《钢结构设计原理》作业答案 3. 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。 解： 三级焊缝 查附表 1.3： f t w ? 265N/mm2 ， f vw ? 180N/mm2 不采用引弧板： l w ? b ? 2t ? 500? 2 ?10 ? 480mm
N 1500 ?103 ?? ? ? 312.5N/mm2 ? f t w ? 265N/mm2 ，不可。 lw t 480 ?10
改用斜对接焊缝： 方法一：按规范取 θ=56°，斜缝长度：
? ? (b / sin ? ) ? 2t ? (500/ sin 56?) ? 20 ? (500/ 0.829) ? 20 ? 583mm lw
N sin ? 1500 ?103 ? 0.829 ?? ? ? 213N/mm2 ? f t w ? 265N/mm2 ?t lw 583 ?10
??
N cos ? 1500 ?103 ? 0.559 ? ? 144N/mm2 ? fvw ? 180N/mm2 ?t lw 583 ?10
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。
10
500
N
N
查附表 1.3： f fw ? 200N/mm2 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： t2 ?
A1 500 ?10 ? ? 5.4mm ，取 t2=6mm。 2b 2 ? 460
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=6mm 2）焊接设计： 正面角焊缝承担的轴心拉力设计值：
N3 ? 2 ? 0.7hf b? f f fw ? 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?103 ? 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 ? l w ? hf ? N1 557184 ? hf ? ? 6 ? 172mm w 4 ? 0.7 ? 6 ? 200 4 ? 0.7hf f f
175
10
175
取侧面焊缝实际长度 175mm，则所需盖板长度： L=175× 2+10(盖板距离)=360mm。
500 6 6 10
N
N
∴此加盖板的对接连接，盖板尺寸取-360× 460× 6mm，
焊脚尺寸 hf=6mm
3.10. 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，焊缝长度可以不 减去 2hf） 。已知：外力设计值 N=400kN。 解：
200
20
已知：lw=200mm，N=400kN， f fw ? 200N/mm2 1） 内力计算 剪力： V ? N ? 400kN 弯矩： M ? Ne ? 400 ? 20 ? 8000kN.mm 2）焊脚尺寸设计
6M 6 ? 8000? 103 600 ?f ? ? ? N/mm2 2 2 弯矩引起的焊缝应力： he 2he l w 2 ? 200 ? he
L200× 125× 18
剪力产生的焊缝剪应力：
??f ? ? 所需焊脚尺寸： ? ? ?f
2
?f ?
V 400? 103 1000 ? ? N/mm2 he 2he l w 2 ? 200? he
? ? 1000? w 2 ? ? ?? ? h ? ? ? f f ? 200N/mm ? ? e ?
2 2
? 600 ? 2 ? ? ?? f ? ? ? 1.22h e ? ?
2
2
? 600 ? ? 1000? h he ? ? ? ?? ? ? 5.57mm hf ? e ? 5.57 ? 7.79mm ? 1.22 ? 200? ? 200 ? 0.7 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）
1）
初选焊脚尺寸
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。 2） 焊缝截面几何性质
yc
12
焊缝截面形心距腹板下边缘的距离 yc
? hf ? h ? ? ? 200 ? 2hf ?? ? 150 ? 12 ? ? ? hf ? ? ? 200 ? f ? ? 2 ? (200 ? 2hf ) ? ? ?? hf ?(150 ? 2hf ) ? ?12 ? 200 ? ? ? 2 ? ? 2? 2 2? 2 ? ? ? ? ? ?? ? yc ? ? ? ? 150 ? 12 ? ? hf ? ? 2 ? (200 ? 2hf )? hf ?(150 ? 2hf ) ? 2 ? ? 2 ? ? ? ? ? ? 150 ? 12 ? ? 200 ? 12 ?? ? 6 ? ? ?200 ? 3? ? 2 ? (200 ? 12) ? ? ?? ? 6 ?(150 ? 12) ? ?12 ? 200 ? 3? ? 2 ? ? 2 2 ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 150 ? 12 ? ? 6 ? ? 2 ? (200 ? 12)? ? 6 ?(150 ? 12) ? 2 ? ? 2 ? ? ? ? ? 139mm
全部有效焊缝对中和轴的惯性矩：
? 150 ? 12 ? I x ? 4.2 ? (150 ? 12) ? (2.1 ? 12 ? 61) 2 ? 2 ? 4.2 ? ? ? 6 ? ? (61 ? 2.1) 2 ? 2 ? ? 3 2 ? 4.2 ? 188? 188 ? 2 ? 4.2 ? 188? (139 ? 94) 2 ? 12954006 mm4 12
3）
焊缝截面验算
200
最大焊脚尺寸： hf max ? 1.2t ? 1.2 ?12 ? 14.4 mm
12
解：查附表 1.3： f fw ? 160N/mm2
150
弯矩： M ? Ne ? 98 ? 120 ? 11760 kN ? mm 考虑弯矩由全部焊缝承担
M 11760? 103 ? (61? 12 ? 4.2) ?f ? ? ? 70N/mm2 弯矩引起翼缘边缘处的应力： Wf1 12954006
弯矩引起腹板边缘处的应力：
?f ?
M 11760? 103 ? 139 ? ? 126N/mm2 Wf2 12954006
剪力由腹板承担，剪力在腹板焊缝中产生的剪应力：
?f ?
V 98? 103 ? ? 62N/mm2 ?he l w 2 ? 0.7 ? 6 ? 188
则腹板下边缘处的应力：
??f ? ? ?? ? f ? ? 126 ? 2 2 2 w 2 ? ? ? ? f ? ? 1.22 ? ? 62 ? 120N/mm ? f f ? 160N/mm ? ? ?
2 2
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 hf 2）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： f fw ? 160N/mm2 , f tb ? 170N/mm2 ， Ae ? 353mm2 1） 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 ? heb? f f fw ? 300?1.22?160he ? 58560 he N 侧面角焊缝能承受的力： N1 ? 2helw f fw ? 2 ? 250?160he ? 80000 he N
取1.3V ? N1 ? N 2
1.3 ? 600? 103 he 5.63 所需焊脚尺寸： he ? 58560? 80000 ? 5.63mm，则hf ? 0.7 ? 0.7 ? 8.04mm
取 hf=10mm 2） 拉力螺栓验算：
e e
单个螺栓抗拉承载力设计值： N tb ? Ae f tb ? 353?170 ? 60010 N 弯矩作用最大受力螺栓所承受的拉力：
N1 ? My1 100? 106 ? 600 ? ? 40000 N ? N tb ? 60010 N 2 2 2 2 2 2 ?yi 2 ? (600 ? 500 ? 300 ? 200 ? 100 )
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：
40 60 60 40
150kN
1. 采用普通螺栓连接
b 2 b 2 查表： f v ? 140N/mm , f t ? 170N/mm ，
45°
f cb ? 305N/mm2 Ae ? 245mm2
24
16
1) 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
?d2
4 f vb ? 1? 3.14 ? 202 ?140 ? 43960N=43.96kN 4
单个螺栓受剪承载力： N vb ? nv ?
