钢结构一注（2007年）试题及解答.doc

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1、 一级注册结构工程师钢结构专业历年试题一级注册结构工程师钢结构专业历年试题 2007 年试题与解答年试题与解答题题 1622 某多跨厂房，中列柱的柱距为 12m，采用钢吊车梁，吊车梁的中心间距离为 2m，已知吊车梁的截面尺寸如图 1622(a)所示，吊车梁采用 Q345 钢，使用自动焊 和 E50 型焊条的手工焊。 吊车梁上行驶两台重级工作制的软钩桥式吊车，起重量 Q=50/10t，小车重 g=16.6t，吊车桥架跨度 Lk=31.5m，最大轮压标准值 Pk,max=453.7kN。一台吊车的轮 压分布如图 1622(b)所示。图 1622(a)吊车梁截面尺寸；(b)吊车轮压分布16每个轮压处

2、因吊车摆动引起的横向水平荷载标准值(kN)，应与下列何项数 值最为接近?A16.3 B34.1 C45.4 D65.8解解 依据钢结构设计规范GB 50017-20033.2.2 计算重级工作制吊车梁(或吊车桁架)及其制动结构的强度、稳定性以及连接 (吊车梁或吊车桁架、制动结构、柱相互间的连接)的强度时，应考虑由吊车摆动引 起的横向水平力(此水平力不与荷载规范规定的横向水平荷载同时考虑)，作用于每 个轮压处的此水平力标准值可由下式进行计算：Hk=Pk,max (3.2.2) 式中 Hk吊车最大轮压标准值；系数，对一般软钩吊车 =0.1，抓斗或磁盘吊车宜采用 =0.15，硬 钩吊车宜采用 =0.

3、2。注：现行国家标准起重机设计规范(GB/T 38ll)将吊车工作级别划分为 A1A8 级。在一般情况下,本规范中的轻级工作制相当于 A1A3 级：中级工作制相当于 A4、A5 级；重级工作制相当于 A6A8 级，其中 A8 属于特重级。由于吊车摆动引起的横向荷载是卡轨力按照下式计算：Hk=Pk,max=0.1453.7=45.4 kN， 故选择 C 点评：建筑结构荷载规范GB 50009-2001 第 5.1.2 条也规定了横向荷载的计算方法，注意，这里的横向荷载是由于启动、制动的惯性引起。若以此做答，则得 到10(50+16.6)9.84= 选择 B。上式除以 4 是考虑到车轮总数为 4

4、个。 故选择 D 17吊车梁承担作用在垂直平面内的弯矩设计值 Mx=4300kNm，对吊车梁下翼缘的净截面模量=36625103mm3，试问，在该弯矩作用下，吊车梁翼缘拉应下 nxW力(N/mm2)，应与下列何项数值最为接近?A117 B280 C291 D301解解 依据钢结构设计规范GB 50017-20034.1.1 在主平面内受弯的实腹构件(考虑腹板屈曲后强度者参见本规范第 4.4.1 条)， 其抗弯强度应按下列规定计算：f (4.1.1)nyyynxxx WMWM 式中 Mx、My 同一截面处绕 x 轴和 y 轴的弯矩(对工字形截面：x 轴为强轴，y 轴为弱轴)：Wnx 、Wny对

5、x 轴和 y 轴的净截面模量；x、y截面塑性发展系数；对工字形截面，x =1.05，y =1.20：对箱形 截面，x =y =1.05；对其他截面可按表 5.2.1 采用；f钢材的抗弯强度设计值。当梁受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比大于 13 而不超 15 yf235/时，应取 x =1.0。fy为钢材牌号所指屈服点。yf235/对需要计算疲劳的梁,宜取 x =y =1.0。N/mm2 故选择 A 11710366251.010043036 nxxWM 点评：对于本题，需要注意以下两点：(1)由于是重级工作制吊车梁，必然需要验算疲劳，故上述计算时不考虑塑性发 展系数。更详细的解释，见本书“疑

