鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)第2版課后答案

1、4-1 解：NGNGKQ NQK 1.2 1 315 1.42315420kN33焊縫質(zhì)量為三級(jí)，用引弧板施焊。查表得E43 焊條的 ftW185N / mm2 ，Q235 鋼的 f215N / mm2 。N420103tW20011.35mmbft185故取t12 mm。4-2 解：NG NGKQ NQK 1.20.2Nk 1.4 0.8N k 1.36Nk焊縫質(zhì)量為二級(jí)， ft W215N / mm2 未用引弧板施焊lW4002 12 376mmftWN， Nft W lW t1.36NklW tNkftW lW t215 376121.361.36713.3kN4-4 解：1）焊腳尺寸

2、h f背部尺寸 h f 11.5t max1.5104.74mmhf 11.2t min1.289.6mm趾部尺寸hf 21.5tmax1.5104.74mmh f 2t min12 81 26 7mm為方便備料，取 h f 1hf 2hf6mm，滿足上述要求。2）軸心力 N 的設(shè)計(jì)值NG NGKQ NQK1.20.1 1801.40.9 180248.4kN按角鋼背與趾部側(cè)面角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)可知:等邊角鋼內(nèi)力分配系數(shù)e10.3e20.7bb對角鋼趾部取力矩平衡得: N1bNe2N1e2 N0.3N0.3 248.4 74.52kNbN2NN1 0.7N0.7 248.4 173.88kN3

3、)焊縫長度。當(dāng)構(gòu)件截面為一只角鋼時(shí)， 考慮角鋼與節(jié)點(diǎn)板單面連接所引起的偏心影響，f tW 應(yīng)乘以折減系數(shù)0-85。角鋼趾： lW 1N174.52 1038hf48mm0.7hf0.85 f fW0.7 6 0.85130mm160取 l1 140mm（1302hf 142mm，取 10mm 的整數(shù)倍）角鋼背： lW 2N2173.88 10360h f360mm0.7hf0.85 f fW0.7 6 0.85304mm160取 l2 320mm（ 3042hf316mm，取 10mm 的整數(shù)）4-5 解：腹板受到軸心拉力N k 作用NG NGKQ NQK1.20.24401.40.84405

4、98.4kN焊腳尺寸 hfhf 1.5t max5.6mm， hftmin(1 2) 8 9mm取 h f6mm時(shí)， lWN598.410320.7hff fW2 0.7445.2mm 60hf 360mm6 160不可行；取 h f7mm時(shí)， l w381.6mm ， lw60hf420mm可行， l 381.6 2hf395.6mm，取 l 400mm取 h f9mm時(shí)， l w296.8mm， lw60hf540mm可行， l 296.8 2hf314.8mm，取 l 320mm故最小的焊腳尺寸可取7mm ，鋼板搭接長度為400mm最大的焊腳尺寸可取9mm ，鋼板搭接長度為320mm4-

5、7 解：（1）直接計(jì)算法MNl 500.210kNmfM6101061488.1 N / mm20.7h f lW20.7hf2402 6hffN50103297.6 N / mm20.7h f lW0.7hf240h f2f2Wff ff221488.1297.61601.22h fhf解得： h f7.85mm采用 hf8mm 1.5 tmax1.518 6.36mm，可tmin1 28 9mm（2）試算法h f1.5 tmax1.5186.36mmt min1 28 9mm取 h f 8mmAWhel W 0.7hf lW0.78 2401344mm2WW1 helW210.782402

6、53760mm366fM60.7101066186.0N / mm20.7hf lW282402fN5010337.2N / mm20.7hf lW0.7 824022f218622W2，可f1.2237.2156.9 N / mmf f160N / mmf故 h f8mm4-8 解：R1.225%Rk1.475%Rk405kNl 300mm l h 80 10 70mm取焊腳尺寸 hf6mmhe0.7hf4.2mm（1）幾何關(guān)系水平焊縫計(jì)算長度lWhl hhf70664mm全部焊縫計(jì)算長度全部焊縫有效截面lWl2lWh300264428mmAWhelWlWh形心位置2helWh22 he6.