单个螺栓承压承载力： Ncb ? ?tdfcb ? 16 ? 20 ? 305 ? 97600N=97.6kN 单个螺栓受拉承载力： N tb ? Ae f tb ? 245?170 ? 41650 N ? 41.65kN
e e
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： N v ? N t ?
2 2
N 106.07 ? =26.5kN 2? 2 4
2 2
? N ? ? Nt ? ? 26.5 ? ? 26.5 ? 拉-剪共同作用时： ? v ?? b ? ? ? ? ?? ? ? 0.88 ? 1 b ? ? 43.96 ? ? 41.65 ? ? Nv ? ? Nt ?
b Nv ? 26.5kN
浮锈 μ=0.3 单个螺栓受剪承载力设计值： Nvb ? 0.9nf ? P ? 0.9 ?1? 0.3?125 ? 33.75kN 单个螺栓受拉承载力设计值： N tb ? 0.8P ? 0.8 ?125 ? 100kN
e
拉-剪共同作用：
Nv Nt 26.5 26.5 ? b ? ? ? 1.05 ? 1 b N v N t 33.75 100
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 最大能承受的 Fmax 值。 解：查附表 1.3：
f vb ? 140N/mm2 ， f cb ? 305N/mm2
2 查附表 1.1： f ? 205N/mm
10 40 60 60 60 60 40 40 60 60 60 60 40
12 406060606040
t=20mm
假设螺栓孔直径 d0=21.5mm 单个螺栓受剪承载力： N vb ? nv ?
?d2
4 f vb ? 2 ? 3.14 ? 202 ?140 ? 87920N=87.92kN 4
单个螺栓承压承载力： Ncb ? ?tdfcb ? 20 ? 20 ? 305 ? 122000N=122kN 此螺栓连接最大能承受的轴力设计值： Fmax ? nNvb ? 13? 87.92 ? 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) ? 6238mm 2 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。
3.16. 如上题中将 C 级螺栓改为 M20 的 10.9 级高强度螺栓，求此连接最大 能承受的 Fmax 值。要求按摩擦型连接和承压型连接分别计算（钢板表面仅 用钢丝清理浮锈） 解：查表 3.5.2 10.9 级 M20 高强螺栓预拉力 P=155kN，摩擦面仅用钢丝刷 清除浮锈 μ=0.3
b 2 b 2 查附表 1.3 高强度螺栓承压型连接： f v ? 310N/mm ， f c ? 470N/mm
1）摩擦型连接 单个螺栓受剪承载力设计值： Nvb ? 0.9nf ? P ? 0.9 ? 2 ? 0.3?155 ? 83.7kN
12
螺栓连接最大能承受的 Fmax 值： Fmax ? nNvb ? 13? 83.7 ? 1088kN 构件截面最大能承受的轴力设计值：
? / (1 ? 0.5n1 / n) ? 1048 / (1 ? 0.5 ? 3 /13) ? 1184kN Fmax ? Fmax
此连接采用高强度螺栓摩擦型连接时最大能承受的 Fmax=1088kN 。 2) 承压型连接 单个螺栓受剪承载力设计值（受剪面不在螺纹处） ：
b Nv ? nv ?
?d2
4
f vb ? 2 ? 3.14 ?
202 ? 310 ? 194680N=194.68kN 4
单个螺栓承压承载力设计值： Ncb ? ?tdfcb ? 20 ? 20 ? 470 ? 188000N=188kN
b 此连接螺栓所能承受的最大轴力设计值： Fmax ? nNv ? 13?188 ? 2444kN
构件截面最大能承受的轴力设计值： Fmax ? A1 f ? 5110 ? 205 ? 1048kN 所以此高强度螺栓承压型连接最大能承受的轴力设计值 Fmax=1048kN。
3.18. 双角钢拉杆与柱的连接如图。拉力 N=550kN。钢材为 Q235B 钢，角 钢与节点板、节点板与端板采用焊缝连接焊条采用 E43 型焊条，端板与柱 采用双排 10.9 级 M20 高强度螺栓连接。 构件表面采用喷砂后涂无机富锌漆 处理。试求： 1）角钢与节点板连接的焊缝长度；
60 80 80 80 80 60
20
20 -14
2）节点板与端板的焊缝高度； 3）验算高强度螺栓连接（分别按摩擦型和 型连接考虑） 。 解：
6 45°
10 0
承压
2L100x80x8 =550kN
1）
角钢与节点板连接的焊缝长度（两侧缝）
已知 hf=6mm，查附表 1.3： f fw ? 160N/mm2 不等边角钢长肢相连（P73 表 3.3.1）K1=0.65，K2=0.35。 角钢肢背 所需焊缝计算长度： lw1 ? 角钢肢尖所需焊缝计算长度： lw2 ?
0.65 ? 550 ?103 K1 N ? ? 266mm w ?hef f 2 ? 0.7 ? 6 ?160
0.35 ? 550 ?103 K2 N ? ? 143mm w ?hef f 2 ? 0.7 ? 6 ?160
肢背焊缝长度： l1 ? lw1 ? 2hf ? 266 ? 2 ? 6 ? 278mm取280mm 肢尖焊缝长度： l2 ? lw2 ? 2hf ? 143 ? 2 ? 6 ? 155mm 2） 节点板与端板的焊缝高度
， ，
预选焊脚尺寸：最大焊脚尺寸： hf max ? 1.2t ? 1.2 ?14 ? 16.8mm
最小焊脚尺寸： hf max ? 1.5 t ? 1.5? 20 ? 6.7mm 取 hf=8mm。 节点板与端板焊缝计算长度： lw ? l ? 2hf ? 440 ? 2 ? 8 ? 424mm 焊缝截面所受的剪力： V ? N cos 45? ? 550 ? 2 / 2 ? 388.9kN 焊缝截面所受的拉力： F ? N sin 45? ? 550 ? 2 / 2 ? 388.9kN
?f ?
F V 388.9 ? 103 ??f ? ? ? 81.89N/mm2 Af Af 2 ? 0.7 ? 8 ? 424
焊缝强度验算：
??f ? ? ?? ? f ? ? 81.89 ? 2 2 2 w 2 ? ? ? ? ? ? ? 81.89 ? 106N/mm ? f f ? 160N/mm f ? ? 1.22 ? ?
