钢结构设计基本知识课后知识题目解析(张耀春版)
钢结构设计原理课后习题答案
钢结构设计原理课后习题答案 1. 请计算以下梁的截面模量：截面尺寸，宽度b=300mm，高度h=500mm，截面积A=150000mm²。
截面模量的计算公式为，S = bh²/6。
代入数据计算得，S = 300mm × (500mm)²/6 = 25,000,000mm³。
2. 请计算以下梁的弯矩：荷载，P=100kN。
距离，L=5m。
弯矩的计算公式为，M = PL。
代入数据计算得，M = 100kN × 5m = 500kNm。
3. 请计算以下梁的抗弯能力：截面模量，S=25,000,000mm³。
弯矩，M=500kNm。
抗弯能力的计算公式为，σ = M/S。
代入数据计算得，σ = 500kNm/25,000,000mm³ = 0.02N/mm²。
4. 请计算以下梁的剪力：荷载，P=50kN。
剪力的计算公式为，V = P。
代入数据计算得，V = 50kN。
5. 请计算以下梁的截面面积：截面尺寸，宽度b=400mm，高度h=600mm。
截面面积的计算公式为，A = bh。
代入数据计算得，A = 400mm × 600mm = 240,000mm²。
6. 请计算以下梁的抗剪能力：截面面积，A=240,000mm²。
剪力，V=50kN。
抗剪能力的计算公式为，τ = V/A。
代入数据计算得，τ = 50kN/240,000mm² = 0.000208N/mm²。
7. 请计算以下梁的轴心受压能力：截面面积，A=200,000mm²。
轴心受压能力的计算公式为，N = fA。
代入数据计算得，N = 0.6 × 200,000mm² = 120,000N。
8. 请计算以下梁的轴心受拉能力：截面面积，A=300,000mm²。
轴心受拉能力的计算公式为，N = fA。
钢结构设计原理课后思考题答案
1.钢结构对钢材性能有哪些要求？答：较高的强度，较好的变形能力，良好的工艺性能。
2.钢材的塑性破坏和脆性破坏有何区别？答：塑性破坏是由于变形过大，超过了材料或构件可能的应变能力而产生的，而且仅在构件的应力达到了钢材的抗拉轻度fu 后才发生。
破坏前构件产生较大的塑性变形，断裂后的端口呈纤维状，色泽发暗。
在塑性破坏前，构件发生较大的塑性变形，且变形持续的时间较长，容易及时被发现而采取补救措施，不致引起严重后果。
另外，塑性变形后出现内力重分布，使结构中原先受力不等的部分应力趋于均匀，因而提高了结构的承载能力。
脆性破坏前塑性变形很小，甚至没有塑性变形，计算应力可能小于钢才的屈服点fy，断裂从应力集中处开始。
冶金和机械加工过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂纹，常是断裂的发源地。
破坏前没有任何预兆，无法及时察觉和采取补救措施，而且个别构件的断裂常会引起整体结构塌毁，后果严重，损失较大。
3.刚才有哪几项主要性能，分别可用什么指标来衡量？答：屈服点fy，抗拉强度fy，伸长率δ，冷弯性能，冲击韧性4.影响钢材性能的主要性能有哪些？答：化学成分的影响。
冶炼、浇注、轧制过程及热处理的影响。
钢材的硬化。
温度的影响。
应力集中的影响。
重复荷载作用的影响。
5.简述化学元素对钢材性能有哪些影响？答;碳直接影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性等。
硫和磷降低钢材的塑性。
韧性。
可焊性和疲劳强度。
氧使钢热脆，氮使钢冷脆。
硅和锰是脱氧剂，使钢材的强度提高。
钒和钛是提高钢的强度和抗腐蚀性又不显著降低钢的塑性。
铜能提高钢的强度和抗腐蚀性能，但对可焊性不利。
6.什么是冷作硬化和时效硬化？答：钢材受荷超过弹性范围以后，若重复地卸载加载，将使钢材弹性极限提高，塑性降低，这种现象称为钢材的应变硬化或冷作硬化。
轧制钢材放置一段时间后，强度提高，塑性降低，称为时效硬化。
7 简述温度对钢材的主要性能有哪些影响？答：温度升高，钢材强度降低，应变增大，反之温度降低，钢材强度会略有增加，塑性和韧性却会降低而变脆。
钢结构基本原理课后习题答案解析完全版
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.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=+-=+-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？图2-35 理想化的σε-图解：〔1〕A 点：卸载前应变：52350.001142.0610y f Eε===⨯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 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〕.钢材σε-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σε-曲线也会更高而更短.钢材疲劳强度与反复力大小和作用时间关系：反复应力大小对钢材疲劳强度的影响以应力比或应力幅〔焊接结构〕来量度.一般来说,应力比或应力幅越大,疲劳强度越低；而作用时间越长〔指次数多〕,疲劳强度也越低.2.4试述导致钢材发生脆性破坏的各种原因. 答：〔1〕钢材的化学成分,如碳、硫、磷等有害元素成分过多；〔2〕钢材生成过程中造成的缺陷,如夹层、偏析等；〔3〕钢材在加工、使用过程中的各种影响,如时效、冷作硬化以及焊接应力等影响；〔4〕钢材工作温度影响,可能会引起蓝脆或冷脆；〔5〕不合理的结构细部设计影响,如应力集中等；〔6〕结构或构件受力性质,如双向或三向同号应力场；〔7〕结构或构件所受荷载性质,如受反复动力荷载作用. 2.5 解释以下名词： 〔1〕延性破坏 延性破坏,也叫塑性破坏,破坏前有明显变形,并有较长持续时间,应力超过屈服点fy 、并达到抗拉极限强度fu 的破坏.〔2〕损伤累积破坏 指随时间增长,由荷载与温度变化,化学和环境作用以及灾害因素等使结构或构件产生损伤并不断积累而导致的破坏.〔3〕脆性破坏 脆性破坏,也叫脆性断裂,指破坏前无明显变形、无预兆,而平均应力较小〔一般小于屈服点fy 〕的破坏. 〔4〕疲劳破坏 指钢材在连续反复荷载作用下,应力水平低于极限强度,甚至低于屈服点的突然破坏. 〔5〕应力腐蚀破坏 应力腐蚀破坏,也叫延迟断裂,在腐蚀性介质中,裂纹尖端应力低于正常脆性断裂应力临界值的情况下所造成的破坏.〔6〕疲劳寿命 指结构或构件中在一定恢复荷载作用下所能承受的应力循环次数. 2.6 一两跨连续梁,在外荷载作用下,截面上A 点正应力为21120/N mm σ=,2280/N mm σ=-,B 点的正应力2120/N mm σ=-,22120/N mm σ=-,求梁A 点与B 点的应力比和应力幅是多少？解：〔1〕A 点：应力比：21800.667120σρσ==-=- 应力幅：2max min 12080200/N mm σσσ=-=+= 〔2〕B 点：应力比：12200.167120σρσ=== 应力幅：2max min 20120100/N mm σσσ=-=-+= 2.7指出以下符号意义： <1>Q235AF <2>Q345D <3>Q390E<4>Q235D答：〔1〕Q235AF ：屈服强度2235/y f N mm =、质量等级A 〔无冲击功要求〕的沸腾钢〔碳素结构钢〕〔2〕Q345D ：屈服强度2345/y f N mm =、质量等级D 〔要求提供-200C 时纵向冲击功34k A J =〕的特殊镇静钢〔低合金钢〕〔3〕Q390E ：屈服强度2390/y f N mm =、质量等级E 〔要求提供-400C 时纵向冲击功27k A J =〕的特殊镇静钢〔低合金钢〕〔4〕Q235D ：屈服强度2235/y f N mm =、质量等级D 〔要求提供-200C 时纵向冲击功27k A J =〕的特殊镇静钢〔碳素结构钢〕2.8根据钢材下选择原则,请选择以下结构中的钢材牌号： 〔1〕在北方严寒地区建造厂房露天仓库使用非焊接吊车梁,承受起重量Q>500KN 的中级工作制吊车,应选用何种规格钢材品种？