鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)題

1、例5.5.7 按構(gòu)造要求計(jì)算焊腳的尺寸要求：確定圖5.5.7所示貼邊焊的合理焊腳尺寸.答案：根據(jù)規(guī)范第8.2.7條第一款、第二款的規(guī)定 1） 在圖5.5.7（a）中， 取 取 因是貼邊焊：所以取合理。2） 在圖5.5.7（b）中 取 取 因是貼邊焊且取所以取焊腳尺寸合理。例5.5.10角鋼用角焊縫連接于鋼柱上的焊縫計(jì)算條件：如圖5.5.10所示，角鋼用角焊縫連于鋼柱上。焊縫分布于角鋼二側(cè)。焊腳尺寸，鋼材為Q345，焊條E50型，手工焊。 要求：確定焊縫所能承受的最大靜力荷載直F。 答案：將偏心力F向焊縫群形心簡(jiǎn)化，則焊縫同時(shí)承受彎矩和剪力VFkN，按最危險(xiǎn)點(diǎn)A或B確定焊腳尺寸。因轉(zhuǎn)角處有繞角焊

2、縫2，故焊縫計(jì)算長(zhǎng)度不考慮弧坑影響，200mm。 焊縫計(jì)算截面的幾何參數(shù)： 應(yīng)力分量： ：0，3571F由規(guī)范表3.4.13查得角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值嚴(yán)。解得：.因此該連接所能承受的最大靜力荷載設(shè)計(jì)值為450.7kN. 例5.5.15】 豎立鋼板用角焊縫連接于鋼柱上的焊縫計(jì)算（拉、剪） 條件：圖5.5.16所示，一豎立鋼板用有 鋼柱上。已知焊縫承受的靜態(tài)斜向力N=280N（設(shè) 計(jì)值），60°，角焊縫的焊腳尺寸8mm，鋼材為Q235B，手工焊，焊條E43. 要求：驗(yàn)算直角角焊縫的強(qiáng)度 答案：查表得 1）解法1 將N力分解力垂直于焊縫和平行于焊縫的分力，即焊縫同時(shí)承受和作用，可用規(guī)范式（7.1

3、.3-3）驗(yàn)算 2）解法2 已知=60° 280kN，滿足要求 例5.5.17】 角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接計(jì)算（兩邊側(cè)焊連接） 條件：如圖5.5.19所示，角鋼和節(jié)點(diǎn)板采用兩面?zhèn)群负缚p連接，N667kN（靜載設(shè)計(jì)值），角鋼為，節(jié)點(diǎn)板厚度為10mm，鋼材為Q235，焊條為E43型，手工焊。 要求：試確定所需焊縫的厚度和施焊長(zhǎng)度 答案：角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 角鋼肢尖處 角鋼肢背處 角鋼肢背、肢尖都?。ń卿撝澈椭饪刹捎孟嗤暮改_尺寸，也可使肢背的焊腳尺寸比肢尖的大2mm）。 所需焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為 側(cè)面焊縫實(shí)際施焊長(zhǎng)度為，取280mm，取130mm例5.5.18 角鋼和節(jié)點(diǎn)板連接計(jì)算（三面圍焊連接）

4、 條件：圖5.5.20所示角焊縫與連結(jié)板的三面圍焊連接中，軸心力設(shè)計(jì)值N=800Kn(靜力荷載)，角鋼為2L110×70×10（長(zhǎng)肢相連），連接板厚度為12mm，剛才Q235，焊條E43型，手工焊。 要求：試確定所需焊腳尺寸和焊縫長(zhǎng)度。答案：設(shè)角鋼肢背、肢尖及端部焊腳尺寸相同，取;由規(guī)范表3.4.13查的角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值160Nm。端縫能承受的內(nèi)里為：肢背和肢尖分擔(dān)的內(nèi)力為：肢背和肢尖焊縫需要的實(shí)際長(zhǎng)度為： 取235mm 取100mm 例 5.5.24 兩鋼板拼接的螺栓連接條件：兩截面為的鋼板，采用雙蓋板和C級(jí)普通螺栓連接，螺栓M20，剛才Q235，承受軸心拉力設(shè)計(jì)值N=9

