《高等钢结构原理》
节点分析习题作业
系（所）：建筑工程系
学号：1432055
姓名：焦联洪
培养层次：专业硕士
选做题目：第一题
2014年12月24日
01[1.0] 梁柱节点如图01 示。设梁柱钢材均为Q345，hb ×bb×tfb×twb =500×250×20×12（h 表示截面全高，下标b 表示beam,f 表示flange ，w 表示web ），hc ×bc ×tfc ×twc = 400×350×22×14（下标c 表示column ）。不考虑梁端剪力对连接的影响。问：
（1）设图示连接中柱身未设加劲肋的情况。假定翼缘采用一级对接焊缝、腹板采用焊脚尺寸hf=14mm 的双面角焊缝。则保证该连接不失效，梁端作用的弯矩设计值最大为多少？
（2）设在梁上下翼缘对应位置柱子有横向加劲肋的情况。加劲肋厚度为20mm ，宽度为120mm 。倘梁端弯矩达到其截面全塑形弯矩，计算该节点承载能力是否满足强度要求。
（3）如腹板改为摩擦型高强度螺栓连接，试选择螺栓级别、直径、排列等。设梁端弯矩达到其在边缘屈服弯矩值。
梁截面尺寸 柱截面尺寸 (1)对于母材为Q345钢，一级对接焊缝的强度设计值为2,/295mm N f w t c =，角焊
缝的强度设计值2/200mm N f w f =。
翼缘采用一级对接焊缝、腹板双面角焊缝，为保证该连接不失效，应以角焊缝的强度来作为控制强度(即角焊缝边缘达到强度设计值连接失效)。
考虑梁腹板两侧的开孔：
433
4.131681894212)28460(147.0212
)2(7.0mm h h h I f b f b =?-??=?-?= 423
23484120000221020240212
202102)2(212
)2(mm t t b a t t b I fb fb b fb
fb b f =???+??=?-?+??-= 44.6158018944841200004.131681894mm I I I f b =+=+= 由w f f I
My ≤=σ得y I f M w f ≤ 带入参数连接承载能力为：
2187.5703.570186939)14230/(4.615801894200m KN mm N M ?=?=-?≤
H 形钢柱受压时的强度和稳定计算。由柱子
腹板厚度控制，根据钢结构设计规范式有： )(,强度c e b
c bf cw f b f A t ≥ r t t b cf fb e 25++=
)(235
30稳定yc c cw f h t ≥ 受拉时的强度计算，由柱子翼缘板厚度控制：
c b t bf cf f f A t /4.0,≥
带入参数有：
H 形钢柱受压 强度：mm f b f A t c e b
c bf cw 719.28310
)22520(48.2312025014,=?+??=≥=，不满足强度要求。 通过反算可得粱受压翼缘的最大应力为： 2,/84.11220250/310)22520(14/mm
N A f b t f c bf c e cw b =???+?== 2948.2771.277948343250/4.61580189484.112m kN mm N M ?=?=?= 稳定：mm f h t yc c cw 63.13235
310303562353014=?=≥= ，满足稳定要求。 H 形钢柱受拉：
mm f f A t c b t bf cf 44.24310/48.231202504.0/4.022,=???=≥=
不满足强度要求。
通过反算可得粱受拉翼缘的最大应力为：
22,2/55.187)20250/()4.0/22(310/)4.0/mm N A t f f t bf cf c b =??==
2
975.4612.461974581250/4.61580189455.187m kN mm N M ?=?=?= 综上所述M 设计最大值取：
2948.277m
kN M ?=
（当不考虑腹板切口时连接的承载力） 433
3.158982133212
460147.02127.0mm h h I b f b =???=??= 423
23484120000221020240212
202102)2(212
)2(mm t t b a t t b I fb fb b fb
fb b f =???+??=?-?+??-= 42.6431021334841200003.158982133mm I I I f b =+=+=
带入参数连接承载能力为：
2,
219.5594.559219246230/2.643102133200m
KN mm N M ?=?=?≤ 所以腹板上开切口时连接的承载能力大于腹板完整时的承载能力。
(2)H 形钢柱受压时的强度和稳定计算。
由柱子腹板厚度控制，根据钢结构设计规范式
有：
)(,强度c e b
c bf cw f b f A t ≥ r t t b cf fb e 25++=
)(235
30稳定yc c cw f h t ≥ 受拉时的强度计算，由柱子翼缘板厚度控制：
c
b t bf cf f f A t /4.0,≥ 带入参数有：
H 形钢柱受压 强度：mm f b f A t c e b
c bf cw 6.36310
)22520(2952025014,=?+??=≥=，不满足强度要求。 稳定：mm f h t yc c cw 63.13235
310303562353014=?=≥= ，满足稳定要求。 H 形钢柱受拉：
mm f f A t c b t bf cf 28.28295/295202504.0/4.022,=???=≥=
不满足强度要求。
综上考虑在柱腹板与粱翼缘对应位置应该设置加劲肋：
题中假设梁端弯矩达到其截面全塑形弯矩：
梁腹板抵抗矩：
mm
N h t h f M b b b b ?=???=???=187266000230122302952
/2/
梁翼缘抵抗矩：
mm
N h b t f M f f f ?=???=-???=70800000048025020295)
20(
梁的总抵抗矩： m KN mm N M M M f b ?=?=+=+=266.895895266000708000000187266000 在柱腹板与粱翼缘对应位置应该设置加劲肋后，在梁、柱连接处形成一个节点域。节点域的破坏形式：剪切屈服（变形）或失稳。
柱身设加劲肋的节点，抗剪强度根据钢结构设计规范规定：
v p b b f V M M 3
421≤+ 对于H 型柱截面，节点域腹板的体积：
cw b c p t h h V ??=
腹板弹塑性局部稳定要求：
90/)(b c cw h h t +≥
带入参数有：
柱身设加劲肋的节点域抗剪强度：
2
2
21/2401803
434/496.39014