〔2〕一厂房采用焊接钢结构,室内温度为-100C,问选用何种钢材？ 答：〔1〕要求钢材具有良好的低温冲击韧性性能、能在低温条件下承受动力荷载作用,可选Q235D 、Q345D 等；〔2〕要求满足低温可焊性条件,可选用Q235BZ 等.2.9钢材有哪几项主要机械指标？各项指标可用来衡量钢材哪些方面的性能？答：主要机械性能指标：屈服强度y f 、极限强度u f 以及伸长率5δ或10δ,其中,屈服强度y f 、极限强度u f 是强度指标,而伸长率5δ或10δ是塑性指标.2.10影响钢材发生冷脆的化学元素是哪些？使钢材发生热脆的化学元素是哪些？答：影响钢材发生冷脆的化学元素主要有氮和磷,而使钢材发生热脆的化学元素主要是氧和硫. 第四章 第五章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 yλλ<,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<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 kNϕ==⨯⨯⨯=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 kNϕ==⨯⨯⨯=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: 对b>截面: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 yy l i λ===对b>截面:1000050.08199.7kx x x l i λ===1000094.88105.4ox y yl 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:<或计算40.88λ=,再由附表4-4查得0.896xϕ>对y 轴:<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.对b>截面0.489240002052405.88 3000 crd N kN kN =⨯⨯=<不满足.5.6 一轴心受压实腹柱,截面见图5-27.求轴心压力设计值.计算长度08x l m =,04y l m =<x轴为强轴>.截面采用焊接组合工字形,翼缘采用I28a 型钢.钢材为Q345,强度设计值2310/d f N mm =.5.7 一轴心受压缀条柱,柱肢采用工字型钢,如图5-28所示.求轴心压力设计值.计算长度030x l m =,015y l m =<x轴为虚轴>,材料为Q235,2205/d f N mm =.图5-28 题5.7 解答:截面及构件几何性质计算截面面积:2286.07172.14A cm =⨯= I40a 单肢惯性矩:41659.9I cm =绕虚轴惯性矩:241102[659.986.07()]522043.32x I cm =⨯+⨯=绕实轴惯性矩:422171443428y I cm =⨯=回转半径:55.07x i cm===15.88y i cm =长细比:300054.4855.07ox x x l i λ===150094.4615.88oy y y l i λ===缀条用L75⨯6,前后两平面缀条总面积2128.79717.594x A cm =⨯=由P111表5-5得：56.85ox λ===构件相对长细比,因ox yλλ<,只需计算yλ:查P106表5-4<a>可知应采用b 类截面：<或计算94.46λ=,再由附表4-4查得0.591ϕ=>故轴的压力设计值为20.591172.14102052085.6crd d N Af kNϕ==⨯⨯⨯=5.8 验算一轴心受压缀板柱.柱肢采用工字型钢,如图5-29所示.已知轴心压力设计值2000N kN =<包括自重>,计算长度020x l m =,010y l m =<x轴为虚轴>,材料为Q235, 2205/d f N mm =,2125/vd f N mm =.图5-29 题5.8 解答:一、整体稳定验算截面及构件几何性质计算:截面面积:2286.07172.14A cm =⨯= I40a 单肢惯性矩:41659.9I cm =绕虚轴惯性矩:241102[659.986.07()]522043.32x I cm =⨯+⨯=绕实轴惯性矩:422171443428y I cm =⨯=回转半径:55.07x i cm===15.88y i cm =长细比:200036.3255.07ox x x l i λ===100062.9715.88oy yy l i λ===缀板采用303001100mm ⨯⨯. 计算知1/6b K K >,由P111表5-5得46.40ox λ===<其中18028.882.77λ==>构件相对长细比: 因ox yλλ<,只需计算yλ:查P106表5-4<a>可知应采用b 类截面<或计算62.97λ=,再由附表4-4查得0.791ϕ=>故20.791172.14102052791.34crd d N Af kNϕ==⨯⨯⨯=,满足.二、局部稳定验算:1>单肢截面板件的局部稳定单肢采用型钢,板件不会发生局部失稳. 2>受压构件单肢自身稳定 单肢回转半径1 2.77i cm=长细比满足：01max 18028.880.50.562.9731.492.77a i λλ===<=⨯=,且满足140λ<故单肢自身稳定满足要求.3>缀板的稳定轴心受压构件的最大剪力:2max172.14102054151685V N ⨯⨯===缀板剪力:14151611002075821100a T V N c ==⨯=缀板弯矩:71415161100 1.14210222a M V N mm ==⨯=⨯缀板厚度满足:11003027.5 40b t mm =≥=,故只作强度验算:故由以上整体稳定验算和局部稳定验算可知,该缀板柱满足要求.5.9 有一拔杆,采用Q235钢,2215/d f N mm =,如图5-30所示,缀条采用斜杆式体系.设考虑起吊物时的动力作用等,应将起重量乘以1.25,并设平面内、外计算长度相等.问60θ=︒时,拔杆最大起重量设计值为多少? 第六章6.1 工字形焊接组合截面简支梁,其上密铺刚性板可以阻止弯曲平面外变形.梁上均布荷载〔包括梁自重〕4/q kN m =,跨中已有一集中荷载090F kN =,现需在距右端4m 处设一集中荷载1F .问根据边缘屈服准则,1F 最大可达多少.设各集中荷载的作用位置距梁顶面为120mm,分布长度为120mm.钢材的设计强度取为2300/N mm .另在所有的已知荷载和所有未知荷载中,都已包含有关荷载的分项系数.图6-34 题6.1解：〔1〕计算截面特性〔2〕计算0F 、1F 两集中力对应截面弯矩令10M M >,则当1147F kN >,使弯矩最大值出现在1F 作用截面. 〔3〕梁截面能承受的最大弯矩令0M M =得：1313.35F kN =；令1M M =得：1271.76F kN = 故可假定在1F 作用截面处达到最大弯矩. 〔4〕a ．弯曲正应力61max 68(244)1033003.22910x x F M W σ+⨯==≤⨯① b.剪应力1F 作用截面处的剪力1111122412449053()2233V F F kN ⎛⎫=⨯⨯-⨯+⨯+=+ ⎪⎝⎭311max925310185800031.33108m x F V S I t τ⎛⎫+⨯⨯ ⎪⎝⎭==≤⨯⨯② c.局部承压应力在右侧支座处：()312244510330081205122120c F σ⎛⎫++⨯⎪⎝⎭=≤⨯+⨯+⨯③ 1F 集中力作用处：()311030081205122120c F σ⨯=≤⨯+⨯+⨯④d.