钢结构作业参考答案.doc

钢结构第4章作业参考答案

4.1 验算由2L63×5组成的水平放置的轴心拉杆的强度和长细比。轴心拉力的设计值为270KN，只承受静力作用，计算长度为3m。杆端有一排直径为20mm的孔眼（图4.37），钢材为Q235钢。如截面尺寸不够，应改用什么角钢？
注：计算时忽略连接偏心和杆件自重的影响。

解：查表
有孔洞，
危险截面是孔洞所在的正截面

此截面能承受的最大轴力为：

不满足要求
改用Q235，2L63×6，查得A=14.58cm2，

长细比：

满足要求。
4.2 一块━400×20的钢板用两块拼接板━400×12进行拼接。螺栓孔径为22mm，排列如图4.38所示。钢板轴心受拉，N=1350KN（设计值）。钢材为Q235钢，解答下列问题：
（1）钢板1-1截面的强度够否？
（2）是否还需要验算2-2截面的强度？假定N力在13个螺栓中平均分配，2-2截面应如何验算？
（3）拼接板的强度够否？

解：查表得t=20钢板,t=12钢板
(1)在1-1截面，
20厚钢板

12厚拼接板

所以，1-1截面强度满足设计要求。
（2）因2-2截面螺栓较1-1截面多，截面削弱较大，所以需要验算，方法同上。
20厚钢板

所以在2-2截面处亦满足要求
（3）验算拼接板的强度(靠近中心处的螺栓截面)
因，12厚拼接板

4.3 验算图4.39所示和摩擦型高强螺栓连接的钢板净截面强度。螺栓直径20mm，孔径22mm，钢材为Q235AF，承受轴心拉力N=600KN（设计值）。

解：查表得，且因螺栓对称布置

因两块拼接板厚度之和大于受力板，所以只须验算受力板的强度

验算净截面
验算毛截面
所以，满足要求
4.4 一水平放置两端铰接的Q345钢做成的轴心受拉构件，长9m，截面为由2L90×8组成的肢尖向下的T形截面，问是否能承受设计值为870KN的轴心

解：查表得2L90×8的，按一般建筑桁架杆件考虑，
（1） 强度验算

（2）刚度验算
对x轴
对y轴
所以，对整体而言，刚度满足要求，强度略有不足，可选用2L90×10

4.5 某车间工作平台柱高2.6m，按两端铰接的轴心受压柱考虑。如果柱采用I16（16号热轧工字钢），试经计算解答：
（1） 钢材采用Q235钢时，设计承载力为多少？
（2） 改用Q345钢时，设计承载力是否显著提高？
（3） 如果轴心压力为330KN（设计值），I16能否满足要求？如果不满足，从构造上采取什么措施就能满足要求？
解：查表得I16工字钢的
（1） 当采用Q235钢时，

对轧制工字钢，若对x轴失稳属于a类截面，对y轴失稳属于b类，
因 ，
分别查表得：
，
所以最大承载力为：

解得，
（2） 若改为Q345，则
因 ，
查表得， ，
所以最大承载力

和Q235钢的相比提高不多。
（3） 当N=330KN，时
用Q235钢时
用Q345钢时
所以均不满足要求，可以在中间加剪刀撑，使计算长度
此时：

对Q235钢而言： ，
查表得， ，
对Q345钢而言： ，
查表得， ，
所以，用Q235钢时
用Q345钢时
所以均满足要求。
4.6、设某工业平台柱承受轴心压力5000KN（设计值），柱高8m，两端铰接。要求设计一H型钢或焊接工字形截面柱及其柱角（钢材为Q235）。基础混凝土强度等级为C15（)。
解：①、查表：，初步假定其长细比为λ=75，选择截面尺寸：
选用HW型钢，b类，查得