3564608952660000mm N f mm N V M M v p b b =?=≥=??+=+节点域抗剪强度不满足要求。
腹板弹塑性局部稳定：
mm h h t b c cw 07.990/)356460(90/)(14=+=+≥=,腹板局部稳定满足要求。 讨论：由于腹板的抗剪强度不满足要求，所以采用在H 柱的腹板两侧各加上一块斜向加劲肋，根据GB50017—2003第7.4.3条第4款的规定:“当采用斜加劲肋来提高节点域的抗剪承载力时,斜向加劲肋及其连接应能传递柱腹板所能承担剪力之外的剪力”，将有斜加劲肋的节点域等效为一个“桁架+板”的计算模型,如下图所示,其中桁架由节点域斜加劲肋与节点域边界即柱翼缘和横向加劲肋共同构成,板就是节点域的柱腹板。斜向加劲肋的厚度与横向加劲肋相同，宽度为150mm ，即mm t 20=，mm b 120=。
桁架+板模型 梁、柱腹板模型
桁架的竖杆由柱翼缘构成,水平弦杆由节点域横向加劲肋构成,斜腹杆就是节点域的斜加劲肋,经过对计算数据进行总结,参与工作的斜加劲肋宽度以不超过20倍斜加劲肋厚度为宜。节点域承受的剪力由两部分组成,一部分由桁架承担，另一部分由腹板承担。腹板承担的剪力V2与CECS102:2002,JGJ 99—98和规范GB50017—2003中确定的无斜加劲肋节点域所能承受的剪力在形式上是一致的。
一部分由梁、柱腹板区域承担的剪力：
m KN t h f V c c v ?=??==120.897143561801
另一部分由横向加劲肋和斜向加劲肋组成的桁架模型承担：
斜向加劲肋屈服时的屈服荷载为：
kN fbt fA N y 17702015029522=???===
水平向的静力平衡计算桁架分担的剪力为：
kN N N V y y 24.1083612.01770460356356
cos 222=?=+?==α
外荷载作用下梁端传递的剪力为：
kN h M V b 230.1946460
10266.8956
=?== kN V V kN V 36.1980461.169021=+<= 满足抗剪强度要求。
另外将柱腹板看做一个受压短柱研究其局部稳定：
研究梁的受压翼缘处：
KN
N
b h f N f
f f 14751475000250
20295==??=??=
假设柱受压侧腹板的局部承压：
腹板局部承压的有效长度： mm r t t b cf fb e 1302252025=?+=++=
面积为：2662014130212020mm A c =?+??=
22/295/810.2226620
1475000mm N f mm N A N c f
=<===σ 满足要求。 （3）梁端翼缘边缘达到其屈服荷载时，梁端弯矩值为：
刚梁的截面参数为：
43
33.67366933312
46023812500250mm I =?-?=
f I
My ≤=σ m
kN mm N M ?=?=?≤930.7943.794929813250/3.673669333295
由于梁端边缘纤维屈服时，梁的其他截面部分还处于弹性阶段，所以将钢梁的弯矩分别按翼缘和腹板来承担，具体弯矩按腹板和翼缘的刚度比来分配：
43
973360001246012mm I w =?= 43.576333333973360003.673669333mm I I I w f =-=-=
m kN I I M W w w ?=?=?=857.1141445.093.794/
m kN W W W w f ?=-=-=073.680857.11493.794
对腹板采用摩擦型高强度螺栓连接：螺栓选用10.9级的M22高强度螺栓，采用喷砂（丸）后吐无机富锌漆（摩擦面的抗滑移系数40.0=μ），高强螺栓的预紧力kN P 190=，所以每个高强度螺栓的抗剪承载力设计值为：
kN P n N f b v 8.1361904.029.09.0=???==μ
对于摩擦型高强度螺栓其孔径比公称直径大1.5mm~2.0mm 。所以螺孔孔径选用mm d 240=，梁腹板处连接梁和柱的拼接板选用宽170mm 、高400mm 、14mm ，设计10个10.9级的M22高强度螺栓，布置情况如图所示：
中距80mm 介于03d 与08d 之间，即介于72mm 与192mm 之间，符合规范要求中心至构件边缘距离40mm 介于05.1d 和04d 之间，即36mm 和96mm 之间，符合规范要求。
螺栓均受扭作用，螺栓受力大小与其形心的距离成正比，分析可知1处的螺栓受力最大：
kN r My N x 619.12714400016010857.114621
1=??==∑ kN r Mx N x 905.311440004010857.114621
1=??==∑ 螺栓1所受合力为： kN N kN N N N b v y x 8.136307.131905.31619.127)()(222121=<=+=+=
满足要求。
梁柱连接节点的基本设计原则：节点必须能够完全传递被连接板件的压力(或拉力)、弯矩和剪力等。在强震作用下节点能够基于材料的延性，保证结构产生非弹性变形，即在梁内而不是在柱内产生塑性铰，以消耗地震输入的能量,使节点免于破坏，并保证结构的整体性使其免于倒塌，即“强柱弱梁、强节点弱杆件”的设计思想。目前栓焊连接应用较为普遍，工地安装时,先用螺栓定位后对翼缘施焊,具有施工方便的优点。通过实验表明，其滞回曲线与全焊连接的接近,但是,翼缘焊接对螺栓的预拉力有一定的影响，可使螺栓预拉力降低,因此高强螺栓的实际应力应留有余度。
钢结构梁柱节点接头处栓焊混合连接的施工工法通常有两种，即“先栓后焊”和“先焊后栓”。“先栓后焊”具体的施工工法为：腹板高强螺栓的初拧→终拧→梁上下翼缘板焊接；“先焊后栓”具体的施工工法为：腹板高强螺栓的初拧→梁上下翼缘板焊接→腹板高强螺栓的终拧。钢结构梁柱接头处栓焊混合连接施工过程中，有的工程考虑焊接后板件变形，不易夹紧，故采用“先栓后焊”的施工工法；而有的工程则考虑焊接加热对高强螺栓应力松驰的不利影响，主张“先焊后栓”的施工工法。
[1]高鹏,王燕;某超高层钢结构梁柱栓焊混合节点施工技术研究[J].钢结构,2008,6:566-570.
[2]李惠琴;浅谈底框—抗震墙结构设计[J].山西建筑，2011,37:43-44.
[3]刘高波,许嵘,顾强;节点域斜加劲肋设计计算方法[J].同济大学学报(自然科学版),2007,37:60-62.
[4]陈绍蕃，钢结构设计原理（第三版），科学出版社，2005.
[5] 中华人民共和国国家标准，钢结构设计规范(GB 50017-2003)，2003.04
节点分析课件ppt