6、问解答“的钢结构部分。(2)钢结构设计规范)GB 50017-2003 第 3.1.6 条规定， “动力荷载设计值应乘以 动力系数” ，笔者认为，该规定宜理解为：“在计算动力荷载产生效应的设计值时应 乘以动力系数” 。若对规范第 3.1.6 条理解有误，认为题目给出的设计值需要乘以建筑结构荷载 规范第 5.3.1 条规定的动力系数 1.1，则得到应力值为 1.1117=128.7 N/mm2， 若同时考虑乘以动力系数 1.1 和塑性发展系数 1.05，则会得到应力值为1.11171.05=135 N/mm2 。 18吊车梁支座处最大剪力设计值 V=1696.9kN，采用突缘支座，计算剪应力时，

7、可按近似公式进行计算，式中，h、tw分别为腹板高度与厚度。试问，吊whtV1.2车梁支座剪应力(N/mm2)，应与下列何项数值最为接近? A80.6 B70.7 C105.1 D115.2解解 依据钢结构设计规范GB 50017-20034.1.2 在主平面内受弯的实腹构件(考虑腹板屈曲后强度者参见本规范第 4.4.1 条)， 其抗剪强度应按下式计算：=fv (4.1.2)wItVS式中 V计算截面沿腹板平面作用的剪力；S计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩：I毛截面惯性矩； tw腹板厚度；fv钢材的抗剪强度设计值。梁支座剪应力为：N/mm2 故选择 B 7 .70610081101696.

8、92 . 11.23 whtV点评：规范第 4.1.2 条规定，实腹受弯构件剪应力应按照计算。wItVS对于工字形截面，求最大剪应力时，由于 ISh1.2，因此，上式可以简化为 whtV1.2 max对于矩形截面，求最大剪应力时 ISh1.5， 。whtV1.5 max19吊车梁承担作用在垂直平面内的弯矩标准值 Mk=1791.4kNm，吊车梁的毛 截面惯性矩 Ix=3745367104mm4，试问，该吊车梁的挠度(mm)，应与下列何项数值 最为接近?提示：垂直挠度可按下式近似计算，式中，Mk为垂直弯矩标准值，Lxk EILMf102 为吊车梁的跨度，E 为钢材弹性模量，Ix为吊车梁的截面惯性

9、矩。A9.2 B10.8 C12.1 D3.34解解 按照提示给出的公式计算如下：mm 故选择 D 3.34103745367102061012000101791.4 1043262 xk EILMf20吊车梁采用突缘支座，支座加劲肋与腹板采用角焊缝连接，取 hf=8mm，当 支座剪力设计值 V=1696.9kN 时，试问，角焊缝的剪应力(Nrnrn2)，应与下列何项 数值最为接近? A85 B120 C135 D142解解 依据钢结构设计规范GB 50017-2003图图 8.4.12 梁的支座梁的支座7.1.3 直角角焊缝的强度计算 侧面角焊缝(作用力平行于焊缝长度方向)：f= (7.1.

10、3-2)welhNw ffhe角焊缝的计算厚度，对直角角焊缝等于 0.7hf，hf为焊脚尺寸（图 7.1.3)；lw角焊缝的计算长度，对每条焊缝取其实际长度减去 2 hf；角焊缝的强度设计值；w ff图图 7.1.3 直角角焊缝截面直角角焊缝截面支座加劲肋处角焊缝剪应力： N/mm2 故选择 A 8582008187 . 02101696.9 7 . 03 wflhV点评：(1)支座处加劲肋的连接焊缝计算时，不必考虑 60hf的计算长度限制。(2)对于该处所采用的剪力 V，有观点认为应取 1.2V，例如钢结构手册 (第二版)的第 3 9 3 页。若以此计算，本题将得到最后结果为 125 N/m

