2022年钢结构设计知识点 .pdf

1、门式刚架轻型房屋屋面坡度宜取（120 18），在雨水较多的地区取其中的较大值。2、在设置柱间支撑的开间，应同时设置（屋盖横向支撑），以构成几何不变体系。3、当端部支撑设在端部第二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置（ 刚性 ）系杆。4、冷弯薄壁构件设计时，为了节省钢材，允许板件（受压屈曲， ），并利用其（屈曲后强度）强度进行设计。5、当实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 ）6、螺栓排列应符合构造要求，通常螺栓端距不应小于（ 2 ）倍螺栓孔径，两排螺栓之间的最小距离为（3）倍螺栓直径。7、垂直于屋面坡度放置的檩条，按（双向受弯）构件设计计算。8、屋架节点板上，腹杆与弦杆以及腹杆与腹杆之间的间隙应不小于（20mm ）。1、梯形钢屋架受压杆件其合理截面形式，应使所选截面尽量满足（等稳定）的要求。2、普通钢屋架的受压杆件中，两个侧向固定点之间（垫板数不宜少于两个）。3、梯形钢屋架节点板的厚度，是根据（腹杆中的最大内力）来选定的。4、槽 钢檩条的每一端一般用下列哪一项连于预先焊在屋架上弦的短角钢檩托上（ 两个普通螺栓）。5、如轻型钢屋架上弦杆的节间距为L，其平面外计算长度应取( 侧向支撑点间距 )。6、屋架下弦纵向水平支撑一般布置在屋架的（下弦端节间）。7、屋盖中设置的刚性系杆（可以受压）。8、某房屋屋架间距为6m ，屋架跨度为24m ，柱顶高度24m 。房屋内无托架，业务较大振动设备，且房屋计算中未考虑工作空间时，可在屋盖支撑中部设置（ C 纵向支撑）。9、梯 形屋架的端斜杆和受较大节间荷载作用的屋架上弦杆的合理截面形式是两个（ C不等肢角钢长肢相连）。10 、屋架设计中，积灰荷载应与（屋面活荷载和雪荷载两者中的较大值）同时考虑。1、试述屋面支撑的种类及作用。 （8分）答：种类：上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、竖向支撑、系杆作用：1、保证屋盖结构的几何稳定性2、保证屋盖结构的空间刚度和整体性3、为受压弦杆提供侧向支撑点4、承受和传递纵向水平力5、保证结构在安装和架设过程中的稳定性2、试述空间杆系有限元法的基本假定。 （6分）答：(1)网架的节点为空间铰接节点，杆件只承受轴力；(2)结构材料为完全弹性，在荷载作用下网架变形很小，符合小变形理论。3、举出两种常见的网架结构的基本形式，并简述其特点。 （6分）答：平面桁架系网架：此类网架上下弦杆长度相等，上下弦杆与腹杆位于同一垂直平面内。一般情况下竖杆受压，斜杆受拉。斜腹杆与弦杆夹角宜在40 60 之 间。四角锥体系网架：四角锥体系网架是由若干倒置的四角锥按一定规律组成。网架上下弦平面均为方形网格，下弦节点均在上弦网格形心的投影线上，与上弦网格四个节点用斜腹杆相连。通过改变上下弦的位置、方向，并适当地抽去一些弦杆和腹杆，可得到各种形式的四角锥网架。四、作图题（10分）1、完成下列梁柱铰接和刚接连接名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 10 页 - - - - - - - - - 四、计算题（20分）1、如图所示，一梁柱刚接节点，钢材均为 Q235 ，梁截面尺寸如图所示。其翼缘经焊透的对接焊缝与柱相连（ 焊接时未用引弧板） ，腹 板通过10.9及摩擦型高强螺栓M20 和角钢连接于柱.计算时可假定翼缘焊缝与腹板螺栓孔在同一截面,该截面弯矩与剪力设计值分别为100kN m和42kN 。焊缝抗拉、抗压和抗弯强度设计值均为 215kn/mm2,抗剪强度设计值为 125kN/mm2，螺栓预应力为155kN ，抗滑移系数为0.45。试验算翼缘焊缝的连接是否满足强度要求试验算腹板螺栓的连接是否满足强度要求解： （1）翼缘焊缝及腹板螺栓受力：腹板分担的弯距按IMIMww计算，剪力全部由腹板承担。