门式刚架横梁与立柱连接节点，可采用端板竖放、平放和斜放三种形式（图、b 、c ）。斜梁与刚架柱连接节点的受拉侧，宜采用端板外伸式，与斜梁端板连接的柱的翼缘部位应与端板等厚度；斜梁拼接时宜使端板与构件外边缘垂直（图），应采用外伸式连接，并使翼缘内外螺栓群中心与翼缘中心重合或接近。 屋面梁与摇摆柱连接节点应设计成铰接节点，采用端板横放的顶接连接方式（图）。 屋面梁与混凝土柱采用锚栓连接（图），该连接节点应为铰接节点，锚栓及底板设计同铰接柱脚。 吊车梁承受动力荷载，其构造和连接节点须满足以下规定： 4 吊车梁与制动梁的连接，可采用高强度摩擦型螺栓连接或焊接。吊车梁与刚架上柱的 连接处宜设长圆孔（图）；吊车梁与牛腿处垫板采用焊接连接（图）；吊车梁之间应采用高强螺栓连接。 (a)端板竖放 (b)端板平放 (c)端板斜放 (d)斜梁拼接 图 刚架连接节点 图 屋面梁和混凝土柱连接节点 (a) (b) (a) (b) (c) 图 屋面梁和摇摆柱连接节点
用于支承吊车梁的牛腿可做成等截面，当也可做成变截面（图）；柱在牛腿上下翼缘的相应位置处应设置横向加劲肋；为保证传力均匀，在牛腿上翼缘吊车梁支座处应设置垫板，垫板与牛腿上翼缘连接采用围焊；为避免较大的局部承压应力，在吊车梁支座对应的牛腿腹板处应设置横向加劲肋。 牛腿与柱连接处承受剪力V 和弯矩M=Ve 作用，其截面强度和连接焊缝应按现行钢结构设计规范GB50017进行计算。 在设有夹层的结构中，夹层梁与柱可采用刚接，也可采用铰接（图）。当采用刚接连接时，夹层梁翼缘与柱翼缘应采用全熔透焊接，而腹板可采用高强螺栓与柱连接。柱在与夹层梁上下翼缘相应处应设置横向加劲肋。 山墙柱与刚架横梁宜采用铰接，若山墙柱仅传递水平风荷载，可采用图所示的弹簧片连接方图 夹层梁与柱连接节点 (a)梁与边柱刚接 (b)梁与边柱铰接 (c)梁与中柱刚接 (d)梁与中柱铰接 图 牛腿节点 (a)等截面牛腿 (b)变截面牛腿
钢结构习题及答案 作业一： 验算轴心受压柱的强度和稳定，柱高为9m ，两端铰接，在两个三分点处均有侧向支撑以阻止其在弱轴方向过早失稳，采用型号为HM294×200×8 ×12的Q235热轧中翼缘H 型钢，其受轴心力N=1000kN ，截面内有两个安装螺栓，孔径为d 0＝23mm （如图所示）。 解：(1) 截面特性 查型钢表得 HM294×200×8×12的截面特性 如下： A =73.03cm 2，i x =12.5cm ， i y =4.69cm (2) 验算强度 22n 1000000144.9/215/6903N N mm f N mm A σ===<=（满足） (3) 验算构件整体稳定 依题意可知：0x 9.0l m =，0y 3.0l m =， x 0x x 900012572l i λ===（a 类）查得0.829?= y 0y y 300046.964l i λ===（b 类）查得0.786?= 221000000174.2/215/0.7867303 N N mm f N mm A ?==<=?（满足） 经验算，该柱的强度和整体稳定满足要求。
作业二： 试计算下图所示两种焊接工字钢截面（截面面积相等）轴心受压柱所能承受的最大轴心压力设计值和局部稳定，并作比较说明。柱高10m ，两端铰接，翼缘为焰切边，钢材为Q235。 解： 第一种截面： (1) 算截面特性 244.6x i mm ==， (2) 由整体稳定确定承载力 1000040.9[]150244.6 x λλ==<=， 由max x 75.9λλ==查b 类截面得0.715?= (3) 验算局部稳定 1max 500812.3(100.1(100.175.9)17.6220b t λ-==<+=+?=?（满足） 0max 50062.5(250.5(250.575.9)62.958w h t λ==<+=+?=（满足） 故该截面柱承载力为3518kN 。 第二种截面： (1) 计算截面特性 199.7x i mm ==， (2) 由整体稳定确定承载力 1000050.07[]150199.8 x λλ==<=， 由max x 94.9λλ==查b 类截面得0.589?=
作业一 三、简答题 1．钢结构和其他材料的结构相比具有哪些特点？ 答：钢结构是采用钢板、型钢连接而成的结构，和其他材料的结构相比具有如下特点： （1）强度高，塑性和韧性好 钢材强度高，适用于建造跨度大、承载重的结构。但由于强度高，一般构件截面较小，受压时易为稳定承载力和刚度要求所控制。塑性好，结构在一般条件下不会因超载而突然破坏。韧性好，适宜在动力荷载下工作，良好的吸能能力和延性使钢结构具有优越的抗震能力。 （2）钢结构的重量轻 钢材容重大，强度高，建造的结构却比较轻。以相同跨度的结构承受相同的荷载，钢屋架的重量最多为钢筋混凝土屋架的1/3～1/4。 钢结构重量轻，为其安装、运输提供了便利条件，同时降低地基、基础部分的造价。 （3）材质均匀，和力学计算的假定比较符合 钢材内部组织比较均匀，接近各向同性，而且在一定的应力幅度内材料均为弹性。因此，钢结构实际受力情况和工程力学计算结果比较符合。 （4）钢结构制作简便，施工工期短 钢结构所用材料皆已轧制成各种型材，加工制作简便，准确度和精密度皆较高。钢构件较轻，连接简单，安装方便，施工周期短。钢结构由于螺栓连接的特性，易于加固、改建和拆迁。 （5）钢结构密闭性较好 钢结构的材料和连接（如焊接）的水密性和气密性较好，适宜建造密闭的板壳结构、如高压容器、油库、气柜和管道等。 （6）钢结构耐腐蚀性差 钢材容易腐蚀，对钢结构必须注意防护，处于较强腐蚀性介质内的建筑物不宜采用钢结构。钢结构在涂刷油漆前应彻底除锈。在设计中应避免使结构受潮、漏雨，构造上应尽量避免存在难于检查、维修的死角。
（7）钢材耐热但不耐火 钢材受热，当温度在200℃以内时，其主要力学性能，如屈服点和弹性模量降低不多。温度超过200℃后，材质发生较大变化，不仅强度逐步降低，还会发生蓝脆和徐变现象。温度达600℃时，钢材进入塑性状态不能继续承载。 （8）钢结构在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂，还有厚板的层状撕裂，应引起设计者的特别注意。 2. 钢材“耐热不耐火”的含义是什么？规范对其有何规定 钢材耐热不耐火，长期经受100℃辐射热，强度没多大变化，具一定耐热性；但温度达150℃以上时，须用隔热层加以保护。钢材不耐火，火烧会导致软化甚至坍塌，重要结构必须注意采取防火措施 3. 钢结构设计须满足哪些功能要求？ 钢结构设计时北京活动房在规定使用期限内应满足下述三方面的功能要求。 （1）安全性安全性是指结构在正常施工和正常使用条件下北京活动房承受可能出现的各种作用的能力北京活动房以及在偶然事件北京活动房如地震、飓风、爆炸等灾害时间发生时和发生后北京活动房仍能保持必要的整体性而不致倒塌的能力。 （2）适用性适用性是指结构在正常使用条件下具有良好工作的性能。如结构或构件应具有足够的刚度而不致发生影响使用的变形等。 （3）耐久性耐久性是指结构在正常维护条件下北京活动房随时间变化而仍能满足功能要求的能力。如应合理选择材料或采取防护措施以防止钢材的绣等。 常用钢结构工程的术语、符号有哪些？ 4. 时效硬化和人工时效各指什么 时效硬化：时效硬化就是钢材在热处理后的放置过程中内部组织发生变化，通常是第二相的析出导致的钢材在放置后比放置前变硬的现象，通常有室温时效和人工时效两种，两者的区别是时效温度的不同。 5什么情况下会产生应力集中，应力集中对钢材材性能有何影响？ 答：实际的钢结构构件有时存在着孔洞、槽口、凹角、截面突然改变以及钢材内部缺陷等。此时，构件中的应力分布将不再保持均匀，产生应力集中。在负温或动力荷载作用下，应力集中的不利影响将十分突出，往往是引起脆性破坏的根源。