选用HW400×400×20×35，、、
、、、
其截面如下图所示，验算其刚度及稳定性：

查表得：

故此柱满足要求
②、设计此柱柱脚
⑴、底板尺寸
初步选用宽800mm，长950mm钢板，设锚栓孔面积为
则，大于所求截面积。
基础对底板压应力为：
⑵、计算底板厚度，其布置如下图所示：
计算单位宽度底板内的弯矩：
区格①（四边支承）：428/325=1.32，查表得：α=0.0691

区格②（三边支承）：150/428=0.35，查表得：β=0.034

区格③、④（三边支承）：171/325=0.526，查表得：β=0.060

取，计算板厚：
，取
⑶、进行隔板的计算。
作用在隔板上的线荷载：
隔板的高度应由焊缝尺寸决定，取，
隔板所受的剪力
则焊缝的长度 ，取隔板高
进行隔板厚度计算：、
作用在隔板上的弯矩
根据：
，取，满足构造要求
隔板承受的剪应力
故满足抗剪承载力要求
⑷、进行靴梁计算
取靴梁与柱的连接角焊缝宽度，靴梁高度应由连接角焊缝确定：

故此焊缝不满足要求，应增大焊缝取值，取，进行计算：

经复算，焊缝尺寸满足要求，取靴梁高
计算靴梁的厚度t，初拟其厚度，现进行验算，将其受力图绘于下方：

故此靴梁满足承载能力要求。
⑸、校核所需焊缝总尺寸，取
，显然满足此要求。
⑹、由于在底板外侧增加了3个加劲肋，故安装螺栓可在区格③、④布置。
4.7、图（a)、(b)所示两种截面（焰切边缘）的截面积相等，钢材均 为Q235钢，当用作长度为10m的两端铰接轴心受压柱时，是否能安全承受设计荷载3200KN？

⑴、先验算a图构件承载力：
①，计算回转半径、及长细比、；

②、验算整体稳定，此工字钢截面为b类，
查表：、

故该柱强度及整体稳定满足要求；
③、验算其局部稳定

此柱虽然强度及整体稳定满足要求，但其腹板太薄会先于整体失稳，所 以该柱不能承受3200KN的荷载。
⑵、验算b柱承载能力

验算其整体稳定性，查表：

所以此柱不能承受3200KN的荷载。
4.8、试设计由两槽钢组成的缀板柱，柱长7.5m，设计轴心压力为1500KN，钢材为Q235B，截面无削弱。
⑴、选择柱截面尺寸，、
设，查表得：

选用2[28c，，，
验算截面稳定性：
，查表：

故所选截面满足要求。
⑵、确定柱宽b，假定
，
查表得：，所以：取。
现将柱截面绘于下图，、

整个截面对x轴的数据：

查表得：

故所选柱宽满足要求。
⑶、进行缀板设计，拟采用钢板

,取
分肢线刚度
两侧缀板线刚度之和
横向剪力
则：
计算缀板内力：

取角焊缝尺寸，不考虑饶角部分长度，验算焊缝尺寸，

缀板满足要求。
⑷、横隔设计
横隔间距应小于，去其间距为1000mm,满足要求。

4.9、根据习题4.8的设计数据和结果，设计柱的柱脚（假定基础混凝土强度等级为C20，9.6N/mm2)。
⑴、计算底板尺寸

采用宽钢板，，设锚栓孔面积为，，满足要求。
基础底板压应力
⑵、计算底板厚度，其布置如下图所示：

现分别计算区格内力：
区格①：115/280=0.411，查表得：

区格②：280/270=1.037，查表得：

区格③：
区格③与区格①、②相差太多，但由于区格③外伸太短，故不予考虑。
按计算板厚
，取
⑶、进行靴梁计算，取焊缝尺寸、

故每条焊缝高度
取靴梁高度
⑷、验算靴梁钢材强度，其受力图如下所示，，

区格①所受的力其115mm范围内的力近似由靴梁承受

则靴梁所受的力：

故靴梁满足要求。