11、m2，选择 B。(3)注意焊缝长度应减少 2hf。笔者推测，上述将支座处的剪力 V 放大 1.2 倍的做法，可能来源于在对构件计算时取，但前已述及，构件剪应力计算时取用的 1.2 并非是对剪力 V 的whtV1.2 max放大。因此，笔者认为该做法缺乏依据。钢结构设计规范国家标准管理组的钢结构设计计算示例 ，夏志斌、姚谏编著 钢结构原理与设计以及钢结构设计方法与例题 ，均是按照支座反力(也就 是支座处的剪力)计算的。21试问，由两台吊车垂直荷载产生的吊车梁支座处的最大剪力设计值(kN)， 应与下列何项数值最为接近? A1616.0 R1516.2 C1191.3 D1083.0解解 画出支座处

12、剪力的影响线，如图 21 所示。当吊车轮压处于如图位置时，支座处 剪力最大。 依据建筑结构荷载规范GB 5000 9-2001 第 5.3.1 条，重级工作制软钩吊车， 动力系数为 1.1。可变荷载分项系数依据该规范第 3.2.5 条，为 1.4，于是：最大轮压设计值： P=1.11.4453.7=698.7 kN kN 0 .16167 .698313. 212378. 5378.1012PV图图 2122试问，由两台吊车垂直荷载产生的吊车梁的最大弯矩设计值(kNm)，应与 下列何项数值最为接近? A2677 B2944 C3747 D4030解解 梁上只能布置 3 个轮子。依据钢结构设计手

13、册 ，如图 22 布置轮压时可 得到全梁的绝对最大弯矩值。合力与临界荷载之间的距离 x 1126316225000x合力距梁中心的距离为 x/2, x/2=1126/2=565 最大轮压设计值： P=1.11.4453.7=698.7 kNkNm40307 .698695. 57 .698622. 112437. 532 xM图图 22题题 2329 某电力炼钢车间单跨厂房，跨度 30m，长 120m，柱距 24m，采用轻型外围结构。 厂房内设置两台 Q=225/50t 重级工作制软钩桥式吊车，吊车轨面标高 26m，屋架间 距 6m，柱顶设置跨度为 24m 的托架，托架与屋架平接。沿厂房纵向设

14、有上部柱间 支撑和双片的下部柱间支撑，柱子和柱间支撑布置如图 2329(a)所示。厂房框架采 用单阶钢柱，柱顶与屋面刚接，柱底与基础假定为刚接，钢柱的简图和截面尺寸如 图 2329(b)所示。钢柱采用 Q345 钢，焊条用 E50 型，柱翼缘板为焰切边。根据内 力分析，厂房框架上段柱和下段柱的内力设计值如下：上段柱：M1=1800kNm；N1=3485.6kN；V1=294.4kN下段柱：M2=10360kNm；N2=7856kN；V2=409.6kN图图 162223试问，在框架平面内，上段柱高度 H1(mm)，应与下列何项数值最为接进？ A7000 B8000 C10000 D11500解

15、解 在框架平面内，当柱与屋架刚接时，上段柱高度 H1取为肩梁顶面至屋架 下弦轴线距离,该处设有屋盖下弦水平支撑。 故选择 B 24在框架平面内，上段柱计算长度系数应与下列何项数值最为接近?提示：下段柱的惯性矩已考虑腹杆变形影响；屋架下弦设有纵向水平撑和横向水平撑。 A1.51 B1.31 C1.4 D1.12解解 依据钢结构设计规范GB 50017-20035.3.4 单层厂房框架下端刚性固定的阶形柱，在框架平面内的计算长度应按下列 规定确定： 1 单阶柱：1)下段柱的计算长度系数 2：当柱上端与横梁铰接时，等于按本规范附录 D 表 D-3(柱上端为自由的单阶柱)的数值乘以表 5.3.4 的折