2 2
所选焊脚尺寸满足要求。 3） 验算高强度螺栓连接（分别按摩擦型和承压型连接考虑）
查表 3.5.2 10.9 级 M20 高强螺栓预拉力 P=155kN，构件表面采用喷砂后涂 无机富锌漆处理 μ=0.35.
a. 摩擦型连接 单个螺栓受剪承载力设计值： Nvb ? 0.9nf ? P ? 0.9 ?1? 0.35 ?155 ? 48.83kN
b 单个螺栓受拉承载力设计值： N t ? 0.8P ? 0.8 ?155 ? 124kN
e
螺栓平均承受剪力=拉力： 拉-剪共同作用： b. 承压型连接
Nv ? Nt ?
V ( F ) 388.9 ? =38.89kN 2?5 10
N v N t 38.89 38.89 ? b ? ? ? 1.11 ? 1 b Nv Nt 49 124
连接不满足要求。
b 2 查附表 1.3 高强度螺栓承压型连接： f v ? 310N/mm ，
f cb ? 470N/mm2 f t b ? 500N/mm2
单个螺栓受剪承载力设计值（受剪面不在螺纹处） ：
202 N ? nv ? f ? 1? 3.14 ? ? 310 ? 97340N=97.34kN 4 4
b v b v
b b 单个螺栓承压承载力设计值： Nc ? ?tdfc ? 20 ? 20 ? 470 ? 188000N=188kN
?d2
单个螺栓受拉承载力： N tb ? Ae f tb ? 245? 500 ? 122500 N ? 122.5kN
e e
? N ? ? Nt ? ? 38.89 ? ? 38.89 ? 拉-剪共同作用时： ? v ?? b ? ? ? ? ?? ? ? 0.51 ? 1 b ? ? 97.34 ? ? 122.5 ? ? Nv ? ? Nt ?
b Nv ? 38.89kN
2
2
2
3.3 影响焊接残余应力的因素主要有哪些？减少焊接应力和变形的措施有哪些？ 答：在焊接过程中，由于不均匀的加热，在焊接区域产生了热塑性压缩变形，当冷却时焊接区要在纵向和横向收缩，势必导致构件产生局部鼓曲、弯曲、歪和扭转等。焊接残余变形包括纵、横向的收缩，弯曲变形，角变形和扭曲变形等。 为了减少焊接残余应力和变形可以采取以下措施： 1）合理的焊缝设计，包括合理的选择焊缝尺寸和形式；尽可能的减少不必要的焊缝、合理的安排焊缝的位置、尽量避免焊缝的过分集中和交叉；尽量避免在母材厚度方向的收缩应力。2）合理的工艺措施，包括采用合理的焊接顺序和方向；采用反变形法减少焊接变形或焊接应力；锤击或碾压焊缝；对于小尺寸焊接构件可进行提前预热，然后慢慢冷却以消除焊接应力和焊接变形。 3.8 试设计如图所示的对接连接（直缝或斜缝）。轴心拉力N=1500 kN，钢材Q345A，焊条E50型，手工焊，焊缝质量Ⅲ级。 解：直缝连接其计算长度：l w=500-2×10=480mm 焊缝的正应力为：σ=N l w t =1500×1000 480×10 =312.5N/mm2＞f t w=265N/mm2 不满足要求，改用斜对接焊缝，取截割斜度为1.5：1，即56° 焊缝长度l=500 sin56° =603mm计算长度l w=603?2×10=583mm 故此时焊缝的正应力为： σ=Nsin θ l w t = 1500×1000×sin56° 583×10 =213N mm2 ?＜f t w=265N mm2 ? 剪应力为： τ=Ncos θ l w t = 1500×1000×cos56° 583×10 =144N mm2 ?＜f v w=180N mm2 ? 满足要求。故设计斜焊缝，如图所示。
第三章 钢结构的连接 3.1 试设计双角钢与节点板的角焊缝连接（图3.80）。钢材为Q235B ，焊条为E43型，手工焊，轴心力N=1000KN （设计值），分别采用三面围焊和两面侧焊进行设计。 解：（1）三面围焊 2160/w f f N mm = 123α= 21 3 α= 确定焊脚尺寸： ,max min 1.2 1.21012f h t mm ≤=?=， ,min 5.2f h mm ≥==， 8f h mm = 内力分配： 30.7 1.2220.78125160273280273.28w f f f N h b f N KN β=???=?????==∑ 3221273.28 1000196.69232N N N KN α=- =?-= 3112273.28 1000530.03232N N N KN α=-=?-= 焊缝长度计算： 11530.03 2960.720.78160w w f f N l mm h f ≥ ==????∑， 则实际焊缝长度为 1296830460608480w f l mm h mm '=+=≤=?=，取310mm 。 22196.69 1100.720.78160 w w f f N l mm h f ≥ ==????∑， 则实际焊缝长度为 2110811860608480w f l mm h mm '=+=≤=?=，取120mm 。 （2）两面侧焊 确定焊脚尺寸：同上，取18f h mm =， 26f h m m = 内力分配：22110003333N N KN α==?=， 112 10006673 N N KN α==?= 焊缝长度计算： 116673720.720.78160 w w f f N l mm h f ≥ ==????∑，
第三章部分习题参考答案 3.8 已知A3F 钢板截面mm mm 20500?用对接直焊缝拼接，采用手工焊焊条E43型，用引弧板，按Ⅲ级焊缝质量检验，试求焊缝所能承受的最大轴心拉力设计值。 解：焊缝质量等级为Ⅱ级，抗拉的强度设计值2 0.85182.75/w f f f N mm == 采用引弧板，故焊缝长度500w l b mm == 承受的最大轴心拉力设计值3500*20*182.75*101827.5N btf kN -=== 3.9 焊接工字形截面梁，在腹板上设一道拼接的对接焊缝(如图3-66)，拼接处作用荷载设计值：弯矩M=1122kN ·mm ，剪力V=374kN ，钢材为Q235B ，焊条为E43型，半自动焊， 三级检验标准，试验算该焊缝的强度。 解：（1）焊缝截面的几何特性 惯性矩3341 (28102.827.2100)26820612 x I cm = ?-?= 一块翼缘板对x 轴的面积矩 3128 1.4(507)2234.4X S cm =??+= 半个截面对x 轴的面积矩 31500.8253234.4X X S S cm =+??= （2）焊缝强度验算 焊缝下端的剪应力332 14 374102234.41038.9/268206108 x x w VS N mm I t τ???===?? 焊缝下端的拉应62max 4 112210500209/0.852******** x M h N mm f I σ??=?==>? 所以，该焊缝不满足强度要求（建议将焊缝等级质量提为二级） 则 max σ2209/N mm =<215f =2/N mm
