鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理作業(yè)參考答案

1、-作者xxxx-日期xxxx鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理作業(yè)參考答案【精品文檔】鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理作業(yè)答案3-1.圖371所示兩板件，寬200mm，厚10mm,承受軸拉力靜載設(shè)計值N=550kN，鋼材為Q235鋼，焊條為E43型，手工焊，試設(shè)計：（1） 用對接焊縫（直縫或斜縫）連接，采用引弧施焊。（2） 用雙蓋板拼接，采用角焊縫三面圍焊（要求確定拼接板尺寸及焊角尺寸）。解：（1）.設(shè)焊縫質(zhì)量為三級，則查表14得wt=185N/mm2,當(dāng)采用直縫時LW=300mm.焊縫正應(yīng)力故強度滿足要求可行。（2）.為保證施焊需要，取蓋板寬b=B-2X20=300-40=260mm. 按蓋板與構(gòu)件等強度原則，計算蓋板厚度為 按

2、構(gòu)造要求確定焊角高h(yuǎn)f為 hfmin= ,取hf=6mm 取蓋板截面為2606mm2,則端縫承載力為 查表14得wt=160 N/mm2 則 接縫一側(cè)一條焊縫需要長度 取LW=60mm.則蓋板全長為： 3-3圖3-73所示焊接工形截面梁，在腹板上設(shè)置一條工廠對接焊縫，梁拼接處承受內(nèi)力為，鋼材為Q235鋼，焊條為E43型，手工焊，二級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，試驗算拼接焊縫強度。（提示：剪力V可假定全部由腹板承擔(dān)，彎矩按剛度比分配，即）解：查得，計算焊縫截面特征值驗算正應(yīng)力滿足驗算剪應(yīng)力滿足驗算折算應(yīng)力滿足要求3-4圖3-74所示一柱間支撐與柱的連接節(jié)點，支撐桿承受軸拉力設(shè)計值，用2L80×6角鋼做成

3、，鋼材均為Q235鋼，焊條為E43型，手工焊。(1) 支撐與節(jié)點板采用角焊縫相連，焊腳尺寸見圖，試確定焊縫長度。(2) 節(jié)點板與端板用兩條角焊縫相連，試演算該連接焊縫強度。解：查附表1-4得(1) 采用兩邊圍焊，肢背、肢尖的受力為據(jù)題設(shè)焊腳高度為，計算肢背、肢尖所需焊縫長度為構(gòu)件端部按要求做成2繞角焊，故不再加5mm(2) N分解為水平拉力、豎向剪力計算焊縫強度：驗算和應(yīng)力（滿足）35.試驗算圖375所示雙板牛腿與柱的焊縫連接強度。已知牛腿承受靜力集中荷載設(shè)計值F=200kN，鋼材為16Mn,焊條為E50,手工焊，焊角尺寸hf=10mm。解： 由副表14查得 采用三面焊縫連接，焊縫受剪力、扭矩

4、共同作用，焊縫計算截面的重心位置和截面特征值。 驗算角焊縫強度VFA處應(yīng)力為 A點合應(yīng)力 所以強度滿足要求。3-6.若將習(xí)題31（2）的雙蓋板連接改用M20普通C級螺栓連接，試確定連接螺栓的數(shù)目及排列形式，驗算板件凈截面強度。解： 螺栓直徑d=20mm，孔徑d0=. 查附表16， （1）.單個螺栓承載力計算（設(shè)計值） 取最小值 (2).求連接縫一側(cè)所需螺栓數(shù)目 （3）.驗算板件凈截面強度 主板凈截面積 拼接板凈面積： 因為所以主板合格拼接板 合格3-7.將習(xí)題35雙板牛腿與柱的連接改為M20的普通C級螺栓相連。試設(shè)計該連接。 解： 由附表16 螺栓計算：螺栓直徑d=20mm,孔徑d0=單個螺栓