折算应力1F 作用截面右侧处存在很大的弯矩,剪力和局部承压应力,计算腹板与翼缘交界处的分享应力与折算应力.正应力：1400412x x M W σ=⋅剪应力：31111925310121800031.33108x F V S I t τ⎛⎫+⨯⨯ ⎪⎝⎭==⨯⨯局部承压应力：()311081205122120c F σ⨯=⨯+⨯+⨯联立①-⑤解得：1271.76F kN ≤故可知1max 271.76F kN =,并且在1F 作用截面处的弯矩达到最大值.6.2 同上题,仅梁的截面为如图6-35所示.6.3 一卷边Z 形冷弯薄壁型钢,截面规格1606020 2.5⨯⨯⨯,用于屋面檩条,跨度6m.作用于其上的均布荷载垂直于地面, 1.4/q kN m =.设檩条在给定荷载下不会发生整体失稳,按边缘屈服准则作强度计算.所给荷载条件中已包含分项系数.钢材强度设计值取为2210/N mm .6.4 一双轴对称工字形截面构件,一端固定,一端外挑4.0m,沿构件长度无侧向支承,悬挑端部下挂一重载F .若不计构件自重,F 最大值为多少.钢材强度设计值取为2215/N mm .图6-37 题6.4解：〔1〕截面特性计算〔2〕计算弯曲整体稳定系数按《钢结构设计规范》附录B 公式B.1-1计算梁的整体稳定系数 查表B.4,由于荷载作用在形心处,按表格上下翼缘的平均值取值： 截面为双轴对称截面,0b η=则24320235]b b b x y y Ah W f ϕβηλ=⋅⋅ 取0.282' 1.070.9853.333b ϕ=-= 〔3〕F 最大值计算由,,400022x xb b h h M F f I I ϕϕ⋅⨯⨯=≤,解得30.02F kN =. 6.5 一双轴对称工字形截面构件,两端简支,除两端外无侧向支承,跨中作用一集中荷载480F kN =,如以保证构件的整体稳定为控制条件,构件的最大长度l 的上限是多少.设钢材的屈服点为2235/N mm 〔计算本题时不考虑各种分项系数〕.图6-38 题6.5解：依题意,当1113.0l b <时,整体稳定不控制设计,故长度需满足13.04005200 5.2l mm m ≥⨯==.〔1〕截面特性计算 〔2〕整体稳定计算按《钢结构设计规范》附录B 公式B.5-1近似计算梁的整体稳定系数：21.0744000235y yb f λϕ=-⋅①又有 y yl i λ=② 由整体稳定有2b x hM f I ϕ⋅≤⋅,即142b x h Fl I f ϕ⋅≤③ 联立①-③解得：12283l mm ≤ 故可取max 12.28l m =.〔注：严格应假定长度l ,再按《钢结构设计规范》附录B 公式B.1-1计算梁的整体稳定系数,然后验算③式,通过不断迭代,最终求得的长度为所求〕 第七章压弯构件7.1 一压弯构件长15m,两端在截面两主轴方向均为铰接,承受轴心压力1000N kN =,中央截面有集中力150F kN =.构件三分点处有两个平面外支承点〔图7-21〕.钢材强度设计值为2310/N mm .按所给荷载,试设计截面尺寸〔按工字形截面考虑〕.解：选定截面如下图示：图1 工字形截面尺寸下面进行截面验算： 〔1〕截面特性计算 〔2〕截面强度验算36226100010562.510172.3/310/20540 4.4810x M N N mm f N mm A W σ⨯⨯=+=+=<=⨯ 满足.〔3〕弯矩作用平面内稳定验算长细比1500056.3266.2x λ== 按b 类构件查附表4-4,56.368.2==,查得0.761x ϕ=. 弯矩作用平面内无端弯矩但有一个跨中集中荷载作用：371000101.00.2 1.00.20.981.2010 1.1mxEX N N β⨯=-⨯=-⨯=⨯⨯, 取截面塑性发展系数 1.05x γ= 22189.54/310/N mm f N mm =<= ,满足.〔4〕弯矩作用平面外稳定验算 长细比500075.566.2y λ==,按b 类构件查附表4-4, 75.591.5=,查得0.611x ϕ=. 弯矩作用平面外侧向支撑区段,构件段有端弯矩,也有横向荷载作用,且端弯矩产生同向曲率,取 1.0tx β=.弯矩整体稳定系数近似取2275.53451.07 1.070.884400023544000235yyb f λϕ=-⋅=-⨯=,取截面影响系数 1.0η=. 满足.〔5〕局部稳定 a.翼缘：15077.1510.720b t -==<=〔考虑有限塑性发展〕,满足要求. b.腹板腹板最大压应力：3620max6100010562.510610166.6/205406504.4810x h N M N mm A W h σ⨯⨯=+⋅=+⨯=⨯ 腹板最小压应力：3620min6100010562.51061069.2/205406504.4810x h N M N mm A W h σ⨯⨯=-⋅=-⨯=-⨯ 系数max min 0max 166.669.2 1.42166.6σσασ-+===[[061043.6160.52516 1.420.556.32562.614w w h t αλ==<++⨯+⨯+,满足. 由以上验算可知,该截面能满足要求.7.2 在上题的条件中,将横向力F 改为作用在高度10m 处,沿构件轴线方向,且有750mm 偏心距,图7-22,试设计截面尺寸.7.3 一压弯构件的受力支承及截面如图7-23所示〔平面内为两端铰支支承〕.设材料为Q235〔2235/y f N mm =〕,计算其截面强度和弯矩作用平面内的稳定性. 解：〔1〕截面特性计算 〔2〕截面强度验算362268001012010148.9/215/10960 1.5810x M N N mm f N mm A W σ⨯⨯=+=+=<=⨯,满足. 〔3〕弯矩作用平面外的稳定验算 长细比1200070.8169.6x λ==,按b 类构件查附表4-4,70.870.8=,查得0.746x ϕ=. 弯矩作用平面内构件段有有横向荷载作用,也有端弯矩作用且端弯矩产生反向曲率,取： 取截面塑性发展系数 1.05x γ=,22133.6/215/N mm f N mm =<=,满足.故可知,该截面强度和平面内稳定均得到满足.7.4 某压弯缀条式格构构件,截面如图7-24所示,构件平面内外计算长度029.3x l m =,018.2y l m =.已知轴压力〔含自重〕2500N kN =,问可以承受的最大偏心弯矩x M 为多少.设钢材牌号为Q235,N 与x M 均为设计值,钢材强度设计值取2205/N mm . 解：〔1〕截面特性计算63I a ：215459A mm =849.4010x I mm =⨯,741.7010y I mm =⨯,264.6x i mm =,33.2y i mm = 12510L ⨯：2243.73A mm =,最小回转半径min 24.6i mm =格构截面：由于截面无削弱,失稳破坏一般先于强度破坏,故这里不考虑强度破坏的问题. 〔2〕平面内整体稳定 虚轴方向长细比2930032.5901.0ox x x l i λ===换算长细比52.6ox λ== 按b 类构件查附表4-4,查得0.845x ϕ=,取弯矩等效系数 1.0mx β=. 根据平面内整体稳定计算公式有：11'mx xx x x EX M Nf AN W N βϕϕ+≤⎛⎫- ⎪⎝⎭①〔3〕单肢稳定 单肢最大压力：max 21800xM N N =+② 最大受压分肢弯矩平面内长细比：1180054.233.2x λ== 最大受压分肢弯矩平面外长细比：11820073.8246.6y λ==11y x λλ>,按轴心受压构件查附表4-4得稳定系数10.728y ϕ=根据轴心受压构件稳定计算公式：max1y N f Aϕ≤③ <4>缀条稳定由缀条稳定计算公式看出,斜缀条的受力与所求x M 无关,这里不作考虑因此,由①计算得2741x M kN m ≤⋅,由②③计算得1902x M kN m ≤⋅,取1902x M kN m =⋅.