7、4 6.4 2cmxhe42.80.96AW略去 he3 項(xiàng)hel 320.42 3032I x2 helWhl20.42 6.4302154.6cm4122122helWh3lWh2I y2helWhxhelWh x 21220.426.436.4220.426.40.960.42 6.40.96247.8cm4122焊縫有效截面對形心O 的極慣性矩I 0I xI y2154.647.82202.4cm4（2）強(qiáng)度驗(yàn)算VR202.5kNa 80 x70.4mmRa405 70.4 10 32T14.3kN m22x1lWhx 649.654.4mml150mmy12TTx114.310654

8、.42fI 02202.410435.3N / mmTTy114.31061502fI 02202.410497.4N / mmVfV202.5103112.7 N / mm2A4.2428剪力和扭矩共同作用下的強(qiáng)度條件TV2T 2ffff35.3 112.7297.42155.6N / mm2f fW160N / mm21.22，可5-1 解：NG NGKQNQK 則： N1.2 10% 560 1.4 90% 560772.8kN查表，得：鋼板螺栓孔壁承壓承載力設(shè)計(jì)值：f cb405N / mm2b螺栓的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為： fv 190N / mm2Nv bnvde2fv b240019010

9、 3119.32(kN )44Nc bdtf cb202040510 3162(kN)取 Nbmin Nvb , Ncb 119.32(kN )需要的螺栓數(shù)目：N772.86.48 最少采用 n7n119.32N b試取螺栓距 p3do61.5mm65mm端距 a2do41mm45mm邊距 c1.5do30.75mm35mm因?yàn)榘鍖?b 250mm ，若邊距為 35mm 則不滿足間距不大于 12t 120mm 要求，故最外排每列螺栓應(yīng)設(shè) 3 個(gè)，取螺栓橫向間距為 90mm ，端距為 45mm ，螺栓數(shù)增加為 8 個(gè)。取螺栓縱向間距為65mm ，邊距為 35mm 。第二列布置 2 個(gè)螺栓，符合不

10、大于 24t240 mm的構(gòu)造要求。已知，在最外側(cè)螺栓處的截面， 鋼板受力最大，截面上有 3 個(gè)螺栓孔，其凈面積為最小，即：An1 (b 3do )t (250 3 20.5)203770mm2凈截面平均拉應(yīng)力為：N772.8 103205N / mm2f 205N / mm2 ，An13770（ An1 為 20mm 鋼板面積， f 應(yīng)該按照 20 mm鋼板?。┛上旅嬖衮?yàn)算拼接板四角處有無塊狀拉剪破壞的危險(xiǎn)。則每一塊板唄抗剪破壞所需之力為N1( 452652.520.5) 10 125 10 3(350.520.5) 10215 10 3207.9(kN )拼縫一側(cè)上、下兩塊拼接板同時(shí)有4

11、角拉剪破壞時(shí)所需軸向力為N4N14207.9831.6( kN)772.8(kN )因而此處不會(huì)發(fā)生塊狀拉剪破壞。5-4 解：fvb190N / mm2f cb4 0 N5 / mm2設(shè)螺栓單列為 n 個(gè)。P 1.2 20%Pk 1.4 80%Pk 544kNT1 Pe1544 250 68kN m22（1）單個(gè)螺栓受剪承載力設(shè)計(jì)值：螺栓桿被剪斷承載力： N vbnvd 2 f vb1222 190 72.2kN44螺栓孔承壓破壞承載力：Ncbdt fcb22 16405142.56kN單個(gè)螺栓受剪承載力：Nminbmin Nvb , Ncb72.2kN（2）求每列螺栓的個(gè)數(shù)n 的值。取 N

12、TN minb由修正公式（ 5-10）：6Tn 16 681066.35 1nn2 72.2103 705.83mNT p6.35取 n=6（ 3）強(qiáng)度驗(yàn)算：螺栓除受扭轉(zhuǎn)作用外，還受到豎向的剪力。N xiTTyi1280268106175175247.93kNxi2yi243521052N yiTTxi128026810680175221.91kNxi2yi24 3521052N yPP22.67kN2n由偏心剪力作用下強(qiáng)度條件：N Txi 2N TyiN Py 247.93221.9122.67 265.46N minb72.2kN ，可5-5 解：fvb140N / mm2f t b1 7