《钢结构》 作业一答案 一、 填空题 1.235N/mm 2 ；B ；沸腾钢；E43型。 2.脆性。 3.铁。 4.弹性阶段；屈服阶段；强化阶段；颈缩阶段 5.计算长度与回转半径 强度高，塑性和韧性好； 6、y f 和u f ； 7、塑性变形能力和冶金质量； 8、S 和P ； 9、250℃； 10、残余应力使构件的刚度降低，使构件的稳定承载力降低，且对弱轴的影响比强轴大； 11、易腐蚀和耐热不耐火； 12、δ5和δ10； 13、不同温度下的冲击韧性指标； 14、采用一般工艺就可完成合格的焊缝的性能； 15、构件有裂纹、孔洞、刻痕、凹角及截面突变时，在缺陷处出现高峰应力的现象； 16、高度为200毫米厚度为a 类的热轧普通工字钢截面； 二、选择题 1.A 2.B 3.C 4.C 5.B 6.A 7.D 8.B 9.C 10.B 11.A 12.D 13.A 三、简答题 1.答：Q235钢材单向拉伸的应力---应变图如下图所示。 弹性阶段：OAE 段 p f 为比例极限， e f 为弹性极限。 （2）弹塑性阶段：EC 段 y f 为屈服强度，y ε为屈服应变。（3）屈服阶段： CF 段。（4）强化阶段：FB 段 u f 为极限强度。（5）颈缩阶段：BD 段 t ε为拉断应变。 2.钢材的力学性能指标主要有屈服强度；抗拉强度；伸长率；弹性模量。 3.随着时间的增长，钢材中少量的以固溶体形式存在于纯铁体结晶中的碳和氮化物将逐渐地从晶体中析出，形成自由的碳化物和氮化物微粒，散布于晶粒之间，对纯铁体的变形起着遏制作用，使钢材的强度提高，而塑性和韧性大大降低，这种变化称为时效硬化；钢材进入他塑性阶段以后，间歇重复加载将使弹性变形范围扩大，这就叫应变硬化。 4.简述钢材的应变硬化性能，并绘图说明。（5分） 构件在冷加工（冷拉、冷弯、冲孔、机械剪切）过程中使钢材产生很大的塑性变形，产生塑性变形的钢材在重新加荷时将提高屈服点，同时降低塑性和韧性。（4分）。
《高等钢结构原理》 节点分析习题作业 系（所）：建筑工程系 学号：1432055 姓名：焦联洪 培养层次：专业硕士 选做题目：第一题 2014年12月24日
01[1.0] 梁柱节点如图01 示。设梁柱钢材均为Q345，hb ×bb×tfb×twb =500×250×20×12（h 表示截面全高，下标b 表示beam,f 表示flange ，w 表示web ），hc ×bc ×tfc ×twc = 400×350×22×14（下标c 表示column ）。不考虑梁端剪力对连接的影响。问： （1）设图示连接中柱身未设加劲肋的情况。假定翼缘采用一级对接焊缝、腹板采用焊脚尺寸hf=14mm 的双面角焊缝。则保证该连接不失效，梁端作用的弯矩设计值最大为多少？ （2）设在梁上下翼缘对应位置柱子有横向加劲肋的情况。加劲肋厚度为20mm ，宽度为120mm 。倘梁端弯矩达到其截面全塑形弯矩，计算该节点承载能力是否满足强度要求。 （3）如腹板改为摩擦型高强度螺栓连接，试选择螺栓级别、直径、排列等。设梁端弯矩达到其在边缘屈服弯矩值。 梁截面尺寸 柱截面尺寸 (1)对于母材为Q345钢，一级对接焊缝的强度设计值为2,/295mm N f w t c =，角焊 缝的强度设计值2/200mm N f w f =。 翼缘采用一级对接焊缝、腹板双面角焊缝，为保证该连接不失效，应以角焊缝的强度来作为控制强度(即角焊缝边缘达到强度设计值连接失效)。
考虑梁腹板两侧的开孔： 433 4.131681894212)28460(147.0212 )2(7.0mm h h h I f b f b =?-??=?-?= 423 23484120000221020240212 202102)2(212 )2(mm t t b a t t b I fb fb b fb fb b f =???+??=?-?+??-= 44.6158018944841200004.131681894mm I I I f b =+=+= 由w f f I My ≤=σ得y I f M w f ≤ 带入参数连接承载能力为： 2187.5703.570186939)14230/(4.615801894200m KN mm N M ?=?=-?≤ H 形钢柱受压时的强度和稳定计算。由柱子 腹板厚度控制，根据钢结构设计规范式有： )(,强度c e b c bf cw f b f A t ≥ r t t b cf fb e 25++= )(235 30稳定yc c cw f h t ≥ 受拉时的强度计算，由柱子翼缘板厚度控制：
《钢结构》作业参考答案 作业一 一、填空题： 1.235N/mm 2 ；B ；沸腾钢；E43型。 2.脆性 3.铁 4.弹性阶段；屈服阶段；强化阶段；颈缩阶段 5.计算长度与回转半径 强度高，塑性和韧性好； 6.y f 和u f 7.塑性变形能力和冶金质量 8.S 和P 9.250℃ 10.残余应力使构件的刚度降低，使构件的稳定承载力降低，且对弱轴的影响比强轴大 11.易腐蚀和耐热不耐火 12.δ5和δ10 13.不同温度下的冲击韧性指标 14.采用一般工艺就可完成合格的焊缝的性能 15.构件有裂纹、孔洞、刻痕、凹角及截面突变时，在缺陷处出现高峰应力的现象 16.高度为200毫米厚度为a 类的热轧普通工字钢截面 二、选择题： 1.A 2.B 3.C 4.C 5.B 6.A 7.D 8.B 9.C 10.B 11.A 12.D 13.A 三、简答题： 1.答：Q235钢材单向拉伸的应力---应变图如下图所示。 （1）弹性阶段：OAE 段 p f e f 为弹性极限。 （2）弹塑性阶段：EC 段 y f y ε为屈服应变。 （3）屈服阶段：CF 段。 （4）强化阶段：FB 段 u f （5）颈缩阶段：BD 段 t ε 2.度；伸长率；弹性模量。 3.随着时间的增长，钢材中少量的以固溶体形式存在于纯铁体结晶中的碳和氮化物将逐渐地从晶体中析出，形成自由的碳化物和氮化物微粒，散布于晶粒之间，对纯铁体的变形起着遏制作用，使 4.