第八章 连接的构造与计算 8.1、下图中I32a 牛腿用对接焊缝与柱连接.钢材为Q235钢,焊条为E43型,手工焊,用II 级焊缝的检验质量标准.对接焊缝的抗压强度设计值2215/w f f N mm =,抗剪强度设计值2125/w v f N mm =.已知：I32a 的截面面积267.12A cm =；截面模量3692.2x W cm =,腹板截面面积225.4w A cm =.试求连接部位能承受的外力F 的最大值〔施焊时加引弧板〕.图 牛腿连接示意图解：T V 707.0=,T N 707.0=<1>221125104.25707.0mm N T A V w =⨯==τ<或：2211251095.032707.0mm N T A V w =⨯⨯==τ<2>2222154.141707.0mm NWT A T =+=σ <3> 折算应力〔在顶部中点亦可〕 得：)(1.4263KN T ≤ 〔KNT f T 3wf 33.484 1.10.000488≤≤或〕由T 1、T 2、T 3中取最小值,得T ＝426.1〔KN 〕8.3、有一支托角钢,两边用角焊缝与柱连接〔如图〕.400N KN =,钢材为Q345钢,焊条为E50型,手工焊,2200/w f f N mm =.试确定焊缝厚度.图 支托连接示意图 解：200=w l22.1=f β,f ff f h h A V 6.14282801045=⨯==τmmh f 4.7≥,取mmh f 8=.8.5、如图所示的牛腿用角焊缝与柱连接.钢材为Q235钢,焊条用E43型,手工焊,角焊缝强度设计值2160/w f f N mm =.350T kN=,验算焊缝的受力.图 牛腿角焊缝示意图解：焊缝所受内力为：247.45N kN =,247.45V kN =,49.49M kN m =⋅焊缝有效厚度： 上翼缘最外侧焊缝： 上翼缘与腹板交界处： 折算应力：牛腿角焊缝满足要求.8.6、计算如图所示的工字形截面焊接梁在距支座5m 拼接处的角焊缝.钢材为Q345钢,焊条为E50型,2200/w f f N mm =,200F kN =.问：〔1〕腹板拼接处是否满足要求？ 〔2〕确定翼缘2． 强度计算：(1) 翼缘强度计算：由232007.0)22.14002240(46.1105.1683mm N h fm mN ≤⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⋅设mmh f 10=即2007.1701≤fh ,得：mmf h 5.8≥,取mmf h 10=(2) 腹板连接强度也可直接略去中间段竖焊缝,按下面方法计算：由WM 引起的：29634.2410535.124.137109.543mm N M f y=⨯⨯⨯⨯=σ<两侧有板> 由V 引起：2332.2290051020087.0)4802162(210200mm Nh l V e w Vf y=⨯=⨯⨯+⨯⨯⨯==τ22222003.1212.115)22.13.242.22(mm N mm N <=++,满足强度要求. 8.7、验算如图所示桁架节点焊缝"A"是否满足要求,确定焊缝"B"、"C"的长度.已知焊缝A 的角焊缝10f h mm=,焊缝B 、C 的角焊缝6f h mm=.钢材为Q235B 钢.焊条用E43型,手工焊,2160/w f f N mm =.在不利组合下杆件力为1150N kN =,2489.41N kN =,3230N kN =,414.1N kN =,5250N kN=.图 桁架受力示意图解：〔1〕焊缝A 的受力：〔2〕确定焊缝"B"、"C"的长度： 等边角钢双面焊.焊缝B ：肢背7.0=μ,mm3132********.0102307.0＝＋＝背⨯⨯⨯⨯⨯B l 肢尖3.0=μ,mm36412216067.0102303.0＝＋＝尖⨯⨯⨯⨯⨯B l 焊缝C ：肢背,mm3C 14312216067.0102507.0＝＋＝背⨯⨯⨯⨯⨯l 肢尖,mm3C 6812216067.0102503.0＝＋＝尖⨯⨯⨯⨯⨯l8.9、下图所示为一梁柱连接,100M kN m =⋅,600V kN =.钢材为Q235C 钢.剪力V 由支托承受,焊条用E43型,角焊缝的强度设计值2160/w f f N mm =,端板厚14mm,支托厚20mm.〔1〕求角焊缝"A"的fh .〔2〕弯矩M 由螺栓承受,4.8级螺栓M24,验算螺栓强度.2170/b t f N mm =.图 梁柱连接示意图 解：<1>Nh f 510621602807.0⨯=⨯⨯⨯⨯mmf h 57.921602807.01065=⨯⨯⨯⨯=,取10mm<2>2622222max 1002)3625941(600101002)600500300200100(600⨯⨯++++⨯⨯=⨯++++⨯=M N螺栓强度满足要求.8.10、确定如图所示A 级螺栓连接中的力F 值.螺栓M20,250N kN =,钢板采用Q235B,厚度为t=10mm,螺栓材料为45号钢〔8.8级〕,2320/b v f N mm =,2405/b c f N mm =.图 螺栓连接示意图解：(1) 抗剪： <2> 承压：<3> 净截面：NF F 33003102.668];21510)5.203200[(1210⨯=⨯⨯⨯-=〔后线〕 NF 3'3109.55621510)5.202300(⨯=⨯⨯⨯-= 〔前线〕NF 3''3104.31621510)55.204414.130240(⨯=⨯⨯⨯-⨯⨯+⨯=〔折线〕最终取KN F 9.556≤8.12、如图所示的螺栓连接采用45号钢,A 级8.8级螺栓,直径16d mm =,2320/b v f N mm =,2405/b c f N mm =.钢板为Q235钢,钢板厚度12mm,抗拉强度设计值2215/f N mm =.求此连接能承受的max F 值.图 螺栓连接示意图 解：<1> 抗剪：23110132320261210F Nπ=⨯⨯⨯=⨯<2> 承压：32202013405210610F N=⨯⨯⨯=⨯<3> 净截面：NF 3310111220)5.61320(215⨯=⨯-⨯=选用KNF 1112max =若用M16替M20,则：选用1163KN. 8.13、8.14、下图梁的拼接用高强度螺栓承压型连接,F=200kN,构造如下图所示,高强度螺栓的钢材为10.9级,梁的钢板用Q235B,螺栓M20,梁连接处的接触面采用喷砂处理,螺栓的强度设计值2310/b v f N mm =,2470/b c f N mm =.〔1〕确定翼缘接头处螺栓数目和连接板尺寸； 〔2〕验算腹板拼接螺栓是否满足要求. 图 梁拼接示意图解：KN A V 200=,mKN A M ⋅=2200腹板mKN W M ⋅=5.516,翼缘mKN f M ⋅=5.1683(1) 计算翼缘连接：KNm y N 115346.15.1683==取M20,P n N f b v μ⨯=9.045.0=μKNP 155= 〔查表〕i 〕摩擦型：NN b v 3310775.621015545.09.0⨯=⨯⨯⨯=承压型：KNNb vbvf d N 39.9797389310420422==⨯⨯==ππ〔注：新规范取此值,但荷载性质同普通螺栓〕 按KNb v N 6.81775.623.1(3.1＝摩擦）＝⨯, 取KNb v N 6.81=单面连接：5.151.11.146.811.111531.1=⨯=⨯=⨯=bv y f N N n ,取M20,16个,布置情况如下图所示：ii 〕净截面：〔注：按平列166=σ；按错列第一排7.153=σ〕(2) 抗剪〔腹板〕连接：KN A V 200=,mKN m KN W M ⋅=⨯+=5.53409.02005.516KN 6.81<,满足.8.15、下图所示为屋架与柱的连接节点.钢材为Q235B,焊条用E43型,手工焊.C 级普通螺栓用Q235BF 钢.已知：2160/w f f N mm =,2170/b t f N mm =.〔1〕验算角焊缝A 的强度,确定角焊缝B 、C 、D 的最小长度,焊缝厚度10f h mm=.〔2〕验算连接于钢柱的普通螺栓强度,假定螺栓不受剪力〔即连接处竖向力由支托承受〕.螺栓直径为24mm. 图 屋架节点示意图解：<1> 验算承托两侧焊缝：KN KNV 15.318707.0450=⨯=1606.2067.01021103181502=>=⨯⨯⨯=wf f f mm N τ 不满足.用三面围焊,承托宽度为150mm .221608.1227.010)1502110(318150mm N f mm N w f f =<=⨯⨯+⨯=τ,满足.<2> 斜杆肢背焊缝验算,焊缝C 〔肢尖焊缝不必计算〕 注：此处按构造焊缝厚度不得大于mm mm6.982.1=⨯,略超出.(3) 水平杆肢背,焊缝D(4) 焊缝A ： (5) 螺栓验算：先设拉力和M 作用下螺栓全部受拉,绕螺栓群形心转动.说明螺栓不是全部受拉,另行假设绕顶排螺栓转动： 查表得： 所以max bt N N <,满足强度要求.。
