鋼結構設計課后習題答案--王志騫

1、-作者xxxx-日期xxxx鋼結構設計課后習題答案-王志騫【精品文檔】1.1、屋蓋結構主要組成部分是哪些？它們的作用是什么？A、屋架：支撐于柱或托架，承受屋面板或檁條傳來的荷載；b、天窗：屋架跨度較大時，為了采光和通風的需要；C、支撐系統(tǒng)：用于增強屋架的側向剛度，傳遞水平荷載和保證屋蓋體系的整體穩(wěn)定。1.2、屋蓋結構中有哪些支撐系統(tǒng)？支撐的作用是什么？（1）a、上弦橫向水平支撐b、下弦橫向水平支撐c、上弦縱向水平支撐d、下弦縱向水平支撐e、垂直支撐f、系桿（2）a、保證結構的空間整體性b、為弦桿提供適當?shù)膫认蛑吸cc、承擔并傳遞水平荷載d、保證結構安裝時的穩(wěn)定與方1.3、如何區(qū)分剛性系桿和柔性

2、系桿？哪些位置需要設置剛性系桿？ 答：（1）剛性系桿：能承受壓力，柔性系桿：只能承受拉力 （2）上弦平面內(nèi)檁條和大型屋面板可起到剛性系桿作用，因而可在屋架的屋脊和支座節(jié)點處設置系桿，當屋架橫向支撐設置在第二柱間時所有系桿均為剛性系桿。實腹式和格構式檁條各適用于哪種情況？其優(yōu)缺點是什么？ 答：（1）實腹式檁條常用于跨度為36m的情況，構造簡單，制造及安裝方便（2）桁架式檁條用于跨度較大（>6m）的情況，分為三種形式：A、平面桁架式檁條，受力明確，用料省，但側向剛度較差，必須設置拉條；B、T形桁架式檁條，整體性差，應沿跨度全長設置鋼箍；C、空間桁架式檁條，剛度好，承載力大，不必設置拉條，安裝

3、方便，但是構造復雜，適用跨度和荷載較大的情況為什么檁條要布置拉條？ 答：為了給檁條提供側向支撐，減小檁條沿屋面坡度方向的跨度，除了側向 剛度較大的空間桁架式和T形桁架式檁條外，在實腹式檁條和平面桁架 式檁條之間設置拉條。三角形、梯形、平行弦桁架各適用于哪些屋蓋體系？ 答：（1）三角形屋架：屋面坡度較大的有檁屋蓋結構或中小跨度的輕型屋面結構（2）梯形屋架：用于屋面坡度較小的屋蓋結構、工業(yè)廠房屋蓋結構最常用形式（3）矩形屋架：用于托架或支撐體系中（4）曲拱屋架：用于有特殊要求的房屋中屋架的腹桿有哪些體系？各有什么特征？ 答：（1）三角形腹桿：單斜桿式，長桿受拉，短桿受壓，經(jīng)濟；人字式，腹桿數(shù)少，節(jié)

4、點少，構造簡單；芬克式，腹桿受力合理，可分開運輸。（2）梯形屋架：人字式，減少上弦節(jié)間短，有利于提高上弦承載力，避免上弦局部受彎，受拉下弦節(jié)間長，可減少節(jié)點，便于制造；再分式，減少上弦節(jié)間長度（3）矩形屋架：人字式，腹桿數(shù)少，節(jié)點簡單K形，桁架高度高時可減少豎桿長度交叉式，常用于承受反復荷載的桁架中，又是斜桿可用柔性桿。如何選擇屋架構件截面？ 答：選擇屋架桿件截面時，應注意選用肢寬而壁薄的角鋼；屋架弦桿一般采用等截面，但對于跨度>24m且弦桿內(nèi)力相差較大的屋架，可在適當節(jié)間處改變截面，改變一次為宜。對軸心受拉桿件由強度要求計算所需的面積，同時應滿足長細比要求。對軸心受壓桿件和壓彎構件要計

5、算強度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定和長細比。根據(jù)構件受力按鋼結構基本原理中介紹的方法選擇截面。a普通鋼屋架的桿件一般采用等肢或不等肢角鋼組成的T形截面或十字形截面b對于屋架上弦桿，宜采用兩個不等肢角鋼短肢相并而成的T形截面形式；當有節(jié)間荷載作用時，宜采用不等肢角鋼長肢相并 T形截面c對于受拉下弦桿，可采用兩個等肢角鋼或不等肢角鋼短肢相并組成的T形截面d對于屋架的支座斜桿及豎桿，可采用兩個不等肢角鋼長肢相并而成的T形截面e屋架中其他腹桿，宜采用兩個等肢角鋼組成的T形截面f與豎向支撐相連的豎腹桿宜采用兩個等肢角鋼組成的十字形截面如何確定屋架節(jié)點的節(jié)點板厚度？一個桁架的所有節(jié)點板厚度是否相同？ 答：桁架節(jié)點