5、設(shè)計承載力計算取較小者螺栓共用24個，一面12個，尺寸及布置如圖受力最大的“1”號柱承擔(dān)的剪力為合剪力為 3-8圖3-74中節(jié)點板端板與翼緣用M22普通C級螺栓相連，螺栓排列如圖示。(1) 當(dāng)端板下端支于承托時，豎向剪力由承托承擔(dān)，試驗算連接螺栓的承拉強度。(2) 當(dāng)端板下端不設(shè)承托時，試驗算該連接螺栓是否滿足要求？解：由附表1-6查得：、N分解為水平拉力、豎向剪力(1) 計算單個螺栓抗拉承載力設(shè)計值一個螺栓承擔(dān)的拉力（滿足）(2) 計算單個螺栓抗剪載力設(shè)計值承壓承載力設(shè)計值一個螺栓承擔(dān)的剪力連接強度驗算（滿足）39.若將習(xí)題33中工字型梁腹板拼接改用雙拼接板，摩擦型高強螺栓連接，螺栓采用10

6、.9級，M22，接觸面經(jīng)噴砂處理，螺栓排列見圖376，試驗算該連接強度。解：查表38和表39，得：p=190Kn,單個螺栓抗剪承載力設(shè)計值為：受力最大得“1”螺栓承受得剪力為：強度滿足要求。310.圖377所示T型牛腿，承受靜載集中力設(shè)計值F125kN，采用2L10012連接角鋼及10.9級M22高強螺栓與柱相連接，鋼材為16Mn鋼，接觸面經(jīng)噴砂處理，試分別按摩擦型和承壓型高強螺栓連接確定連接角鋼兩肢上需用的螺栓數(shù)目及排列形式。 解：1. 按摩擦型高強螺栓考慮（1）.角鋼與牛腿板的連接 取n1=3,根據(jù)構(gòu)造要求取間距為100mm，如圖布置.V=125KN. 螺栓“1”受的外力單個螺栓抗剪承載力

7、的設(shè)計值： 所以滿足要求。 （2）.角鋼與柱的連接 取n=4,中距S=100mm. 查表38和表39，得：p=190Kn, V=F=125Kn 受力最大的螺栓“2”所受的力： 單個螺栓抗剪承載力設(shè)計值 所以強度滿足要求。2. 按承壓型高強螺栓設(shè)計（1）.角鋼與牛腿板連接 查表得，取，仍取三個M22螺栓，布置如上圖所示，所以N1=99.75kN<所以強度滿足要求。（2）.角鋼與栓得連接 取,排列如上圖 受力最大得螺栓所受的力： 滿足要求。 連接抗滑移驗算 所以抗滑移滿足要求。4-1有一工作平臺柱，受平臺傳來的軸心壓力設(shè)計值為1500kN,柱高為6m，兩端鉸接，在3m高處有一側(cè)向支點，試分別

8、選擇一熱軋工字鋼和熱軋寬翼緣H型鋼截面，并比較其用鋼量。鋼材為Q235鋼。見圖4-41解：假定，先按b類截面查得，截面積：回轉(zhuǎn)半徑：1. 選擇熱軋工字鋼由型鋼表中查得I50b截面特征值為、b=160mm因截面類型對x軸屬a類，對y軸屬b類由附表2-5查得滿足要求2. 選熱軋寬翼緣H型截面假定，截面為b類，查型鋼表選用HK180c，截面特征值如下：、，截面對x,y截面均屬b類。由查附表2-5得滿足要求3截面比較：熱軋寬翼緣H型鋼要節(jié)約鋼材約12.2。4-3試計算圖4-42所示兩種工字型截面所能承擔(dān)得最大軸心壓力。柱高為8m，兩端鉸接，翼緣板為軋制邊，鋼材為Q235鋼。從計算結(jié)果比較中可以得到什么

9、啟示？解：由查b類，附表2-5得、由a，b兩種截面比較發(fā)現(xiàn)，相同截面面積，腹板，翼緣長度大的，截面慣性矩大，承載力也大。4-5有一軸心受壓平臺柱，柱高為10m，兩端鉸接，軸壓力設(shè)計值為2500kN，鋼材為Q235鋼，焊條為E43，手工焊。(1) 試設(shè)計由兩個工字鋼組成得格構(gòu)式綴條柱（含綴條及連接計算）。(2) 試設(shè)計由兩個槽鋼組成得格構(gòu)式綴板柱（含綴板及連接設(shè)計）。解：(1)題意可知，截面為b類，假定,由附表2-5查得由型鋼表選用2I36b可知，、確定兩肢間距離綴條面積可按主肢面積得10預(yù)選，即單根角鋼面積選用等肢角鋼L70×6，則取b=30cm計算截面特征值驗算剛度滿足因截面無削弱