梁截面惯性矩：I=21609cm4梁腹板惯性矩：Iw=3544cm4梁腹板连接处弯矩为：Mw=16.4kN m 梁翼缘连接处弯矩为：M1=83.6kN m（2）验算翼缘焊缝强度翼缘分担的弯矩由上下两条焊缝受拉或受压来承担梁 柱 铰 接 ：梁 柱 刚 接 ：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 10 页 - - - - - - - - - 一侧翼缘焊缝所承受的轴力为：N=215.5 kN =94.52N/mm2f=215N/mm2翼缘焊缝强度满足要求。（3）验算腹板高强螺栓强度10.9级，M20 高强螺栓，预应力P=155kN，该高强螺栓的抗滑移系数=0.45 a. 高强螺栓受力V=42kN，M=16.4kN m b. 验算高强螺栓的强度扭矩产生的螺栓中的最大水平剪力值为：Nx=54667N 剪力产生的每个螺栓的剪力为：Ny=10.5kN 因此一个螺栓承受的最大剪力为55.7kN 一个高强螺栓的抗剪承受力： Nvb=0.9nfP=62.775kN 此处角钢为单面连接，承受能力需乘系数 0.85，所以此处每个高强螺栓实际承载力为62.776x0.85=53.4kN，略小于单个螺栓所受到的最大剪力，不安全。1 、拉条的作用是（防止檩条侧向变形和扭转并且提供x轴方向的中间支点） 。2、实腹式檩条可通过檩托与刚架斜梁连接，设置檩托的目的是（为了阻止檩条端部截面的扭转，以增强其整体稳定性） 。3、屋架的中央竖杆常和垂直支撑相连，一般做成十字形截面，这时它的计算长度是（0.9L ） 。4、设 计吊车梁时，对 于构造细部应尽可能选用疲劳强度高的连接型式，例 如吊车梁腹板与上翼缘的连接应采用（焊透的K形）焊缝。5、钢 屋架中的杆件一般是由双角钢组成，为 使两个角钢组成的杆件起整体作用，应 设置（ 垫板 ） 。6、屋 盖支撑可以分为（ 上弦横向水平支撑 ，下 弦横向水平支撑，下 弦纵向水平支撑，垂 直支撑，系杆）五类。1、门式刚架轻型房屋屋面坡度宜取（ 120 18） ，在雨水较多的地区取其中的较大值。2、在设置柱间支撑的开间，应同时设置（屋盖横向支撑） ，以构成几何不变体系。3、当端部支撑设在端部第二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置（ 刚性）系杆。 4、螺栓排列应符合构造要求，通 常螺栓端距不应小于（2）倍 螺栓孔径，两排螺栓之间的最小距离为（3）倍螺栓直径。5、梯形屋架下弦杆常用截面形式是两个（不等边角钢短边相连，短边尖向上） 。6、屋架节点板上，腹杆与弦杆以及腹杆与腹杆之间的间隙应不小于（20mm ） 。7、屋架上弦杆为压杆，其承载能力由（整体稳定）控制；下弦杆为拉杆，其截面尺寸由（强度）确定。8、根据吊车梁所受荷载作用，对于吊车额定起重量 Q30t ，跨度l6m ，工作级别为AlA5的吊车梁，宜采用（加强上翼缘）的办法，用来承受吊车的横向水平力。三、简答题（共20分）1、简述轻型门式钢架结构中支撑和刚性系杆的布置原则（8分）答：上弦横向水平支撑的间距不宜超过 60m 。当房屋纵向长度较大时，应在房屋长度中间再加设置横向水平支撑。布置在房屋两端或在温度缝区段的两端的第一柱间或第二柱间。下弦横向水平支撑的布置。 以下几种情况下都需设置下弦横向水平支撑： 屋架跨度不小于18m时；屋架跨度小于 18m ，但屋架下弦设有悬挂吊车时；厂房内设有吨位较大的桥式吊车或其它振动设备时；山墙抗风柱支撑与屋架下弦时。下弦横向水平支撑应与上弦横向水平支撑布置在同一柱间。下弦纵向水平支撑的布置。当房屋内设有中级工作制吊车或吨位较大的中、轻级工作制吊车时；房屋内设有大型振动设备时；屋架下弦设有纵向或横向吊轨时；房屋较大、跨度较大、空间刚度要求较高时。下弦纵向水平支撑应设置在屋架下弦端节间内，与下弦横向水平支撑组成封闭名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 10 页 - - - - - - - - - 的支撑体系。垂直支撑布置。