钢结构设计原理课后思考题答案
1.钢结构对钢材性能有哪些要求？答：较高的强度，较好的变形能力，良好的工艺性能。
2.钢材的塑性破坏和脆性破坏有何区别？答：塑性破坏是由于变形过大，超过了材料或构件可能的应变能力而产生的，而且仅在构件的应力达到了钢材的抗拉轻度 fu 后才发生。
破坏前构件产生较大的塑性变形，断裂后的端口呈纤维状，色泽发暗。
在塑性破坏前，构件发生较大的塑性变形，且变形持续的时间较长，容易及时被发现而采取补救措施，不致引起严重后果。
另外，塑性变形后出现内力重分布，使结构中原先受力不等的部分应力趋于均匀，因而提高了结构的承载能力。
脆性破坏前塑性变形很小，甚至没有塑性变形，计算应力可能小于钢才的屈服点 fy，断裂从应力集中处开始。
冶金和机械加工过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂纹，常是断裂的发源地。
破坏前没有任何预兆，无法及时察觉和采取补救措施，而且个别构件的断裂常会引起整体结构塌毁，后果严重，损失较大。
3.刚才有哪几项主要性能，分别可用什么指标来衡量？答：屈服点 fy，抗拉强度 fy，伸长率δ，冷弯性能，冲击韧性4.影响钢材性能的主要性能有哪些？答：化学成分的影响。
冶炼、浇注、轧制过程及热处理的影响。
钢材的硬化。
温度的影响。
应力集中的影响。
重复荷载作用的影响。
5.简述化学元素对钢材性能有哪些影响？答;碳直接影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性等。
硫和磷降低钢材的塑性。
韧性。
可焊性和疲劳强度。
氧使钢热脆，氮使钢冷脆。
硅和锰是脱氧剂，使钢材的强度提高。
钒和钛是提高钢的强度和抗腐蚀性又不显著降低钢的塑性。
铜能提高钢的强度和抗腐蚀性能，但对可焊性不利。
6.什么是冷作硬化和时效硬化？答：钢材受荷超过弹性范围以后，若重复地卸载加载，将使钢材弹性极限提高，塑性降低，这种现象称为钢材的应变硬化或冷作硬化。
轧制钢材放置一段时间后，强度提高，塑性降低，称为时效硬化。
7 简述温度对钢材的主要性能有哪些影响？答：温度升高，钢材强度降低，应变增大，反之温度降低，钢材强度会略有增加，塑性和韧性却会降低而变脆。
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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 y 0f y 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 yσ图2-35 理想化的σε-图解：（1）A 点：卸载前应变：52350.001142.0610y f Eε===⨯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 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）。
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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 y 0f y 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 yσ图2-35 理想化的σε-图解：（1）A 点：卸载前应变：52350.001142.0610y f Eε===⨯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 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）。
钢结构设计原理课后思考题答案
1.钢结构对钢材性能有哪些要求？答：较高的强度，较好的变形能力，良好的工艺性能。
2.钢材的塑性破坏和脆性破坏有何区别？答：塑性破坏是由于变形过大，超过了材料或构件可能的应变能力而产生的，而且仅在构件的应力达到了钢材的抗拉轻度 fu 后才发生。
破坏前构件产生较大的塑性变形，断裂后的端口呈纤维状，色泽发暗。
在塑性破坏前，构件发生较大的塑性变形，且变形持续的时间较长，容易及时被发现而采取补救措施，不致引起严重后果。
另外，塑性变形后出现内力重分布，使结构中原先受力不等的部分应力趋于均匀，因而提高了结构的承载能力。
脆性破坏前塑性变形很小，甚至没有塑性变形，计算应力可能小于钢才的屈服点 fy，断裂从应力集中处开始。
冶金和机械加工过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂纹，常是断裂的发源地。
破坏前没有任何预兆，无法及时察觉和采取补救措施，而且个别构件的断裂常会引起整体结构塌毁，后果严重，损失较大。
3.刚才有哪几项主要性能，分别可用什么指标来衡量？答：屈服点 fy，抗拉强度 fy，伸长率δ，冷弯性能，冲击韧性4.影响钢材性能的主要性能有哪些？答：化学成分的影响。
冶炼、浇注、轧制过程及热处理的影响。
钢材的硬化。
温度的影响。
应力集中的影响。
重复荷载作用的影响。
5.简述化学元素对钢材性能有哪些影响？答;碳直接影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性等。
硫和磷降低钢材的塑性。
韧性。
可焊性和疲劳强度。
氧使钢热脆，氮使钢冷脆。
硅和锰是脱氧剂，使钢材的强度提高。
钒和钛是提高钢的强度和抗腐蚀性又不显著降低钢的塑性。
铜能提高钢的强度和抗腐蚀性能，但对可焊性不利。
6.什么是冷作硬化和时效硬化？答：钢材受荷超过弹性范围以后，若重复地卸载加载，将使钢材弹性极限提高，塑性降低，这种现象称为钢材的应变硬化或冷作硬化。
轧制钢材放置一段时间后，强度提高，塑性降低，称为时效硬化。
7 简述温度对钢材的主要性能有哪些影响？答：温度升高，钢材强度降低，应变增大，反之温度降低，钢材强度会略有增加，塑性和韧性却会降低而变脆。
钢结构设计原理课后思考题答案
钢结构设计原理课后思考题答案1.钢结构对钢材性能有哪些要求答：较高的强度，较好的变形能力，良好的工艺性能。
2.钢材的塑性破坏和脆性破坏有何区别答：塑性破坏是由于变形过大，超过了材料或构件可能的应变能力而产生的，而且仅在构件的应力达到了钢材的抗拉轻度fu 后才发生。
破坏前构件产生较大的塑性变形，断裂后的端口呈纤维状，色泽发暗。
在塑性破坏前，构件发生较大的塑性变形，且变形持续的时间较长，容易及时被发现而采取补救措施，不致引起严重后果。
另外，塑性变形后出现内力重分布，使结构中原先受力不等的部分应力趋于均匀，因而提高了结构的承载能力。
脆性破坏前塑性变形很小，甚至没有塑性变形，计算应力可能小于钢才的屈服点fy，断裂从应力集中处开始。