10、，強度可不必驗算，據(jù)由附表查得滿足分肢穩(wěn)定驗算斜綴條與水平線夾角為45o，不設(shè)橫綴條滿足綴條計算斜綴條L70×6，滿足由附表2-5查得滿足連接設(shè)計采用兩邊側(cè)焊，取需要肢背焊縫長為取需要肢尖縫長為取因柱高為10m大于8m，中間設(shè)置一片橫板(2)用型鋼表選用240b做主肢，截面特征值為：，、，確定兩肢間距離（對虛軸計算）選且小于40，按等穩(wěn)定條件得取截面驗算滿足由附表2-5查得滿足按布置綴板，即，取可以滿足分肢穩(wěn)定要求綴板計算：綴板寬， 取綴板寬， 取綴板軸線間距離滿足連接焊縫計算采用三面圍焊，計算時偏于安全只考慮豎焊縫受力 在剪力和彎矩共同作用下焊縫合應(yīng)力為滿足要求。52.一跨度為的工

11、作平臺簡支梁，承受均布荷載設(shè)計值28kN/m（靜載不包自重），采用普通軋制工字鋼I32a，鋼材Q235，驗算強度、剛度和整體穩(wěn)定?？缰袩o側(cè)向支撐點。解： I32a軋制工字鋼的主要參數(shù)如下：自重， IX=11076cm4, r=, t=15mm, b=130mm 加上自重后取最大彎矩和剪力設(shè)計值分別如下： 抗彎強度： 抗剪強度： 局部承壓強度： 假定支承長度a=100mm 2.剛度驗算： 按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算有 3.穩(wěn)定性驗算：（因為）由題意可知跨中無側(cè)向支承點，均布荷載作用于上翼緣 I32a,故整體穩(wěn)定性滿足要求。5-5.圖555所示簡支梁，中點及兩端均設(shè)有側(cè)向支承，材料為Q235,設(shè)梁的自重為1

12、.1kN/m,分項系數(shù)為1.2，在集中荷載F=110kN作用下，分項系數(shù)為1.4，問該梁能否保證其整體穩(wěn)定性？解： 梁受壓翼緣側(cè)向自由長度與其寬度的比值 故應(yīng)進行整體穩(wěn)定計算（1）.截面特征值 （2）.最大彎矩： （3）.求整體穩(wěn)定系數(shù) h=81cm, 查表54得， 所以（4）.驗算整體穩(wěn)定性57.某平臺的梁格布置如圖556所示。鋪板為預(yù)制鋼筋混凝土板，焊接于次梁上。平臺永久荷載（包括鋪板自重）為6kN/m2,分項系數(shù)為1.2；可變荷載為20 kN/m2,分項系數(shù)為1.3。鋼材Q235，E43型焊條，手工焊。要求：（1） 選擇次梁截面；（2） 選擇主梁（焊接組合梁）截面，設(shè)計梁沿長度的改變，設(shè)

13、計翼緣焊縫，設(shè)計加勁肋。解：1. 由于預(yù)制鋼筋混凝土板與次梁上翼緣焊接，可保證整體穩(wěn)定性，故只需考慮剛度和強度。 1）.最大彎矩設(shè)計值 2）.型鋼需要的凈截面抵抗矩 選用I45a,自重 ， r=, t=, b=150mm加上自重后的最大彎矩設(shè)計值（跨中）和最大剪力設(shè)計值（支座）如下： 3）.截面驗算：（1）.強度抗彎強度：抗剪強度： 局部承壓強度： 假設(shè)支承長度（2）.剛度驗算：按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算：所以滿足要求。2. 主梁的設(shè)計1）.截面選擇次梁傳來集中荷載設(shè)計值最大彎矩設(shè)計值（不包括主梁自重）為：最大剪力設(shè)計值： 需要的截面抵抗矩（按翼緣厚度200mm，） 梁的最小高度：根據(jù)容許撓度 梁的經(jīng)濟

