同济大学钢结构

第二章如图2-34所示钢材在单向拉伸状态下的应力－应变曲线，请写出弹性阶段和非弹性阶段的σε-关系式。

图2-34 σε-图（a ）理想弹性－塑性 （b ）理想弹性强化解：（1）弹性阶段：tan E σεαε==⋅非弹性阶段：y f σ=（应力不随应变的增大而变化）（2）弹性阶段：tan E σεαε==⋅非弹性阶段：'()tan '()tan yyy y f f f E f E σεαεα=+-=+-如图2-35所示的钢材在单向拉伸状态下的σε-曲线，试验时分别在A 、B 、C 卸载至零，则在三种情况下，卸载前应变ε、卸载后残余应变c ε及可恢复的弹性应变y ε各是多少？ 2235/y f N mm = 2270/c N mm σ= 0.025F ε= 522.0610/E N mm =⨯2'1000/E N mm =图2-35 理想化的σε-图解：（1）A 点：卸载前应变：52350.001142.0610yf E ε===⨯卸载后残余应变：0c ε= 可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=（2）B 点：卸载前应变：0.025F εε== 卸载后残余应变：0.02386y c f E εε=-= 可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=（3）C 点：卸载前应变：0.0250.0350.06'c y F f E σεε-=-=+= 卸载后残余应变：0.05869c c E σεε=-= 可恢复弹性应变：0.00131y c εεε=-=试述钢材在单轴反复应力作用下，钢材的σε-曲线、钢材疲劳强度与反复应力大小和作用时间之间的关系。

答：钢材σε-曲线与反复应力大小和作用时间关系：当构件反复力y f σ≤时，即材料处于弹性阶段时，反复应力作用下钢材材性无变化，不存在残余变形，钢材σε-曲线基本无变化；当y f σ>时，即材料处于弹塑性阶段，反复应力会引起残余变形，但若加载－卸载连续进行，钢材σε-曲线也基本无变化；若加载－卸载具有一定时间间隔，会使钢材屈服点、极限强度提高，而塑性韧性降低（时效现象）。

单层单跨门式刚架设计计算一、设计资料（1）设计参数单层房屋为单跨门式刚架，刚架跨度30m ，长度90m ，柱距6m ，檐口标高8m ，屋面坡度1：10。

屋面材料采用压型钢板，墙面材料采用彩钢板，天沟为彩板天沟。

基础混凝土标号为C30，214.3/c f N mm =，钢材材质为Q345，22y 310k /,180/c f N mm f N mm ==。

（2）设计荷载屋面恒荷载为0.52/kN m ，活荷载为0.52/kN m ；雪荷载为 0.22/kN m ，基本风压为0.552/kN m ，地面粗糙度为B 类，风荷载体型系数如图1所示。

图1 计算模型机风荷载体型系数二、荷载组合1、 1.20 恒载 + 1.40 活载2、 1.00 恒载 + 1.40 风载3、 1.00 恒载 + 1.40 x 0.90 活载 + 1.40 x 0.90 风载4、 1.35 恒载三、内力计算1、计算模型（如图2）图2 节点及单元编号图2、荷载工况 荷载工况如图3恒载活载左风右风图3 荷载工况图3、各工况内力恒载、活载、作风和右风作用下的钢架内力如图4—图7。

轴力图（KN）剪力图（KN）弯距图(kN.m)图4 恒载作用下钢架内力图轴力图(kN)剪力图(kN)弯距图(kN.m)图5 活载作用下钢架内力图轴力N图(kN)剪力图(kN)弯距图(kN.m)图6 左风作用下钢架内力图轴力图(kN)剪力图(kN)弯距图(kN.m)图7 右风作用下钢架内力图4、组合内力选取荷载组合1（1.20 恒载+ 1.40 活载）对构件内力值进行验算。

