第1页：模块12 钢结构构件
模块12 钢结构构件：计算能力训练1、简答题1钢结构中常用的焊接方法有哪几种？焊缝连接有何优缺点？答：电弧焊、电阻焊、气焊。优点是
- ①构造简单，任何形式的构件都可直接相连
- ②用料经济，不削弱截面
- ③制作加工方便，可实现自动化操作
- ④连接的密闭性好，结构刚度大。缺点是：
- ①在焊缝附近的热影响区内，钢材的金相组织发生改变，导致局部材料变脆；焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力降低
- ②焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩展到整体，低温冷脆问题较为突出。2高强度螺栓连接与普通螺栓连接有何区别？答：普通螺栓连接，按螺栓传力方式可分为受剪螺栓连接、受拉螺栓连接和拉剪螺栓连接3种。受剪螺栓连接是靠栓杆受剪和孔壁承压传力；受拉螺栓连接是靠沿栓杆轴方向受拉传力；拉剪螺栓连接则同时兼有上述两种传力方式。高强度螺栓分高强度螺栓摩擦型连接、高强度螺栓承压型连接两种，摩擦型连接只依靠被连接板件间强大的摩擦阻力来承受外力，以摩擦阻力被克服作为连接承载能力的极限状态。承压型连接允许被连接件之间接触面发生相对滑移，以栓杆被剪断或承压破坏作为连接承载能力的极限状态。3高强度螺栓连接中摩擦型连接与承压型连接有何区别？在抗剪设计时，高强螺栓摩擦型连接是以外剪力达到板件接触面间由螺栓拧紧力所提供的可能最大摩擦力作为极限状态，也即是保证连接在整个使用期间内外剪力不超过最大摩擦力。板件不会发生相对滑移变形（螺杆和孔壁之间始终保持原有的空隙量），被连接板件按弹性整体受力。在抗剪设计时，高强螺栓承压型连接中允许外剪力超过最大摩擦力，这时被连接板件之间发生相对滑移变形，直到螺栓杆与孔壁接触，此后连接就靠螺栓
第2页：杆身剪切和孔壁承压以及板
杆身剪切和孔壁承压以及板：件接触面间的摩擦力共同传力，最后以杆身剪切或孔壁承压破坏作为连接受剪的极限状态。
总之，摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓实际上是同一种螺栓，只不过是设计是否考虑滑移。摩擦型高强螺栓绝对不能滑动，螺栓不承受剪力，一旦滑移，设计就认为达到破坏状态，在技术上比较成熟；承压型高强螺栓可以滑动，螺栓也承受剪力，最终破坏相当于普通螺栓破坏（螺栓剪坏或钢板压坏）。4轴心受压构件的整体稳定性系数需要根据哪几个因素考虑？
答：构件截面类别；钢材的钢号；长细比。5压弯实腹柱与轴心受压实腹柱有何不同？答：压弯实腹式柱的受力，同时受到轴心力和弯矩的作用，而，轴心受压柱只受轴心力的作用。在设计验算时，实腹式压弯构件的整体稳定验算包括了弯矩作用平面内的稳定和弯矩作用平面外的稳定。6GB50017-2003《钢结构设计规范》规定，哪些情况下可不验算梁的整体稳定？
答：1.有铺板(各种钢筋混凝土板和钢板)密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连接,能阻止梁受压翼缘的侧向位移时。2.H型钢或等截面工字形简支梁受压翼缘的自由长度l1与其宽度b1之比不超过下表所规定的数值时。H型钢或等截面工字形简支梁不需要计算整体稳定性的最大l1b1值跨中有侧向支承点的梁不论荷载作用在何处跨中无侧向支承点的梁钢号荷载作用在下翼缘荷载作用在上翼缘16.020.013.0Q235钢13.016.510.5Q345钢12.515.510.0Q390钢12.015.09.5Q420钢注：其他钢号的梁不需计算整体稳定性的最大l1b1值，应取Q235钢的数值乘以235fy。
第3页：（7）组合梁
（7）组合梁：对跨中无侧向支承点的梁，l1为其跨度；对跨中有侧向支承点的梁，l1为受压翼缘侧向支承点间的距离（梁的支座处视为有侧向支承）
- （7）组合梁的翼缘不满足局部稳定性要求时，应如何处理。答：1.《规范》规定对梁受压翼缘采用限制其宽厚比的方式来保证翼缘的局部稳定。2.也可以设置纵向加劲肋来保证翼缘的局部稳定
- （8）焊接组合截面梁加劲肋布置的原则是什么？答：直接承受动力荷载的吊车梁及类似构件，或其他不考虑屈曲后强度的组合梁：1）当h0tw80235fy时，对有局部压应力（c0）的梁，应按构造配置横向加劲肋；但对无局部压应力（c0）的梁，可不配置加劲肋。2）2）当h0tw80235fy时，应配置横向加劲肋。其中，当h0tw170235fy(受压翼缘扭转受到约束，如连有刚性铺板、制动板或焊有钢轨时)或h0tw150235fy(受压翼缘扭转未受到约束时)，或按计算需要时，应在弯曲应力较大区格的受压区增加配置纵向加劲肋。局部压应力很大的梁，必要时尚宜在受压区配置短加劲肋。任何情况下，h0tw均不应超过250。3梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处，宜设置支撑加劲肋。4梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处，宜设置支承加劲肋