14、高度為： 取腹板高度 腹板厚度（按） 取，需翼緣面積取上下翼緣寬為500mm,厚度為mm,則可按部分截面發(fā)展朔性進行抗彎強度計算截面驗算：）:最大剪力設(shè)計值（支座處）最大彎矩設(shè)計值（跨中）抗彎強度：抗剪強度：局部承壓強度：擬設(shè)置支承加勁肋，不必驗算。梁截面改變：梁在左右半跨內(nèi)各改變截面一次，采用改變翼緣寬度的方法。變截面處離支座的距離為：變截面處彎矩，剪力設(shè)計值：需截面的抵抗矩：需翼緣面積：取改變后翼緣尺寸：變截面后截面驗算：抗彎強度（變截面處）：抗剪強度（支座處）：折算應(yīng)力：剛度驗算，荷載折算成均布荷載整體穩(wěn)定翼緣焊縫計算取可滿足要求。加勁肋的設(shè)計：一、腹板加勁肋的設(shè)計：已知截面尺寸： 腹板

15、155012mm,翼緣50020mm（跨中），23020mm(端部) 因此，應(yīng)配置橫向加勁肋并進行計算。1. 加勁肋間距計算支座處：變截面處：查表512，得根據(jù)上述支座處和變截面處的計算，均可按構(gòu)造配置加勁肋，取a3000mm<2. 加勁肋的截面尺寸：外伸寬度：二、端部支承加勁肋：采用突緣加勁肋，尺寸為200mm20mm.1. 腹板平面外的穩(wěn)定2. 端部承壓強度：3. 支座加勁肋與腹板的連接焊縫：橫向加勁肋焊縫也按構(gòu)造確定，6-1圖示6-27所示拉彎構(gòu)件，跨中作用一集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值為P50kN，軸心拉力設(shè)計值為N=400kN。截面無削弱，鋼材為16Mn，試設(shè)計截面。解：構(gòu)件內(nèi)力設(shè)計值假定，

16、則，根據(jù)，查附表5-14，采用2L140×90×10截面幾何特性：， ，強度驗算對角鋼水平肢2，（附表2-13）（滿足）對角鋼豎直肢1，（附表2-13） （滿足）構(gòu)件長細(xì)比（滿足）故采用2L140×90×10角鋼截面。6-2圖6-28示一壓彎構(gòu)件，兩端鉸接，承受軸心壓力設(shè)計值為N2500Kn，端彎矩設(shè)計值為，構(gòu)件在彎矩作用平面外跨中有一側(cè)向支撐點。截面采用焊接工字形截面，試設(shè)計其截面尺寸。鋼材用Q235。解：1. 內(nèi)力設(shè)計值，2. 截面選擇假設(shè)，由附表2-5查得查附表2-14得,，取則：近似取查附表2-5，得根據(jù)上面計算所得A、h、b選擇截面，翼緣板：2

17、-550×20腹板：650×123. 截面幾何特性計算 查附表2-5得，4. 強度驗算滿足要求5. 彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定驗算因相差不大，可看作滿足要求6. 彎矩作用平面外的穩(wěn)定問題驗算：取，因相差不大，可近似看作滿足要求7. 局部穩(wěn)定翼緣：滿足要求腹板： 8. 剛度驗算滿足要求6-3圖6-29所示為一廠房柱的下柱截面，柱的計算長度為，綴條傾角，有橫綴條。最不利內(nèi)力組合設(shè)計值為： ，。鋼材為16Mn，試驗算此柱截面是否安全。解：1. 截面幾何特性計算柱截面積：慣性矩：綴條為L125×10， 2. 強度驗算滿足要求3. 整體穩(wěn)定驗算：剛度滿足查附表2-5得彎矩作用平面內(nèi)得整體穩(wěn)定滿足要求4. 單肢穩(wěn)定計算(拉力)受壓分肢在彎矩作用平面內(nèi)得長細(xì)比為在彎矩作用平面外的長細(xì)比為查附表2-5得，5. 綴條計算剪力一個斜綴條受力斜綴條得長細(xì)比查附表2-5得單角鋼連接的設(shè)計強度折減系數(shù)則滿足故該柱能滿足要求6-4試設(shè)計一單向壓彎構(gòu)件雙肢綴板柱，柱的計算長度為12m，柱的計算長度，,內(nèi)力的設(shè)計值為，鋼材為Q235解：1 截面選擇假設(shè)，由附表2-5查得查附表2-14得，取根據(jù)，選用2I50c做主肢，由型鋼表查得，確定兩肢距離（對虛軸計算）選，q且小于40，按等穩(wěn)條件得取2截面驗算查表得按布置綴板，即，取綴板計算綴板寬綴板厚，取綴板軸線間距離（滿