5.根据给定的图形，简单说明温度对钢材性能的主要影响（5分）。 （a ） （b ） 答：（a ）图表示正温范围：随着温度的提高，钢材的强度降低。200 O C 以内变化不大，430-540O C ， 强度急剧下降， 600 O C 强度很低不能承载。（250 O C 附近有兰脆现象） （b ）图表示负温范围：负温范围强度提高，变形能力减小，材料转脆，对冲击韧性的影响十 分突出。（在T1和T2之间称为温度转换区，材料的由韧性破坏到脆性破坏是在这一区间完成的）。 作业二 一．填空题： 1.90 2.强度，刚度，稳定 3.弯曲，扭转，弯扭 4.较厚焊件的厚度 5.强度高，塑性和韧性好 6.单位剪切角γ1 换算长细比λx 0 二．选择题： 1.A 2.C 3．D 三．简答题： 1.答：格构式轴心受压构件绕虚轴发生弯曲失稳时，因为剪力要由比较柔弱的缀材负担，剪切变形 较大，导致构件产生较大的附加变形，它对构件临界力的降低是不能忽略的，经理论分析，用换算长细比λox 代替对x 轴的长细比λx ，就可以确定考虑缀才剪切变形影响的格构式轴心受压构件的临界力。 2.答：纵向残余应力——纵向残余应力使构件刚度降低，也降低稳定承载力。 初弯曲——由于残余应力的存在，初弯曲使截面更早进入塑性，降低稳定承载力。 初偏心——初偏心对稳定承载力的影响本质上同初弯曲。 杆端约束——杆端约束越强（如固定），承载力会越高。 3．答：（1）根据绕实轴的整体稳定性，选择肢件的截面。选择方法与实腹式轴心受压构件的截面选 择方法完全相同；（2）根据等稳定条件，确定两分肢间的距离； （3）验算整体稳定性和分肢稳定性，包括对刚度的验算； （4）但有截面削弱时，应验算构件的强度。 四．计算题： 1.解：（1）截面几何参数为： 3 90002508142502mm A =?+??=483310325.1)250242278250(12 1 mm I x ?=?-?= 4 731065.3250141212mm I y ?=???= mm A I i x x 3.121900010325.1/8=?==
目录 1、基本资料 (1) 1.1、建筑物基本资料 (1) 1.2、设计荷载 (2) 2、内力图 (2) 3、钢材级别和梁柱截面 (4) 4、焊接方法和焊条型号 (5) 5、节点设计 (5) 5.1梁柱节点 (5) 5.1.1柱节点螺栓强度验算 (5) 5.1.2端板厚度验算 (6) 5.1.3梁柱节点域剪应力验算 (6) 5.1.4螺栓处腹板强度验算 (6) 5.2梁梁节点 (6) 5.2.1梁梁节点螺栓强度验算 (6) 5.2.2端板厚度验算 (7) 5.2.3螺栓处腹板强度验算 (7) 6、施工图 (8) 参考文献 (8) 1、基本资料 1.1、建筑物基本资料 1
2 某单层单跨钢结构厂房长度150m ，檐口高度：7500mm ，基础顶埋深：800mm ，柱距：7500mm ，跨度：15000mm ，屋顶坡度0.1。如图0框架立面图。 图0框架立面图 1.2、设计荷载 恒载：2 /KN 3.0m ，风载：2 /KN 4.0m ，活载：2 /KN 5.0m ，不考虑抗震设防。 2、内力图 用力学求解器计算这种荷载作用下的门式钢架内力，并经最不利组合得出的弯矩包络图，剪力包络图，轴力包络图如下所示。
图1弯矩包络图（单位：KN·M） 图2剪力包络图（单位：KN） 3
4 图3轴力包络图 （单位：KN ） 3、钢材级别和梁柱截面 本门式钢架采用碳素结构钢，牌号表达为Q235钢。经PKPM 软件计算得出钢材截面。由图2可知截面大小，梁采用焊接H 型钢HM234×180×6×8，柱采用焊接H 型钢HM480×250×6×8。 （a ） （b ） 图4截面示意图 （a ）梁截面；（b ）柱截面
10.2.3 门式刚架横梁与立柱连接节点，可采用端板竖放、平放和斜放三种形式（图10.2.3a 、b 、c ）。斜梁与刚架柱连接节点的受拉侧，宜采用端板外伸式，与斜梁端板连接的柱的翼缘部位应与端板等厚度；斜梁拼接时宜使端板与构件外边缘垂直（图10.2.3d ），应采用外伸式连接，并使翼缘内外螺栓群中心与翼缘中心重合或接近。 10.2.8 屋面梁与摇摆柱连接节点应设计成铰接节点，采用端板横放的顶接连接方式（图10.2.8）。 10.2.9 屋面梁与混凝土柱采用锚栓连接（图10.2.9），该连接节点应为铰接节点，锚栓及底板设计同铰接柱脚。 10.2.11 吊车梁承受动力荷载，其构造和连接节点须满足以下规定： 4 吊车梁与制动梁的连接，可采用高强度摩擦型螺栓连接或焊接。吊车梁与刚架上柱的 连接处宜设长圆孔（图10.2.11-3a ）；吊车梁与牛腿处垫板采用焊接连接（图10.2.11-3b ）；吊车梁之间应采用高强螺栓连接。 (a)端板竖放 (b)端板平放 (c)端板斜放 (d)斜梁拼接 图10.2.3 刚架连接节点 图10.2.9 屋面梁和混凝土柱连接节点 (a) (b) (a) (b) (c) 图10.2.8 屋面梁和摇摆柱连接节点
10.2.12 用于支承吊车梁的牛腿可做成等截面，当也可做成变截面（图10.2.12）；柱在牛腿上下翼缘的相应位置处应设置横向加劲肋；为保证传力均匀，在牛腿上翼缘吊车梁支座处应设置垫板，垫板与牛腿上翼缘连接采用围焊；为避免较大的局部承压应力，在吊车梁支座对应的牛腿腹板处应设置横向加劲肋。 牛腿与柱连接处承受剪力V 和弯矩M=Ve 作用，其截面强度和连接焊缝应按现行钢结构设计规范GB50017进行计算。 10.2.13 在设有夹层的结构中，夹层梁与柱可采用刚接，也可采用铰接（图10.2.13）。当采用刚接连接时，夹层梁翼缘与柱翼缘应采用全熔透焊接，而腹板可采用高强螺栓与柱连接。柱在与夹层梁上下翼缘相应处应设置横向加劲肋。 图10.2.11-3 吊车梁连接节点 (a) 吊车梁与上柱连接 (b) 吊车梁与牛腿连接 图10.2.13 夹层梁与柱连接节点 (a)梁与边柱刚接 (b)梁与边柱铰接 (c)梁与中柱刚接 (d)梁与中柱铰接 图10.2.12 牛腿节点 (a)等截面牛腿 (b)变截面牛腿
高等钢结构理论“节点分析”综合习题 2013 （题号后方括弧内为相对难度系数） 作业提交时间：2013.12.27 作业提交场所: 书面作业：土木新楼A711室(刘静雯) 或电子作业：yiyichen_tj@https://www.doczj.com/doc/3317267756.html, (以回复为准) 作业规格：书面作业第一页首行或电子作业文档名：学号+姓名+题号.扩展名 01[1.0] 梁柱节点如图01示。设梁柱钢材均为Q345，h b×b b×t fb×t wb =500×250×20×12（h表示截面全高，下标b表示beam，f表示flange，w表示web），h c×b c×t fc×t wc = 400×350×22×14（下标c表示column）。不考虑梁端剪力对连接的影响。问： （1）设图示连接中柱身未设加劲肋的情况。假定翼缘采用一级对接焊缝、腹板采用焊脚尺寸h f=14mm的双面角焊缝。则保证该连接不失效，梁端作用的弯矩设计值最大为多少？（2）设在梁上下翼缘对应位置柱子有横向加劲肋的情况。加劲肋厚度为20mm，宽度为120mm。倘梁端弯矩达到其截面全塑形弯矩，计算该节点承载能力是否满足强度要求。（3）如腹板改为摩擦型高强度螺栓连接（图02b），试选择螺栓级别、直径、排列等。设梁端弯矩达到其在边缘屈服弯矩值。 图01a 图01b 02[0.9]梁柱节点如图02示。