该组合下的构件内力值见表1。

表1 工况1下组合内力表5、构件尺寸和截面特性表2 构件尺寸和截面特性表中：面积和惯性矩的上下行分别指小头和大头的值四、构件截面验算1、宽厚比验算 翼缘板自由外伸宽厚比()2008/29.612.410-=<=，满足规程限值要求。

腹板高厚比80021097.52068-⨯=<=（），满足规程限值要求。

第二章如图2-34所示钢材在单向拉伸状态下的应力－应变曲线，请写出弹性阶段和非弹性阶段的σε-关系式。

图2-34 σε-图（a ）理想弹性－塑性 （b ）理想弹性强化解：（1）弹性阶段：tan E σεαε==⋅非弹性阶段：y f σ=（应力不随应变的增大而变化）（2）弹性阶段：tan E σεαε==⋅非弹性阶段：'()tan '()tan yyy y f f f E f E σεαεα=+-=+-如图2-35所示的钢材在单向拉伸状态下的σε-曲线，试验时分别在A 、B 、C 卸载至零，则在三种情况下，卸载前应变ε、卸载后残余应变c ε及可恢复的弹性应变y ε各是多少？ 2235/y f N mm = 2270/c N mm σ= 0.025F ε= 522.0610/E N mm =⨯2'1000/E N mm =图2-35 理想化的σε-图解：（1）A 点：卸载前应变：52350.001142.0610yf E ε===⨯卸载后残余应变：0c ε= 可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=（2）B 点：卸载前应变：0.025F εε== 卸载后残余应变：0.02386y c f E εε=-= 可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=（3）C 点：卸载前应变：0.0250.0350.06'c y F f E σεε-=-=+= 卸载后残余应变：0.05869c c E σεε=-= 可恢复弹性应变：0.00131y c εεε=-=试述钢材在单轴反复应力作用下，钢材的σε-曲线、钢材疲劳强度与反复应力大小和作用时间之间的关系。

答：钢材σε-曲线与反复应力大小和作用时间关系：当构件反复力y f σ≤时，即材料处于弹性阶段时，反复应力作用下钢材材性无变化，不存在残余变形，钢材σε-曲线基本无变化；当y f σ>时，即材料处于弹塑性阶段，反复应力会引起残余变形，但若加载－卸载连续进行，钢材σε-曲线也基本无变化；若加载－卸载具有一定时间间隔，会使钢材屈服点、极限强度提高，而塑性韧性降低（时效现象）。

《钢结构基本原理》课程教学大纲课程编号：031126 学分：2.5 总学时：43 实验学时：8（另排）大纲执笔人：罗烈大纲审核人：陈以一一、课程性质与目的《钢结构基本原理》为土木工程专业本科学生的必修课，属于土木工程专业的专业基础课。

钢结构是现代土木工程的基本结构形式之一。

设置本课程的目的，是使学生全面掌握钢结构材料、构件和连接的基础知识，理解钢结构分析的基本原理，为进一步学习各类钢结构与金属结构的设计、制作和建造提供基础。

本课程开设双语教学班。

二、课程面向学生土木工程专业、港口航道与海岸工程专业三、课程基本要求1．了解钢结构的特点、历史、现状及发展前景；2．掌握钢结构材料的基本性能；3．了解钢结构的典型破坏模式、破坏原因和力学分析的基本方法；4．掌握钢结构基本构件及连接的性能、受力分析与设计计算；5．了解钢结构体系的组成原理和典型结构形式的设计要点。

四、实验基本要求通过一次认知实验、二次综合实验、一次自主设计实验，加深对钢结构基本概念和基本理论的理解，了解钢结构构件或连接的实验流程与方法，培养学生的实验技能和创新意识。

详见与本课程同步的《钢结构基本原理实验》课程。

五、课程基本内容1．绪论钢结构的特点及应用；钢结构发展的历史、现状和趋势；钢结构的构件组成和主要结构形式2．钢结构材料钢材在单向均匀受拉时的工作性能；钢材在单轴反复应力作用下的工作性能；钢材在复杂应力作用下的工作性能；钢材抗冲击性能及冷弯性能；影响钢材性能的一般因素；钢材的脆性破坏和延性破坏、疲劳破坏和损伤累积破坏；钢结构防护；钢结构用钢材的分类。