3.13如图所示梁与柱（钢材为Q235B ）的连接中,M=100kN ? m,V=600kN,已知梁端板和柱翼 缘 厚均为14mm,支托厚20mm,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hf 。 （2） 弯矩M 由普通 C 级螺栓承受，螺栓 直径24mm,验算螺栓是否满足要求。 板件边缘的角焊缝：t = 20mm,h /mM =20-（1-2） = 18加加; 普通角焊缝：z min = min(14,20) = = 1.2x14 = 16.8/7//??; 则力/nm = min(l 6.8,20) = 16.8/??w; /= max （14,20） = =6mm; 故吊= 10〃〃” b. A. =0.7/7, =0.7x10 = 7〃〃“ 设承受静载，支托选用Q235B,则查表得角焊缝强度设计值// = 160N/ 采用三面用焊且为绕角焊： 对于水平焊缝，承受正应力，Q=b = 300mm M =0.1h f l wl fi f f ；' =0.7xl0x300xl.22xl60xl0~3 =4100; 对于竖向焊缝，承受剪应力，人.2 =250〃〃” N 2 = 1.25V-A^, =1.25x600-410 = 340kN; /V 2 . T, 2x0.7 〃人 2 340 x 103 = 2 X 0.7X 10X 250 = 97 143^<^ 皿曲,，两足要 解：（1）验算受剪承载力： a.确定焊脚高度
求。 故焊缝A的髙度心=10〃"。
⑵验算抗弯承载力 牙=y2 = 600〃〃“；y3 = y4 = 500mm\ y5 = y6 = 300〃〃”; y1 = y8 = 2OO〃2〃2；y9 = y I0 = 100〃〃”； 100x10’x 600 2 x (6OO2 + 5OO2 + 3002 + 2002 +1002) 查表得普通C级螺栓抗拉强度设讣值?卩=170N/〃〃沪;公称直径为24mm的普通螺栓A c = 353mm2 N： = A, f = 353xl7OxlO-3 = 60.1￡N N\ < N： 故抗弯承载力满足要求。 ⑶验算构造要求： d（）=〃 + （1~1?5） = 24 + 1?5 = 25?5”〃27，亠亠*」C级螺栓0故满足构造要求 3d{} =3x25.5 = 76.5 < 100〃〃〃 综合（2）,⑶该螺栓满足要求。 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Q235B。若改用M20 的8.8级髙强度螺栓摩擦型连接（摩擦而间仅用钢线刷淸理浮锈），英承载力有何差别？ = W6kN; 心么竺=26.5欲心―竺= 26.5各 4 4 4 4 （1）验算拉剪作用 查表得普通C级螺栓?厂=\10N/mm2 : = 140N/加〃F : Q235B钢 ￡ = 305 N/mm2 :公称直径为20mm的普通螺栓A e = 245mm2. = 40kN; 解: V = // = 150x cos 45 = 150x
第三章 图为一两端铰接的焊接工字形等截面钢梁，钢材为Q235。梁上作用有两个集中荷载P =300 kN （设计值），集中力沿梁跨度方向的支承长度为100mm 。试对此梁进行强度验算并指明计算位置。 解：首先计算梁的截面模量，计算出梁在荷载作用下的弯矩和剪力，然后按照规定的计算公式 度、局部承压强度和折算应力强度等。 （1）计算截面模量 324x 1 88002280104041255342933mm 12 I = ??+???= 33 4 y 11 210280800836620800mm 1212I =???+??=3x1280104041131200mm S =??= 3x2400 113120040081771200mm 2 S =+?? = （2）验算截面强度 梁上剪力和弯矩图分布如图所示，由此确定危险点。 ①弯曲正应力 B 、 C 两点间梁段弯矩最大 ()128010213.51310 b t -==>，不考虑截面发展塑性 6x max x nx 60010410 196MPa 215MPa 11255342933 M f W σγ??===<=? ②剪应力 A 、 B 两点间梁段和 C 、 D 两点间的梁段上的剪力最大 3x2max v x w 30010177120052.9MPa 125MPa 12553429338 VS f I t τ??===<=? ③局部承压 在集中力作用B 、C 两点处没有加劲肋，应验算局部承压应力。 x y R 52100510150mm l a h h =++=+?=
3 c z w 130010250MPa>215MPa 1508 F f l t ψσ??====? ④折算应力 B 左截面、 C 右截面处同时存在较大的弯矩、剪力和局部压应力，应计算腹板与翼缘交界处的折算应力。 局部承压验算已不满足，此处不必验算折算应力。 一焊接工字形截面简支梁，跨中承受集中荷载P=1500kN （不包含自重），钢材为Q235，梁的跨度及几何尺寸如图所示。试按强度要求确定梁截面。 解：①内力计算 梁的支座反力（未计主梁自重）： 1.21500 900kN 2 R ?== 跨中最大弯矩：max 1.2150083600kN m 44 PL M ??===? ②初选截面 梁所需要的净截面抵抗矩为：6 33x nx x 36001015946843.85mm 15946.8cm 1.05215 M W f γ?===≈? 梁的高度在净空上无限制，按刚度要求，工作平台主梁的容许挠度为l /400，则梁容许的最小高度为：（参照均布荷载作用） min 8000 533.3mm 1515 l h ≥ == 按经验公式，可得梁的经济高度：e 3030146.2cm h === 参照以上数据，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h w =150cm 。 腹板厚度按抗剪强度：max w v 1.2 1.2900000 5.76mm 1500125 w V t h f ?≥ ==? 考虑局部稳定和构造因素： 1.11cm w t === 取腹板t=14mm 。 根据近似公式计算所需翼缘板面积：2w w x w 15946.8 1.4150 71.31cm 61506 t h W bt h ?= -=-= 翼缘板宽：b =(1/~1/6)h =250~600mm ，取b=420mm 。 翼缘板厚：t =7131/420=，取t=16mm 。 翼缘外伸宽度：b 1=(420-14)/2=203mm 。 1203 12.71316 b t ==<=
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?=