对于梯形物价和平行弦屋架，当屋架跨度不大于30m 时，应在屋架跨中和两端的竖杆平面内各布置一道竖向支撑；当屋架跨度大于30m 时，在无天窗的情况下，应在屋架跨度l/3 处竖杆平面内和屋架两端各布置一道竖向支撑，在有天窗时，竖向支撑可布置在天窗架下的屋架竖杆平面内。三角形屋架当跨度不大于18m 时，应在屋架中间布置一道竖向支撑，当跨度大于18m 时，应按具体情况布置两道竖向支撑。刚性系杆布置。在屋架支座节点处和上弦屋脊节点处应设置通长的刚性系杆；当屋架横向支撑设在厂房两端或温度缝区段的第二开间时，则在支承节点与第一榀屋架之间应设置刚性系杆。其余可采用柔性或刚性系杆。2、为何冷弯薄壁构件在其强度和稳定性计算公式中截面特性以有效截面为准（6分）答：因为冷弯薄壁构件允许办件受压屈曲并利用其屈曲后强度。因此，在其强度和稳定性计算公式中截面特性一般以有效截面为准。3、简述D值法的计算步骤（6分）答：(1)计算各柱侧移刚度D值(2)计算各柱剪力(3)计算各柱反弯点高度比(4)计算各柱端弯矩1、轴心受压柱，轴心压力设计值（包括自重）为 3000kN ，两端铰接。钢材为Q235钢，要求确定底板尺寸B及靴梁高度h。已知：基础混凝土局部承压强度设计值fc=8N/mm2,底板单个锚栓孔面积A0=594mm2,靴梁厚度14mm ，与柱焊接角焊缝hf=10mm,fwf=160N/mm2。 （15分）解：B2N/fc+(A0 x 2)=376188mm2,得B=613.3mm取B=620mm. 靴梁计算：靴梁受到的均布反力：q=2.42x103N/mm 靴梁与柱焊接处弯矩、剪力为最大，此时，M=2.72x107N?mm ，V=363x103N 根据靴梁与柱的焊缝连接，需要靴梁的高度h为：680mm 。25.2mm2=27.1N/mm2zs=37N/mm21.1f=236.5N/mm2经验算，靴梁强度满足要求，所以靴梁高度为680mm。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 10 页 - - - - - - - - - 2、一工字形组合截面钢梁，其尺寸和受力如图所示。已知其腹板的高厚比 h0/tw170yf235，为保证腹板的局部稳定，请在支座A 、B处及其之间梁段内布置加劲肋。 （15分）解：在 如图P力作用下，梁 的弯矩图在支座A 、B间皆为负弯矩，即 工字形梁的下翼缘受压，上 翼缘受拉。由 于腹板的高厚比h0/twyf235170,因而需要设置横向加劲肋。其 横向加劲肋的艰巨，由于题目未给出其它条件，故 可按一般构造要求取a=2h0; 其纵向加劲肋则应设在距受压的下翼缘（1415）h0处，如下图所示。在横向和纵向加劲肋相接处，横向加劲肋连续，切断纵向加劲肋。1、 （10分）完成下列铰接柱脚的立面图和平面图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 10 页 - - - - - - - - - 一、填空题（每空2分，共计20分）1、钢屋架中的杆件一般是由双角钢组成，为使两个角钢组成的杆件起整体作用，应设置（垫板2、屋 架上弦杆为压杆，其 承载能力由（ 稳定）控 制；下 弦杆为拉杆，其 截面尺寸由（ 强度）确 定。3、梯形钢屋架，除端腹杆以外的一般腹杆，在屋架平面内的计算长度 Lox= （0.8）L，在屋架平面外的计算长度Loy= （1.0）L，其中L为杆件的几何长度。4、吊车梁承受桥式吊车产生的三个方向荷载作用，即（吊车的竖向荷载P ，横向水平荷载T ，纵向水平荷载TL 5、能承受压力的系杆是（刚性）系杆，只能承受拉力而不能承受压力的系杆是（柔性 ）系杆。二、选择题（共20分）1 十字交叉形柱间支撑，采用单角钢且两杆在交叉点不中断，支撑两端节点中心间距（交叉点不作为节点）为L., 按拉杆设计时，支撑平面外的计算长度应为下列何项所示？（ 1.0L）2、梯 形屋架的端斜杆和受较大节间荷载作用的屋架上弦杆的合理截面形式是两个（ 不等肢角钢长肢相连）。3、屋架上弦横向水平支撑之间的距离不宜大于（60m ）。