3．钢结构的主要破坏形式整体失稳破坏；板件局部失稳与屈曲后强度；强度破坏与塑性重分布；疲劳；脆性断裂及其机理。

4．钢结构的连接连接的主要类型；对接焊缝构造和计算；角焊缝构造和计算；普通螺栓连接构造和计算；高强螺栓连接构造和计算。

5．受拉构件及索受拉构件的强度，净截面概念；截面效率；拉弯构件的截面强度及强度计算准则；轴力和弯矩的相关关系；索的基本力学性质。

《建筑钢结构设计》课程教学大纲（课程类别：F2）（学时：26，学分：1.5，课号：031152）一、课程性质与目的《建筑钢结构设计》是土木工程专业建筑工程课群组学生的限选课，属专业特色课。

学生通过本课程的学习，了解建筑钢结构的各种形式，全面掌握建筑钢结构工程设计的基本原理。

本课程有双语教学班。

二、课程基本要求1．熟悉平台钢结构、屋盖钢结构、框架钢结构、单层厂房钢结构等各种钢结构的形式与特点，了解钢结构施工与防腐的基本方法；2．掌握上述各种钢结构建筑的设计原理与方法。

三、课程教学基本内容(一)绪论1．钢结构应用范围2．钢结构发展3．钢结构设计基本要求4．钢结构设计原则(二)平台钢结构设计1．平台钢结构布置2．平台铺板设计3．平台梁设计4．平台柱和柱间支撑设计5．柱头、柱脚设计(三)屋盖钢结构设计1．屋盖结构布置2．屋盖支撑体系3．檩条设计4．普通钢屋架设计5．轻型钢屋架设计6．钢管钢屋架设计7．空腹梁和框架梁屋架8．空间桁架屋盖体系(四)框架钢结构设计1．框架钢结构体系2．框架钢支撑布置3．单层实腹钢框架设计4．格构钢框架设计5．多层多跨框架设计6．框架刚接柱脚设计7．压弯实腹、格构构件设计8．多层框架柱的计算长度(五) 单层厂房钢结构1．单层厂房钢结构体系、传力路线及柱网布置2．吊车梁设计3．制动结构、支撑梁柱连接(六)钢结构施工与防腐蚀1．钢结构的制作与防腐蚀2．钢结构的安装与验收四、实验（实践或上机）内容无五、前修课程要求结构力学，钢结构基本原理六、建议教材与参考书建议教材：《建筑钢结构设计》王肇民同济大学出版社200l 参考教材：无七、课内学时分配建议八、课外要求：复习课程内容九、本教学大纲执笔人：马人乐十、本教学大纲审核人：罗烈。

同济大学钢结构第一章绪论1钢结构特点主要有哪些？p4-5答：1强度高、重量轻。

2材质均匀3塑性、韧性好4工业化成都高5拆迁方便6密闭性好7耐腐蚀性差8耐火性差第二章钢结构材料1钢材的机械性能有哪些，衡量指标各是什么？p10-13答：1）包括强度、塑性，冷弯性能和韧性等发面。

2）强度指标，屈服点，抗拉强度。

塑性指标：伸长率和截面收缩率来衡量。

冷弯性能：外形韧性指标：冲击荷载2低碳钢单向拉伸时的荷载——位移曲线有哪几个阶段？答：弹性阶段，弹塑性阶段，塑性流动阶段，受力的强化阶段。

P11图2-23影响钢材机械力学性能的因素有哪些，分别有何影响？p13答：1化学成分的影响2冶炼和轧制的影响。

3钢材的硬化4温度的影响5复杂应力作用的影响。

6应力集中的影响7残余应力的影响8重复荷载作用的影响4刚的牌号如何表示，钢材有哪些规格？p19p24答：1是采用国家标准《碳素结构钢》和《低合金高强度结构钢》的表示方法。