第三章部分习题参考答案 已知A3F 钢板截面mm mm 20500?用对接直焊缝拼接，采用手工焊焊条E43型，用引弧板，按Ⅲ级焊缝质量检验，试求焊缝所能承受的最大轴心拉力设计值。 解：焊缝质量等级为Ⅱ级，抗拉的强度设计值2 0.85182.75/w f f f N mm == 采用引弧板，故焊缝长度500w l b mm == 承受的最大轴心拉力设计值3 500*20*182.75*10 1827.5N btf kN -=== 焊接工字形截面梁，在腹板上设一道拼接的对接焊缝(如图3-66)，拼接处作用荷载设计值：弯矩M=1122kN ·mm ，剪力V=374kN ，钢材为Q235B ，焊条为E43型，半自动焊，三级检验标准，试验算该焊缝的强度。 解：（1）焊缝截面的几何特性 惯性矩3341 (28102.827.2100)26820612 x I cm = ?-?= 一块翼缘板对x 轴的面积矩 3 128 1.4(507)2234.4X S cm =??+= 半个截面对x 轴的面积矩 3 1500.8253234.4X X S S cm =+??= （2）焊缝强度验算 焊缝下端的剪应力332 14 374102234.41038.9/268206108 x x w VS N mm I t τ???===?? 焊缝下端的拉应62max 4 112210500209/0.852******** x M h N mm f I σ??=?==>? 所以，该焊缝不满足强度要求（建议将焊缝等级质量提为二级） 则 max σ2209/N mm =<215f =2/N mm 下端点处的折算应 2222max 3219.6/ 1.1236.5/N mm f N mm στ+=<= 且焊缝中点处剪应力 33 224 374103234.41056.3/125/268206108 w x v x w VS N mm f N mm I t τ???===<=?? 试设计如图3-67所示双角钢和节点板间的角焊缝连接。钢材Q235-B ，焊条E43型，
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3550mm 2，扣除孔洞后的净面积为3249275.213550A n =??-=mm 2。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215f =N/mm 2，构件的压应力为2155.1383249 10450A N 3n <≈?==σN/mm 2，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 19712.19.8169.27N g =???=N ； 构件的拉应力为215139.113249 197110450A N N 3n g <≈+?=+=σN/mm 2，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215f =，125f v =。 可变荷载控制组合：24kN .47251.410.22.1q =?+?=， 永久荷载控制组合：38.27kN 250.71.410.235.1q =??+?= 简支梁的支座反力（未计梁的自重）129.91kN ql/2R ==，跨中的最大弯矩为m 63kN .1785.547.248 1ql 81M 22max ?≈??==，梁所需净截面抵抗矩为 36x max nx 791274mm 215 1.051063.178f M W ≈??==γ， 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 229mm 24 550024l h min ≈==， 按经验公式可得梁的经济高度为 347mm 3007912747300W 7h 33x e ≈-=-=， 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3nx 791274mm 875000W >=，截面高度 229mm 360h >=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3nx 791274mm 942000W >=， 截面高度229mm 400h >=。 普通工字钢梁翼缘的外伸宽度为
第一章：绪论 1：钢结构有哪些特点？ 1）轻质高强 2）塑性韧性好 3）材质均匀，和力学计算假定较符合 4）密闭性好 5）制造简便，施工周期短 6）耐腐蚀性差 7）耐热但不耐火 2：简述在工业与民用建筑中钢结构适用范围？ 1）大跨度结构2）重型工业房 3）高耸结构 4）多层和高层建筑 5）承受振动荷载影响和地震作用的结构 6）可卸载和移动结构 7）板桥结构及其他结构 8）轻型钢结构 3：什么是结构的极限状态、承载能力极限状态和正常使用极限状态？ 极限状态：当结构或其组成部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态就称为该功能的极限状态。 承载能力极限状态：结构和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于继续承载，结构和构件丧失稳定，结构转变为机动体系和结构倾覆。 正常使用极限状态：包括影响结构、构件和非构件正常使用或外观的变形，影响正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部破坏。 4：什么是结构的可靠概率，失效概率以及可靠指标？可靠指标与失效概率的关系？ 可靠概率：结构处于可靠状态的概率。失效概率：结构处于失效状态的概率。 可靠指标：对于一个结构状态的方程，平均值与标准差的比值称为构件可靠指标。 可靠指标增大失效概率减小。
5：为何在正常使用极限状态时，荷载采用标准值，而在承载能力极限状态时，荷载采用设计值？ 对于正常使用极限状态，可靠度可适当降低。 第二章：钢结构材料 1：钢结构对材料性能有哪些要求？ 答：较高的强度，较好的变形能力，良好的工艺性能（冷加工、热加工、可焊性） 2：材料的塑性破坏和脆性破坏有何区别？ 答：塑性破坏变形很大，并且仅在构件应力达到钢材抗拉强度才发生。脆性破坏变形很小，计算应力可能小于钢材屈服点，断裂从应力集中开始。 3：钢材有哪几项主要性能，分别可用什么指标来衡量？ 答：强度，指标是屈服强度和抗拉强度。 塑性，指标是伸长率和断面收缩率。冲击韧性，指标是冲击韧性指标。 冷弯性能 可焊性 4：影响钢材性能的主要因素有哪些？ 答：化学成分的影响、浇筑过程及热处理的影响、钢材的硬化、温度影响、重复荷载作用的影响、应力集中的影响。 5：简述化学元素对钢材性能有哪些影响？ 答：碳含量增加，钢强度提高，塑性、韧性和疲劳强度下降。 高温时，硫和氧使钢变脆，称为热脆；低温时，磷和氮使钢变脆，称为冷脆。 硅和锰是炼钢的脱氧剂，使钢材强度提高。 钒和钛是有益元素，增高钢的强度和抗腐蚀性。 铜在碳素钢中属于杂质，能提高强度和抗腐蚀性能，但会降低可焊性。 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，若重复的卸载、加载，将使钢材弹性极限得到提高，塑性降低，这种现象称为钢材的冷作硬化。钢材放置一段时间后，强度提高，塑性降低，称为时效硬化。 7：简述温度对钢材主要性能有何影响？