16、减系数；当柱上端 与横梁刚接时，等于按本规范附录 D 表 D-4(柱上端可移动但不转动的单阶 柱)的数值乘以表 5.3.4 的折减系数。 2)上段柱的计算长度系数 1，应按下式计算：1= (5.3.4-1)12 式中 1参数，按附录 D 表 D-3 或表 D-4 中公式计算。计算上段柱的计算长度系数需要首先计算出下段柱的计算长度系数 2。 (1)下段柱的计算长度系数1028. 1109690951025941846 78563485.6 10251081167. 00008/102594184600025/10969095 /4433122121 1441221 1II NN HHHIHIK近

17、似按照 K1=0.1167、1=1.1028 查表。由于题目已经给出柱顶与屋面刚接，故 查表 D-4，得到0 . 22考虑到一个柱列的柱子数为 8 个，纵向设有水平支撑，故折减系数为 0.8。 于是，下段柱的计算长度系数为 2=0.82.0=1.6 (2)上段柱的计算长度系数故选择 C 45. 11028. 16 . 112 1若没有考虑折减系数 0.8，则为 21.1028=1.813， 错选 A 25已经求得上段柱弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数 y=0.757，试问， 上段柱作为压弯构件，进行框架平面外稳定性验算时，构件上最大压应力设计值 (Nmm2)，应与下列何项数值最为接近?提示

18、：tx=1.0。 A207.1 B217.0 C237.4 D171.2 解解 依据钢结构设计规范GB 50017-20035.2.2 弯矩作用在对称轴平面内(绕 x 轴)的实腹式压弯构件，其稳定性应按下列规 定计算： 1 弯矩作用平面内的稳定性：(5.2.2-1) Exxxxmxx NNWM AN8 . 011 式中 N所计算构件段范围内的轴心压力；参数, =2EA/(1.1)；ExNExN2 xx弯矩作用平面内的轴心压力构件稳定系数； Mx所计算构件段范围内的最大弯矩； W1x在弯矩作用平面内对较大受压纤维的毛面积模量； mx等效弯矩系数，应按下列规定采用： 2 弯矩作用平面外的稳定性：f

19、 (5.2.2-3)xbxtxyWM AN1式中 y弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数，按 5.1.2 条确定； b均匀弯曲的受压构件整体稳定系数，按附录 B 计算，其中工字形(含 H 型钢)和 T 形截面的非悬臂(悬伸)构件可按附录 B 第 B.5 节确定； 对闭口截面 b =1.0；Mx所计算构件段范围内的最大弯矩； 截面影响系数，闭口截面 =0.7，其他截面 =1.0； tx等效弯矩系数，应按下列规定采用：上段柱的平面外计算长度为 5 m，于是长细比 y=loy/iy=5000133=37 稳定系数依据钢结构设计规范GB 50017-2003 的 B.5 节计算：B.5 受弯构件整体稳

20、定系数的近似计算受弯构件整体稳定系数的近似计算均匀弯曲的受弯构件，当 y120时，其整体稳定系数 b可按下列近似yf235/公式计算： 1 工字形截面(含 H 型钢)： 双轴对称时：b= (B.5-1)2354400007. 12 yyf单轴对称时： b= (B.5-2)235140001 . 0207. 12 yybxfAhW1.01.024235345 440003707. 1235345 4400007. 122 y b所以 b=1.0tx=1.0； =1.0（其他截面）169.492.8776.510193821.01001800 . 10 . 110572757 . 0103485.

21、636231 xbxtxyWM AN 故选择 B 26下段柱吊车柱肢的轴心压力设计值 N=9759.5kN，采用焊接 H 型钢 H1000 6002528，A=57200mm2，ix=412mm，iy=133mm。吊车柱肢作为轴心受压构件， 进行框架平面外稳定验算时，构件上最大压应力设计值(Nmm2)，应与下列何项数 值最为接近?A195.2 B213.1 C235 D258.3解解 吊车肢作为轴心压杆计算，平面外的计算长度为 25000 mm。 y=loy/iy=25000412=60.7，y=74， 235345表表 5.1.2-1 轴心受压构件的截面分类轴心受压构件的截面分类(板厚板厚

