鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理課后答案肖亞明

1、合肥工業(yè)大學(xué)出版社出版（肖亞明主編）第三章1. 解： Q235鋼、 f fw160N / mm2、 N600kN（1）采用側(cè)面角焊縫最小焊腳尺寸： h f1.5 tmax1.5145.6mm角鋼肢背處最大焊腳尺寸： hf1.2tmin1.21012mm角鋼肢尖處最大焊腳尺寸：hft(1 2)10(1 2)9 8mm角鋼肢尖和肢背都取hf8mm查表 3-2 得： K10.65、 K 20.35N1 K1N 0.65600 390kN ， N 2K 2 N 0.35 600 210kN所需焊縫計(jì)算長(zhǎng)度：l w1N139010320.7h ff fw20.7217.63mm8 160l w2N 22

2、1010320.7hff fw20.7117.19mm8 160焊縫的實(shí)際長(zhǎng)度為：l1l w12h f217.6328233.63mm ，取 240 mm。l2l w22h f117.1928133.19mm ，取 140mm 。（2）采用三面圍焊縫，取 h f6mm正面角焊縫承擔(dān)的內(nèi)力為：N30.7hfl w3f f fw0.762100 1.22160 163.97kN側(cè)面角焊縫承擔(dān)的內(nèi)力為：N 1K1 NN3/20.65600163.97 / 2308.01kNN 2K 2 NN3/20.35600163.97/ 2128.02kN所需焊縫計(jì)算長(zhǎng)度：l w1N1308.011030.7h

3、 f f fw20.7 6229.17mm2160l w2N 2128.021030.7h f f fw20.7695.25mm2160焊縫的實(shí)際長(zhǎng)度為：l1l w1 hf229.176235 .17 mm ，取 240 mm 。l2 lw 2h f 95.25 6 101.25mm，取 110 mm 。2. 解： Q235鋼、 f fw160N / mm2（1）取 d1d 2170mm角焊縫受到軸力和剪力的共同作用，且均作用在角焊縫形心處角焊縫受到軸力為： N6001.5499.23kN1.5212角焊縫受到剪力為： V6001332.82kN1.5212l w 2 1702h f3402h

4、 fN499.23103w1.22 160195.2N / mm2f0.7h f l w1.4hf (3402h f )f f f2由上式求得： hf5.55mmV332.8210 3w160N / mm2f20.7h f l w1.4h f (3402hf )f f由上式求得： hf4.49mm最小焊腳尺寸 hf1.5tmax1.5206.71mm故取焊腳尺寸為h f7mmfN1.4499.2310 3156.26N / mm2f f fw195.2N / mm220.7h f l w7(340 2 7)V332.8210 3104.18w160N / mm2f1.47(3402f f2 0

5、.7h f l w7)f /2222165.10N / mm2w160 N / mm2ff156.26 / 1.22104.18f f由于折算應(yīng)力較接近f fw ，故取 h f8mm可滿(mǎn)足要求。（2）改取 d1150mm， d 2190mm角焊縫受到軸力、剪力和彎矩的共同作用角焊縫受到軸力為：N6001.5499.23kN121.52角焊縫受到剪力為： V6001332.82kN121.52角焊縫受到彎矩為：MNe499.2320 9984.6kNmm9.9846106 N mmhe0.7 85.6mm ， l w1501902h f3402 8324mmI w25.6324331.74106

6、 mm412Ww2I w2 31.7410 6195.96103mm3324324最大正應(yīng)力為：fNM499.231039.98461060.7h f l wWw20.78324195.961032188.53N / mm21.22160195.2N / mm2V332.8210391.72w160 N / mm2f2 0.7h f l w2 0.78324f f22188.53 / 1.22291.722179.70 N / mm2w160N / mm2f /fff f不滿(mǎn)足要求。3. 解： Q235鋼、 f fw160N / mm2（1）角焊縫最小焊腳尺寸： h f1.5t max 1.5