冶金和机械加工过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂纹，常是断裂的发源地。
破坏前没有任何预兆，无法及时察觉和采取补救措施，而且个别构件的断裂常会引起整体结构塌毁，后果严重，损失较大。
3.刚才有哪几项主要性能，分别可用什么指标来衡量答：屈服点fy，抗拉强度fy，伸长率δ，冷弯性能，冲击韧性4.影响钢材性能的主要性能有哪些答：化学成分的影响。
冶炼、浇注、轧制过程及热处理的影响。
钢材的硬化。
温度的影响。
应力集中的影响。
重复荷载作用的影响。
5.简述化学元素对钢材性能有哪些影响答;碳直接影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性等。
硫和磷降低钢材的塑性。
韧性。
可焊性和疲劳强度。
氧使钢热脆，氮使钢冷脆。
硅和锰是脱氧剂，使钢材的强度提高。
钒和钛是提高钢的强度和抗腐蚀性又不显着降低钢的塑性。
铜能提高钢的强度和抗腐蚀性能，但对可焊性不利。
6.什么是冷作硬化和时效硬化答：钢材受荷超过弹性范围以后，若重复地卸载加载，将使钢材弹性极限提高，塑性降低，这种现象称为钢材的应变硬化或冷作硬化。
轧制钢材放置一段时间后，强度提高，塑性降低，称为时效硬化。
7 简述温度对钢材的主要性能有哪些影响答：温度升高，钢材强度降低，应变增大，反之温度降低，钢材强度会略有增加，塑性和韧性却会降低而变脆。
钢结构设计原理 张耀春版课 后习题答案
3.11 试设计如图（P114习题3.11）所示牛腿与柱的角焊缝连接。钢材 Q235-B，焊条E43型，手工焊，外力设计值N=98kN，（静力荷载）， 偏心e=120mm。（注意力N对水平焊缝也有偏心） 解：查附表1.3：
1） 初选焊脚尺寸Image
最大焊脚尺寸：mm 最小焊脚尺寸：mm 取hf=6mm满足焊缝构造要求。
局部压应力：lz=5hy+a=5×20+150=250mm 梁的强度不满足要求。
4） 刚度验算 全部荷载作用： 活荷载作用： 梁的强度和刚度满足要求。
5.4 如果习题5.3中梁仅在支座处设有侧向支承，该梁的整体稳定是否能 满足要求。如果不能，采用何种措施？ 解：
1） 截面几何性质 对y轴的惯性矩：
按刚度：得标准值： ，设计值： 所以该梁所能承受的最大荷载设计值为q=64N/mm2（由整体稳定控 制）。
5.3 如习题5.3图所示，某焊接工字形等截面简支梁，跨度10m，在跨中 作用有一静力集中荷载，该荷载有两部分组成，一部分为恒载，标准值 为200kN，另一部分为活荷载，标准值为300kN，荷载沿梁跨度方向支 承长度为150mm。该梁支座处设有支承加劲肋。若该梁采用Q235B钢制 作，试验算该梁的强度和刚度是否满足要求。 解：
Image
3） 截面验算 截面几何性质 截面面积： 截面惯性矩： 截面抵抗矩： 强度验算 钢梁自重标准值： 钢梁自重设计值： 由自重产生的弯矩：
∴考虑截面塑性发展
抗弯强度：
剪应力、刚度不需要算，因为选腹板尺寸和梁高时已得到满足。
支座处设置支承加劲肋，不需验算局部压应力。
整体稳定依题意满足。
4） 局部稳定验算 翼缘：满足 腹板：，不利用腹板屈曲后强度。应设置横向加劲肋。设计略 5.2 某工作平台梁两端简支，跨度6m，采用型号I56b的工字钢制作，钢 材为Q345。该梁承受均布荷载，荷载为间接动力荷载，若平台梁的铺 板没与钢梁连牢，试求该梁所能承担的最大设计荷载。
钢结构设计原理课后习题答案
钢结构设计原理课后习题答案1. 引言。
钢结构是一种广泛应用于建筑工程中的结构形式，具有重量轻、强度高、施工速度快等优点。
在进行钢结构设计时，需要掌握一定的设计原理和方法，以确保结构的安全和稳定。
本文将针对钢结构设计原理课后习题进行详细解答，帮助读者加深对钢结构设计原理的理解。
2. 钢结构设计原理课后习题答案。
2.1 第一题。
题目，简要说明钢结构设计的基本原理。
答案，钢结构设计的基本原理包括受力分析、结构构件设计、连接设计等内容。
在进行受力分析时，需要考虑结构所受到的外部荷载以及内部受力情况，确保结构的受力合理。
在进行结构构件设计时，需要根据结构的受力情况选择合适的构件尺寸和材料，以满足结构的强度和刚度要求。
连接设计则是确保结构各构件之间能够有效连接，形成一个整体结构。
2.2 第二题。
题目，钢结构设计中常用的受力分析方法有哪些？答案，钢结构设计中常用的受力分析方法包括静力分析、弹性分析、极限状态分析等。
静力分析是指在结构受到静力荷载作用时，通过平衡方程和变形方程进行受力分析。
弹性分析是指在结构受到荷载作用时，考虑结构的变形情况进行受力分析。
极限状态分析是指在结构受到极限荷载作用时，进行受力分析以确保结构在极限状态下的安全性。
2.3 第三题。
题目，钢结构设计中常用的结构构件有哪些？答案，钢结构设计中常用的结构构件包括梁、柱、梁柱节点、框架节点等。
梁是承受弯矩作用的构件，通常用于支撑楼板和屋顶结构。
柱是承受压力作用的构件，通常用于支撑建筑的垂直荷载。
梁柱节点和框架节点则是连接梁和柱的重要构件，需要进行合理的连接设计以确保结构的整体稳定性。
2.4 第四题。
题目，钢结构设计中连接设计的重要性是什么？答案，连接设计在钢结构设计中具有非常重要的作用。
连接是构件之间传递荷载和力的通道，连接的质量直接影响着结构的安全性和稳定性。
合理的连接设计可以确保结构构件之间能够有效传递荷载，同时也可以减小结构的变形和挠度，提高结构的整体性能。
钢结构设计原理(张耀春 周绪红)高等教育出版社课后习题答案
《钢结构设计原理》复习题参考答案
一、填空题
1.承载能力极限状态、正常使用极限状态
2.轻质高强、材质均匀，韧性和塑性良好、装配程序高，施工周期短、密闭性好、耐热不耐火、易锈蚀。
3.塑性破坏、脆性破坏。
4.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.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.屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性、冷弯性能。
7.焊接连接、铆钉连接、螺栓连接
8.8hf、40mm 60hf
9.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。
钢结构设计原理(张耀春所著书籍)
钢结构设计原理(张耀春所著书籍)范本一：1. 引言1.1 背景介绍1.2 目的与范围2. 钢结构概述2.1 钢结构的定义2.2 钢结构的特点2.3 钢结构的应用领域3. 钢结构设计原理3.1 荷载分析3.1.1 自重荷载3.1.2 活载荷载3.1.3 风荷载3.1.4 地震荷载3.2 结构选择与布局3.2.1 结构形式选择3.2.2 框架结构的布局原则3.2.3 梁柱系统的布局原则3.3 材料选择与规格确定3.3.1 钢材种类选择3.3.2 钢材规格确定3.4 结构计算与分析3.4.1 试算法3.4.2 系数法3.5 断面设计3.5.1 普通钢材的断面设计3.5.2 带肋钢材的断面设计3.6 节点设计3.6.1 节点分类3.6.2 节点的力学模型3.6.3 节点的设计原则3.7 连接设计3.7.1 强度计算3.7.2 刚度计算3.7.3 选择合适的连接形式4. 钢结构施工与质量控制4.1 施工准备4.2 吊装与安装4.3 焊接与热处理4.4 表面防腐与涂装4.5 质量控制与检验5. 经济性与可持续性5.1 钢结构的经济性5.2 钢结构的可持续性6. 结论附件：附件一：钢结构设计实例分析附件二：设计计算工具软件法律名词及注释：1. 承重结构：指承担重要荷载的结构，如建筑物的主体结构。
2. 断面：指钢材截面形状，在钢结构中起到承载作用。
3. 节点：指连接钢构件的部位，承载力和刚度的影响较大。
4. 连接形式：指连接两个或多个钢构件的方式，如焊接、螺栓连接等。