22、t6 mm 时，hft(12)mm。 圆孔或槽孔内的角焊缝焊脚尺寸尚不宜大于圆孔直径或槽短径的 13。 3 角焊缝的两焊脚尺寸一般为相等。当焊件的厚度相差较大且等焊脚尺寸不 能符合本条第 1、2 款要求时，可采用不等焊脚尺寸，与较薄焊件接触的焊脚边应 符合本条第 2 款的要求；与较厚焊件接触的焊脚边应符合本条第 1 款的要求。 4 侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度不得小于 8hf，和 40mm。5 侧面角焊缝的计算长度不宜大于 60hf，当大于上述数值时，其超过部分在 计算中不予考虑。若内力沿侧面角焊缝全长分布时，其计算长度不受此限。60hf =6016=960mm，而肩梁的高度为 2000m

23、m，故取焊缝计算长度为 960 mm 计算。7.1.3 直角角焊缝的强度计算 1 在通过焊缝形心的拉力、压力或剪力作用下： 正面角焊缝(作用力垂直于焊缝长度方向)：ff (7.1.3-1)welhNw ff侧面角焊缝(作用力平行于焊缝长度方向)：f= (7.1.3-2)welhNw ff2 在各种力综合作用下，f和 f共同作用处： (7.1.3-3)22f tf w ff式中 f按焊缝有效截面（helw)计算，垂直于焊缝长度方向的应力；f按焊缝有效截面计算，沿焊缝长度方向的剪应力； he角焊缝的计算厚度，对直角角焊缝等于 0.7hf，hf为焊脚尺寸（图 7.1.3)；lw角焊缝的计算长度，对每

24、条焊缝取其实际长度减去 2 hf；角焊缝的强度设计值；w fff正面角焊缝的强度设计值增大系数：对承受静力荷载和间接承受动力 荷载的结构，f =1.22；对直接承受动力荷载待结构，f =1.0。图图 7.1.3 直角角焊缝截面直角角焊缝截面N/m 故选择 D1899604167 . 08120 7 . 0lhNf上式中的 4 表示焊缝为 4 条。 如果将焊缝当作 2 条，则计算结果为 1892=94.5 N/mm2，选择 A。肩梁的连接焊缝计算简图肩梁的连接焊缝计算简图28下段柱斜腹杆采用 214010，A=5475mm2，ix =43.4mm，两个角钢的轴 心压力设计值 N=709kN。该角

25、钢斜腹杆与柱肢的翼缘板节点板内侧单面连接。各与 一个翼缘连接的两角钢之间用缀条相连。当对斜腹杆进行稳定性验算时，试问，其 压应力设计值(Nmm2)，应与下列何项数值最为接近?提示：腹杆计算时，按有节点板考虑。 A150 B170 C184 D215图图 28解解 依据钢结构设计规范GB 50017-2003单角钢斜腹杆长度：l=4155 mm。2230002875 根据表 5.3.1，由于有节点板，故腹杆的平面内计算长度为 0.84155=3324 mm，=l0i=332443.4=76.6表表 5.1.2-1 轴心受压构件的截面分类轴心受压构件的截面分类(板厚板厚 t40mm)截 面 形 式

26、对 x 轴对 y 轴轧制热轧等边角钢b 类b 类按照 b 类查表，由 =93 得到 =0.601。235345N/mm2 故选择 D 2152/5475601. 0102/7093 AN 如果没有注意钢号为 Q345，根据长细比为 76.6(近似按 77)、b 类查表，得到 = 0.707，则最后结果为 215 0.6010.707=183 N/mm2，选择 C。 点评点评： (1)单角钢缀条受压时的稳定验算，需要考虑强度折减系数，但是这里题目的本意是求公式f 的左边值为多少，与公式右边的强度设计值无关，因此，本题不AN 必计算强度折减系数。(2)有人认为题目中所述“两个角钢的轴心压力设计值