设钢材均为Q345，h b×b b×t fb×t wb =500×250×20×12（h表示截面全高，下标b表示beam，f表示flange，w表示web），h c×b c×t fc×t wc = 400×350×22×14（下标c表示column），梁上下翼缘分别通过钢盖板连接于柱，上下钢盖板尺寸为h×b×t=270×200×14，问： （1）倘三面围焊焊缝全长满焊，并假定柱子翼缘能充分抵抗局部变形，试计算在梁端弯矩作用下该连接的弹性刚度。 （2）在不改变柱梁截面和连接形式的条件下，如要使该刚度值降低一半，可采用哪些办法？（3）从弯矩传递和剪力传递方面入手，讨论该连接构造的缺点。 图02 03[1.0] 梁柱节点如图03示。梁上下翼缘通过T形件与柱子相连，连接方式采用高强度螺栓。（1）梁端与柱子间的相对转动，由哪些部件的变形引起？ （2）当梁端承受剪力与弯矩时，计算T形件的强度要考虑哪些因素？ （3）设梁柱钢材为Q235，梁截面h b×b b×t fb×t wb =500×200×20×12（h表示截面全高，下标f表示flange，w表示web），长8m，承受均布荷载；柱截面h c×b c×t fc×t wc = 400×350×22×14（下标c表示column）。设梁端弯矩达到其边缘屈服弯矩的0.7倍，且端弯矩为跨中弯矩的1.5倍。设计T形件的截面尺寸和相关细节（可假定宽度与梁相同）。并设计高强度螺栓的规格、大小、数量（假定螺栓采用摩擦型连接，抗滑移系数自定）。 （4）定性讨论若要求端弯矩为跨中弯矩的1.8倍或1.0倍，T形件的设计分别会有何变化。 图03 04[0.9] 对图04的梁柱节点连接刚度进行讨论。已知梁截面h b×b b×t fb×t wb =500×250×16×10（h表示截面全高，下标f表示flange，w表示web），梁跨8m；柱截面h c×b c×t fc×t wc = 400×300×20×12，柱高3.2m。节点取自多层框架，结构有侧移。假定T形件翼缘（与柱相连）250×22mm，腹板（与梁相连）350×16mm，翼缘与腹板的宽度（垂直纸面方向）均为240mm。10.9级高强度螺栓规格为M24，螺栓中距均为80mm，边距不小于50mm。（1）假定螺栓无滑移，试计算节点的抗弯刚度。
1、建筑体系 1-1、门式刚架体系 1-1-1、基本构件图 1-1-2、说明 力学原理 门式刚架结构以柱、梁组成的横向刚架为主受力结构，刚架为平面受力体系。为保证纵向稳定，设置柱间支撑和屋面支撑。 刚架 刚架柱和梁均采用截面H型钢制作，各种荷载通过柱和梁传给基础。 支撑、系杆 刚性支撑采用热轧型钢制作，一般为角钢。柔性支撑为圆钢。系杆为受
压圆钢管，与支撑组成受力封闭体系。 屋面檩条、墙梁 一般为C型钢、Z型钢。承受屋面板和墙面板上传递来的力，并将该力传递给柱和梁。 1-1-3、门式刚架的基本形式 a.典型门式刚架 b.带吊车的门式刚架 c.带局部二层的门式刚架
1-1-4、基本节点 a.柱脚节点 铰接柱脚刚接柱脚一刚接柱脚二b.梁、柱节点
柱头节点一柱头节点二梁间连接节点 吊车梁牛腿节点抗风柱连接节点 ■局部二层节点参照多层框架体系。 1-1-5、刚架衍生形式 a.单坡单跨 b.山墙刚架 c.连跨多屋脊 d.连跨单屋脊 e.单坡连跨
■吊车和局部二层可在衍生形式刚架中布置。 ■山墙刚架其本质也是多连跨刚架，不过中间柱与刚架柱比截面旋转了90度。
1-2、多层框架体系 1-2-1、框架图示 1-2-2、说明 力学模型 a.纯刚接框架：纵横两个方向均采用刚接的框架。 b.刚接-支撑框架：横向采用刚接，纵向采用铰接，并在纵向设置支撑，以传递水平力。 c.支撑式框架：纵横向均采用铰接，两向均设置支撑传递水平力。 d.有时为保证足够的刚度，在刚接框架中亦设置支撑。 框架柱 框架柱可采用H型截面、箱形截面、十字形截面、圆管形截面等。所有上部结构的力都通过框架柱传递给基础。 框架梁 框架梁一般采用H型截面。楼盖和屋盖上的力通过框架梁传递给框架柱。
3.3试设计如图3-93 所示双角钢和节点板间的角焊缝连接，角钢截面为2L 890?，节点板厚10mm 。钢材为Q235，焊条E43型，手工焊，承受轴心拉力设计值N =320kN 。（1）采用两侧焊缝，确定所需焊脚尺寸及焊缝长度；（2）采用三面围焊，确定所需焊脚尺寸及焊缝长度；（3）采用L 型焊缝，确定所需焊脚尺寸及焊缝长度。 解：查表，Q235钢材，E43焊条，w 2f 160N/mm f = （1） 采用两侧焊缝 按构造要求确定焊脚尺寸 肢尖焊脚尺寸 fmax 8(1~2)6~7mm h =-=。 肢背焊脚尺寸 fmax 1.2 1.289.6mm h t ==?=。 取f 6mm h =， 肢背、肢尖焊缝受力 肢背、肢尖所需焊缝计算长度 实际焊缝长度1w1f 2166.726178.7mm l l h =+=+?=，取180mm 实际焊缝长度2w2f 271.42683.4mm l l h =+=+?=，取90mm （2）采用三面围焊 焊脚尺寸同两侧焊缝，取f 6mm h = 求端焊缝承载力 此时肢背、肢尖焊缝受力 则肢背、肢尖所需焊缝计算长度为 实际焊缝长度1w1f 111.86117.8mm l l h =+=+=，取120mm 实际焊缝长度250mm l = 肢端的实际焊缝长度 （3）采用L 形角焊缝 由力的平衡 得到f38.6h mm ≥ 又f3=8.68h mm t mm =＞ 固不可用L 形围焊。 N δ=10 2∟90×8 N=320kN
3.4试设计图3-97 所示牛腿与柱的连接角焊缝的焊脚尺寸f h 。钢材为F A Q ?235，焊条为E43型，牛腿承受静荷载设计值V =250kN 。 解：查表，Q235钢材，E43焊条，w 2f 160N/mm f = 角焊缝所受外力设计值 弯矩=e=2500.2=50kN m M F ?? 剪力==250KN V F 试算法 （1）假设f 10mm h =，则焊缝的几何特性： 满足要求 （2）假设f 8mm h =，则焊缝的几何特性： 不满足要求。 x ’x ’ y 0 r =160 F =250kN 150 15 h r h 1 h f 20 300
“梁梁拼接全螺栓刚接”节点计算书==================================================================== 计算软件：MTS钢结构设计系列软件MTSTool v3.5.0.0 计算时间：2012年12月02日16:53:51 ==================================================================== H1100梁梁拼接全螺栓刚接 一. 节点基本资料 节点类型为：梁梁拼接全螺栓刚接 梁截面：H-1100*400*20*34，材料：Q235 左边梁截面：H-1100*400*20*34，材料：Q235 腹板螺栓群：10.9级-M20 螺栓群并列布置：10行；行间距70mm；2列；列间距70mm； 螺栓群列边距：50 mm，行边距50 mm 翼缘螺栓群：10.9级-M20 螺栓群并列布置：2行；行间距70mm；4列；列间距70mm； 螺栓群列边距：45 mm，行边距50 mm 腹板连接板：730 mm×345 mm，厚：16 mm 翼缘上部连接板：605 mm×400 mm，厚：22 mm 翼缘下部连接板：605 mm×170 mm，厚：24 mm 梁梁腹板间距为：a=5mm 节点前视图如下： 节点下视图如下：