5、40Kn. 要求：試設(shè)計(jì)此鏈接。答案：1）確定連接蓋板截面。采用雙蓋板拼接，截面尺寸選，于連接鋼板截面面積相等，剛才也采用Q235.2)確定螺栓數(shù)目和螺栓排列布置。由規(guī)范表3.4.1-4查得：，。單個(gè)螺栓受剪承載力設(shè)計(jì)值：?jiǎn)蝹€(gè)螺栓承壓承載力設(shè)計(jì)值：則連接一側(cè)所需螺栓數(shù)目為：個(gè)，取n=12個(gè)。采用圖5.5.26所示的并列布置。連接蓋板尺寸采用2塊，其螺栓的中距、邊距和端距均滿足規(guī)范表8.3.4的構(gòu)造要求。3）驗(yàn)算連件的凈截面強(qiáng)度。由規(guī)范表3.4.1-1查得。連接鋼板在截面受力最大的N,連接蓋板則是截面受力最大也是N，但是因兩者剛才、截面均相同，故只驗(yàn)算連接鋼板。設(shè)螺栓孔徑。滿足。例5.5.27梁

6、柱相連的螺栓連接條件：圖5.5.29所示梁用普通C級(jí)螺栓與柱的翼緣相連。此連接承受剪力設(shè)計(jì)值V=260kN，彎矩設(shè)計(jì)值M38kNm，梁端豎板下設(shè)上支托。鋼材Q235，螺栓直徑20mm螺紋處的有效面積，焊條采用E43系列，手工焊。 要求：按可拆卸的和永久性的兩種情況分別設(shè)計(jì)此連接。答案：1.假定結(jié)構(gòu)為可拆卸的，且支托只在安裝時(shí)起作用，此時(shí)螺栓需同時(shí)承受拉力和剪力。設(shè)螺栓群繞最下一排螺栓旋轉(zhuǎn)，采用10個(gè)螺栓分兩列均勻排開(kāi)，如圖5.5.29（a），其內(nèi)力分布如圖5.5.29（c）所示。最上排螺栓承受的拉力最大，按下列公式計(jì)算： 每個(gè)螺栓承受的剪力為： 查規(guī)范表3.4.1-4，Q235級(jí)鋼普通C級(jí)螺栓

7、 ， 單個(gè)螺栓的承載力為： 按規(guī)范公式（7.2.1-8）和（7.2.1-9）的要求：,滿足要求。2.假定結(jié)構(gòu)為永久性的，剪力V由支托承受，彎矩N由螺栓承受。取螺栓實(shí)木為8個(gè)，均勻排成兩列如 圖5.5.2（d）所示，其內(nèi)力分布如圖5.5.29（e）。最上一排單個(gè)螺栓承受拉力為：支托和柱翼緣的連接用側(cè)面角焊縫，查表得，考慮V力對(duì)焊縫的偏心影響，取，。例5.5.33】 角鋼和節(jié)點(diǎn)板的搭接連接（用螺栓連接條件：有一角鋼和節(jié)點(diǎn)板搭接的螺栓連接，鋼材為Q235B·F鋼。承受的軸心拉力設(shè)計(jì)值計(jì)值（靜載）。采用C級(jí)螺栓，用的角鋼組成T形截面（見(jiàn)圖5.5.33），截面積。 要求：確定螺栓數(shù)量和布置 答

8、案：1.栓直徑確定 根據(jù)在角鋼上設(shè)置螺栓的構(gòu)造要求，在角鋼上的栓孔最大開(kāi)孔直徑為23.5mm，線距e=50mm。據(jù)此選用M20螺栓，孔徑為。由螺栓的最大、最小容許距離queding螺栓邊距和中距。順內(nèi)力方向邊，故取端距為45mm中距（螺距），故取端距為65mm螺栓數(shù)目確定：一個(gè)C級(jí)螺栓受剪承載力設(shè)計(jì)值為所需螺栓數(shù)目n為個(gè) 取7個(gè)螺栓布置如圖5.5.33所示。故螺栓的承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以折減系數(shù)為得所需螺栓數(shù)為個(gè)所以取7個(gè)螺栓滿足螺栓抗剪要求。3.構(gòu)建凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算所以該連接按M20，7個(gè)螺栓如圖布置滿足要求。例5.5.37】 鋼板連接的承載力計(jì)算（用螺栓連接） ！條件：圖示5.5.35的兩塊鋼板