5. 活载：指在使用过程中变动的荷载，如人员、家具等。
6. 地震荷载：指地震引起的荷载，钢结构需要考虑地震力的作用。
7. 质量控制：指对钢结构施工过程中的质量进行控制和检验。
范本二：1. 简介1.1 文档目的1.2 读者对象1.3 使用注意事项2. 钢结构基本概念2.1 钢结构定义2.2 钢的特性与优势2.3 钢结构应用领域3. 钢结构设计原理3.1 荷载分析3.1.1 自重荷载3.1.2 活载荷载3.1.3 风荷载3.1.4 地震荷载3.2 结构选型3.2.1 钢结构形式选择3.2.2 结构布局原则3.3 材料选择与规格确定3.3.1 钢材种类选择3.3.2 钢材规格确定3.4 结构计算与分析3.4.1 荷载计算3.4.2 结构分析3.4.3 断面计算与验证3.5 节点与连接设计3.5.1 节点分类与分析3.5.2 节点设计原则3.5.3 连接设计与优化4. 钢结构施工与质量控制4.1 施工准备4.1.1 施工方案制定4.1.2 材料采购与加工4.2 钢结构安装4.2.1 吊装操作流程4.2.2 焊接与螺栓连接4.2.3 涂装与防腐处理4.3 质量控制与检测4.3.1 施工质量控制4.3.2 钢结构检测方法5. 钢结构的经济性与可持续性5.1 钢结构的经济性分析5.2 钢结构的可持续性考虑结尾内容：1. 本文档涉及附件：附件一：钢结构设计案例附件二：钢结构施工图纸2. 本文所涉及的法律名词及注释：1) 承重结构：指主要承担建筑物荷载的结构体系。
钢结构设计原理课后习题答案
钢结构设计原理课后习题答案钢结构设计原理课后习题是帮助学生巩固课堂知识，提高问题解决能力的重要环节。
下面是一份含有答案的钢结构设计原理课后习题答案，供参考。
1. 什么是钢结构设计原理？
答案：钢结构设计原理是指在钢结构设计过程中，基于力学原理和结构力学的基本原理，根据结构的受力状态和要求，确定结构的材料、形状和尺寸等参数，以保证结构的安全、经济和合理。
2. 钢结构设计原理的基本步骤是什么？
答案：钢结构设计原理的基本步骤包括结构计算、材料选择、构件设计、连接设计和整体设计。
3. 钢结构中常见的受力形式有哪些？
答案：钢结构中常见的受力形式有拉力、压力、弯矩、剪力和扭矩等。
4. 什么是结构的安全性？
答案：结构的安全性是指结构在正常使用和预定荷载下，不发生破坏和失效的能力。
5. 结构的安全系数是什么？
答案：结构的安全系数是指结构的承载能力与设计荷载的比值，用于保证结构在设计荷载下的安全性。
6. 钢结构的设计荷载包括哪些？
答案：钢结构的设计荷载包括常规荷载、可变荷载、特殊荷载和地震荷载等。
7. 钢结构的构件设计需要考虑哪些因素？
答案：钢结构的构件设计需要考虑构件的受力状态、截面形状和尺寸、材料强度和连接方式等因素。
8. 钢结构的连接设计需要考虑哪些因素？
答案：钢结构的连接设计需要考虑连接的刚度、强度、可拆卸性和耐久性等因素。
9. 钢结构的整体设计需要考虑哪些因素？
答案：钢结构的整体设计需要考虑结构的稳定性、刚度和振动等因素。
10. 钢结构设计中常用的计算方法有哪些？
答案：钢结构设计中常用的计算方法有弹性计算、塑性计算、稳定性计算和疲劳计算等。
钢结构设计原理课后思考题答案
1.钢结构对钢材性能有哪些要求答：较高的强度，较好的变形能力，良好的工艺性能。
2.钢材的塑性破坏和脆性破坏有何区别答：塑性破坏是由于变形过大，超过了材料或构件可能的应变能力而产生的，而且仅在构件的应力达到了钢材的抗拉轻度fu 后才发生。
破坏前构件产生较大的塑性变形，断裂后的端口呈纤维状，色泽发暗。
在塑性破坏前，构件发生较大的塑性变形，且变形持续的时间较长，容易及时被发现而采取补救措施，不致引起严重后果。
另外，塑性变形后出现内力重分布，使结构中原先受力不等的部分应力趋于均匀，因而提高了结构的承载能力。
脆性破坏前塑性变形很小，甚至没有塑性变形，计算应力可能小于钢才的屈服点fy，断裂从应力集中处开始。
冶金和机械加工过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂纹，常是断裂的发源地。
破坏前没有任何预兆，无法及时察觉和采取补救措施，而且个别构件的断裂常会引起整体结构塌毁，后果严重，损失较大。
3.刚才有哪几项主要性能，分别可用什么指标来衡量答：屈服点fy，抗拉强度fy，伸长率δ，冷弯性能，冲击韧性4.影响钢材性能的主要性能有哪些答：化学成分的影响。
冶炼、浇注、轧制过程及热处理的影响。
钢材的硬化。
温度的影响。
应力集中的影响。
重复荷载作用的影响。
5.简述化学元素对钢材性能有哪些影响答;碳直接影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性等。
硫和磷降低钢材的塑性。
韧性。
可焊性和疲劳强度。
氧使钢热脆，氮使钢冷脆。
硅和锰是脱氧剂，使钢材的强度提高。
钒和钛是提高钢的强度和抗腐蚀性又不显着降低钢的塑性。
铜能提高钢的强度和抗腐蚀性能，但对可焊性不利。
6.什么是冷作硬化和时效硬化答：钢材受荷超过弹性范围以后，若重复地卸载加载，将使钢材弹性极限提高，塑性降低，这种现象称为钢材的应变硬化或冷作硬化。
轧制钢材放置一段时间后，强度提高，塑性降低，称为时效硬化。
7 简述温度对钢材的主要性能有哪些影响答：温度升高，钢材强度降低，应变增大，反之温度降低，钢材强度会略有增加，塑性和韧性却会降低而变脆。
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**《钢结构设计原理》三. 连接3.8 试设计如图所示的对接连接（直缝或斜缝）。
轴力拉力设计值 N=1500kN，钢材Q345-A，焊条 E50 型，手工焊，焊缝质量三级。
NN500解：10三级焊缝查附表 1.3：f tw 265 N/mm 2 ，fw v 180 N/mm 2不采用引弧板： lw b 2t 500 2 10 480 mmN lwt 1500103 480 10 312.5N/mm2ftw265N/mm2 ，不可。
改用斜对接焊缝：方法一：按规范取θ=56°，斜缝长度：lw (b / sin ) 2t (500 / sin 56) 20 (500 / 0.829 ) 20 583mmN sin lw t 1500103 0.829 58310 213N/mm2ftw 265N/mm2N cos lw t 1500103 0.559 58310 144N/mm2fvw 180N/mm2设计满足要求。
方法二：以θ作为未知数求解所需的最小斜缝长度。
此时设置引弧板求解方便些。
3.9 条件同习题 3.8，受静力荷载，试设计加盖板的对接连接。
解：依题意设计加盖板的对接连接，采用角焊缝连接。
**查附表1.3：fw f200 N/mm 2试选盖板钢材 Q345-A，E50 型焊条，手工焊。
设盖板宽 b=460mm，为保证盖板与连接件等强，两块盖板截面面积之和应不小于构件截面面积。
所需盖板厚度：t2A1 2b500 10 2 4605.4mm，取t2=6mm由于被连接板件较薄 t=10mm，仅用两侧缝连接，盖板宽 b 不宜大于 190，要保证与母材等强，则盖板厚则不小于 14mm。
所以此盖板连接不宜仅用两侧缝连接，先采用三面围焊。
1) 确定焊脚尺寸最大焊脚尺寸： t 6mm，hf max t mm 最小焊脚尺寸： hf min 1.5 t 1.5 10 4.7 mm 取焊脚尺寸 hf=6mm2）焊接设计：正面角焊缝承担的轴心拉力设计值：N3 2 0.7hf bf ffw 2 0.7 6 460 1.22 200 942816 N侧面角焊缝承担的轴心拉力设计值：N1 N N3 1500 10 3 942816 557184 N所需每条侧面角焊缝的实际长度（受力的一侧有 4 条侧缝）：l lw hfN1 4 0.7hffw f hf557184 4 0.7 6 200 6 172 mm取侧面焊缝实际长度 175mm，则所需盖板长度：175 10 175L=175×2+10(盖板距离)=360mm。