13、 N0 / mm2fcb3 0 N5 / mm2設(shè)螺栓單列為 n 個(gè)。N1.4Nk560kN（1）單個(gè)螺栓受剪承載力設(shè)計(jì)值：螺栓桿被剪斷承載力： N vbnvd 2 f vb1 3.14 222 140 53.2kN44螺栓孔承壓破壞承載力：Ncbdt fcb22 16305107.36kN單個(gè)螺栓受剪承載力： Nminbmin Nvb , Ncb53.2kN（2）單個(gè)螺栓受拉承載力 NtbAe ft b303.417051.6kN （由附表 1-4得直徑 22mm 的螺栓有效截面積 303.4mm2 ）（3）單個(gè)螺栓受剪力和拉力的設(shè)計(jì)值：N vNN tNN2 2140 2 kN2nn（4）因

14、為螺栓同時(shí)受剪和受拉，需滿足：2Nt2Nv1解得： n 5.34取 n 6NvbNtb5-8 解：查表得：螺栓抗剪強(qiáng)度fvb250N / mm2一個(gè)高強(qiáng)度螺栓的設(shè)計(jì)預(yù)拉力值鋼板螺栓孔壁承壓承載力設(shè)計(jì)值P150kNf cb470N / mm2抗滑移系數(shù)0.45Nv b0.9nf P0.9 2 0.45 150121.5(kN )N cbdtf cb22 16 47010 3165.44(kN )取 N bmin N vb , Nc b 121.5(kN )則6T6136 103（b 中傳力摩擦面為，故兩邊一起算，T不nmN T p2121.56.93Nv270需除）2修正 nn ( (n1) )

15、6.93( 6.931)6.41 取 n 7n6.93驗(yàn)算強(qiáng)度：x 2y 214824 (72142212 ) 3640(cm2 )TTymax6821 10039.23( kN )N xmaxx2y 23640TTxmax1368 10029.8(kN )N y maxx 2y 23640N yPP54438.86(kN )mn27N xP0強(qiáng)度：TP2(N y maxTP278.462( 29.8 38.86)2b( N xmaxN x )N y)104.26( kN ) N v 121.5( kN )可，每側(cè)所需螺栓數(shù)目為7 個(gè)。5-9 解：預(yù)拉力值： P190kN螺栓桿被剪斷承載力：

16、N bnP0.910.45190kNv0.9 f76.95單個(gè)螺栓受拉承載力： N bP0.8190kNt0.8152單個(gè)螺栓受剪力和拉力的設(shè)計(jì)值：N vNN tNN2 2140 2 kN2nn因?yàn)槁菟ㄍ瑫r(shí)受剪和受拉，需滿足：N vN t1解得： n 3.9取 n4N vbN tb摩擦型連接無需驗(yàn)算孔壁承壓強(qiáng)度6-2 解:由結(jié)點(diǎn) b 的力的平衡可得 :Ab 桿受壓力 F112.37 KN Cb桿受拉力 F212.37KN需要的構(gòu)件截面面積： AnAN12.371000 10 20.576cm2f215其中 Ab 桿為壓桿， Cb 為拉桿。Cb桿需要的截面回轉(zhuǎn)半徑為i xlox 3 2100l

17、oy321004001.06cmi y1.06cm400由截面面積和回轉(zhuǎn)半徑可選用截面如下:選用2455供給 A24.292cm28.584cm20.576cm2i x1.37cm1.06cmi y2.18cm1.06cmA,i x,i y 均滿足要求，無需驗(yàn)算。Ab 桿需要的截面回轉(zhuǎn)半徑為：lox32 1002.12cml oy32 100i x200i y2.12cm200可選 2704供給 A25.57cm211.14cm20.576cm2i x 2.18cm2.12cmi y3.14cm 2.12cm對X軸：lox 32100194.62i x2.18此截面為 B 類截面，查表知0.1

18、95N12.37 100056.67 N / mm2f215N / mm2 ，穩(wěn)定性符合要求，A 0.19511.14 100可。（同理，可得對Y 軸：l ox32 100135.12i x3.14此截面為 B 類截面，查表知0.365N12 .37 100030.42 N / mm2215N / mm2 ，穩(wěn)定性符合要求，可。）A0.365 11.141006-5 解：以實(shí)軸為 X 軸，虛軸為 Y 軸，則有：3742.8336.440347608.5cm31.437 33I x1212I y2 11819 cm12A 1.437 20.640127.6cm2I x19.32cmi yI yi