9、被兩塊蓋板用M20的C級(jí)螺栓拼接，螺栓孔徑d22mm。螺栓排列如圖5.5.35。鋼材為。要求：試確定此拼接所能承受的最大軸心拉力設(shè)計(jì)值N（靜載）。答案：1螺栓的排列距離校核 C級(jí)螺栓的M20，應(yīng)取栓空。螺栓中心間距、中心至構(gòu)件邊緣距離均符合螺栓排列距離的最大、最小要求。2.螺栓能承受的最大軸心拉力設(shè)計(jì)值 一個(gè)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值為 。是短拼頭，螺栓承載力不折減。所以：所以螺栓能承受的最大拉力設(shè)計(jì)值為3.構(gòu)件能承受的最大軸心拉力設(shè)計(jì) 值由圖5.5.35（b）主板軸力圖得主板1-1正交或折線截面是危險(xiǎn)截面。主板1-1正交 凈截面積主板1-1折線凈截面積為由圖5.5.35（b）蓋板軸力得蓋板3-3截

10、面是危險(xiǎn)截面.蓋板3-3凈截面積WEI 所以故所以，該連接所能承受的最大拉力設(shè)計(jì)值N（靜載）為由上計(jì)算表明，該連接多能承受的最大拉力設(shè)計(jì)值N是由主板凈截面強(qiáng)度條件控制。例5.5.38 鋼板連接的承載力計(jì)算（用高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接）條件：同例5.5.37，但改用8.8級(jí)M20高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接，接觸面采用噴砂后生赤銹處理。要求：試確定此拼接所呢個(gè)承受的最大拉力值N。答案：1.螺栓距離校核取，符合摩擦型栓孔比栓桿大1.52.0mm的要求。螺栓中心間距，中心至構(gòu)建邊緣距離同例5.5.37一樣，符合要求。2.螺栓能承受的最大軸心拉力設(shè)計(jì)值 在抗剪連接中，每個(gè)高強(qiáng)度摩擦型螺栓的承載力設(shè)計(jì)值為 所以為=

11、3.構(gòu)件能承受的最大軸心拉力設(shè)計(jì)值根據(jù)摩擦型螺栓軸力圖5.5.36和由圖5.5.35（b）主板軸力圖得主板1-1正交或折線截面是危險(xiǎn)截面。得主板1-1正交凈截面對(duì)應(yīng)的為得主板1-1折線凈截面對(duì)應(yīng)的為蓋板3-3凈截面,對(duì)應(yīng)的為主板毛截面A，對(duì)應(yīng)的為=697568N所以，該連接所能承受的最大拉應(yīng)力設(shè)計(jì)值N為由上計(jì)算表明，該連接多能承受的最大拉力設(shè)計(jì)值N是由主板凈截面強(qiáng)度條件控制。例5.2.3 焊接工形等截面簡(jiǎn)支梁的強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算條件：某焊接工字形等截面簡(jiǎn)支樓蓋梁，截面尺寸如圖5.2.3示，無(wú)削弱。在跨度中點(diǎn)和兩端都沒(méi)有側(cè)向支承，材料為Q235鋼。集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值，為間接動(dòng)力荷載，其中可變荷載效應(yīng)占一

12、半，多用正在梁的頂面，其沿梁跨度方向的支承為130mm。要求：驗(yàn)算該梁的強(qiáng)度和剛度答案：Q235鋼強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 樓蓋主梁的撓度容許值 1. 截面幾何特性計(jì)算面積 中和軸位置（圖5.2.3（b）：度強(qiáng)軸x軸的慣性矩式中略去不及翼緣板對(duì)自身形心軸的慣性矩。對(duì)受壓纖維的截面模量對(duì)受拉纖維的截面模量受壓翼緣板對(duì)x軸的面積矩受拉翼緣板對(duì)x軸的面積矩x軸以上（或以下）截面對(duì)x軸的面積矩2. 梁的內(nèi)力計(jì)算（1） 荷載計(jì)算梁自重標(biāo)準(zhǔn)值 式中1.2為考慮腹板加勁肋等附加構(gòu)造用鋼材使梁自重增大的系數(shù)，為鋼材質(zhì)量密度，9.807為重力加速度取值。梁自重設(shè)計(jì)值 集中荷載設(shè)計(jì)值 (2)梁的內(nèi)力計(jì)算（5.2.4）跨中截面彎

