钢结构考试复习题简答题与课后习题解答.doc 18页

'参考书目：戴国欣《钢结构》一、小题1、柱板（铰接）时下柱弯矩较大，厂房横向刚度较差2、柱间（下层支撑）设在温度区段中部，（上层支撑）支撑布置在温度区段端部，在有（下层支撑）支撑处也应设置（上层支撑）支撑3、屋架外形常用形式（三角形）、（梯形）、（平行弦）、（人字形）等4、对框架的分析，按（弹性）理论确定其计算长度5、大跨度建筑依据（用途）、（使用条件）、（建筑选型方面要求）决定结构方案6、框架大跨结构中，横梁与柱连接的框架节点（内角弯折处）应做成平整曲线以避免（应力集中）7、（框架—支撑）体系是高层建筑钢结构中应用最多的一种结构体系8、P183页的屋架平面支撑体系的判别9、框架柱按结构形式可分为（等截面柱）、（阶形柱）和（分离式柱）三大类10、网架的受力特点是，杆件均为（铰接），不能承受（弯矩）和（扭矩），及所有杆件只承受（轴向力）11、（帽桁架）和（腰桁架）使外围柱与核心抗剪结构共同工作，可有效减少结构的侧向变形，刚度也有很大提高12、高层钢结构中，（水平）荷载对结构设计起着主要的控制作用13、高层钢结构的内力与位移一般采用（弹性方法）计算，在考虑罕遇地震的情况下，还要进行（弹塑性）方法进行分析14、温度伸缩缝最普遍的做法是（设置双柱）15、在桁架中约束节点转动的主要因素是（拉杆）16、屋架弦杆在平面外的计算长度，应取（侧向支撑点间的距离）17、托架通常支承于钢柱的（腹板上），支承端板的厚度一般不宜小于（20mm）。18、隅撑的作用是（作为梁的侧向支撑，保证梁在钢架平面外的稳定）19、柱脚的剪力应由（地板与基础间的摩擦力）传递，超过时应设置（抗剪键）20、跨度大于35~40m时，梁式结构的支座之一必须做成（可移动的）（原因？）21、实腹式拱的截面高度一般为跨度的（），格构式拱的截面高度则为跨度的（）22、空间结构的特性有：（1、优越的力学性能2、良好的经济性、安全性与适用性）（老师有可能会变成简答，这个说不准P264）23、空心球外径D与壁厚t的比值一般为（25~45）；空心球壁厚t与钢管最大壁厚的比值宜为（1.2~2.0）；空心球壁厚t不宜小于（4mm）。24、组合梁的截面高度一般为跨度的（），钢梁截面高度不宜小于组合梁截面总高度的（）。25、框架梁的整体稳定性通过（梁上的刚性铺板或支撑体系）加以保证。26、高层建筑中框架柱的长细比，当按7度及7度以上设防时，不宜大于（），按6度抗震设防和非抗震设防的结构，柱的长细比不应大于（）27、大跨框架的挠度仅用可变荷载求得，永久荷载产生的挠度由相应的（ 结构起拱）来抵消。1、拱平面外的稳定由（横向支撑）及（檩条体系）提供保证。2、网架的受力特点有哪些？杆件均为铰接，不能承受弯矩和扭矩，即所有杆只承受轴向力二、简答题1、厂房结构的设计步骤P1712、刚架控制界面的内力组合详见P220控制界面的位置有：柱底，柱顶，柱牛腿连接处，梁端，梁跨中截面（1）最大轴力和同时出现的M及V的较大值（2）最大弯矩和同时出现的V及N的较大值（3）最小轴力及相应的M及V，出现在永久荷载共同作用下，当柱脚铰接时M=0（轻型门式钢架，强风下抗拔的要求）3、墙架体系分类详见P252墙架结构体系有整体式和分离式两种。整体式墙架：直接利用厂房框架柱与中间墙架柱，一起组成墙架结构，来支撑横梁和墙体；分离式墙架：框架柱外侧，另设墙架柱与中间墙架柱，和横梁等组成独立的墙架结构体系。