NN∴此加盖板的对接连接，盖板尺寸取-360×460×6mm，6 6 500 10**焊脚尺寸 hf=6mm2003.10. 有一支托角钢，两边用角焊缝与柱相连。
如图所示，钢材为 Q345-A，焊条为E50 型，手工焊，试确定焊缝厚度（焊缝有绕角，焊缝长度可以 去 2hf）。
已知：外力设计值 N=400kN。
20不减解：已知：lw=200mm，N=400kN，fw f200 N/mm 21） 内力计算L200×125×18剪力：V N 400kN弯矩： M Ne 40020 8000kN.mm2）焊脚尺寸设计弯矩引起的焊缝应力： f6M 2helw26 8000103 2 2002 he600 N/mm2 he剪力产生的焊缝剪应力： fV 2helw400 103 2 200 he 1000 N/mm2 he 所需焊脚尺寸： f f2 f 222600 1.22he1000 he ffw 200N/mm2he 60021.22 200 1000 2 200 5.57mm hfhe 0.75.57 7.79mm 0.7取焊脚尺寸 hf=8mm焊缝构造要求：最大焊脚尺寸： hf max t (1 2) 18 (1 2) 17 16 mm 最小焊脚尺寸： hf min 1.5 t 1.5 20 6.7 mm**取 hf=8mm 满足焊缝构造要求。
3.11 试设计如图（P114 习题 3.11）所示牛腿与柱的角焊缝连接。
钢材 Q235-B，焊条 E43 型，手工焊，外力设计值 N=98kN，（静力荷载），偏心 e=120mm。
（注意力N 对水平焊缝也有偏心）yc 200 12解：查附表1.3：fw f 160 N/mm 21） 初选焊脚尺寸150最大焊脚尺寸： hf max 1.2t 1.2 12 14.4 mm最小焊脚尺寸： hf min 1.5 t 1.5 12 5.2 mm取 hf=6mm 满足焊缝构造要求。
122） 焊缝截面几何性质焊缝截面形心距腹板下边缘的距离 ycyc (150 2hf) 12 200 hf 2 2 150 12 2hf 200 hf 2 2 (200 (1502hf)2150 12 2hf 2(2002hf )hf 2hf) 200 22hfhf (150 12)1220032150 12 26 20032(200 12) 200 12 26(15012)2150 2126 2(20012)6 139mm全部有效焊缝对中和轴的惯性矩：Ix4.2 (150 12) (2.1 12 61)2 2 4.2 150 12 2 6 (61 2.1)2 2 4.2 1881883 2 4.2 188 (139 94)2 12954006mm4 123） 焊缝截面验算**弯矩： M Ne 98120 11760kN mm 考虑弯矩由全部焊缝承担弯矩引起翼缘边缘处的应力： fM Wf1 11760103 (6112 4.2) 12954006 70N/mm2弯矩引起腹板边缘处的应力： fM Wf2 11760103 139 126N/mm2 12954006剪力由腹板承担，剪力在腹板焊缝中产生的剪应力：fV helw98103 62N/mm2 2 0.7 6 188则腹板下边缘处的应力： f f 2 f 2 126 2 1.22 622 120N/mm2fw f 160N/mm2所设焊脚尺寸满足要求。
所以此牛腿与柱的连接角焊缝焊脚尺寸取 hf=6mm,。
**3.13 如图（P115 习题 3.13）所示梁与柱的连接中，钢材为 Q235-B，弯矩设计值M=100kN.m，剪力 V=600kN，试完成下列设计和验算：1）剪力 V 由支托焊缝承受，焊条采用 E43 型，手工焊，求焊缝 A 的高度 hf2）弯矩 M 由普通螺栓承受，螺栓直径 24mm，验算螺栓是否满足要求。
解：fw f 160 N/mm 2 ,f tb 170 N/mm2 ， Ae353 mm 21） 支托焊脚尺寸计算支托采用三面围焊，且有绕角焊缝，不计焊缝起落弧的不利影响，同时考虑剪力传力偏心和传力不均匀等的影响，焊缝计算通常取竖向剪力的 1.2~1.3 倍。
正面角焊缝能承受的力： N 2 hebffw f 300 1.22 160 he 58560 he N侧面角焊缝能承受的力： N12helwfw f2 250160 he 80000he N取1.3V N1 N2所需焊脚尺寸： he 1.3 600 10 3 58560 80000 5.63mm，则hf he 5.63 8.04mm 0.7 0.7取 hf=10mm2） 拉力螺栓验算：单个螺栓抗拉承载力设计值：Nb teAefb te 353170 60010N弯矩作用最大受力螺栓所承受的拉力：N1My1 yi22 (6002100106 600 5002 3002 20021002 )40000N Nb t 60010N满足。
**3.14.试验算如图所示拉力螺栓连接的强度，C 级螺栓 M20，所用钢材为 Q235B，若改用 M20 的 8.8 级高强度螺栓摩擦型连接（摩擦面仅用钢丝刷清除浮锈）其承载力有何差别？解：150kN1. 采用普通螺栓连接查表：fb v 140 N/mm2,fb t 170 N/mm2，fb c305 N/mm2Ae245 mm 240 60 60 4045° 24 161) 内力计算剪力： V N sin 45 150 0.707 106.07kN 拉力： N N cos45 150 0.707 106.07kN 2） 螺栓强度验算单个螺栓受剪承载力：Nb vnvd 42fb v 1 3.14 202 140 43960N=43.96kN 4单个螺栓承压承载力：Nb ctdfb c 16 20 30597600N=97.6kN单个螺栓受拉承载力：Nb teAefb te 245170 41650N 41.65kN每个螺栓承受均匀剪力和拉力：螺栓最大剪力（拉力）2排2列： NvNtN 2 2106.07 4=26.5kN拉-剪共同作用时： Nv Nvb2 Nt Ntb2 26.5243.96 26.5241.65 0.88 1Nv26.5kN<Nb c97.6kN满足。
2. 改用高强度螺栓摩擦型连接 查表 3.5.2 8.8 级 M20 高强螺栓预拉力 P=125kN，摩擦面仅用钢丝刷清除浮锈μ**=0.3单个螺栓受剪承载力设计值：Nb v0.9nfP0.9 1 0.312533.75kN单个螺栓受拉承载力设计值：Nb te 0.8P 0.8125 100kN拉-剪共同作用：NvNb vNtNb t26.5 33.7526.5 100 1.05 1连接不满足要求。
**3.15.如图所示螺栓连接采用 Q235B 钢，C 级螺栓直径 d=20mm，求此连接最大能承10 40 60 60 60 60 40 40 60 60 60 60 40受的 Fmax 值。
12 12 406060606040解：查附表 1.3：fb v 140 N/mm 2 ，fb c 305 N/mm 2查附表 1.1： f 205 N/mm 2假设螺栓孔直径 d0=21.5mmt=20mm单个螺栓受剪承载力：Nb vnvd 42fb v 2 3.14 202 140 87920N=87.92kN 4单个螺栓承压承载力：Nb ctdfb c20 20 305 122000N=122kN此螺栓连接最大能承受的轴力设计值：FmaxnNb v 1387.92 1143kN连接板件净截面面积 A1(直线)： A1 t(b 3d0 ) 20 (320 3 21.5) 5110mm2净截面面积 A2(折线)： A2 20 (2 40 4 602 602 5 21.5) 6238mm2构件截面最大能承受的轴力设计值： Fmax A1 f 5110 205 1048kN所以此连接最大能承受的轴力设计值 Fmax=1048kN。