7、125.2mm最大焊腳尺寸： h f1.2t min1.21214.4mm取 h f 6mm角焊縫受到軸力和彎矩的共同作用角焊縫受到軸力為： N F100kN角焊縫受到彎矩為：MNe100202kN mhe 0.7 64.2mm ， l w2002h f2002 6188mmI w 24.218834.6510 6 mm412Ww2I w2 4.6510 649.48 1033188188mm最大正應(yīng)力為：fNM100103210 620.7h f l wWw20.7618849.48 103103.74N / mm21.22 160195.2N / mm2滿(mǎn)足要求。（2）角焊縫角焊縫的有效截

8、面如圖所示取 h f8mmxx角焊縫有效截面形心位置：yy21345.6(192122.8)255.45.6(1922.8)21925.6192 / 2 /(1345.6255.4 5.621925.6)136.03mm剪力由腹板焊縫承擔(dān)，腹板面積為：Aw2 1925.62150.4mm2全部焊縫對(duì) x 軸的慣性矩為：I w1345.6(192136.03122.8)22 55.4 5.6 (192136.03 2.8) 22 192 5.6(136.03192/ 2)22 5.61923 /1215.56106 mm4翼緣焊縫最外邊緣的截面模量：Ww1I w15.5610621.1543h1

9、192136.031210 mm5.6翼緣和腹板連接處的截面模量：Ww2I w15.5610627.81 1043h2192 136.03mm腹板底邊緣處的截面模量：Ww3I w15.5610643y2136.0311.44 10 mm彎矩： M 100 12012kN m由彎矩得最大應(yīng)力為：3M12106104.90N / mm 2Ww311.44104腹板的剪應(yīng)力為：F / Aw 100103 / 2150.4 46.50N / mm2翼緣和腹板連接處的折算應(yīng)力；2232104.9046.50297.75 N / mm2f fw160N / mm2f1.22滿(mǎn)足要求。4. 解 ： Q235

10、鋼、查附表 1-2得 f t w185N / mm2， f vw125N / mm2 ，fcw215N / mm2焊縫有效截面形心位置：yy212612(1886)18812188 / 2 /(1261218812)134.13mm焊縫對(duì) x 軸的慣性矩為：12621y1828y112I x 126 12 (188 12 134.13 6) 2 188 12 (134.13 188/ 2) 2 12 1883 /12 15.70 106 mm4翼緣焊縫邊緣的截面模量：I x15.7010643W1188 12134.1323.83 10 mmy1翼緣和腹板連接處的截面模量：W2I x15.70

11、1061043188y229.14mm188 134.13腹板底邊緣處的截面模量：W3I x15.701061043y2134.1311.70mm彎矩： M 120F由翼緣上邊緣處焊縫拉應(yīng)力tM120Ff t w185N / mm2W123.83 104得： F185 23.83 10 4 /120367.38kN由腹板下邊緣處焊縫壓應(yīng)力cM120Ff cw215N / mm2W311.70 104得： F215 11.70104 /120209.62kN由腹板焊縫單獨(dú)承擔(dān)剪力，腹板的剪應(yīng)力F / Aw F /(18812)f vw125N / mm2得： F 12518812282.00kN

12、腹板下端點(diǎn)正應(yīng)力、剪應(yīng)力均較大，由腹板下端點(diǎn)的折算應(yīng)力22c23 2120F3F1.1 f t w1.1 185 203.5N / mm 211.7010 418812得： F158.84kN綜上得該連接所能承受的最大荷載為F 158.84kN 。y5. 解： Q345B鋼、 f fw200N / mm2 ， h f8mm1976角焊縫有效截面的形心位置：. 5xx1(2 197 5.6 197/ 2)/0xx0(21975.65005.6)43.41mm55.66截面的慣性矩：.5I wx2 197 5.6 2502x1x25.65003 / 12 196.23106 mm4yI wy219

13、75.6(197/ 2 43.41) 22 5.61973 /125.650043.41219.11106 mm4JI wxI wy(196.2319.11) 103215.34103 mm4扭矩： T(30020543.41)F461.59F由扭矩產(chǎn)生的最大應(yīng)力TT r y461.59F250535.88 106Fw200 N / mm2f215.34106f fJ得： F200 / 535.88 10 6373.22kNTTr x 461.59F (19743.41)329.23 106FfJ215.34 106f f fw1.22200 244N / mm2得： F244 / 329.2