4、简述大跨拱结构类别及特点详见P261（1）两铰拱：经济；安装与制作较简单；铰自由转动使得易于适应变形，温度作用或支座变形下应力不会显著增加（2）三铰拱：与两铰拱类似，拱玥铰使结构及屋面设置复杂化（3）无铰拱：对于弯矩沿跨度的分配最有利，因而也最轻；但需设置更强大的基础，需计算温度作用5、单层厂房支撑体系的作用是什么详见P1710它一方面与柱，吊车梁等组成厂房的纵向框架，承担纵向水平荷载；另一方面又把主要承重体系由个别的平面结构连成空间的整体结构，从而保证了厂房结构所必需的刚度和稳定6、压型钢板组合梁通常由哪几部分组成？各部分的主要作用是什么详见P295压型钢板组合梁通常由三部分组成：钢筋混凝土翼板，抗剪连接件，钢梁钢筋混凝土翼板：组合梁的受压翼缘，同时保证梁的整体稳定。抗剪连接件：混凝土翼板与钢梁共同工作的基础，主要用来承受翼板与钢梁接触面之间的纵向剪力，防止二者相对滑动；承受翼板与钢梁间的掀起力，防止二者分离。 钢梁：主要承受拉力和剪力，施工翼板时，可用作支撑结构；钢梁上翼缘用作混凝土翼板的支座并用来固定抗剪连接件。7、对于门式钢架结构，在什么情况下地震作用的组合一般不起控制作用？当抗震设防烈度为7度而风荷载标准值大于0.35，或抗震设防烈度为8度而风荷载标注值大于0.45时。8、网架结构按支承情况分有哪几种形式？（这个很有可能会被那个姓段的变成作图题）P265（1）周边支撑网架（2）点支撑网架（3）周边支撑雨点支撑混合网架（4）三边支撑或两边支撑网架9、高层钢结构建筑的特点主要表现在哪几方面？（1）自重轻（2）抗震性能好（3）有效使用面积高（4）建造速度快（5）防火性能差10、常用的高层钢结构的结构体系主要有哪几种？适用范围是什么？（1）框架结构体系：纯框架结构体系一般适用于层数30的高层钢结构（2）框架—剪力墙结构体系：40~60层的高层钢结构（3）框架—支撑结构体系：高层钢结构中应用最多的，40~60层（4）框架—核心筒体系：不宜用于强震地区（5）筒体结构体系：90层左右11、在高层钢结构中，在确定楼盖结构方案时应考虑哪些要求？（1）保证楼盖有足够的平面整体刚度（2）减轻结构的自重及减小结构层的高度（3）有利于现场安装方便及快速施工（4）较好的防火、隔音功能，并便于管线的敷设12、高层建筑的抗侧力结构包括哪些？各种竖向支撑体系、钢筋混凝土剪力墙以及钢板剪力墙13、偏心支撑框架中的耗能梁段有什么作用？其受力特点是什么？详见P302在大震作用下通过耗能梁段的非弹性变形耗能，而支撑不弯曲。（这个题啊，符号，懒得往电脑里输了，受力特点大家自己看下吧）14、偏心支撑结构的设计主要有什么内容？耗能梁段的强度设计支撑斜杆的承载力设计15、框架-支撑结构体系中，中心支撑与偏心支撑的区别是什么？各有何受力特点？（靠，又是一个，P300，大家自己总结哈）16、拉杆的作用 （承受拉力的？？P186约束节点转动的主要因素，找到别的告大家一声啊）17、解释桁架平面内拉杆的“嵌固作用”详见P186理想桁架中，压杆在桁架平面内的计算长度等于节点中心距，但实际上桁架节点具有一定的刚性，杆件两端均系弹性嵌固。失稳引起的端部绕节点转动会受到其他杆件的约束，而拉杆则是主要的约束。汇于一个节点的拉杆数量越多，嵌固作用也越大，计算长度就越小。因此，可视节点的嵌固程度来确定各杆的计算杆长。18、吊车梁进行疲劳验算的部位P244重级工作制吊车梁，重级，中级工作制吊车桁架焊接吊车梁的受拉翼缘与腹板连接处的主体金属、受拉区加劲肋的端部、受拉翼缘与支撑的连接等处的主体金属、以及角焊缝的连接处19、桁架平面内，杆件的计算长度为何进行适当折减莫非说的是“嵌固作用”？P18620、吊车梁的截面验算中需考虑哪几方面？