27、N=709 kN”表达不甚明确，不知道是两个角钢各承受 709 kN 还是两个角钢共承受 709 kN，事实上，依据上下文 可以判断：查型钢表可知，给出的 A 为两个角钢的总截面积，故 N=709 kN 必然也 为两个角钢共同承受的压力，这样才能前后一致。 (3)题目中没有给出两根角钢腹杆之间如何相连，因此，可能难以理解。图 28 给 出一个常见做法的参考图(图中虚线为缀条)。29条件同上题，柱子的斜腹杆与柱肢节点板采用单面连接。已知腹杆轴心力 设计值 N=709kN，试问，当角焊缝 hf =10mm 时，角焊缝的实际长度(mm)，应与下 列何项数值最为接近? A240 B. 320 C. 2

28、00 D. 400 解解 根据钢结构设计规范GB 50017-20033.4.2 计算下列情况的结构构件或连接时，第计算下列情况的结构构件或连接时，第 3.4.1 条规定的强度设计值应乘以相应条规定的强度设计值应乘以相应 的折减系数。的折减系数。 l 单面连接的单角钢：单面连接的单角钢： 1)按轴心受力计算强度和按轴心受力计算强度和连接乘以系数连接乘以系数 0.85； 2)按轴心受压计算稳定性：按轴心受压计算稳定性：等边角钢乘以系数等边角钢乘以系数 0.6+0.0015，但不大于，但不大于 1.0； 短边相连的不等边角钢乘以系数短边相连的不等边角钢乘以系数 0.5+0.0025，但不大于，但不

29、大于 1.0； 长边相连的不等边角钢乘以系数长边相连的不等边角钢乘以系数 0.70； 为长细比。对中间无联系的单角钢压杆，应按最小回转半径计算，当为长细比。对中间无联系的单角钢压杆，应按最小回转半径计算，当 20 时，取时，取 =20； 2 无垫板的单面施焊对接焊缝乘以系数无垫板的单面施焊对接焊缝乘以系数 0.85； 3 施工条件较差的高空安装焊缝和铆钉连接乘以系数施工条件较差的高空安装焊缝和铆钉连接乘以系数 0.90； 4 沉头和半沉头铆钉连接乘以系数沉头和半沉头铆钉连接乘以系数 0.80。注：当几种情况同时存在时，其折减系数应连乘。注：当几种情况同时存在时，其折减系数应连乘。单角钢单面连接

30、时，强度折减系数为 0.85。E50 型焊条，角焊缝强度设计值=200N/mm2。于是，需要的角焊缝计算长度：w ffN/mm2298200107 . 085. 0102/7093 wl需要的实际几何长度为 298+2hf=298+210=318 mm 故选择 B 若将按照 E43 型取为 160N/mm2，其他步骤没有错误，则会得到所需要实际w ff长度为 393 mm，错选 D。 若未考虑强度折减系数 0.85，则可得到所需要的计算长度为 351 mm，实际需要 长度为 351+210=371 mm，错选 D。 点评：角钢斜腹杆与柱肢节点板通常采用围焊缝连接，因此，上述计算没有必 要考虑肢背与肢尖焊缝的内力分配而分别计算肢背与肢尖焊缝的长度。这是因为， 下式恒成立：+=w fffhN 7 . 085. 03 . 0w fffhN 7 . 085. 07 . 0w fffhN 7 . 085. 0分开计算肢背与肢尖焊缝只会增加麻烦，因为肢背和肢尖的焊脚尺寸相同。 也是因为采用围焊缝的原因，实际长度采用计算长度加上两个缺陷长度。若错误理解了“单面连接”的含义，仅按照肢背焊缝受力为 0.7 N 计算，亦未 考虑强度折减系数 0.85，则会得到计算长度为 177 mm，实际需要长度为177+210= 19 7 mm，错选 C。