它由代表屈服点的字母、屈服点的数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。

Q235——屈服点位235N/mm的A 级沸腾钢2沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢第三章钢结构的设计方法1结构功能的极限状态的概念？p29答：承载能力极限状态：当结构或结构构件达到最大承载力或达到不适于继续承载的变形时的极限。

正常使用极限状态：结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值时的极限状态2何为钢材的疲劳现象？钢材的疲劳强度是什么？疲劳破坏时对应的应力与哪些因素有关？p33-35答：1钢材在连续重复荷载的作用下，虽然应力低于抗拉强度，甚至低于屈服点，也有可能发生破坏，这种现象称为钢材的疲劳。

2刚才疲劳时对应的应力称疲劳强度。

31）集中应力的影响2）应力幅的影响3）应力比的影响4）应力循环次数的影响。

3规范规定的常幅疲劳设计公式是什么？p37（3-13）——计算部位的应力幅第四章钢结构的连接1.焊接如何分类？焊缝如何表示？答：P45图4-1平焊、立焊、横焊、仰焊。

同济大学钢结构基本原理(沈祖炎)课后习题答案完全版1. 引言同济大学钢结构基本原理是一门介绍钢结构基本知识和原理的课程。

在学习过程中，课后习题是检验学生掌握程度的重要方式。

本文是同济大学钢结构基本原理(沈祖炎)课后习题的完全版答案。

2. 第一章2.1 选择题1.D2.A3.B4.C5.A2.2 填空题1.拱2.跨度3.支点4.平行5.水平2.3 解答题1.我们可以通过使用方法一和方法二来计算桁架的支反作用力。

方法一使用刚度法，方法二使用Joints法。

具体步骤如下：方法一：–计算桁架的节点刚度矩阵。

–将所有节点刚度矩阵相加得到整个桁架的刚度矩阵。

–构造一个受力平衡的方程组，解得桁架的支反作用力。

方法二：–构造一个支座方程组，解得支座反力。

–通过节点内力平衡，计算出节点的内力。

2.钢结构的主要优点有：–高强度：钢材具有较高的强度和抗拉性能，使得钢结构能够承受较大的荷载。

–轻质：相对于混凝土结构来说，钢结构的自重较轻，可以减少建筑物的结构材料的使用量，降低建筑成本。

–施工速度快：由于钢结构可以在工厂中预制，因此施工速度较快，可以缩短工期，减少施工成本。

–可拆装性好：钢结构可以拆装，便于改建和迁移。

3.塔式起重机是利用强大的垂直支撑能力用高耸的塔架将货物一拉再拉的起重设备。

它是用来适应高空起重和物料搬移的一种机械。

结构上，塔式起重机主要由塔式结构、起升机构、回转机构和顶部配重组成。

其中，塔式结构是起重机的主要承重部分，承担起重机自重和起升机构的荷载。

塔式结构通常使用钢材制作，因为钢材具有较高的强度和抗拉性能，能够承受大的荷载。

此外，塔式起重机的钢结构也具有较好的可拆装性，便于施工和维护。

3. 第二章3.1 选择题1.B2.D3.A4.C5.B3.2 填空题1.核算按简化梁简化支承条件方式2.弹性模量3.建筑结构4.弹性变形5.线弹性3.3 解答题1.三个节点的坐标分别为A(0, 0)，B(0, 4)，C(4, 0)。

5.1 影响轴心受压稳定极限承载力的初始缺陷有哪些?在钢结构设计中应如何考虑?5.2 某车间工作平台柱高2.6m,轴心受压,两端铰接.材料用I16,Q235钢,钢材的强度设计值2215/d f N mm =.求轴心受压稳定系数ϕ及其稳定临界荷载.如改用Q345钢2310/d f N mm =,则各为多少?解答:查P335附表3-6,知I16截面特性,26.57, 1.89,26.11x y i cm i cm A cm === 柱子两端较接, 1.0x y μμ== 故柱子长细比为 1.0260039.665.7x x xli μλ⨯===,2600 1.0137.618.9y y y l i μλ⨯===因为x y λλ<,故对于Q235钢相对长细比为137.61.48λπ=== 钢柱轧制, /0.8b h ≤.对y 轴查P106表5-4(a)知为不b 类截面。