在此过程中计算吊车梁所需截面模量和吊车梁高度时分别按几台吊车考虑P242（1）强度验算（2）整体稳定验算（3）刚度验算（4）翼缘与腹板连接焊缝（5）腹板的局部稳定验算（6）疲劳验算截面模量：两台吊车梁最小高度：一台21、厂房主要承重结构通常采用框架体系的原因框架体系的横向刚度较大，且能形成矩形的内部空间，便于桥式吊车的运行，能满足使用上的要求。22、为了使纵向构建在温度发生变化时能较自由的伸缩下层支撑应设在哪里温度区段的中间23、柱间支撑有哪些作用？（1）形成坚强的纵向框架，保证厂房的纵向刚度（2）承受厂房端部山墙的风荷载、吊车纵向水平荷载和温度应力等，在地震区尚应承受厂房纵向的地震力，并传至基础（3）可作为框架柱在框架平面外的支点，减少柱在框架平面外的计算长度。24、框架柱承受哪些作用，属于什么构件？轴向力，弯矩，剪力，属于压弯构件25、试述支座节点的传力路线.详见P193桁架各杆件的内力通过杆端焊缝传给节点板，然后经过节点板与加劲肋之间的垂直焊缝，把一部分力传给加劲肋，再通过节点板、加劲肋与底板的水平焊缝把全部支座压力传给底板，最后传给支座。《钢结构设计原理》 一、填空题1.钢结构计算的两种极限状态是承载能力极限状态和正常使用极限状态。2.钢结构具有轻质高强、材质均匀，韧性和塑性良好、装配程度高施工周期短、密闭性好、耐热不耐火、易锈蚀。等特点。3.钢材的破坏形式有塑性破坏和脆性破坏。4.影响钢材性能的主要因素有化学成分、钢材缺陷、冶炼，浇注，轧制、钢材硬化、温度、应力集中、残余应力、重复荷载作用。5.影响钢材疲劳的主要因素有应力集中、应力幅（对焊接结构）或应力比（对非焊接结构）、应力循环次数。6.建筑钢材的主要机械性能指标是屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性、冷弯性能。7.钢结构的连接方法有焊接连接、铆钉连接、螺栓连接。8.角焊缝的计算长度不得小于8hf，也不得小于40mm。侧面角焊缝承受静载时，其计算长度不宜大于60hf。9.普通螺栓抗剪连接中，其破坏有五种可能的形式，即螺栓剪坏、孔壁挤压坏、构件被拉断、端部钢板被剪坏、螺栓弯曲破坏。10.高强度螺栓预拉力设计值与螺栓材质、螺栓有效面积有关。11.轴心压杆可能的屈曲形式有弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲。12.轴心受压构件的稳定系数与残余应力、初弯曲和初偏心、长细比有关。13.提高钢梁整体稳定性的有效途径是 加强受压翼缘、增加侧向支承点。14.影响钢梁整体稳定的主要因素有荷载类型、荷载作用点位置、梁的截面形式、侧向支承点的位置和距离、梁。15.焊接组合工字梁，翼缘的局部稳定常采用限制宽厚比的方法来保证，而腹板的局部稳定则常采用设置加劲肋的方法来解决。二、问答题1钢结构具有哪些特点？1．钢结构具有的特点：钢材强度高，结构重量轻钢材内部组织比较均匀，有良好的塑性和韧性钢结构装配化程度高，施工周期短钢材能制造密闭性要求较高的结构钢结构耐热，但不耐火钢结构易锈蚀，维护费用大。2钢结构的合理应用范围是什么？2．钢结构的合理应用范围：重型厂房结构大跨度房屋的屋盖结构高层及多层建筑轻型钢结构塔桅结构板壳结构桥梁结构移动式结构3钢结构对材料性能有哪些要求？3．钢结构对材料性能的要求：较高的抗拉强度fu和屈服点fy较好的塑性、韧性及耐疲劳性能良好的加工性能4钢材的主要机械性能指标是什么？各由什么试验得到？4．钢材的主要机械性能指标是屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性、冷弯性能。其中屈服点、抗拉强度和伸长率由一次静力单向均匀拉伸试验得到；冷弯性能是由冷弯试验显示出来；冲击韧性是由冲击试验使试件断裂来测定。