二. 荷载信息 设计内力：组合工况内力设计值 工况N(kN) Vx(kN) My(kN·m) 抗震组合工况1 0.0 115.4 152.3 否 组合工况2 0.0 135.4 172.3 是 三. 验算结果一览 验算项数值限值结果 承担剪力(kN) 6.77 最大126 满足 列边距(mm) 50 最小33 满足 列边距(mm) 50 最大88 满足外排列间距(mm) 70 最大176 满足 中排列间距(mm) 70 最大352 满足 列间距(mm) 70 最小66 满足 行边距(mm) 50 最小44 满足 行边距(mm) 50 最大88 满足外排行间距(mm) 70 最大176 满足 中排行间距(mm) 70 最大352 满足 行间距(mm) 70 最小66 满足净截面剪应力比0.066 1 满足 净截面正应力比0.000 1 满足 净面积(cm^2) 163 最小162 满足 承担剪力(kN) 8.93 最大140 满足极限受剪(kN·m) 9450 最小7670 满足 列边距(mm) 45 最小44 满足 列边距(mm) 45 最大88 满足
钢结构规范及图集 【国家标准】 1、GB-50017-2003《钢结构设计规范》 2、GB50018-2002冷弯薄壁型钢结构技术规范》 3、GB-50205-2001《钢结构结构施工质量验收规范》 4、GB50191-93构筑物抗震设计规范》 5、GBJ135-90高耸结构设计规范》 6、GB500046《工业建筑防腐蚀设计规范》 7、GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和涂装等级》 8、GB14907-2002《钢结构防火涂料通用技术条件》 9、GB-50009-2001《建筑结构荷载规范》 10、GBT-50105-2001《建筑结构制图标准》 11、GB-50045-95《高层民用建筑设计防火规范》(2001年修订版) 12、GB-50187-93 《工业企业总平面设计规范》 【行业标准】 1、JGJ138-2001/J130-2001型钢混凝土组合结构技术规程 2、JGJ7-1991网架结构设计与施工规程 3、JGJ61-2003/J258-2003网壳结构技术规程 4、JGJ99-1998高层民用建筑钢结构技术规程(正修订) 5、JGJ82-91钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程 6、JGJ81-2002/J218-2002建筑钢结构焊接技术规程 7、DL/T5085-1999钢－混凝土组合结构设计规程 8、JCJ01-89钢管混凝土结构设计与施工规程
9、YB9238-92钢－混凝土组合楼盖结构设计与施工规程 10、YB9082-1997钢骨混凝土结构技术规程11、YBJ216-88压型金属钢板设计施工规程(正修订)12、YB/T9256-96钢结构、管道涂装技术规程13、YB9081-97冶金建筑抗震设计规范14、CECS102:2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程15、CECS77：96钢结构加固技术规范16、YB9257-96钢结构检测评定及加固技术规范17、CECS28：90钢管混凝土结构设计与施工规程18、YB9254-1995钢结构制作安装施工规程19、CECS159：2004矩形钢管混凝土结构技术规程20、CECS24:90钢结构防火涂料应用技术规范21、CECS158：2004索膜结构技术规程22、CECS23:90钢货架结构设计规范23、CECS78:96塔桅钢结构施工及验收规程24、CECS167:2004拱形波纹钢屋盖结构技术规程25、JGJ85-92预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程26、CECS多、高层建筑钢－混凝土混合结构设计规程27、CECS热轧H型钢构件技术规程28、CECS钢结构住宅建筑设计技术规程29、CECS建筑拱形钢结构技术规程30、CECS钢龙骨结构技术规程31、CECS 轻型房屋钢结构技术规程32、CECS冷弯型钢受力蒙皮结构技术规程33、CECS混凝土钢管叠合柱技术规程34、CECS钢管结构技术规程35、CECS预应力钢结构技术规程36、CECS 建筑用铸钢节点技术规程37、CECS钢结构抗火设计规程 【地方标准】1、DB29-57-2003/J10297-2003天津市钢结构住宅设计规程2、DBJ13-51-2003/J10279-2003钢管混凝土结构技术规程（福建省）3、DBJ13-61-2004/J10429-2004钢－混凝土混合结构技术规程（福建省）4、DG/T08-008-2000/J10041-2000建筑钢结构防火技术规程（上海市）5、DBJ08-68-97轻型钢结构设计规程（上海市）6、DBJ01-616-2004/J10411-2004建筑防火涂料（板）工程设计、施工与验收规程（北京市）7、DBJ08-32-92高层建筑钢结构设计暂行规定（上
产生焊接残余应力的主要因素之一是（）。 答案 C 在结构设计中，失效概率P f与可靠指标β的关系为（）。 答案 B 钢结构在搭接连接中，搭接的长度不得小于焊件较小厚度的（）。 答案 B 提高轴心受压构件局部稳定常用的合理方法是（）。 答案 D 钢结构梁的计算公式中的（）。 答案 C 下列因素中（）与钢构件发生脆性破坏无直接关系。 答案 A 焊缝连接计算方法分为两类，它们是（）。 答案 C 当梁上有固定较大集中荷载作用时，其作用点处应（）。 答案 B 钢材的剪切模量数值（）钢材的弹性模量数值。 答案 B 为提高轴心压构件的整体稳定，在杆件截面面积不变的情况下，杆件截面的形式应使其面积分布（）。 答案 B 为了（），确定轴心受压实腹式柱的截面形式时，应使两个主轴方向的长细比尽可能接近。 答案 C 摩擦型连接的高强度螺栓在杆轴方向受拉时，承载力（）。 答案 C 焊接工字形截面简支梁，其他条件均相同的情况下，当（）时，梁的整体稳定性最好。 答案 D 计算梁的（）时，应用净截面的几何参数。
下列陈述正确的是（）。 答案 D 与混凝土材料相比，大跨度结构应优先选用钢材 实腹式偏心受压构件在弯矩作用平面内整体稳定验算公式中的主要是考虑（）。答案 A 在弹性阶段，侧面角焊缝应力沿长度方向的分别为（）。 答案 C 钢结构实腹式压弯构件的设计一般应进行的计算的内容为（）。 答案 D 高强度螺栓承压型连接可用于（）。 答案 D 钢结构设计中钢材的设计强度为（）。 答案 D 在压弯构件弯矩作用平面外稳定计算式中，轴力项分母里的是（）。 答案 B 钢材的伸长率用来反映材料的（）。 答案 C 钢材的三项主要力学性能（）。 答案 A 钢材的设计强度是根据（）确定的。 答案 C 钢材在低温下，强度提高，塑性______，冲击韧性下降。 答案 B 焊接组合梁腹板中，布置横向加劲肋对防止剪应力引起的局部失稳最有效，布置纵向加劲肋对防止( )引起的局部失稳最有效。 答案 B 在结构设计中，失效概率P f与可靠指标β的关系为（）。