所有习题中为计算方便，仅3.10考虑了重力，大家做题时根据实际情况判断是否考虑重力。 第三章 3.9图为一两端铰接的焊接工字形等截面钢梁，钢材为Q235。梁上作用有两个集中荷载P =300 kN （设计值），集中力沿梁跨度方向的支承长度为100mm 。试对此梁进行强度验算并指明计算位置。 解：首先计算梁的截面模量，计算出梁在荷载作用下的弯矩和剪力，然后按照规定的计算公式，分别验算梁的抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度和折算应力强度等。 （1）计算截面模量 324x 1 88002280104041255342933mm 12 I = ??+???= 334 y 11 210280800836620800mm 1212I =???+??=3x1280104041131200mm S =??= 3x2400 113120040081771200mm 2 S =+?? = （2）验算截面强度 梁上剪力和弯矩图分布如图所示，由此确定危险点。 ①弯曲正应力 B 、 C 两点间梁段弯矩最大 ()128010213.51310 b t -==>，不考虑截面发展塑性 6x max x nx 60010410 196MPa 215MPa 11255342933 M f W σγ??===<=? ②剪应力 A 、 B 两点间梁段和 C 、 D 两点间的梁段上的剪力最大 3x2max v x w 30010177120052.9MPa 125MPa 12553429338 VS f I t τ??===<=? ③局部承压 在集中力作用B 、C 两点处没有加劲肋，应验算局部承压应力。
x y R 52100510150mm l a h h =++=+?= 3 c z w 130010250MPa>215MPa 1508 F f l t ψσ??====? ④折算应力 B 左截面、 C 右截面处同时存在较大的弯矩、剪力和局部压应力，应计算腹板与翼缘交界处的折算应力。 局部承压验算已不满足，此处不必验算折算应力。 3.10一焊接工字形截面简支梁，跨中承受集中荷载P=1500kN （不包含自重），钢材为Q235，梁的跨度及几何尺寸如图所示。试按强度要求确定梁截面。 解：①内力计算 梁的支座反力（未计主梁自重）： 1.21500 900kN 2 R ?== 跨中最大弯矩：max 1.2150083600kN m 44 PL M ??===? ②初选截面 梁所需要的净截面抵抗矩为：6 33x nx x 36001015946843.85mm 15946.8cm 1.05215 M W f γ?===≈? 梁的高度在净空上无限制，按刚度要求，工作平台主梁的容许挠度为l /400，则梁容许的最小高度为：（参照均布荷载作用） min 8000 533.3mm 1515 l h ≥ == 按经验公式，可得梁的经济高度：e 3030146.2cm h === 参照以上数据，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h w =150cm 。 腹板厚度按抗剪强度：max w v 1.2 1.2900000 5.76mm 1500125 w V t h f ?≥ ==? 考虑局部稳定和构造因素： 1.11cm w t === 取腹板t=14mm 。 根据近似公式计算所需翼缘板面积：2w w x w 15946.8 1.4150 71.31cm 61506 t h W bt h ?= -=-= 翼缘板宽：b =(1/2.5~1/6)h =250~600mm ，取b=420mm 。 翼缘板厚：t =7131/420=16.9mm ，取t=16mm 。 翼缘外伸宽度：b 1=(420-14)/2=203mm 。
钢结构(第三版)戴国欣主编__课后习题答案 第三章钢结构的连接 3.1 试设计双角钢与节点板的角焊缝连接（图3.80）。钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊，轴心力N=1000KN（设计值），分别采用三面围焊和两面侧焊进行设计。 解：（1）三面围焊 确定焊脚尺寸： ，， 内力分配： 焊缝长度计算： ， 则实际焊缝长度为，取310mm。 ， 则实际焊缝长度为，取120mm。 （2）两面侧焊 确定焊脚尺寸：同上，取， 内力分配：， 焊缝长度计算： ， 则实际焊缝长度为: ，取390mm。 ， 则实际焊缝长度为: ，取260mm。 3.2 试求图3.81所示连接的最大设计荷载。钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊，角焊缝焊脚尺寸，。 焊脚尺寸： 焊缝截面的形心： 则 （1）内力分析：V=F， （2）焊缝截面参数计算： （3）应力计算 T引起的应力：
V引起的应力： （4） 3.3 试设计如图3.82所示牛腿与柱的连接角焊缝①、②、③。钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊。 （1）内力分析：V=F=98KN， （2）焊缝截面参数计算：取 焊缝截面的形心： （3）应力计算 M引起的应力： V引起的应力： （4） 3.4 习题3.3的连接中，如将焊缝②及焊缝③改为对接焊缝（按三级质量标准检验），试求该连接的最大荷载。 （1）内力分析：V=F， （2）焊缝截面参数计算： （3）应力计算 M引起的应力： V引起的应力： （4） 3.5 焊接工字形梁在腹板上设一道拼接的对接焊缝（图3.83），拼接处作用有弯矩，剪力V=374KN，钢材为Q235B钢，焊条用E43型，半自动焊，三级检验标准，试验算该焊缝的强度。 （1）内力分析：V=374KN， （2）焊缝截面参数计算： （3）应力计算 腹板和翼缘交接处：
一、选择题 1 钢材在低温下，强度 A 塑性 B ，冲击韧性 B 。 (A)提高 (B)下降 (C)不变 (D)可能提高也可能下降 2 钢材应力应变关系的理想弹塑性模型是—A—。 3 在构件发生断裂破坏前，有明显先兆的情况是 B 的典型特征。 (A)脆性破坏 (B)塑性破坏 (C)强度破坏 (D)失稳破坏 5 钢材的设计强度是根据—C—确定的。 (A)比例极限 (B)弹性极限 (C)屈服点 (D)极限强度 6 结构工程中使用钢材的塑性指标，目前最主要用—D—表示。 (A)流幅 (B)冲击韧性 (C)可焊性 (D)伸长率 7 钢材牌号Q235，Q345，Q390是根据材料—A—命名的。 (A)屈服点 (B)设计强度 (C)标准强度 (D)含碳量 8 钢材经历了应变硬化(应变强化)之后—A—。 (A)强度提高 (B)塑性提高 (C)冷弯性能提高 (D)可焊性提高 9 型钢中的H钢和工字钢相比，—B—。 (A)两者所用的钢材不同 (B)前者的翼缘相对较宽 (C)前者的强度相对较高 (D)两者的翼缘都有较大的斜度 10 钢材是理想的—C—。 (A)弹性体 (B)塑性体 (C)弹塑性体 (D)非弹性体 11 有两个材料分别为Q235和Q345钢的构件需焊接，采用手工电弧焊，—B—采用E43焊条。 (A)不得 (B)可以 (C)不宜 (D)必须 13 同类钢种的钢板，厚度越大，—A—。 (A)强度越低 (B)塑性越好 (C)韧性越好 (D)内部构造缺陷越少 14 钢材的抗剪设计强度fv与f有关，一般而言，fv＝—A—。