5影响钢材性能的主要因素是什么？5．影响钢材性能的主要因素有：化学成分S热脆P冷脆钢材缺陷冶炼，浇注，轧制钢材硬化温度应力集中残余应力重复荷载作用6什么是钢材的疲劳？影响钢材疲劳的主要因素有哪些？6．钢材在连续反复荷载作用下，当应力还低于钢材的抗拉强度，甚至还低于屈服点时也会发生断裂破坏，这种现象称为钢材的疲劳或疲劳破坏。影响钢材疲劳的主要因素是应力集中、应力幅（对焊接结构）或应力比（对非焊接结构）以及应力循环次数。7钢结构有哪些连接方法？各有什么优缺点？ 7钢结构常用的连接方法有：焊接连接、铆钉连接和螺栓连接三种。8焊接残余应力和焊接残余变形是如何产生的？焊接残余应力和焊接残余变形对结构性能有何影响？减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法有哪些？8.钢材在施焊过程中会在焊缝及附近区域内形成不均匀的温度场，在高温区产生拉应力，低温区产生相应的压应力。在无外界约束的情况下，焊件内的拉应力和压应力自相平衡。这种应力称焊接残余应力。随焊接残余应力的产生，同时也会出现不同方向的不均匀收缩变形，称为焊接残余变形。焊接残余应力的影响：对塑性较好的材料，对静力强度无影响；降低构件的刚度；降低构件的稳定承载力；降低结构的疲劳强度；在低温条件下承载，加速构件的脆性破坏。焊接残余变形的影响：构件不平整，安装困难，产生附加应力。变轴心受压构件为偏心受压构件。减少焊接残余应力和变形的方法：合理设计:选择适当的焊脚尺寸、焊缝布置应尽可能对称、进行合理的焊接工艺设计，选择合理的施焊顺序。正确施工：在制造工艺上，采用反变形和局部加热法；按焊接工艺严格施焊，避免随意性；尽量采用自动焊或半自动焊，手工焊时避免仰焊。9普通螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接，在抗剪连接中，它们的传力方式和破坏形式有何不同？9普通螺栓连接中的抗剪螺栓连接是依靠螺栓抗剪和孔壁承压来传递外力。当受剪螺栓连接在达到极限承载力时，可能出现五种破坏形式，即螺栓被剪断、孔壁被挤压坏、构件被拉断、构件端部被剪坏和螺栓弯曲破坏。高强螺栓连接中的抗剪螺栓连接时，通过拧紧螺帽使螺杆产生预拉力，同时也使被连接件接触面相互压紧而产生相应的摩擦力，依靠摩擦力来传递外力。它是以摩擦力刚被克服，构件开始产生滑移做为承载能力的极限状态。10高强度螺栓的8.8级和10.9级代表什么含义？10．级别代号中，小数点前的数字是螺栓材料经热处理后的最低抗拉强度，小数点后数字是材料的屈强比（fy/fu）。 8.8级为：fu≥800N/mm²，fy/fu=0.810.9级为：fu≥1000N/mm²，fy/fu=0.911轴心压杆有哪些屈曲形式？18.受轴心压力作用的直杆或柱，当压力达到临界值时，会发生有直线平衡状态转变为弯曲平衡状态变形分枝现象，这种现象称为压杆屈曲或整体稳定，发生变形分枝的失稳问题称为第一类稳定问题。由于压杆截面形式和杆端支承条件不同，在轴心压力作用下可能发生的屈曲变形有三种形式，即弯曲屈曲、扭转屈曲和弯扭屈曲。12在考虑实际轴心压杆的临界力时应考虑哪些初始缺陷的影响？19.在考虑实际轴心压杆的临界力时应考虑残余应力的影响、初弯曲和初偏心的影响、杆端约束的影响。13在计算格构式轴心受压构件的整体稳定时，对虚轴为什么要采用换算长细比？20.格构式轴心受压构件一旦绕虚轴失稳，截面上的横向剪力必须通过缀材来传递。但因缀材本身比较柔细，传递剪力时所产生的变形较大，从而使构件产生较大的附加变形，并降低稳定临界力。