13、矩設(shè)計(jì)值 支座截面剪力設(shè)計(jì)值跨度中點(diǎn)截面處剪力設(shè)計(jì)值3. 截面強(qiáng)度計(jì)算（1） 抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算跨中截面受拉邊緣纖維因截面無(wú)削弱，翼緣厚t=14mm，受壓翼緣自由外伸寬度，查規(guī)范4.1.1條，取截面塑性發(fā)展系數(shù)。 基本滿足要求。（2） 梁支座截面處的抗剪強(qiáng)度 ，滿足要求。（3） 腹板局部承壓強(qiáng)度由于在跨度中點(diǎn)固定集中荷載作用處金額支座反力作用處設(shè)置支承加勁肋，因而不被驗(yàn)算腹板局部承壓強(qiáng)度。（4） 折算應(yīng)力 由跨度中點(diǎn)截面腹板計(jì)算高度下邊緣處控制，該處的正應(yīng)力剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力分別為：折算應(yīng)力：，滿足要求。4. 剛度計(jì)算（規(guī)范第3.5.1條）跨中最大撓度滿足要求。該梁的強(qiáng)度剛度均滿足要求。例5.2.6

14、雙軸對(duì)稱焊接工字形等截面簡(jiǎn)支梁的整體穩(wěn)定驗(yàn)算（跨中有一個(gè)側(cè)向支承點(diǎn)）條件：某焊接工字形等截面簡(jiǎn)支梁（圖5.2.6），跨度12m，自重2.45kNm（標(biāo)準(zhǔn)值）。梁上翼緣有3個(gè)集中荷載F500kN（設(shè)計(jì)值）分別作用于跨度的四分點(diǎn)處，跨度中點(diǎn)有一個(gè)側(cè)向支承，鋼材為Q343鋼。 要求：試驗(yàn)算此梁的整體穩(wěn)定性。 答案：（1）判斷是否要進(jìn)行整體穩(wěn)定計(jì)算 梁受壓翼緣側(cè)向自由長(zhǎng)度與其寬度的比值13，超過(guò)規(guī)范表4.2.1規(guī)定的數(shù)值，故進(jìn)行整體穩(wěn)定計(jì)算 （2）求最大彎矩設(shè)計(jì)值 （3）梁截面幾何特性 （4）鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值翼緣鋼板厚度為20mm，查規(guī)范表3.4.1-1得。（5）用近似公式計(jì)算因，可以用規(guī)范（B.5-1

15、）式計(jì)算 ，滿足要求.(6)用規(guī)范（B1）公式計(jì)算 按規(guī)范表B.1跨度中點(diǎn)有一個(gè)側(cè)向支承點(diǎn)的情況，但3個(gè)集中荷載不全位于跨中央附近，故根據(jù)注3，應(yīng)取表中項(xiàng)次5，即按均布荷載作用在上翼緣上的。雙軸對(duì)稱截面整體穩(wěn)定系數(shù)為 整體穩(wěn)定性滿足要求。例5.3.9】 工形截面柱的剛度、整體穩(wěn)定驗(yàn)算 條件：兩端鉸接軸心壓桿所受的軸向壓力設(shè)計(jì)值N=500kN，柱的高度為6m，設(shè)在x平面內(nèi)柱高為4.5m處有支撐系統(tǒng)以阻止柱的側(cè)向位移，柱截面為焊接工字形翼緣為軋制邊，尺寸如圖5.3.8所示，鋼材為Q235。 要求：驗(yàn)算整體穩(wěn)定性 答桑：根據(jù)題意可知。l）計(jì)算截面特征值。 毛截面面積： 截面慣性： （忽略腹板） 截面