- （9）确定屋架形式需考虑哪些因素?常用的钢屋架形式有几种?答：屋架的选型应综合考虑使用要求、受力、施工及经济效果等因素。常见的钢屋架形式按其外形可分为三角形、梯形、平行弦、人字形等等
第4页：（10）计算屋架内力时
（10）计算屋架内力时
- （10）计算屋架内力时考虑几种荷载组合?为什么?当上弦节间作用有集中荷载时，怎样确定其局部弯矩?答：设计屋架时，应根据使用和施工过程中可能出现的最不利荷载组合计算屋架杆件的内力。一般情况下，对平行弦、梯形等钢屋架应考虑以下3种荷载组合：1使用阶段“全跨永久荷载＋全跨屋面均布可变荷载”2使用阶段“全跨永久荷载＋半跨屋面均布可变荷载”3施工阶段“全跨屋架、天窗架及支撑自重＋半跨屋面板自重＋半跨屋面可变荷载”如果在安装过程中，两侧屋面板对称均匀铺设，则可不考虑第三种荷载组合。在考虑荷载组合时，屋面的活荷载和雪荷载不能同时考虑，而取两者中的较大值。对于屋面坡度较大和自重较轻的钢屋架，尚应考虑风荷载吸力作用的组合。对于有节间荷载作用的屋架弦杆，可先将各节间荷载分配在相邻的两个节点上，与该节点原有节点荷载叠加，解得桁架各杆轴力，然后在计算弦杆时再按实际节间荷载作用情况计算弦杆的局部弯矩
- （11）上弦杆、下弦杆和腹杆，各应采用哪种截面形式?其确定的原则是什么?答：TW型钢，适用于l0y较大的上、下弦杆；TM型钢，适用于一般上、下弦杆或腹杆；TN型钢，适用于受局部弯矩作用的上、下弦杆；两不等边角钢短肢相连，适用于l0y较大的上、下弦杆；两不等边角钢长肢相连，适用于受局部弯矩作用的上、下弦杆；两等边角钢相连，适用于其余腹杆、下弦杆；热轧宽翼缘H型钢，适用于荷载和跨度较大的桁架上、下弦杆；单角钢，适用于内力较小的杆件；钢管，适用于轻型钢屋架中的杆件。截面选择的一般原则1相同截面面积情况下，应优先选用宽肢薄壁的板件或肢件，以增加截面的回转半径。一般情况下，板件或肢件的最小厚度为5mm，对小跨度屋架可用到4mm。2对焊接结构，角钢截面不应小于L45×4或L56×36×4；对螺栓连接或铆钉连接结构，角钢截面不小于L50×5。有螺栓孔时，角钢最小肢宽须满足要求。所选用屋架杆件截面高度，一般不应大于此杆件计算长度的1/10（对弦杆）和1/15（对腹杆）。3放置屋面板时，上弦角钢水平伸出肢宽度或剖分T型钢翼缘自由外伸宽度不宜小于80mm（屋面板跨度6m）或100mm（屋面板跨度大于6m）。4同一榀屋架的杆件规格应尽量统一，一般宜调整到5～6种，尽量避免使用肢宽相同而厚度相差不大的规格，同一种规格的厚度之差不宜大于2mm，以方便配料和避免制造时混料。5屋架弦杆一般沿全跨采用等截面，但对跨度大于24m的三角形屋架和跨度大于30m的梯形屋，可根据内力变化改变截面弦杆，但在半跨内只宜改变一次，且只改变肢宽而保持厚度不变，以便拼接时的构造处理
- （12）屋架节点的构造应符合哪些要求?试述各节点的计算要点
第5页：2）应在薄弱处增设加强板
2）应在薄弱处增设加强板：答：1）杆件重心轴线宜汇交于节点中心；2）应在薄弱处增设加强板或采取其他措施增强节点的刚度；3）应便于施焊、清除污物和涂刷油漆。
计算要点：1首先绘出屋架杆件几何轴线，按一定比例尺画出各杆件的角钢轮廓线（表示角钢外伸边厚度的线可不按比例，仅示意画出），确定各杆件的端部位置。2根据腹杆内力，计算腹杆与节点板连接焊缝的长度和焊脚尺寸。根据节点上各杆件的焊缝长度，并考虑杆件之间应留的间隙以及适当考虑制作和装配的误差确定节点板的形状和平面尺寸。
3根据已有节点板的尺寸布置弦杆与节点板间的连接焊缝。当弦杆在节点处改变截面，则还应在节点处设计弦杆拼接。4绘制节点大样，（比例尺为1：5～1：10），确定每一节点上都需表明的尺寸13钢结构设计图内容一般包括哪些？答：钢结构设计图内容一般包括：图纸目录；设计总说明；柱脚锚栓布置图；纵、横、立面图；构件布置图；节点详图；构件图；钢材及高强度螺栓估算表。
