×12，可得由次梁传递给主梁的荷载为：， 支座处最大剪力为：跨中最大弯矩： MX = 1344x9 516x（6+3）1/2x6x92=7209kN·M；采用焊接组合梁，估计翼缘板厚度 故钢材强度设计值取f=295N/mm2。（1）试选截面按刚度条件，梁最小高度为；梁的经济高度：取梁的腹板高度： ；按抗剪强度求腹板厚度：mm按经验公式求腹板厚度：考虑腹板屈曲后强度，取腹板厚度10mm ；每个翼缘所需截面积：；翼缘宽度：1800/51800/3 = 360 600mm 取bf = 450

17、mm ；翼缘厚度： 取25mm；翼缘板外伸宽度与厚度之比： ，满足局部稳定要求；此组合梁跨度并不是很大，为施工方便，不沿梁长度改变截面。（2）强度验算梁的截面几何常数（如图1）： ,A=405 cm2 ，图1梁自重：gk = 3.2kN/m，考虑腹板加劲肋等增加的重量，原假设梁自重5kN/m稍大。验算抗弯强度：验算抗剪强度：主梁的支承处以及支承次梁处均配置支承加劲肋，不必验算局部承压强度。 （3）梁整体稳定验算次梁可以视为主梁受压翼缘的侧向支承，主梁受压翼缘自由长度与宽度之比,故不需验算主梁的整体稳定性。（4）刚度验算全部荷载标准值作用时：Rk=5/2 Fk+1/2x5x18=2.5x400.

18、2+5x9=1045.5kN ;可变荷载标准值作用时: Rk可变=2.5x（20x3）x 6=900 kNMk可变=900x9-360x(6+3)=4860 kN·m ；故刚度满足要求。批改要点：本题是一个比较系统的设计题目，解题思路比较简单。在加劲肋验算时，要分区隔考虑。（页面不够请敷页）助教（签名）：时间：主讲教师（签名）：时间作业答案和批改要点（第 3 次作业）-课程名称：钢结构设计原理 主讲教师： 罗明德 助教：李志富-题目1：6-1 有一两端铰接长度为4m的偏心受压柱，用Q235的HN400x200x8x13做成，压力的设计值为490KN，两端偏心距相同，皆为20cm。试验

19、算其承载力。参考答案:解：（1）截面的几何特性 A = 84.12 cm 2 IX = 23700cm4 Iy = 1740cm4 ix = 16.8cm iy = 4.54cm wx = 1190cm3 (2) 验算强度 N= 490kN M= N x e0 =490x0.2=98kNm + = + = 58.25+78.43=136.68N/mm2 < f =215 N/mm2 (3) 验算弯矩作用平面内的稳定 x = = = 23.8< =150 查附表4.2（b类截面） x = 0.958 = = = 2744.86kN =1.0 + = +=152.30N/mm2 <

20、; f =215 N/mm2可见平面内不失稳。 （4）验算弯矩作用平面外的稳定 y = =88.1查附表4.2 （b类截面） y = 0.634b = 1.07 - = 1.07-=0.894=1.0 , =1.0 + = + =184 N/ mm2 < f = 215 N/mm2 平面外不失稳。（5）局部稳定验算： = + = + = 135.57 N/mm2= - = - = -19.07N/mm2 =1.1407< 1.6腹板： = =46.75 <（16+0.50+25）=55.15翼缘： = =7.385 <13=13 局部不会失稳。批改要点：本题属于基础题目

21、，学生完成情况较好题目2：6-2 图所示悬臂柱，承受偏心距为25cm的设计压力1600kN。在弯矩作用平面外有支撑体系对柱上端形成支点图7.24（b），要求选定热轧H型钢或焊接工字截面，材料为Q235（注：当选用焊接工字形截面时，可适用翼缘2-400×20，焰切边，腹板-460×12）。参考答案：解：采用焊接H型钢：HW500×400×12×20：250（1）、几何特征：A=215.2cm2, Wx=4077.9cm3, ix=21.8cmWy=1067cm3, iy=9.69cm(2)、验算强度：Mx=1600×0.25=400kN

22、·m(3)、平面内稳定验算： ，查表：，（4）、验算弯矩作用平面外的稳定： ，查表：，（5）、由于所选截面为焊接H型钢，故需验算局部稳定：腹板：翼缘：满足要求。批改要点：本题属于开放性设计类题目，学生可以根据自己初选截面进行复核，若截面不满足，再进行调整，但是有部分学生忽略了，在平面外结构属于悬臂结构，计算长度为几何长度的2倍，计算出错。题目3：6-3 ，6-2中，如果弯矩作用平面外的支撑改为如图7.25所示，所选截面需如何调整才能适应？参考答案：解：采用焊接H型钢：HW500×400×12×20：250（1）、几何特征：A=215.2cm2, Wx=4

23、077.9cm3, ix=21.8cmWy=1067cm3, iy=9.69cm(2)、验算强度：Mx=1600×0.25=400kN·m(3)、平面内稳定验算： ，查表：，（4）、验算弯矩作用平面外的稳定： ，查表：，（5）、由于所选截面为焊接H型钢，故需验算局部稳定：腹板：翼缘：满足要求。批改要点：本题目实际上将平面内的计算长度减半了，但是大部分学生认为结构由弱轴的稳定控制，所以计划没有变化，其实上计算长度减半了，可以对截面进行优化。题目4：6-4 用扎制工字钢I 36a （材料为Q235钢）做成的10m长的两端较支柱，轴心压力的设计值为650KN，在腹板平面承受均布荷