14、310 6741.12kN由力 F 產(chǎn)生的應(yīng)力VFF199.74 106Fw244N / mm2fAw21975.65005.6f f f得： F244 / 199.7410 61221.59kN由最大應(yīng)力點(diǎn)的折算應(yīng)力TV 2329.2310 6F199.7410 62ffT2F6F )2( f )1.22(535.88 10f689.3210 6Ff fw200N / mm2得： F200 / 689.3210 6290.14kN綜上得該連接所能承受的最大荷載為F290.14kN 。6. 解： Q235B鋼、 f vb140N / mm2 ， fcb305N / mm2單個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)

15、計(jì)值：N vbnv d 2fvb222 2140106.44kN44N cbdt f cb221430593.94kNN minbmin( N vb , N cb )93.94 kN一側(cè)所需的螺栓數(shù)目為：n N / N minb700 / 93.947.45 （個(gè)），取 n8螺栓的布置如圖所示：50804510458050060N8N080806凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算：螺栓群最外端凈截面強(qiáng)度：N / An70010 3 /( 360423.5)14187.97 N / mm2f215N / mm2凈截面強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。7. 解： Q235鋼、 f vb140N / mm2， f cb305N / mm2

16、 ， f tb170N / mm2單個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值：N vbnv d 2fvb122 2140 53.22kN44Ncbdt f cb2218305 120.78kNN minbmin( N vb , N cb )53.22 kN單個(gè)螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值：N tbd e2f t bAe f t b303170 51.51kN4（1） 牛腿下支托承受剪力時(shí)由受力最大的螺栓承受的拉力My1F 160320b51.51kNN12(80 2160224020.133F N tm yi23202 )得： F 386.32kN故支托承受剪力時(shí)該連接所能承受得最大荷載設(shè)計(jì)值為F386.32kN

17、。（2） 牛腿下支托不承受剪力時(shí)由受力最大的螺栓承受的拉力My1F 1603200.133Fb51.51kNN t2(80 216022402N tm yi23202 )得： F386.32kN由 N1VF / n F /10 0.1F N cb120.78kN得： F1207.80kN由剪力和彎矩共同作用下2222N tNv0.133F0.1F0.00319F1NtbNvb51.5153.22得： F313.15kN綜上得支托承受剪力時(shí)該連接所能承受得最大荷載設(shè)計(jì)值為F 313.51kN 。8. 解： Q345B鋼螺栓采用 M22，C級(jí)， f vb140N / mm2 ， fcb385N /

18、 mm2螺栓的布置如圖所示單個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值：N vbnvd 2fvb122 2140 53.22kN44N cbdt f cb22 10385 84.70kNN minbmin( N vb , N cb )53.22 kN螺栓群承受剪力及扭矩的共同作用扭矩： TFe120(0.30.050.105 / 2)48.3kNm受力最大的螺栓承受的應(yīng)力為：N1TxTy148.310620042.45kNxi2yi21052.524(10022002 )N1TyTx148.310652.511.14kNxi2yi21052.524(10022002 )F12010312kNN1Vy10nN 1

19、Tx2N1TyN1Vy242.45 211.1412 248.35kN N minb53.22 kN滿(mǎn)足要求，故采用M22。9. 解：高強(qiáng)螺栓 8.8 級(jí)， M20 （1）摩擦型連接預(yù)拉力 P 125kN ，接觸表面用噴丸處理， 0.45 單個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值：NVb0.9n fP 0.92 0.45 125 101.3kN一側(cè)所需的螺栓數(shù)目為：N7006.9 個(gè)，取 n 7n101.3NVb（2）承壓型連接f vb250N / mm2 ， f cb470N / mm2螺栓的布置如圖所示單個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值：N vbnvd 2fvb2202250 157.0kN44N cbdt f