6、板的厚度可根據(jù)腹桿（梯形屋架）或弦桿（三角形屋架）的最大內(nèi)力按表1-1取用，節(jié)點板的最小厚度為6mm。在同一榀屋架中，除支座處節(jié)點板比其他節(jié)點板厚2mm外，全屋架所有節(jié)點板的厚度應相同。1.10、墊板的作用是什么？ 答：支座節(jié)點的傳力路線是：屋架桿件的內(nèi)力通過連接焊縫傳給節(jié)點板，然后由節(jié)點板和加勁肋把力傳給支座底板，最后傳給柱子。為什么在屋架拼接節(jié)點要增加拼接角鋼？ 答：為了減輕節(jié)點板負擔和保證整個屋架平面外的剛度。用鋼管做桁架時，參數(shù)的含義是什么？的大小對節(jié)點承載力有何影響？ 答：是支管外徑與主管外徑之比。越大節(jié)點承載力越高搭接支管的節(jié)點承載力如何隨搭接率變化？ 答：根據(jù)Ov的大小，分為三種

7、情況。25%Ov<50%,增大；50%Ov<80%，80%Ov<100%,分別為一定值。詳情見書。1.15保證網(wǎng)架結構幾何不變的必要條件是什么？充分條件是什么？ 答：（1）網(wǎng)架為一空間鉸接桿系統(tǒng)結構，保證網(wǎng)架結構幾何不變的必要條件是：W=3J-m-r0 式中，J網(wǎng)架的節(jié)點數(shù)； M網(wǎng)架的桿件數(shù)； R支座約束鏈桿數(shù)。當W0時，網(wǎng)架結構為幾何可變體系；當W=0時，網(wǎng)架無多余桿件，如桿件布置合理，為靜定結構；當W0時網(wǎng)架有多余桿件，如桿件布置合理，為超靜定結構。（2） 網(wǎng)架結構幾何不變的充分條件可通過結構的剛度矩陣進行判斷，出現(xiàn)下列條件之一者，該網(wǎng)架結構為幾何可變體系。1）引入邊界條

8、件后，總剛度矩陣【K】中對角線上出現(xiàn)零元素，則與之對應的節(jié)點為幾何可變；2）引入邊界條件后，總剛度矩陣行列式【K】=0，該矩陣奇異，結構為幾何可變體系；、雙層網(wǎng)架的主要形式有哪些？ 答：雙層網(wǎng)架的常用形式有以下幾種：平面桁架系網(wǎng)架（兩向正交正放網(wǎng)架，兩向正交斜放網(wǎng)架，三向網(wǎng)架）；四角錐體系網(wǎng)架（正向四角錐網(wǎng)架，抽空四角錐網(wǎng)架，星形四角錐網(wǎng)架）；三角錐體系網(wǎng)架；網(wǎng)架結構的支撐；網(wǎng)架高度及網(wǎng)格尺寸。網(wǎng)架結構的支撐形式主要有哪些？ 答：（1）在網(wǎng)架四周全部或部分邊界節(jié)點設置支座，是常用的支撐方式，稱為周邊支撐（2）。將整個網(wǎng)架支撐在多個支撐住上，稱為點支撐。（3）平面尺寸大很大的建筑物，除在網(wǎng)架周邊

9、設置支撐外，可在內(nèi)部增設中間支撐，以減小網(wǎng)架桿件內(nèi)力撓度（即周邊支撐與支點支撐結合）。網(wǎng)架結構的高度和網(wǎng)格尺寸各與哪些因素有關？ 答：網(wǎng)架結構的高度主要與屋面荷載、跨度和支撐條件有關。荷載和跨度越大，網(wǎng)架的高度越大；平面接近正方形時高度可取得小一些；狹長矩形平面網(wǎng)架的單向作用明顯，高度可取得大一些；圓形平面網(wǎng)架高度可取得小一些；點支撐網(wǎng)架比周邊支撐網(wǎng)架高度大一些。 網(wǎng)架的網(wǎng)格尺寸與網(wǎng)架高度和屋面材料有關。網(wǎng)架結構的節(jié)點有哪些形式？設計時要進行哪些計算？ 答：（1）焊接空心球節(jié)點：空心球外徑D的確定，空心球徑等于或大于300mm，且桿件內(nèi)力較大，需要提高承載力時，球內(nèi)可加環(huán)肋，空心球徑直徑為12