故由式5-34b得()223212ϕααλλλ⎡=++⎢⎣ ()2210.9650.300 1.48 1.482 1.48⎡=+⨯+⎢⎣⨯ 0.354=(或计算137.6λ=,再由附表4-4查得0.354ϕ=)故得到稳定临界荷载为20.35426.1110215198.7crd d N Af kN ϕ==⨯⨯⨯=当改用Q365钢时,同理可求得 1.792λ=。

由式5-34b 计算得0.257ϕ= (或由166.7λ=,查表得0.257ϕ=)故稳定临界荷载为20.25726.1110310208.0crd d N Af kN ϕ==⨯⨯⨯=5.3 图5-25所示为一轴心受压构件,两端铰接,截面形式为十字形.设在弹塑性范围内/E G 值保持常数,问在什么条件下,扭转屈曲临界力低于弯曲屈曲临界力,钢材为Q235.5.4 截面由钢板组成的轴心受压构件,其局部稳定计算公式是按什么准则进行推导得出的.5.5 两端铰接的轴心受压柱,高10m,截面为三块钢板焊接而成,翼缘为剪切边,材料为Q235,强度设计值2205/d f N mm =,承受轴心压力设计值3000kN (包括自重).如采用图5-26所示的两种截面,计算两种情况下柱是否安全.图5-26 题5.5解答:截面特性计算: 对a)截面:32394112(5002020500260)8500 1.436101212x I mm =⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯=⨯ 3384112205005008 4.167101212y I mm =⨯⨯⨯+⨯⨯=⨯ 2250020500824000A mm =⨯⨯+⨯=244.6x i mm ==131.8y i mm==对b)截面:32384112(4002540025212.5)104009.575101212x I mm =⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯=⨯ 33841122540040010 2.667101212y I mm =⨯⨯⨯+⨯⨯=⨯ 24002524001024000A mm =⨯⨯+⨯=199.7x i mm ==105.4y i mm==整体稳定系数的计算:钢柱两端铰接,计算长度10000ox oy l l mm == 对a)截面: 1000040.88244.6ox x x l i λ=== 1000075.87131.8ox y y l i λ=== 对b)截面: 1000050.08199.7kx x x l i λ=== 1000094.88105.4ox y y l i λ=== 根据题意,查P106表5-4(a),知钢柱对x 轴为b 类截面,对y 轴为c 类截面.对a)截面:对x 轴:40.880.440x λπ===()223212x x x x ϕααλλλ⎡=++⎢⎣()2210.9650.30.440.4420.44⎡=⨯+⨯+-⎢⨯⎣0.895=(或计算40.88λ=,再由附表4-4查得0.896xϕ)对y 轴:25.870.816y λπ===()223212y y y y ϕααλλλ⎡=++⎢⎣()2210.9060.5950.8160.81620.816⎡=⨯+⨯+⎢⨯⎣0.604=(或计算75.87λ=,再由附表4-5查得0.604yϕ)故取该柱的整体稳定系数为0.604ϕ=对b)截面,同理可求得0.852x ϕ=,0.489y ϕ=,故取该柱截面整体稳定系数为0.489ϕ= 整体稳定验算:对a)截面 0.604240002052971.68 3000 crd d N Af kN kN ϕ==⨯⨯=<不满足。