19、 x9.62cmAAl ox80041.4l oy40041.6x19.32yi y9.62i x此工字鋼截面對x 軸屈曲為 B 類截面，對 y 軸屈曲為 C類截面。查表知：x 0.893y0.83NN1.230% Nk 1.4 70% Nk1.34N kfmin A1.34 N kmin Af0.83215 127.6 100 1032277KN解得： NK1699.3KN6-6 解:N1.2 16000.31.4 1600 0.7 2144000 N 2144KNl ox800cml oy400cm此工字鋼對 x 軸屈曲為 b 類截面 , 對 Y 軸屈曲為 c 類截面（1）試取xy60查附

20、表 1-20 可知：x0.807y0.709i xlox13.3cmloy6.67cmi yxy需要翼緣板寬度： bi y27.78cm0.24需要腹板寬度：需要截面面積：h ix31.01cm0.43A N 2144 103 10 2 140.65cm2 min f 0.709 215試選截面： 216280Af89.6cm2116320Aw51.2cm2AAfAw140.8cm2（2）試取xy50查表知 :x0.856y0.775lox16 cmi yl oycmi x8xyhi x37.21cmbi y33.33cm0.430.24故 AN214410310 2128.67cm2min

21、f0.775215tb11.1mm2 100.1（ b取 340mm） 考 慮 到 容 許 寬 厚 比xh0250.5235 ， tw 不宜取太小，故取 t=14mmtwf ytwA2bt9mm ，取 t w10mmhw試選截面：214340Af2 34 1.4 95.2cm2110370Aw1.0 37 37cm2AAfAw132.2cm2128.67cm2（ 3） 40略經(jīng)比較，方案二較為合理，采用第二個(gè)方案截面尺寸：214340110370I x1bh3btwhw313439.833337 339331.16cm41212i xI x16.42cmAI y12tb 3hwtw3121.4

22、34337 139174.02cm41212i yI y8.39cmAl oy46.4loy48.02xi xyi y查表知： x0.874 ， y0.788（4）驗(yàn)算整體穩(wěn)定：N2144 10310 2205.81N / mm2f 215N / mm2 ，可min A0.788 132.2（5）驗(yàn)算局部穩(wěn)定：maxx , y48ho3737250.523549tw1.0f yb tw34111.79100.123514.8，可2t21.4f y（6）強(qiáng)度不需驗(yàn)算。6-7 解：（1）軸心壓力設(shè)計(jì)值 N 1.2 30% 1.4 70% 3000 4020kN l 0x l0 y 7m， f 21

23、5N / mm2（2）對截面實(shí)軸的穩(wěn)定性選用分肢的截面假設(shè) x 60 ，則0.807需要分肢截面面積： AN402010310 2115.8cm22 f2 0.807215需要回轉(zhuǎn)半徑：l 0 x70011.67cmi x60x根據(jù) A ，ix 選擇 I50a：A， x19.7cm11.67cm說明所選過119.304cm2i大。假設(shè) x 40 ， x0.899AN4020 10310 2103.99cm22 f20.899 215i xl0 x70017.5cm40x選用工字鋼I45a： A102.446cm2i x 17.7cm i1 2.89cm t w 1.15cmI18 5 cm54

24、 此處 A 略小于需要的 ,ix 略大于需要的 , 工字鋼 I45a 可能是合適的截面。（3）由等穩(wěn)定原則確定兩工字鋼中心線距b對 x 軸和 y 軸屈曲時(shí)均為b 類截面，等穩(wěn)定原則要求22x0 yy1l 0x700x39.55i x17.7由分肢長細(xì)比要求 :1401 0.5 x 19.77取 1min40,0.5 x19.77a 1i157.15cm取 a57 cm所以a5719.7212.89i12239.55219.72234.28yx1l0 y70020.42cmi yy 34.28b2I y 2 I 1A2I y2i y2b2Ai12解出 : b40.43cm取整數(shù) b41cm（4）