10、0-900mm時受壓受拉承載力驗算，空心球的壁厚驗算（2）螺栓球節(jié)點：鋼球直徑計算（球內(nèi)螺栓不相碰的最小直徑，滿足套筒接觸面要求的直徑，角度小于30度，保證桿件不相碰的最小直徑），高強度螺栓的性能等級的選用，套筒外形尺寸驗算，錐頭和封板。（3）焊接鋼板節(jié)點：節(jié)點板厚度 （4）焊接鋼管節(jié)點，（5）桿件直接匯交節(jié)點網(wǎng)架結構的支座形式有哪些？各有什么特點？ 答：（1）平板壓力和拉力支座：轉動的位移受很大約束，在底板可開設橢圓形孔洞，方便安裝，只適用于較小跨度網(wǎng)架（2）單面弧形壓力支座和拉力支座：單方向轉動未受約束，限制平移，適用于中小跨度網(wǎng)架（3）雙面弧形壓力支座：在支座和底板間設有弧形塊，上下面都

11、是柱面，支座可轉動但不能平移。 （4）球鉸壓力支座，其支座可任意方向轉動但不能平移，適用于大跨度網(wǎng)架。(5）板式橡膠支座：通過橡膠墊的壓縮和剪切變形，支座既可以轉動也可以平移，助于單行支座，適用于大中跨度網(wǎng)架。為什么單層網(wǎng)殼的節(jié)點應做成剛接的？一般采用什么形式？ 答：（1） 以便傳遞各桿傳來的集中力和彎矩（2）a板節(jié)點b焊接空心球節(jié)點c螺栓球節(jié)點d嵌入式轂式節(jié)點e疊合式節(jié)點f卡盤螺栓節(jié)點2.1單層廠房是由那些結構或構件組成的？這些組成部件的作用是什么？結構組成： a橫向框架 由柱和它所支承的屋架或屋蓋橫梁組成，是單層鋼結構廠房的主要承重體系，承受結構的自重、風、雪荷載和吊車的豎向與橫向荷載，并

12、把這些荷載傳遞到基礎。b屋蓋結構 承擔屋蓋荷載的結構體系，包括橫向框架的橫梁、托架、中間屋架、天窗架、檁條等。c支撐體系 包括屋蓋部分的支撐和柱間支撐等，它一方面與柱、吊車梁等組成單層鋼結構廠房的縱向框架，承擔縱向水平荷載；另一方面又把主要承重體系由個別的平面結構連成空間的整體結構，從而保證了單層廠房鋼結構所必需的剛度和穩(wěn)定。 d吊車梁和制動梁（或制動桁架）主要承受吊車豎向及水平荷載，并將這些荷載傳到橫向框架和縱向框架上。 e墻架 承受墻體的自重和風荷載。 2.2布置柱網(wǎng)時應考慮哪些因素？A、滿足生產(chǎn)工藝流程的要求，包括預期的擴建和工藝設備更新的需求。B、滿足結構上的要求，在保證廠房具有必需的

13、剛度和強度的同時，盡量減少屋架跨度和柱距的類別。2.3為什么要設置溫度縫？橫向和縱向溫度縫如何處置？（1）為避免結構中產(chǎn)生過大的溫度應力，在廠房的縱向或橫向的尺度較大時，一般要求在平面布置中設置溫度伸縮縫。（2）a、設置雙縫，即在縫的兩旁布置兩個無任何縱向構件聯(lián)系的橫向框架b、采用單柱溫度伸縮縫，即在縱向構件支座處設置滑動支座（節(jié)約鋼材）c、當廠房寬度較大時，也應該按規(guī)范規(guī)定布置縱向溫度伸縮縫2.4橫向框架有哪些類型？如何確定橫向框架的主要尺寸？（1）a、剛接框架b、鉸接框架（2）根據(jù)所采用吊車的工作要求設計2.5廠房柱有哪些類型？各在什么情況下使用？A、等截面柱，b、格構式柱，c、分離式柱使

14、用范圍：A、在吊車的噸位很小時可采用等截面或變截面實腹式柱。B、實腹式柱的構造簡單，加工制作費用低，常在廠房高度不超過10m切吊車額定其重量不超過20t時采用。C、一般采用梯形柱，階梯形柱下段截面較大時通常采用格構式，而上段可采用實腹式，亦可采用格構式。D、分離式柱適宜于有位置不高的大噸位吊車和有擴建計劃的結構。2.6廠房有哪些支撐？各有什么作用？（1）柱間支撐，用于將廠房縱向柱列傳來的力良好地傳到基礎上。上層柱間支撐和下層柱間支撐。下層柱間支撐是為了減少縱向溫度應力的影響；垂直支撐，用于傳遞屋架縱向垂直方向的力。（2）水平支撐，分上弦、下弦。用于屋架上下弦水平方向的力。（3）聯(lián)系梁，用于傳遞