所以在计算整体稳定时，对虚轴要采用换算长细比（通过加大长细比的方法来考虑缀材变形对降低稳定临界力的影响）。14什么叫钢梁丧失整体稳定？影响钢梁整体稳定的主要因素是什么？提高钢梁整体稳定的有效措施是什么？21.钢梁在弯矩较小时，梁的侧向保持平直而无侧向变形；即使受到偶然的侧向干扰力，其侧向变形也只是在一定的限度内，并随着干扰力的除去而消失。但当弯矩增加使受压翼缘的弯曲压应力达到某一数值时，钢梁在偶然的侧向干扰力作用下会突然离开最大刚度平面向侧向弯曲，并同时伴随着扭转。这时即使除去侧向干扰力，侧向弯扭变形也不再消失，如弯矩再稍许增大，则侧向弯扭变形迅速增大，产生弯扭屈曲，梁失去继续承受荷载的能力，这种现象称为钢梁丧失整体稳定。影响钢梁整体稳定的主要因素有：荷载类型、荷载作用点位置、梁的截面形式、侧向支承点的位置和距离、梁端支承条件。提高钢梁整体稳定性的有效措施是加强受压翼缘、增加侧向支承点，提高侧向抗弯刚度，提高抗扭刚度，增加支座约束，降低荷载位置。 下列情况不要验算整体稳定：1有刚性铺板密封在梁的受压翼缘上并与其牢固连接。2工字型钢受压翼缘自由长度与宽度比小于规定。3箱型简支梁，h/b<6,l/b<95.15什么叫钢梁丧失局部稳定？怎样验算组合钢梁翼缘和腹板的局部稳定？15在钢梁中，当腹板或翼缘的高厚比或宽厚比过大时，就有可能在梁发生强度破坏或丧失整体稳定之前，组成梁的腹板或翼缘出现偏离其原来平面位置的波状屈曲，这种现象称为钢梁的局部失稳。16加劲肋的作用，横向加劲肋防止剪应力和局部应力引起板失稳，纵向加劲肋防止弯曲应力引起腹板失稳。短向加劲肋防止局部压应力引起腹板失稳。17压弯构件的整体稳定计算与轴心受压构件有何不同？在对轴心受压构件计算整体稳定性时，引入了整体稳定系数，计算公式为：。对于实腹式压弯构件，计算公式为。平面外失稳计算，同样引入等效弯矩系数，计算公式为。18压弯构件的局部稳定计算与轴心受压构件有何不同？24.局部稳定性属于平板稳定问题，应应用薄板稳定理论，通过限制翼缘和腹板的宽厚比所保证的。确定限值的原则：组成构件的板件的局部失稳应不先于构件的整体稳定失稳，或者两者等稳。轴心受压构件中，板件处于均匀受压状态；压弯构件中，板件处于多种应力状态下，其影响因素有板件的形状和尺寸、支承情况和应力状况（弯曲正应力、剪应力、局部压应力等的单独作用和各种应力的联合作用），弹性或弹塑性性能，同时还有在腹板屈曲后强度的利用问题。《钢结构基础》习题参考答案 3.1题：答：（1）按制作方法的不同分为型钢截面和组合截面两大类。型钢截面又可分为热轧型钢和冷弯薄壁型钢两种。组合截面按连接方法和使用材料的不同，可分为焊接组合截面（焊接截面）、铆接组合截面、钢和混凝土组合截面等。（2）型钢和组合截面应优先选用型钢截面，它具有加工方便和成本较低的优点。3.7题：解：由附录1中附表1可得I20a的截面积为3550mm2，扣除孔洞后的净面积为mm2。工字钢较厚板件的厚度为11.4mm，故由附录4可得Q235钢材的强度设计值为N/mm2，构件的压应力为N/mm2，即该柱的强度满足要求。新版教材工字钢为竖放，故应计入工字钢的自重。工字钢I20a的重度为27.9kg/m，故N；构件的拉应力为N/mm2，即该柱的强度满足要求。3.8题：解：1、初选截面假定截面钢板厚度小于16mm，强度设计值取，。 可变荷载控制组合：，永久荷载控制组合：简支梁的支座反力（未计梁的自重），跨中的最大弯矩为，梁所需净截面抵抗矩为，梁的高度在净空方面无限值条件；依刚度要求，简支梁的容许扰度为l/250，参照表3-2可知其容许最小高度为，按经验公式可得梁的经济高度为，由净截面抵抗矩、最小高度和经济高度，按附录1中附表1取工字钢I36a，相应的截面抵抗矩，截面高度且和经济高度接近。