4、门式刚架的柱脚，当有桥式吊车或刚架侧向刚度过弱时，则应采用（刚接）柱脚5、 当采用压型钢板轻型屋面时， 屋面竖向均布活荷载的标准值(按水平投影面积计算)应取 （0 5kNm2）；对受荷水平投影面积超过 60m2的刚架结构，计算时采用的竖向均布活荷载标准值可取（03kN m2）。6、当实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）7、当 檩条跨度大于4m 时，应 在檩条间（ 二分点）位 置设置拉条。当 檩条跨度大6m 时，应 在檩条跨度（三分点）分点位置各设置一道拉条。8、实腹式檩条可通过（檩托）与刚架斜梁连接。三、简答题（共20分）1、试述上弦横向水平支撑的作用及布置要求。（6分）答：作用：承受山墙传来的风荷载等。布置要求：上弦横向水平支撑的间距不宜超过 60m 。当房屋纵向长度较大时，应在房屋长度中间再加设置横向水平支撑。2、简述轻型门式钢架结构中屋面檩条中的拉条布置原则（8分）答：当檩条跨度大于4m 时，应在檩条跨中位置设置拉条。当檩条跨度大于6m 时，应在檩条跨度名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 10 页 - - - - - - - - - 三分点处各设置一道拉条。3、举出两种常见的网壳结构的基本形式，并简述其特点（6分）答：答：肋环形球面网壳：每个节点只汇交四根杆件，节点构造简单。整体刚度差。适合于中、小跨度。施威德勒型球面网壳：在肋环形基础上加斜杆而组成。它大大提高了网壳的刚度，提高了抵抗非对称荷载的能力。它适合于大、中跨度。四、计算题1、图 示梯形屋架由Q235 钢材制作。已 知斜腹杆AB 所受拉力为150kN ，几 何长度L=3400mm，杆 件采用2 L 50 X 5角钢，其 截面面积A=9.6cm2，绕x， y 轴的回转半径分别为ix=1.53cm ， iy=2.38cm ，设计强度f=215N/mm2， =350 ，试确定在此条件下AB 杆是否能够满足要求。（15分）解：强度要求：156.3N/mm2f=215N/mm2 长细比要求：lox=2720mm loy=3400mm x=177.8 =350 y=142.8 =350 强度、刚度都满足要求2、已 知一双轴对称焊接工字形简支梁，其 腹板截面尺寸为1280mm x 10mm，翼 缘截面尺寸为340mm x 14mm，突缘支座加劲肋截面尺寸为 170mm x 16mm，计算出支座反力R=770kN（设计值），钢材为Q235 ，其强度设计值f=215N/mm2，验算突缘支座加劲肋的整体稳定性。（15分）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 10 页 - - - - - - - - - 解：计算支撑加劲肋整体稳定性时，面积包括两侧各ywft23515范围内腹板。对于本题仅右侧15x10=150mm范围。此时： A=170 x16+150 x10=4220mm2，设水平对称轴为x： Ix=6.55x106mm4 Ix=(Ix/A)1/2=39.4mm x=l0/Ix=32.5 T型截面属C 类，查表得 0.887 N/( A)=205.7N/mm2f=215N/mm2所以整体稳定满足要求1、根据吊车梁所受荷载作用，对于吊车额定起重量 Q 30t，跨度l 6m ，工作级别为AlA5的吊车梁，可采用（加强上翼缘）的办法，用来承受吊车的横向水平力。当吊车额定起重量和吊车梁跨度再大时，常在吊车梁的上翼缘平面内设置（制动梁）或（制动桁架），用以承受横向水平荷载。2、设 计吊车梁时，对 于构造细部应尽可能选用疲劳强度高的连接型式，例 如吊车梁腹板与上翼缘的连接应采用（焊透的K形）焊缝。3、屋架上弦横向水平支撑之间的距离不宜大于（60m ）。4、桁架弦杆在桁架平面外的计算长度应取（杆件侧向支撑点）之间的距离。5、能承受压力的系杆是（刚性）系杆，只能承受拉力而不能承受压力的系杆是（柔性）系杆。6、普通钢屋架的受压杆件中，两个侧向固定点之间的垫板数不宜少于（2 ）个。7、在设置柱间支撑的开间，应同时设置（屋盖横向支撑），以构成几何不变体系。