15、縱向的柱根、柱端、屋架端的水平力。2.7試述柱間支撐的布置 、構造和計算特點。（1）布置：下層柱間支撐一般宜布置在溫度區(qū)段的中部；上層柱間支撐除了要在下層支撐布置的柱間設置外，還應當在每個溫度區(qū)段的兩端設置。每列柱頂端均要布置剛性系桿。（2）構造特點：常見的下層柱間支撐是交叉型的，與柱子的夾角控制在3555度，下層柱間支撐常見形式采用交叉形，人字形或K字形，柱距較大時可取V形或八字形。（3）計算特點：上層柱間支撐承受端部墻傳來的風力，下層柱間支撐除承受短墻傳來的風力外，還承受起重機的縱向水平荷載。在同一溫度區(qū)段的同一柱列設有兩道或兩道以上的柱間支撐時，則全部縱向水平荷載由該柱列所有支撐共同承受

16、。當在柱的兩個肢的平面內(nèi)成對設置時，在起重機肢的平面內(nèi)設置的下層支撐，除承受起重機縱向水平荷載外，還承受與屋蓋肢下層支撐按軸線距離分配傳來的風力。靠墻的外墻肢平面內(nèi)設置的下層支撐，只承受端墻傳來的風力與起重機肢下層支撐按軸線距離分配受力。2.8試述吊車梁的類型及其應用范圍。（1）吊車梁按結構體系可分為實腹式、下?lián)问胶丸旒苁?。按支承情況分為簡支和連續(xù)。（2）實腹簡支吊車梁應用最廣，當跨度及荷載較小時，可采用型鋼梁，否則采用焊接梁，連續(xù)梁比簡支梁用料經(jīng)濟，但由于它受柱的不均勻沉降影響較明顯，一般很少應用；下?lián)问降踯嚵汉丸旒苁降踯嚵河娩摿枯^少，但制造費工、高度較大； 桁架式吊車梁用鋼省，但制作費工，

17、連接節(jié)點在動力荷載作用下一產(chǎn)生疲勞破壞，故一般用于跨度較小的輕中級工作制的吊車梁。2.9吊車梁受哪些荷載？須計算哪些應力？（1）承受由起重機產(chǎn)生的三個方向的荷載：豎向荷載（起重機系統(tǒng)和起重物的自重以及起重機梁系統(tǒng)的自重）、橫向水平荷載（小車剎車時的慣性力）和縱向水平荷載（吊車縱向剎車時的慣性力）。（2）需計算這些內(nèi)力：a、起重機最大輪壓b、起重機橫向水平力2.10吊車梁的水平荷載靠什么承受？吊車梁的橫向水平荷載是在小車剎車時的慣性力。橫向水平荷載應等分與橋架的兩端，分別由軌道上的車輪平均傳至軌道，其方向與軌道垂直，并考慮正反兩個方向的剎車情況。對于懸掛吊車的水平荷載應由支撐系統(tǒng)承受，可不計算。

18、手動吊車可不考慮水平荷載。2.11吊車梁的疲勞與那些因素有關？應力集中、重中輕的工作制等級、行車荷載、吊車的行車速度、鋼梁的塑性和韌性。2.12剛架有什么特點？主要使用范圍是什么？（1）特點：結構質(zhì)量輕；柱網(wǎng)布置靈活，不受屋板面，墻板尺寸的限制；剛架可采用變截面，截面與彎矩成正比；剛架的腹板可利用屈服后強度，允許部分腹板屈曲，按有效寬度設計；綜合經(jīng)濟效益高（2）適用范圍：展覽廳，輕型廠房，倉庫，大型超市，娛樂體育設施。車站候車室和碼頭建筑等。2.13什么是搖擺柱？設置它的目的是什么？多跨剛架中采用上下兩端均鉸接的柱稱為搖擺柱。設置目的：搖擺柱具有很好的延性和耗能能力，設置搖擺柱可以提高結構的抗

