【重庆大学钢结构设计】课后答案(共32页).doc

《【重庆大学钢结构设计】课后答案(共32页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【重庆大学钢结构设计】课后答案(共32页).doc（32页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

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40020的钢板用两块拼接板40012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=40232.2266.8cm2 （2）22截面虽受力较小，但截面消弱较多，尚应进行验算。 An=40252.2258cm2 强度亦满足要

3、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=401.2252.221.269.6cm2 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 2L908截面面积

4、为A=13.94227.88 cm2 则截面应力为 强度满足要求。（2）刚度验算 2L908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

5、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=330KN199.2KN ，则16号热轧工字钢不能满足要求。 可从构造上采用增加侧向支承，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

6、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，因b/h0.8，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HW4284072035，A=361.4cm2，。 因截面无孔眼削弱，可不验算强度。又因为热轧

7、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，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

8、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=(2.03+0.5)+203=6.5+60=66.5

9、 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(2.03+0.5)+1.3(203)=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：=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HN400200813,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

10、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=(2.03+0.66)+203=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HN446199812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=(2.03+0.667)+203=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，

11、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

12、.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，此时跨中最大弯矩设计值为：M X=Ql+ql2= 77.04kNm1) 、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

13、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 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：

14、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Q3

15、45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1.2x5 = 6kN/m；考虑6.1题中次梁截面选择HN446199812，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=7209kNM；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：

16、1800/51800/3 = 360 600mm 取bf = 450mm ；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

17、标准值作用时：Rk=5/2 Fk+1/2x5x18=2.5x400.2+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 kNm ；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

18、的设计值为490KN，两端偏心距相同，皆为20cm。试验算其承载力。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 +

19、= +=152.30N/mm2 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，学生

20、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2-40020，焰切边，腹板-46012）。参考答案：解：采用焊接H型钢：HW5004001220：250（1）、几何特征：A=215.2cm2, Wx=4077.9cm3, ix=21.8cmWy=1067cm3, iy=9.69cm(2)、验算强度：Mx=16000.25=400kNm(3)、平面内稳定验算： ，查表：，（4）、验算弯矩作用平面外的稳定： ，查

21、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：HW5004001220：250（1）、几何特征：A=215.2cm2, Wx=4077.9cm3, ix=21.8cmWy=1067cm3, iy=9.69cm(2)、验算强度：Mx=16000.25=40

22、0kNm(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

23、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 = = = 69.4 f = 215 N/mm2N=2 不符合要求。同理试算：n =4, y = =74.3 = 150 查附表4.2（b类截面），y = 0.72

24、4b = 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

25、，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

26、，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

27、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

28、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。框架柱采用热轧宽翼缘H型钢，其中Z1和Z2采用HW3503501219，Z3采用HW3003001015；框架梁采用窄翼缘H型钢，L1截面为HN5002001016，L2截面为HN450200914。试分别确定在有支撑和无支撑条件下框架柱AB的计算长度系数，其中，图2-32(b)的有支撑

29、框架中，支撑结构的侧移刚度Sb满足公式(2-11)的要求。 （a） （b）图2-33 习题2-2图（a）无支撑框架；（b）有支撑框架参考答案和批改要点：参考答案：解：查表可知： HN5002001016：Ix1=47800cm4；HN450200914：Ix2=33700cm4； HW3003001015：Ix3=20500cm4；HW3503501219：Ix4=40300cm4(a) 对于无支撑框架，属于有侧移失稳 查附表9-1，可知(b) 对于有支撑框架，且满足式（2-11），故属于无侧移失稳由上面可知，查附表9-2可得：查附表9-1，可知批改要点：本题为计算长度计算的典型题目，准确计算

30、各相关梁柱的线刚度之后，便可以计算、查表得到计算长度系数，大部分同学完成较好。题目2：下册2-3图2-34中附有摇摆柱的框架，试确定两侧框架柱的计算长度系数。图中，H=5m，N=20kN，l1=6m，l2=5.4m，柱与梁的刚度相同，均为EI。图2-34 习题2-3图参考答案和批改要点：参考答案：解：根据题目可知，H=5m，N=20kN，l1=6m，l2=5.4m 对附有摇摆柱的无支撑和弱支撑框架柱的计算长度系数值应该乘以增大系数予以修正： 左边框架柱上端：；下端：（柱与基础刚接）查附表9-1可知：则计算长度系数为：右边框架柱上端：；下端：（柱与基础刚接）查附表9-1可知：则计算长度系数为：批改要点：本题在计算柱子的计算长度前，需要先对计算长度系数进行修正，只要理解了公式的含义，即可较容易的完成本题。题目3：参考答案和批改要点：（页面不够请敷页）助教（签名）：时间：主讲教师（签名）：时间：专心-专注-专业