24、载设计值为6.24kN/m.试验算此压弯柱在弯矩作用平面内的稳定有无保证？为保证弯矩作用平面外的稳定需设置几个侧向中间支承点？参考答案：解：（1）截面的几何特性 （查附表7.2） h = 360 mm b = 136 mm tw =10.0mm t = 15.8 mm A = 76.4cm 2 IX = 15796cm4 Iy = 555cm4 ix = 14.4cm iy = 2.69cm wx = 878cm3 (2) 验算强度 M=78kNm + = + = 85.079+84.608=169.69N/mm2 < f =215 N/mm2 (3) 验算弯矩作用平面内的稳定 x =

25、= = 69.4 < =150 查附表4.2（b类截面） x = 0.755 = = = 2931.9kN =1.0 + = +=215.54N/mm2 f =215 N/mm2所以， 此压弯柱在作用平面内的稳定无保证。（4）验算平面外稳定并确定侧向中间支承点的数目： 试算，令n=2时，y = =123.9 = 150 查附表4.2（b类截面），y = 0.416b = 1.07 - = 1.07-=0.721所计算中间段有端弯矩和横向荷载作用，但使构件段产生同向曲率故取=1.0 , 另=1.0 + = + =243.24N/ mm2 > f = 215 N/mm2N=2 不符合要

26、求。同理试算：n =4, y = =74.3 = 150 查附表4.2（b类截面），y = 0.724b = 1.07 - = 1.07-=0.945所计算中间段有端弯矩和横向荷载作用，但使构件段产生同向曲率故取=1.0 , 另=1.0 + = + =211.57N/ mm2 < f = 215 N/mm2可见，为保证构件在弯矩作用平面外的稳定需要设置4个侧向中间支承点批改要点：本题为由已知截面进行验算，题目不复杂，大部分学生完成较好。（页面不够请敷页）助教（签名）：时间：主讲教师（签名）：时间：作业答案和批改要点（第 4 次作业）-课程名称：钢结构设计原理 主讲教师： 罗明德 助教：李

27、志富-题目1：7-1 试设计双角钢与节点板的角焊缝连接（图3.80）。钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊，轴心力N=1000KN（设计值），分别采用三面围焊和两面侧焊进行设计。参考答案：解：（1）三面围焊 确定焊脚尺寸：， ， 内力分配：焊缝长度计算：，则实际焊缝长度为 ，取310mm。，则实际焊缝长度为 ，取120mm。（2）两面侧焊确定焊脚尺寸：同上，取， 内力分配：， 焊缝长度计算：，则实际焊缝长度为:，取390mm。，则实际焊缝长度为:，取260mm。批改要点：本题为基础题目，教材上有类似例题，大部分学生做的很好，也有一部分人忽略了两面侧焊时，有起灭弧坑，所以实际焊缝长度应该为计

28、算长度加上两个焊脚尺寸。题目2：7-2 试求图所示连接的最大设计荷载。钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊，角焊缝焊脚尺寸，。 焊脚尺寸：参考答案：焊缝截面的形心：则（1）内力分析：V=F， （2）焊缝截面参数计算：（3）应力计算T引起的应力：V引起的应力：（4）批改要点：本题为由焊缝尺寸验算荷载，计算比较简单，不同学生分别考虑荷载为动荷载和静荷载两种情况，所以计算出的结果有一定差异。题目3：7-3 试设计如图3.82所示牛腿与柱的连接角焊缝、。钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊。参考答案：（1）内力分析：V=F=98KN， （2）焊缝截面参数计算：取焊缝截面的形心： （3）应力计算

29、M引起的应力：V引起的应力：（4）批改要点：本题为开放性设计类题目，所以不同学生采用的焊脚尺寸不一样，所以计算结果有差异，只要满足强度要求即可。题目4：7-7 试设计如图所示：构件钢材为Q235B，螺栓为粗制螺栓。角钢与连接板的螺栓连接；竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接。竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接。，。参考答案：角钢与连接板的螺栓连接；单个螺栓抗剪承载力（M20）螺栓个数 个，取5个螺栓，按规范规定间距排列（图省略）。竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接。内力分析 ，由支托承担。单个螺栓抗拉承载力（M20，）螺栓个数 个，取6个螺栓，排2排，按规范规定间距排列（图省略）。竖向连接板与柱的翼缘板的螺栓连接。，。，由支托承担。批改要点：题目为螺栓连接设计类题目，需要考虑的是偏心对螺栓群的拉力。（页面不够请敷页）助教（签名）：时间：主讲教师（签名）：时间：作业答案和批改要点（第 5 次作业）-课程名称：钢结构设计原理 主讲教师： 罗明德 助教：李志富-题目1：下册2-22-2 图2-33为一3层3跨的平面框架，图中，H1=5.1m，H2=4.2m，H3=3.6m；l1=7.5m，l2=8.1m，l3=7.5m。框架柱采用热