20、 cb2014470 131.6kNN minbmin( N vb , N cb )131.6kNN 700一側(cè)所需的螺栓數(shù)目為： nN minb 131.6 5.3 個(gè)，取 n 610. 解：高強(qiáng)螺栓 10.9 級(jí)， M22 （1）摩擦型連接預(yù)拉力 P190kN ，接觸表面用噴丸處理，0.50 角鋼肢與牛腿連接取螺栓的個(gè)數(shù)為 n 5 ，栓距為 80mm，端距 50mm 單個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值：Nvb0.9n fP0.920.50 190171.00kN此處連接承受剪力和扭矩的共同作用，扭矩 T350(18055)43.75kNm則受力最大的螺栓承受的應(yīng)力為：N vyN / n350 /5

21、70kNNTxTr y43.75 106 160xi2yi22 (802109.38kN1602 )N Tx2NVy2109.38 270 2129.86kN N vb171.00kN滿(mǎn)足要求。角鋼肢與柱翼緣連接取螺栓的個(gè)數(shù)為 n10 ，對(duì)稱(chēng)布置在牛腿兩側(cè)，栓距為80mm，端距 50mm此處連接承受剪力和彎矩的共同作用，彎矩 M 350 180 63kN m 受力最大的螺栓承受的拉力為：NtMy163 10616078.75kN0.8P0.8 190 152kNmyi24 (8021602 )單個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值：N vb0.9n f(P 1.25N t )0.9 10.50 (190

22、1.2578.75) 41.20kNN vN / n350 /1035kNN vb41.20kN滿(mǎn)足要求。（2）承壓型連接f vb310N / mm2 ，fcb590N / mm2 ， f tb500N / mm2 角鋼肢與牛腿連接取螺栓的個(gè)數(shù)為 n 4 ，栓距為 80mm，端距 50mm 單個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值：bnvd 2b2222N v4f v4310 235.56kNNcbdt f cb2220590259.6kNN minbmin( N vb , N cb )235.56kN此處連接承受剪力和扭矩的共同作用，扭矩 T350(18055)43.75kNm則受力最大的螺栓承受的應(yīng)力為

23、：N vyN / n350/487.5kNNTxTr y43.75 106 120xi2yi22 (402164.06kN1202 )N Tx2NVy2164.06 287.5 2185.94kN N minb235.56kN滿(mǎn)足要求。 角鋼肢與柱翼緣連接取螺栓的個(gè)數(shù)為 n 8 ，對(duì)稱(chēng)布置在牛腿兩側(cè)，栓距為 80mm，端距 50mm 單個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值：N vbnvd 2f vb1222310117.78kN44Ncbdt f cb22 20 590 259.6kNN minbmin( N vb , N cb )117.78kN此處連接承受剪力和彎矩的共同作用，彎矩M350 180 6

24、3kN m受力最大的螺栓承受的拉力為：NtMy163 10612082.03kNmyi24 (4021202 )N vN / n350/843.75kNN cb / 1.2 216.33kNN t2282.0322Nv43.751NtbNvb151.500.66117.78滿(mǎn)足要求。第四章三.計(jì)算題1. 解： Q235截面凈截面面積：An2 10(45 100240 245 2 21.5)3094.06mm2由應(yīng)力N / Anf ， 得： NAn f3094.06 215665.22kN截面凈截面面積：An 210 (451004521.5) 3370mm2由應(yīng)力N / Anf得： NAn f

25、3370215724.55kN綜上得此拉桿所能承受的最大拉力為：N665.22kN查型鋼表得： i x3.05cm ， i ymin4.38cm查表 4-2 得：容許長(zhǎng)細(xì)比250由長(zhǎng)細(xì)比l 0 / i，得： l0i x3.05250762.5cm所以，此拉桿容許達(dá)到的最大計(jì)算長(zhǎng)度為：l 0762.5cm 。2. 解： Q235鋼， N2400kN ， l6mAB柱為兩端鉸接軸心受壓柱截面幾何特性：A232016400813440 mm2I x840032 320162082485.69106 mm412I y216320387.38106 mm412i xI x / A485.69106 /