(A)f ／3 (B) 3f (C)f ／3 (D)3f 16 钢材在复杂应力状态下的屈服条件是由—D —等于单向拉伸时的屈服点决定的。 (A)最大主拉应力1σ (B)最大剪应力1τ (C)最大主压应力3σ (D)折算应力eq σ 17 k α是钢材的—A —指标。 (A)韧性性能 (B)强度性能 (C)塑性性能 (D)冷加工性能 18 大跨度结构应优先选用钢结构，其主要原因是___ D _。 (A)钢结构具有良好的装配性 (B)钢材的韧性好 (C)钢材接近各向均质体，力学计算结果与实际结果最符合 (D)钢材的重量与强度之比小于混凝土等其他材料 19 进行疲劳验算时，计算部分的设计应力幅应按—A —。 (A)标准荷载计算 (B)设计荷载计算 (C)考虑动力系数的标准荷载计算 (D)考虑动力系数的设计荷载计算 21 符号L 125X80XlO 表示—B —。 (A)等肢角钢 (B)不等肢角钢 (C)钢板 (D)槽钢 23 在钢结构的构件设计中，认为钢材屈服点是构件可以达到的—A —。 (A)最大应力 (B)设计应力 (C)疲劳应力 (D)稳定临界应力 24 当温度从常温下降为低温时，钢材的塑性和冲击韧性—B —。 (A)升高 (B)下降 (C)不变 (D)升高不多 27 钢材的冷作硬化，使—C — 。 (A)强度提高，塑性和韧性下降 (B)强度、塑性和韧性均提高 (C)强度、塑性和韧性均降低 (D)塑性降低，强度和韧性提高 28 承重结构用钢材应保证的基本力学性能内容应是—C —。 (A)抗拉强度、伸长率 (B)抗拉强度、屈服强度、冷弯性能 (C)抗拉强度、屈服强度、伸长率 (D)屈服强度、伸长率、冷弯性能 29 对于承受静荷载常温工作环境下的钢屋架，下列说法不正确的是—C —。 (A)可选择Q235钢 (B)可选择Q345钢 (C)钢材应有冲击韧性的保证 (D)钢材应有三项基本保证 30 钢材的三项主要力学性能为—A —。 (A)抗拉强度、屈服强度、伸长率 (B)抗拉强度、屈服强度、冷弯 (C)抗拉强度、伸长率、冷弯 (D)屈服强度、伸长率、冷弯 31 验算组合梁刚度时，荷载通常取—A —。 (A)标准值 (B)设计值 (C)组合值 (D)最大值 33 随着钢材厚度的增加，下列说法正确的是—A — 。 (A)钢材的抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度均下降
2 2 则 m ax 209 N / mm < f 215 N / mm 第三章部分习题参考答案 3.8已知A3F 钢板截面500mm 20mm 用对接直焊缝拼接，采用手工焊焊条 E43型, 用引弧板，按川级焊缝质量检验，试求焊缝所能承受的最大轴心拉力设计值。 解：焊缝质量等级为n 级，抗拉的强度设计值 0.85f 182.75N / mm 2 采用引弧板，故焊缝长度 J b 500mm 承受的最大轴心拉力设计值 N btf 500*20*182.75*10 3 1827.5kN 焊接工字形截面梁，在腹板上设一道拼接的对接焊缝 （如图3-66）,拼接处作用荷载 弯矩M=1122kN ? mm ,剪力V=374kN ,钢材为 Q235B ,焊条为E43型，半自动焊, 3 3 4 102.8 27.2 100 ) 268206cm 块翼缘板对x 轴的面积矩 半个截面对x 轴的面积矩 （2）焊缝强度验算 所以，该焊缝不满足强度要求（建议将焊缝等级质量提为二级） 3.9 设计值： 三级检验标准，试验算该焊缝的强度。 S X1 28 1.4 (50 7) 2234.4 cm 3 S X S X1 50 0.8 25 3234.4 cm 3 焊缝下端的剪应力 VS xi 374 103 22344 103 38.9N/mm 2 焊缝下端的拉应 max 1 x t w 268206 104 8 I x 1122 106 500 209N/mm 2 0.85f 268206 104
下端点处的折算应■' ；ax 3 2 219.6N / mm 2 1.1f 236.5N / mm 2 且焊缝中点处剪应力 实际长度 h l w1 2h f =272mm ,取 280mm 同理满足构造要求 实际长度 I 2 l w2 2h f =124mm ,取 130mm ②采用三面围焊 一. 构件端部正面角焊缝所能承受的力 VS x 1 x t w 374 103 3234.4 103 268206 104 8 56.3N / mm 2 f ： 125N/mm 2 3.10试设计如图3-67所示双角钢和节点板间的角焊缝连接。钢材 Q235-B ，焊条E43 型，手工焊，轴心拉力设计值 N=500kN （静力荷载）。①采用侧焊缝；②采用三面围焊。 解：①采用侧焊缝 一?角焊缝的焊脚尺寸 h f 最大 h f t （1: 2）mm 6mm 最小 h f 1.5 t max 4.7mm 采用h f =6mm.满足上述要求（规范第 8.2.7 条） 二?角钢背部侧面角焊缝长度 N 1 N 0.7 500 350kN 则所需角焊缝长度 w1 N 1 0.7h f f t w 350 103 2 0.7 6 160 260mm l w1 60h f 360mm , l w1 8h f 48mm ，满足构造要求 三?角钢趾部侧面角焊缝长度 N 0.3 500 150kN 则所需角焊缝长度 N 2 0.7h f 3 150 103 2 0.7 6 160 112mm N 2 l w2
第七章 解：钢材为Q235钢，焊条为E43型，则角焊缝的强度设计值w 2 f 160N/mm f =。 图示连接为不等肢角钢长肢相连，故K 1=，K 2=。 焊缝受力：110.65600390kN N K N ==?= 220.35600210kN N K N ==?= 所需焊缝计算长度，肢背：3 1w1w f1f 39010217.6mm 20.720.78160 N l h f ?===???? 肢尖：3 2w2w f2f 21010156.3mm 20.720.76160 N l h f ?===???? 侧面焊缝实际施焊长度，肢背：1w1f12217.628233.6mm l l h =+=+?=，取240mm ； 肢尖： 2w2f22 156.326165.6mm l l h =+=+?=，取170mm 。 — 解：① ()()fmin fmax 6mm 1~2121~210~11mm h h t ====-=-=取f 8mm h = 焊缝有效截面的形心位置： ()120.781921920.78256.1mm 20.7819230020.780.78 x ?? ?????+? ? ??==???++???? 、 ()()32 4x 10.7830020.7820.781921500.7866128649mm 12 I = ???+??+????+?= ()2 y 2 3 4 0.7830020.7856.111920.7820.781920.7819256.116011537mm 1222I =??+????????+????+???+-=?? ??????? 4x y 661286491601153782140186mm J I I =+=+=