19、震能力，減少柱側移、且使鋼架梁的跨度減少，從而是柱腳構造和梁柱連接相對簡單，且可以節(jié)省鋼材。2.14在剛架的那些位置須設置剛性系桿？1）屋蓋橫向支撐宜設在溫度區(qū)間端部的第一或第二開間。當端部支撐設在第二開間時，在第一開間的相應位置應設置剛性系桿2）由支撐斜桿等組成的水平桁架，在直腹桿宜按剛性系桿設計3）剛架轉折處及多跨度房屋適當位置的中間柱頂，應沿房屋全長設置剛性系桿4）當設有起重量不小于5t的橋式吊車時，柱間支撐宜采用型鋼支撐。梁、柱的穩(wěn)定性如何計算？1）鋼架梁在鋼架平面內(nèi)可僅按壓彎構件計算其強度，實腹式鋼架梁應按壓彎構件計算其在鋼架平面外的穩(wěn)定性。；2）實腹式鋼架柱應按壓彎構件計算其強度和

20、穩(wěn)定性；3)格構式鋼架柱應按壓彎構件計算其強度和彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性；4）格構式鋼架梁和柱的弦桿、腹桿一級綴條等應分別按軸心受拉及軸心受壓構件計算單個桿件的強度和穩(wěn)定性；5）變截面鋼架柱的穩(wěn)定性可按最大彎矩處的有效截面進行計算，此時，軸心力應取與彎矩同一截面處的軸心力。2.16搖擺柱承受什么荷載？對剛架的整體穩(wěn)定性有無作用？承受軸向荷載，不承擔彎矩，為軸心受壓柱，搖擺柱不承擔水平荷載，不參與抵抗側移.設有搖擺柱的框架穩(wěn)定性搖擺柱自身的穩(wěn)定性依賴剛架的抗側移剛度，作用于搖擺柱中的內(nèi)力將起促進剛架失穩(wěn)的作用。3.1高層鋼結構主要有哪些結構形式？各有什么特點？答：a、框架結構，平面布置較靈活，剛度

21、分布均勻，延性較大，自振周期較長，對地震作用不敏感，但側向剛度小，一般在不超過30層時比較經(jīng)濟；B、框剪結構，在側向荷載的作用下，框剪結構的側向位移比純框架結構明顯減少，這種結構體系可用于4060層的高層建筑C、框筒結構，橫向剛度較大，可使用于建筑高度可超過400m，D、束筒結構，可較靈活地組合平面形式，而且可將筒體在不同的高度中止平面不規(guī)則結構對結構會產(chǎn)生什么影響？結構在風荷載和地震作用下的扭轉振動會顯著增強；在風荷載的作用下會產(chǎn)生嚴重的剪切滯后現(xiàn)象；在水平荷載作用下出現(xiàn)扭轉。不利于結構抗震。3.3鋼框架的支撐體系有哪些，應如何布置？支撐體系的類型：軸線交匯的中心支撐體系偏心支撐布置方法：對

22、于非抗震設防的多層鋼結構房屋可采用中心支撐，此時梁和柱的連接都可做成鉸接，即柔性連接，體現(xiàn)材料集中使用原則并使構造簡化；超過12層的鋼結構宜采用偏心支撐框架，其頂層可以采用中心支撐，偏心支撐的一端于節(jié)點偏心交匯，在梁端部或中部形成耗能梁段，是結構在彈性階段呈現(xiàn)較好的剛度，又在飛彈性階段具有很好的延性和耗能能力。設置偏心支撐的開間內(nèi)構建之間都是剛接。3.4 多層框架結構的樓蓋有哪幾種常用形式？各有什么特點？按施工方法分：整體式、裝配式、裝配整體式；按結構形式分：肋梁樓蓋、井式樓蓋、密肋樓蓋、無梁樓蓋、扁梁樓蓋。（1）現(xiàn)澆混凝土樓板、疊合樓板、預制樓板及壓型鋼板組合樓板。（2）壓型鋼板上澆筑混凝土

23、而形成的組合樓板：用作永久性模板，而且作為混凝土板下部的受拉鋼筋，與混凝土共同作用；非組合樓板中的壓型鋼板僅用作永久性模板，不考慮與混凝土共同作用3.5壓型鋼板組合樓蓋在施工和使用階段如何計算？一、施工階段：應對作為現(xiàn)澆混凝土底模的壓型鋼板進行強度和變形驗算，所承受的永久荷載包括壓型鋼板、鋼筋和混凝土的重量?？勺兒奢d包括施工荷載和附加荷載。當有過量沖擊、管線和泵的荷載時，應增加附加荷載。在施工階段荷載作用下按彈性單向板計算，如果壓型鋼板跨中撓度過大時應增設臨時支撐。二、使用階段：對于非組合板，壓型鋼板僅作為模版使用，可按鋼筋混凝土樓板設計，不考慮壓型鋼板的承載作用，無需做防火保護層；對組合版應進行永久荷載和可變荷載作用下的強度、變型驗算。強