按附录1中附表5取窄翼缘H型钢HN400×150×8×13，截面抵抗矩，截面高度。普通工字钢梁翼缘的外伸宽度为，，故翼缘板的局部稳定可以保证，且截面可考虑部分塑性发展。窄翼缘型钢梁的翼缘的外伸宽度为 ，，故翼缘板的局部稳定可以保证，且截面可考虑部分塑性发展。2、验算截面（1）普通工字钢I36a截面的实际几何性质计算：，，，，梁自重估算，由荷规附录A得钢的重度为78.5kN/m3，梁的自重为，修正为自重产生的跨中最大弯矩为，式中1.2为可变荷载控制组合对应的荷载分项系数。跨中最大总弯矩为，A点的最大正应力为B点的最大剪应力为故由以上分析可知，该普通工字钢等截面钢梁满足强度要求。（2）窄翼缘型钢HN400×150×8×13截面的实际几何性质计算： ，，，梁自重估算，由荷规附录A得钢的重度为78.5kN/m3，梁的自重为，修正为自重产生的跨中最大弯矩为，式中1.2为可变荷载控制组合对应的荷载分项系数。跨中最大总弯矩为，A点的最大正应力为B点的最大剪应力为，面积矩可近似计算如下，故由以上分析可知，该窄翼缘型钢等截面钢梁满足强度要求。比较普通工字钢和窄翼缘型钢可发现，在相同的计算条件下采用窄翼缘型钢更加经济。3.9题：解：强度验算部位：A点的最大正应力；B点的最大剪应力；C点的折算应力；D点的局部压应力和折算应力。，， 梁截面的相关参数：，，腹板轴线处的面积矩，腹板边缘处的面积矩。梁的自重标准值（也可按课本的方法计算，此处直接采用荷规附录A提供的重度），，跨中最大总弯矩。A点的最大正应力为：由于翼缘自由外伸的宽厚比为，，故取x对轴的部分塑性发展系数。B点的最大剪应力为：C点的折算应力为：，， ，，折算应力为。D点的局部压应力和折算应力；D点正应力为压应力，其值大小为；剪应力向下，大小为。代入折算应力计算公式可得，，即D点的折算应力满足强度要求，但局部压应力不满足强度要求。故由以上分析可知，该焊接工字型等截面钢梁不满足强度要求。3.10题：解：1、初选截面假定截面钢板厚度小于16mm，强度设计值取，，简支梁的支座反力（未计梁的自重） ，跨中的最大弯矩为，梁所需净截面抵抗矩为，梁的高度在净空方面无限值条件；按经验公式可得梁的经济高度为，考虑到梁截面高度大一些，更有利于增加刚度，初选梁的腹板高度为。腹板厚度按支点处最大剪力需要确定，，按经验公式估算，故选用腹板厚度为。修正为：，故选用腹板厚度为。按近似公式计算所需翼缘板面积，初选翼缘板宽度为400mm，则所需厚度为。考虑到公式的近似性和钢梁的自重作用等因素，选用。梁翼缘的外伸宽度为，，故翼缘板的局部稳定可以保证，且截面可考虑部分塑性发展。2、验算截面截面的实际几何性质计算：， ，，腹板轴线处的面积矩，腹板边缘处的面积矩。梁自重估算，由荷规附录A得钢的重度为78.5kN/m3，梁的自重为，自重产生的跨中最大弯矩为，式中1.2为可变荷载控制组合对应的荷载分项系数。跨中最大总弯矩为，A点的最大正应力为B点的最大剪应力为C点的折算应力为， ，按能量理论的折算应力为。故由以上分析可知，该焊接工字型等截面钢梁满足强度要求。3.11题：解：由附录1的附表1可得I45a的截面积为10200mm2，单位质量为80.4kg/m，抵抗矩为1430000mm3，翼缘平均厚度18mm>16mm，钢材的强度设计值为205N/mm2，由表3-3得工字钢绕强轴的截面塑性发展系数为1.05。钢梁自重标准值，跨中处的最大弯矩为，验算强度有（假定P为设计值），，即，，可得。'