3.1 简述大跨度屋盖结构的形式。 大跨屋盖钢结构根据受力特点的不同可以分为（平面结构体系）和（空间结构体系）两大类。 平面结构体系：梁式结构（平面桁架、立体桁架）、平面刚架和拱式结构。 空间结构体系：空间网格结构、大部分索结构、斜拉结构、张拉整体结构。 3.2 简述双层网架的常用形式及各自的特点，附图举例 ·平面桁架系网架两向正交正放网架 两向正交斜放网架 三向网架 特点：上下弦杆完全对应并与腹杆位于同一竖向平面内。一般情况下竖杆受压，斜杆受拉。斜腹杆与弦杆夹角宜在40~60度之间 ·四角锥体系网架正放四角锥网架 正放抽空四角锥网架 棋盘形四角锥网架 斜放四角锥网架 星形四角锥网架 特点：由若干倒置的四角锥按一定规律组成。网架的上下弦平面均为方形网格，下弦节点均在上弦网格形心的投影线上，与上弦网格四个节点用斜腹杆相连。 ·三角锥体系网架三角锥网架 抽空三角锥网架 蜂窝形三角锥网架 特点：基本单元是锥底为正三角形的倒置三角锥。追第三条边为网架上弦杆，棱边为网架腹杆，连接锥顶的杆件为网架下弦杆。 3.3 如何对网架进行选型？ 网架的选型应该结合建筑的平面形状，要求，荷载和跨度的大小，支承情况和造价等因素综合分析确定。一般情况下划分为：大跨度60m以上，中跨度30~60m,小跨度为30m 以下。 3.4 简述网架的计算要点。 （1）直接作用（荷载）和间接作用：网架结构应对试用阶段荷载作用下的内力和位移进行计算，并应根据具体情况对地震作用、温度变化、支座沉降等间接作用及施工安装荷载引起的内力和位移进行计算。 1）网架结构的永久荷载和可变荷载； 2）地震作用（竖向）：在抗震设防烈度为6度或7度的地区，网架屋架结构可不进行竖向抗震验算；在抗震设防烈度为8度或9度的地区，网架屋盖结构应进行竖向抗震验算。 地震作用（水平）：在抗震设防烈度为7度的地区，可不进行网架结构水平抗震验算 3.5 简述目前国内常用的空间网格结构节点形式，并用图说明。
第三章钢结构的连接 3.1 试设计双角钢与节点板的角焊缝连接（图3.80）。钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊，轴心力N=1000KN（设计值），分别采用三面围焊和两面侧焊进行设计。 解：（1）三面围焊2 160/ w f f N mm = 1 2 3 α= 2 1 3 α= 确定焊脚尺寸： ,max min 1.2 1.21012 f h t mm ≤=?=， ,min min 1.5 1.512 5.2 f h t mm ≥==，8 f h mm = 内力分配： 3 0.7 1.2220.78125160273280273.28 w f f f N h b f N KN β =???=?????== ∑ 3 22 1273.28 1000196.69 232 N N N KN α =-=?-= 3 11 2273.28 1000530.03 232 N N N KN α =-=?-= 焊缝长度计算： 1 1 530.03 296 0.720.78160 w w f f N l mm h f ≥== ???? ∑， 则实际焊缝长度为 1 296830460608480 w f l mm h mm '=+=≤=?=，取310mm。 2 2 196.69 110 0.720.78160 w w f f N l mm h f ≥== ???? ∑， 则实际焊缝长度为 2 110811********* w f l mm h mm '=+=≤=?=，取120mm。 （2）两面侧焊 确定焊脚尺寸：同上，取 1 8 f h mm =， 2 6 f h mm = 内力分配： 22 1 1000333 3 N N KN α ==?=， 11 2 1000667 3 N N KN α ==?= 焊缝长度计算： 1 1 667 372 0.720.78160 w w f f N l mm h f ≥== ???? ∑，
第三章钢结构连接习题 3.1简述钢结构连接的类型及特点 3.2受剪普通螺检有哪几种可能的破坏形式？如何防止？ 3.3简述普通螺检连接与高强度螺栓摩擦型连接在弯矩作用下计算时的异同点？ 3.4为何要规定螺栓排列的最大和最小间距要求？ 3.5影响高强螺栓承载力的因素有哪些？ 3.6有一焊接连接如图所示，钢材为Q235钢，焊条为E43系列，采用手工焊接，承受的静力荷载设计值N = 600kN，试计算所需角焊缝的长度。 习题3.6图 3.7如图所示的螺栓双盖板连接，构件钢材为Q235钢，承受轴心拉力，螺栓为8.8级高强度螺检摩擦型连接，接触面喷砂处理，螺栓直径d=20mm，孔径d o = 21. 5 mm，试计算此连接最大承载力N=？ 3.8图示焊接连接采用三面围焊，焊脚尺寸为6mm,钢材为Q235B·F钢，试计算此连接所能承受最大拉力N=？ 习题3.8图 3.9图示牛腿板承受扭矩设计值T=60kN·m,钢材为Q235B·F钢，焊条为E43系列。
①方案一：采用三面围焊的角焊缝与柱连接，试设计此角焊缝。 ②方案二：采用四面围焊的角焊缝与柱连接，焊角尺寸可以减少多少？ ③方案二所耗焊条是否少于方案一？ 习题3.9图 3.10图示连接中，2∟I00x80x10（长肢相并）通过14mm厚的连接板和20mm厚的端板连接于柱的翼缘，钢材用Q235-B·F，焊条为E43系列型，采用手工焊接，所承受的静力荷载设计值N=540kN。 ①要求确定角钢和连接板间的焊缝尺寸。 ②取d1=d2 = 170mm，确定连接板和端板间焊缝的焊角尺寸h f=? ③改取d1=150mm, d2 = 190mm,验算上面确定的焊角尺寸h f是否满足要求？ 习题3.10图 3.11图示为C级螺栓的连接，钢材为Q235钢，已知d = 20mm, d e=17.65mm, d o=21.5mm，承受设计荷载P=l50kN
第3章 连接 1、试计算题1图所示角焊缝连接的焊脚尺寸。已知：连接承受静力荷载设计值300P kN =， 240N kN =，钢材为Q235BF ，焊条为E43型，2 160w f f N mm =，设计算焊缝长度为实际焊缝 长度减去10m m 。 2、计算如2题图所示角焊缝连接能承受的最大静力设计荷载P 。已知：钢材为Q235BF ，焊条为E43型，2 /160mm N f w f =，考虑到起灭弧缺陷，每条角焊缝计算长度取为mm 290。 2 解：120 P 5 3M ,P 5 3V ,P 54N ?= == p 33.0290 67.0210 p 54 A N 3 e N =????= = σ p 25.0290 67.0210 p 53A N 3 e N =????= = τ p 61.0290 67.06 1210 120p 53 W M 2 3 f M =???? ??== σ 题2图 题1图 1
2 w f 2 22 V 2M N mm /N 160f ) P 25.0()22 .1P 61.0P 33.0( ) ()22 .1( =≤++=τ+σ +σ kN 5.197P ≤ 3、图示角焊缝连接，承受外力kN N 500=的静载，mm h f 8=，2 160mm N f w f =，没有 采用引弧板，验算该连接的承载力。 3 解：400, 300x y N kN N kN == 2 3 65.90) 82410(87.0210 400mm N l h N w e x f =?-????= = ∑σ 2 3 98.67)82410(87.0210 300mm N l h N w e y f =?-????= = ∑ τ w f f f f f mm N ≤=+=+2 2 222 7.10098 .67)22 .165.90()( τβ σ 4、计算图示角焊缝连接中的f h 。已知承受动荷载，钢材为Q235-BF ，焊条为E43型，2 160mm N f w f =，偏离焊缝形心的两个力kN F 1801=，kN F 2402=，图中尺寸单位：mm ，有 引弧板。 4解：将外力1F ，2F 移向焊缝形心O ，得： 题3图