25、截面驗(yàn)算 :1)長細(xì)比 1a19.72i1i x17.7 cmxl0 x70039.55150i x17.72i yi12b2.89 220.5220.7cm2yl0 y70033.81150i y20.7222239.14 x 39.550 yy133.8119.722)構(gòu)件的穩(wěn)定驗(yàn)算由 x39.55 得到0.901N4020 103217.76N / mm2f 215N / mm2A0.901 2 102.446 102在允許范圍之內(nèi), 可以3)分肢驗(yàn)算 :40，可119.720.5max 39.14,39.5519.77（5）綴板連接及驗(yàn)算1)確定綴板尺寸分肢軸線距 b0410mm綴板高

26、度 db2b0 273.3 410mm 13采用 db400mm (盡量取大的 ,使角焊縫不容易達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值)綴板厚度 tb11 b0 8.2 10.25mm5040采用 tb10mm綴板中心距 a1ad0570400970mm綴板長度bbb0150230320mm其中 150mm為工字鋼的翼緣長度-采用綴板的尺寸為 :103204002)綴板內(nèi)力幾角焊縫連接計(jì)算:柱中剪力 : VAff y2102.446 102215852358551.83kN每個(gè)綴板平面分擔(dān)的剪力 :VV125.9kN2綴板的內(nèi)力 :V1 a125.997061.3kNTb0410MV1a125.997010 312.

27、56kN m221.5186.36mmh f1 28 9mmt其中 18mm 為工字鋼 45a 的翼緣平均厚度 -取 h f 8mm角焊縫長度 :lwdb400mm6M612.561062f0.7hf lW20.7 8 400284.16 N / mmfT61.310327.37N / mm20.7h f lW20.7840022取1.22f284.16222，可ff27.3774.21N / mm160N / mmf1.223)綴板剛度驗(yàn)算 :兩綴板慣性距I b 2td b3211 40310666 .7cm41212及線剛度 I b10666.7260.16cm3b041分肢工字鋼 I 1

28、855cm4線剛度 I18558.81cm3a197線剛度比 I bI 1260.1629.56，可。b0a18.816-8 解：(1)由等穩(wěn)定原則確定工字鋼軸線間距b227 A Adyx0 yy采用1 50 5查表 Ad4.8cm2imin0.98cmAdy2Ad24.89.6cm2x 39.55227 A Ady39.55227102.446231.43yx9.6i yl0 y70022.27cmy 31.43b2b2i yi122.89222.27cm22解出 : b44.16cm 取 b45cm(2)截面驗(yàn)算4022i yi12b2.8924522.68cm22l 0 y700yi y

29、30.8622.68227 A Ady30.86227102.446238.27 x39.550 yy9.6由 x39.55 得 x0.901N0.9014020103102217.76N / mm2f 215N / mm2A2 102.446在允許范圍之內(nèi)，可(3)驗(yàn)算局部穩(wěn)定為保證斜綴條與分肢軸線夾角為45 左右，采用 a400mma400.7 max0 y， x0.739.55 27.69 ，可113.84i12.89(4)綴條穩(wěn)定驗(yàn)算兩工字鋼腹板內(nèi)側(cè)間距 b0bt w 45011.5 438.5mm綴條長度 ldb02a 2438.524002593.5mmV 2V251.83 235

30、.08kN綴條內(nèi)力 N db0l d438.5 593.5sinl d478.9150d48.87i min9.8查表得d0.862單面連接等邊角鋼強(qiáng)度設(shè)計(jì)值折減系數(shù)f0.60.0015 d0.60.001548.870.673穩(wěn)定驗(yàn)算 :Nd35.08 10384.78N / mm2f f 0.673 215 144.7 N / mm2 ，可d Ad0.862 4.8 1027-1 解：FFk 1.4121.4 16.8kN查表得槽鋼36a： Wx660cm3Wymin63.5cm3Wy max 186cm3x1.05y1y41.2y2y41.05(1)抗彎強(qiáng)度初判斷點(diǎn) 1 為最先達(dá)到強(qiáng)度最大值的點(diǎn)，Wy1Wy 4Wy minFyF cos3014.55kNFxF sin 308.4kNM xlFy21.8kN mM ylFx12.6kN m2222M xM y21.810612.6 10622xWxy1Wy min1.05 660 1031.263.5103196.9N / mmf 215N / mm(2)剪切強(qiáng)度VmaxFy7.27kN2查表得 :槽鋼36a： I x11900cm4I y 455cm4Sx 38