第二章2.1 如图2-34所示钢材在单向拉伸状态下的应力－应变曲线，请写出弹性阶段和非弹性阶段的σε-关系式。

tgα'=E'f 0f 0tgα=E 图2-34 σε-图（a ）理想弹性－塑性（b ）理想弹性强化解：（1）弹性阶段：tan E σεαε==⋅非弹性阶段：y f σ=（应力不随应变的增大而变化） （2）弹性阶段：tan E σεαε==⋅ 非弹性阶段：'()tan '()tan y y y y f f f E f Eσεαεα=+-=+-2.2如图2-35所示的钢材在单向拉伸状态下的σε-曲线，试验时分别在A 、B 、C 卸载至零，则在三种情况下，卸载前应变ε、卸载后残余应变c ε及可恢复的弹性应变y ε各是多少？2235/y f N mm = 2270/c N mm σ= 0.025F ε= 522.0610/E N mm =⨯2'1000/E N mm =f 0σF图2-35 理想化的σε-图解：（1）A 点：卸载前应变：2350.001142.0610y f Eε===⨯卸载后残余应变：0c ε=可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=卸载前应变：0.025F εε== 卸载后残余应变：0.02386y c f Eεε=-=可恢复弹性应变：0.00114y c εεε=-=（3）C 点： 卸载前应变：0.0250.0350.06'c yF f E σεε-=-=+=卸载后残余应变：0.05869cc Eσεε=-=可恢复弹性应变：0.00131y c εεε=-=2.3试述钢材在单轴反复应力作用下，钢材的σε-曲线、钢材疲劳强度与反复应力大小和作用时间之间的关系。

答：钢材σε-曲线与反复应力大小和作用时间关系：当构件反复力y f σ≤时，即材料处于弹性阶段时，反复应力作用下钢材材性无变化，不存在残余变形，钢材σε-曲线基本无变化；当y f σ>时，即材料处于弹塑性阶段，反复应力会引起残余变形，但若加载－卸载连续进行，钢材σε-曲线也基本无变化；若加载－卸载具有一定时间间隔，会使钢材屈服点、极限强度提高，而塑性韧性降低（时效现象）。

第二章2.1如图2-34所示钢材在单向拉伸状态下的应力一应变曲线，请写出弹性阶段和非弹性阶 段的 关系式。

解：（1）弹性阶段：E tan非弹性阶段：f y （应力不随应变的增大而变化）（2）弹性阶段：E tanf yf y 非弹性阶段：f y E'（ 丄）f y tan '（ 匚）Etan卸载后残余应变： c 0可恢复弹性应变:(2) B 点:（b ）理想弹性强化2.2如图2-35所示的钢材在单向拉伸状态下的曲线，试验时分别在 A 、B 、C 卸载至零,则在三种情况下，卸载前应变、卸载后残余应变 c 及可恢复的弹性应变y 各是多少?2f y 235N/mm 22c270 N / mm 2F 0.025 E 2.06 105N/mm 2 E' 1000N/mm 2解：（1）A 点：卸载前应f yE235 2.06 1050.001140.00114图图2-35 理想化的 图卸载前应变：F0.025卸载后残余应变：c0.02386E可恢复弹性应变：y c0.00114(3) C点：c fy卸载前应变：F0.025 0.035 0.06 E'卸载后残余应变：c c0.05869 E可恢复弹性应变：y c0.001312.3试述钢材在单轴反复应力作用下，钢材的曲线、钢材疲劳强度与反复应力大小和作用时间之间的关系。

答：钢材曲线与反复应力大小和作用时间关系：当构件反复力| | fy时，即材料处于弹性阶段时，反复应力作用下钢材材性无变化，不存在残余变形，钢材曲线基本无变化；当I I fy时，即材料处于弹塑性阶段，反复应力会引起残余变形，但若加载-卸载连续进行，钢材曲线也基本无变化；若加载-卸载具有一定时间间隔，会使钢材屈服点、极限强度提高，而塑性韧性降低（时效现象）。

钢材曲线会相对更高而更短。

另外，载一定作用力下，作用时间越快，钢材强度会提高、而变形能力减弱，钢材曲线也会更高而更短。