钢结构设计 一、填空题 [填空题] 参考答案： 1、在钢屋架设计中，对于受压构件，为了达到截面选择最为经济的目的，通常采等稳定性原则。 2、为避免屋架在运输和安装过程中产生弯曲，钢结构设计规范对屋架杆件规定了容许长细比。 3、钢结构设计规范将钢材分为四组，钢板越厚，设计强度越小。 4、常用的有檩条钢屋架的承重结构有屋架、檩条、屋面材料、和支撑等。 5、现行钢结构设计法是以概率理论为基础的极限状态设计 法。 6、梯形屋架下弦支座节点处应设刚性系杆。 7、在横向水平支撑布置在第二柱间时，第一柱间内的系杆应为刚 性系杆。 8、柱头的传力过程为N→垫板→顶板→加劲肋→柱身。 9、柱脚由底板、靴梁、锚栓、隔板、肋板组成。 10、梁的最大可能高度一般是由建筑师提出，而梁的最小高度通常是由梁的 刚度 要求决定的。 11、在钢屋架设计中，对于受压杆件，为了达到截面选择最为经济的目的，通常采用等稳定性原则。 12、为避免屋架在运输和安装过程中产生弯曲，《钢结构设计规范》对屋架杆件规定了容许长细比。 13、垂直于屋面坡度放置的檩条按双向受弯构件计算 14、三角形屋架由于外形与均布荷载的弯矩图不相适应，因而弦杆的内力沿屋架跨度分布很不均匀。 15、系杆可分为刚性系杆和柔性系杆，通常刚性系杆采用双角钢，按压杆设计。 16、在钢屋架的受压杆件设计中，确定双角钢截面形式时，应采用等稳定的原则 17、组成单层钢结构厂房结构的构件按其作用可归并为下列几个体系横向平面框架体系、纵向平面框架体系、屋盖结构体系、吊车梁结构体系、支撑体系、墙架结构体系。 18、柱脚锚栓不宜用以承受柱脚底部的水平反力，此水平反力应由底板与砼基础间的
2-5 钢结构计算 2-5-1 钢结构计算用表 为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T 700和《低合金高强度结构钢》GB/T 1591的规定。当采用其他牌号的钢材时，尚应符合相应有关标准的规定和要求。对Q235钢宜选用镇静钢或半镇静钢。 承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。 焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。 对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于0℃但高于-20℃时，Q235钢和Q345钢应具有0℃C冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-40℃冲击韧性的合格保证。 对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证，当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。 当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时，其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T 5313的规定。 钢材的强度设计值（材料强度的标准值除以抗力分项系数），应根据钢材厚度或直径按表2-77采用。钢铸件的强度设计值应按表2-78采用。连接的强度设计值应按表2-79至表2-81采用。 钢材的强度设计值（N/mm2）表2-77 钢材抗拉、抗压和抗弯抗剪端面承压（刨平顶紧）
《钢结构设计》作业及答案 1、北方严寒地区建造厂房露天仓库使用非焊接吊车梁，吊车起重量为75t，工作温度低于-20℃，宜选用下列哪一种钢材?( D ) A.Q345E B.Q345A C.Q345B D.Q345C 2、在承受动力荷载的结构中，垂直于受力方向的焊缝不宜采用（ A ）。 A. 不焊透的对接焊缝 B.焊透的对接焊缝 C.斜对接焊缝 D.角焊缝 3、梁的整体失稳属于第一类稳定问题，其失稳形式为( D )。 A.局部失稳 B.弯曲失稳 C.扭转失稳 D.弯扭失稳 4、钢结构更适合于建造大跨度结构，是因为（ C ） A.钢材具有良好的耐热性 B.钢材具有良好的焊接性 C.钢结构自重轻而承载力高 D.钢结构的实际受力性能和力学计算最符合 5、某屋架，采用的钢材为，型钢及节点板厚度均不超过16mm，钢材的抗压强度设计值是（ D ）。 A.205 N/mm2 B.200N/mm2 C.235N/mm2 D.215 N/mm2 6、对于直接承受动力荷载的结构，计算正面直角焊缝时( A )。 A.与侧面角焊缝的计算式相同 B.要考虑正面角焊缝强度的提高 C.取βf=1.22 D.要考虑焊缝刚度影响 7、一个普通剪力螺栓在抗剪连接中的承载力是（ C ）。 A.被连接构件（板）的承压承载力 B.前两者中的较大值 C.A、B中的较小值 D.螺杆的抗剪承载力 8、钢材经过冷加工（冷拉、冷弯、冲孔、机械剪切）所产生的冷作硬化（应变硬化）后，其（ D ）基本保持不变。 A.韧性 B.塑性 C.抗拉强度和屈服强度 D.弹性模量 9、经济高度指的是（ D ）。 A.挠度等于规范限值时梁的截面高度 B.强度与稳定承载力相等时梁的截面高度 C.腹板与翼缘用钢量相同时梁的截面高度 D.用钢量最小时梁的截面高度 10、对于承受均布荷载的单层翼缘板的焊接组合截面简支梁，跨度为l，当要改变截面时，宜变一次，且只改变翼缘板凳宽度，其最经济的改变截面的位置为（ A ）。 A.距支座l/6 B.距支座l/8 C.距支座l/4 D.距支座l/3 11、用手工电弧焊焊接钢材时，对Q235钢最宜采用（ D ）型焊条。 A.E55 B.E45 C.E50 D.E43 12、未焊透的对接焊缝计算应按（ B ）计算。 A.斜焊缝 B.角焊缝 C.对接焊缝 D.断续焊缝 13、双轴对称工字形截面偏压柱，压力作用在强轴平面内，一旦失稳将会发生（ C ）。 A.平面内失稳与平面外失稳同时发生 B.可能平面内失稳也可能平面外失稳 C.平面内失稳 D.平面外失稳 14、如图所示，连接两工字钢的对接焊缝中，所受正应力最大的点是（ C ）。
1.梁与柱的刚性连接 (1)梁与柱刚性连接的构造形式有三种，如图所示： (2)梁与柱的连接节点计算时，主要验算以下内容： ①梁与柱连接的承载力 ②柱腹板的局部抗压承载力和柱翼缘板的刚度 ③梁柱节点域的抗剪承载力 (3)梁与柱刚性连接的构造 ①框架梁与工字形截面柱和箱形截面柱刚性连接的构造: 框架梁与柱刚性连接 ②工字形截面柱和箱形截面柱通过带悬臂梁段与框架梁连接时，构造措施有两种： 柱带悬臂梁段与框架梁连接
梁与柱刚性连接时，按抗震设防的结构，柱在梁翼缘上下各500mm的节点范围内，柱翼缘与柱腹板间或箱形柱壁板间的组合焊缝，应采用全熔透坡口焊缝。 (4)改进梁与柱刚性连接抗震性能的构造措施 ①骨形连接 骨形连接是通过削弱梁来保护梁柱节点。 骨形连接 梁端翼缘加焊楔形盖板 梁端翼缘加焊楔形盖板 在不降低梁的强度和刚度的前提下，通过梁端翼缘加焊楔形盖板。 (5)工字形截面柱在弱轴与主梁刚性连接 当工字形截面柱在弱轴方向与主梁刚性连接时，应在主梁翼缘对应位置设置柱水平加劲肋，在梁高范围内设置柱的竖向连接板，其厚度应分别与梁翼缘和腹板厚度相同。柱水平加劲肋与柱翼缘和腹板均为全熔透坡口焊缝，竖向连接板与柱腹板连接为角焊缝。主梁与柱的现场连接如图所示。 2梁与柱的铰接连接
(1)梁与柱的铰接连接分为：仅梁腹板连接、仅梁翼缘连接： 仅梁腹板连接仅梁翼缘连接 柱上伸出加劲板与梁腹板相连梁与柱用双盖板 相连 （2）柱在弱轴与梁铰接连接分为：柱上伸出加劲板与梁腹板相连、梁与柱用双盖板相连 柱的拼接节点一般都是刚接节点，柱拼接接头应位于框架节点塑性区以外，一般宜在框架梁上方1.3m左右。考虑运输方便及吊装条件等因素，柱的安装单元一般采用三层一根，长度10～12m 左右。根据设计和施工的具体条件，柱的拼接可采取焊接或高强度螺栓连接。 按非抗震设计的轴心受压柱或压弯柱，当柱的弯矩较小且不产生拉力的情况下，柱的上下端应铣平顶紧，并与柱轴线垂直。柱的25％的轴力和弯矩可通过铣平端传递，此时柱的拼接节点可按75％的轴力和弯矩及全部剪力设计。抗震设计时，柱的拼接节点按与柱截面等强度原则设计。 非抗震设计时的焊缝连接，可采用部分熔透焊缝，坡口焊缝的有效深度不宜小于板厚度的 1/2。有抗震设防要求的焊缝连接，应采用全熔透坡口焊缝。