1、 当采用压型钢板轻型屋面时， 屋面竖向均布活荷载的标准值(按水平投影面积计算)应取 （0 5kNm2）；对受荷水平投影面积超过 60m2的刚架结构，计算时采用的竖向均布活荷载标准值可取（03kN m2）。2、梯形钢屋架受压杆件其合理截面形式，应使所选截面尽量满足（等稳定）的要求。3、梯形钢屋架节点板的厚度，是根据（腹杆中的最大内力）来选定的。4、槽钢檩条的每一端一般用下列哪一项连于预先焊在屋架上弦的短角钢上（两个普通螺栓 ）。5、屋架下弦纵向水平支撑一般布置在屋架的（下弦端节间）。6、当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压翼缘两侧布置（拉杆）7、实腹式檩条可通过（檩托）与刚架斜梁连接。8、梯形屋架下弦杆常用截面形式是两个（不等边角钢短边相连，短边尖向上）。9、屋架设计中，积灰荷载应与（屋面活荷载和雪荷载两者中的较大值）同时考虑。1、为什么上弦杆采用不等边角钢短肢相并的T型截面为什么支座斜腹杆采用不等边角钢长肢相并的T型截面。（6分）答：为了使两个主轴的回转半径与杆件在屋架平面内和平面外的计算长度相配合，而使两个方向的长细比接近，以达到用料经济、连接方便，且具有较大的承载能力和抗弯刚度。2、简述单层门式刚架结构和钢筋混凝土结构相比具有的特点（8分）答：(1)质量轻(2)工业化程度高，施工周期短(3)综合经济效益高(4)柱网布置比较灵活3、举出两种常见的网壳结构的基本形式，并简述其特点（6分）答：肋环形球面网壳：每个节点只汇交四根杆件，节点构造简单。整体刚度差。适合于中、小跨度。施威德勒型球面网壳：在肋环形基础上加斜杆而组成。它大大提高了网壳的刚度，提高了抵抗非对称荷载的能力。它适合于大、中跨度。四、计算题名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 10 页 - - - - - - - - - 1、（ 15分）一实腹式轴心受压柱，承受轴压力3500kN（设计值），计算长度lox=10m ，loy=5m ，截面为焊接组合工字形，尺寸如图所示，翼缘为剪切边，钢材为Q235 ，容许长细比150 。要求：（1）验算整体稳定性（2）验算局部稳定性解： （1） 验算整体稳定性： A=2x104mm2， Ix=7.595x108mm4， Iy=2.134x108mm4， ix=194.87mm,iy=103.3mm x=51.32 =150,y=48.4 y=0.785 N/(yA)=222.9N/mm2f=215N/mm2,如果承受静力荷载，材料为镇静钢，则在允许范围之内。（2）验算局部稳定a. 翼缘b/t=9.75(10+0.1 )yf235=15.13 b.腹板h0/tw=40(25+0.5) yf235=50.66 所以局部稳定均满足2、如图所示的摩擦型高强度螺栓连接中，被连接板件钢材为Q235 ，螺栓8.8级，直径为20mm，接触面采用喷砂处理，试验算此连接是否安全，荷载值均为设计值。P=110kN,=0.45 。（ 15分）解：忽略F作用对螺栓群的偏心，则有作用于一个螺栓的最大拉力：Nt1=60.4kN15d0=15x2.15=32.3cm，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 10 页 - - - - - - - - - 故需将螺栓的承载力设计值乘以下列折减系数，即：0.88，Nbv1=12.3kNNv128.9kN 故按受力最不利螺栓承载力计算时不满足强度要求，现在按整个连接的承载力计算。Nt2=48.5kN ，Nt3=36.6kN ，Nt4=24.7kN ，Nt5=12.8kN ，Nt6=0.9kN(Nt 1+ Nt 2+ Nt3+ Nt4+ Nt 5+ Nt6)x2=367.8kN kNVkNNnibvi4604.4631所以按整个连接承载力计算，则强度能满足。五、作图题1、完成下图中的下弦拼接节点（10分）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 10 页 - - - - - - - - -