16、回轉(zhuǎn)半徑： 2）柱的長(zhǎng)細(xì)比和剛度驗(yàn)算。 3）整體穗定驗(yàn)緝。 根據(jù)截面組成條件，從規(guī)范表5.1.-1知，對(duì)x軸屬b類，對(duì)y軸屬c類，查規(guī)范表C-2，C-3得： 滿足要求。例5.3.11工形截面柱的局部穩(wěn)定驗(yàn)算條件：焊接組合工字形截面軸心受壓柱，柱截面尺寸和軸心壓力與例5.3.10相同。 要求：驗(yàn)算實(shí)腹桂腹板和翼緣的局部穩(wěn)定。 答案：腹板高度，厚度；長(zhǎng)細(xì)比，翼緣外仲寬度，厚度。 腹板局部穩(wěn)定按規(guī)范公式（5.4.2-1）： 翼緣局部穩(wěn)定性按規(guī)范公式（5.4.1-1） 腹板和翼緣的局部穩(wěn)定均能得到保證。例5.3.14】 支架的桿件截面設(shè)計(jì) 條件：如圖5.3.12（a）所示為一管道支架，其支柱的設(shè)計(jì)壓力

17、為N16o0kN（設(shè)計(jì)值），柱兩端鉸接，鋼材為QZ35，截面無(wú)孔眼削弱。 要求：試設(shè)計(jì)此支柱的截面：采用普通軋制工字鋼； 答案：支柱在兩個(gè)方向的計(jì)算長(zhǎng)度不相等，故取如圖5.3.12（b）所示的截面朝向，將強(qiáng)軸順x軸方向，弱軸順y軸方向。這樣，柱在兩個(gè)方向的計(jì)算長(zhǎng)度分別為：（1）試選截面 假定90，對(duì)于軋制工字鋼，當(dāng)繞x軸失穩(wěn)時(shí)屬于a類截面，由規(guī)范表c-1查得繞y軸失穩(wěn)時(shí)屬于b類截面，由規(guī)范表C2查得。需要的截面面積和回轉(zhuǎn)半徑為： 不可能選出同時(shí)滿足的型號(hào)，可適當(dāng)照顧到和進(jìn)行選擇?，F(xiàn)試選（2） 截面驗(yàn)算因截面無(wú)孔眼削弱，可不驗(yàn)算強(qiáng)度。又因軋制工字鋼的翼緣和腹板均較厚，可不驗(yàn)算局部穩(wěn)定，只需進(jìn)行整

18、體穩(wěn)定和剛度驗(yàn)算。長(zhǎng)細(xì)比： 遠(yuǎn)大于，故由查規(guī)范表C-2得。例5.3.17 格構(gòu)柱的強(qiáng)度、穩(wěn)定和剛度驗(yàn)算條件：圖5.3.17所示截面的軸心受壓綴條柱，格構(gòu)式柱截面由兩個(gè)普通槽鋼（）組成，柱肢的中心距為260mm，綴條采用單角鋼（）。荷載的設(shè)計(jì)值為軸心壓力N=1750kN，柱的計(jì)算長(zhǎng)度為，鋼材為Q235，截面無(wú)削弱。要求：驗(yàn)算柱肢和綴條的強(qiáng)度、穩(wěn)定和剛度答案：1.截面特性：柱截面面積 單肢計(jì)算長(zhǎng)度 單肢回轉(zhuǎn)半徑 繞虛軸慣性矩 虛軸回轉(zhuǎn)半徑 長(zhǎng)細(xì)比 綴條截面面積 換算長(zhǎng)細(xì)比 2.截面驗(yàn)算雙槽鋼格構(gòu)式柱屬規(guī)范表5.1.2-1中的b類截面，只需要計(jì)算繞虛軸的穩(wěn)定性，查規(guī)范表C-2，當(dāng)時(shí)，于是 滿足整體穩(wěn)定要求；因截面無(wú)削弱不需要驗(yàn)算凈截面強(qiáng)度。局部穩(wěn)定：因柱肢為型鋼，局部穩(wěn)定能夠保證。4.剛度驗(yàn)算 5. 綴條截面驗(yàn)算：應(yīng)用