26、13440190.1mmi yI y / A87.38106 / 1344080.63mm長(zhǎng)細(xì)比：l ox6103150xix190.131.56yl oy610 374.40150i y80.63整體穩(wěn)定：由長(zhǎng)細(xì)比查表得穩(wěn)定系數(shù)為：類(lèi)）x0.930 （b 類(lèi)）， y0.723 （bN2400103186.10/ mm2f215N / mm2x A0.96013440N2400103247.10 / mm2f215 N / mm2y A0.72313440y 軸整體穩(wěn)定不滿(mǎn)足要求；由以上計(jì)算結(jié)果知，此柱在 y 軸的整體穩(wěn)定承載力不滿(mǎn)足要求，可在柱長(zhǎng)的中點(diǎn)加側(cè)向支撐來(lái)滿(mǎn)足穩(wěn)定承載力的要求。3.

27、解： Q235鋼， l 10m（1）截面 a 截面幾何特性：A2320203201016000mm2I x1032032320 20 170 2397.23106 mm412I y2203203109.23106 mm412i xI x / A397.23106 / 16000157.56mmi yI y/ A109.2310 6 / 1600082.62mm長(zhǎng)細(xì)比：xl ox1010363.46150i x157.56yl oy1010 3121.03150i y82.62由長(zhǎng)細(xì)比查表得穩(wěn)定系數(shù)為：x0.788 （b 類(lèi)）， y0.375 （c 類(lèi)）由整體穩(wěn)定NfA得： Nmin Af0.3

28、75 16000 2051230kN故截面 a 的柱所能承受的最大軸心壓力設(shè)計(jì)值為：N1230kN 。（2）截面 b截面幾何特性：A240016400816000 mm2I x84003240016 2082596.44106 mm412I y2164003170.6710 6 mm412i xI x / A596.44106 / 16000193.07mmi yI y / A170.67106 / 16000103.28mm長(zhǎng)細(xì)比：l ox10 103150x51.8i x193.07yl oy1010 396.8150i y103.28由長(zhǎng)細(xì)比查表得穩(wěn)定系數(shù)為：x0.848 （b 類(lèi)），

29、y0.476 （c 類(lèi)）由整體穩(wěn)定NfA得： Nmin Af0.476160002151637.44kN故截面 b 的柱所能承受的最大軸心壓力設(shè)計(jì)值為：N1637.44kN 。4. 解： Q235鋼， N1000kN ， l 0 x3m， l 0 y6m取 x 80 ， y80查表得： x0.688 （b 類(lèi)）， y0.688 （b 類(lèi)）所需截面面積： AN10001036760.41mm2f0.688215i xlox /x3000 / 8037.5mmi yl oy/ y6000 / 8075mm由各截面回轉(zhuǎn)半徑的近似值查附表9-1 得：i x0.28h ， i y 0.24b則h37.5

30、 / 0.28133.93mm ， b75 / 0.24312.5mm選取截面 220012512截面驗(yàn)算：查型鋼表得： A237.9 75.8cm2 ， i x3.57cm ， i y9.54cmxl ox3 10384.0150i x35.7yl oy6 10362.9150i y95.4查表得： x0.661（b 類(lèi)）， y0.792 （b 類(lèi)）N10001032215N / mm2x A0.6617580199.58N / mm f滿(mǎn)足要求，故選用 2 200 125 12 。5. 解： Q235鋼， N1000kN ， l 0 x6m ， l 0 y3m（1）熱軋工字鋼取 x 80 ， y80查表得： x 0.783（a 類(lèi)）， y0.688 （b 類(lèi)）所需截面面積：N10001032A0.6886760.41mmf215i xl ox /x6000 / 8075mmi yloy /y3000 / 8037.5mm由各截面回轉(zhuǎn)半徑的近似值查附表9-1 得：i x0.39 h， i y 0.20b則h75 / 0.39192.31mm ， b37.5/ 0.20 187.5mm選取截面45a（h=450mm,b=150mm）截面驗(yàn)算： b/h=0.333<0.8查型