14钢屋架施工图包括哪些内容?答：钢屋架施工图一般应包括屋架正面图、上下弦杆的平面图，各重要部分的侧面图和剖面图，以及某些特殊零件图、材料表和说明等。2、计算题1已知Q235钢板截面450mm20mm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：查附表得：ftw175Nmm2则钢板的最大承载力为：Nbtfw450201751031575KNwt2焊接工字形截面梁，设一道拼接的对接焊缝，拼接处作用荷载设计值：弯矩M1200KNmm，剪力V360KN，钢材为Q235B，焊条为E43型，半自动焊，Ⅲ级检验标准，试验算该焊缝的强度。解：查附表1.2得：fw185Nmm2，fw125Nmm2。
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第6页：截面的几何特性
截面的几何特性：计算如下：惯性矩：x1212I181000321280143280145072268206104mm4翼缘面积矩：Sx1280145071987440mm4则翼缘顶最大正应力为：2wMh1122103102820.230Nmmft185Nmm满足要求。
xI22682061042腹板高度中部最大剪应力：22w322682061048ItVSv50.12Nmmf125Nmmxwx5003601019874405008满足要求。21500507507500上翼缘和腹板交接处的正应力：0.2300.222Nmm2xw33.34NmmIt2682061048VS3601031987440上翼缘和腹板交接处的剪应力：1x1折算应力：2211t30.2222333.34257.74Nmm21.1fw203.5Nmm2满足要求。
第7页：（3）计算图示连接的焊缝长度
（3）计算图示连接的焊缝长度
- （3）计算图示连接的焊缝长度。已知N=800kN（静力荷载设计值），手工焊，焊条E43型，h10mm，fw=160N/MPafff解：查附表得：fw160Nmm2
- ①采用两边侧焊缝因采用等肢角钢，则肢背和肢尖所分担的内力分别为：N10.7N0.7800560KN肢背焊缝厚度hf10mm，故长度为：N20.3N0800240KN25.0cmffN56010320.7hfw20.71.0160102lw11考虑焊口影响采用lw127cm；肢尖焊缝长度：10.71cmNfwf2f24010320.71.016010220.7hlw22考虑焊口影响采用lw213cm
- ②采用三面围焊缝N21.220.7hlfw21.220.71090160247KN3fw3f436.5KNN2472231N0.7N560，
第8页：（5）一实腹式轴心受压
（5）一实腹式轴心受压：222N0.3NN3240247116.5KN每面肢背焊缝长度：19.49cm，取24cmffN436.510320.7hfw20.71.0160102lw11每面肢尖焊缝长度5.2cm，取10cmffN116.510320.7hfw20.71.0160102lw22
- （4）如图所示焊接连接，采用三面围焊，承受的轴心拉力设计值N1200KN。钢材为Q235B，焊条为E43型，试验算此连接焊缝是否满足要求。图11.82f解：查附表得：fw160Nmm2正面焊缝承受的力：N2hlfw20.782001.22160103437KN1ew1ff则侧面焊缝承受的力为：N2NN11200437763KN2New2f2w154.84Nmmff160Nmm7631034hl40.78220则满足要求
- （5）一实腹式轴心受压轴，承受轴压力3600kN(设计值)，计算长度
第9页：(2)验算局部稳定
(2)验算局部稳定：204002010200200lox12m,loy6m，截面为焊接组合工字形，尺寸如图11.83所示，翼缘为剪切边，钢材为Q235，容许长细比150。要求：1验算整体稳定性；2验算局部稳定性。yx400解
- （1）验算整体稳定性400202400102104mm212121212192.87mm102.30mmx(1400203400202102)211040037.595108mm4y1204003214001032.134108mm4xy2.134108iy2104i7.595108x2104[]15062.22361058.65[]1503yoyi102.30yxoxi192.87l1210xl对x轴为b类截面，对y轴为c类截面，查表：x0.796y0.71722251.9Nmmf215Nmm,则整体稳定性不能满足yN3600103A0.7172104要求
- (2)验算局部稳定
第10页：235100.151.3215.fya.
235100.151.3215.fya.：235100.151.3215.13fya.翼缘b（40010）219.5(100.1)t20fyb.腹板h040(250.5)235250.551.3250.66tw所以局部稳定性也不能满足要求。
