钢结构原理教案09

第一篇：钢结构原理教案09

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第9次课

5.3 梁的局部稳定和腹板加劲肋

在梁的强度和整体稳定承载力都能得到保证的前提下,图5-10

箱形截面

腹板或翼缘部分作为板件首先发生屈曲失去稳定,称为丧失局部稳定。

5.3.1 梁受压翼缘的局部稳定

图5-11受压翼缘的局部稳定

梁的上翼缘受到均匀分布的最大弯曲压应力,当宽厚比超过某一限值,上翼缘就会产生凸凹变形丧失稳定（见图5-11）。为保证其局部稳定,《钢结构设计规范》(GB50017-2003)规定: 梁受压翼缘自由外伸宽度b与其厚度之比，应符合下式要求：

235b≤13(5-26a)tfy当计算梁抗弯强度取x＝1.0时, b/t可放宽至15235/fy(5-26b)箱形截面梁受压翼缘板在两腹板之间的无支承宽度b0与其厚度t之比。应符合下式要求：

235b0≤40(5-26c)tfy当箱形截面梁受压翼缘板设有纵向加劲肋时，则公式(5-26c)中的b0取为腹板与纵向加劲肋之间的翼缘板无支承宽度。

5.3.2梁腹板的局部稳定 腹板在纯弯曲作用下失稳(见图5-12)腹板纯弯失稳时沿梁高方向为一个半波,沿梁长方向一般为每区格1～3个半波(半波宽≈0.7腹板高), 2 在局部压应力作用下失稳(图5-13)136 闽南理工学院备课笔记

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图5-12

腹板在纯弯曲作用下失稳

图5-13腹板在局部压应力作用下失稳

腹板在一个翼缘处承受局部压应力c,失稳时在纵横方向均为一个半波,腹板在纯剪作用下失稳(图5-14)图5-14是均匀受剪的腹板,板四周的剪应力导致板斜向受压,因此也有局部稳定问题,图中示出失稳时板的凹凸变形情况,这时凹凸变形的波峰和波谷之间的节线是倾斜的。实际受纯剪作用的板是不存在的,工程实践中遇到的都是剪应力和正应力联合作用的情况。

图5-14 腹板在纯剪作用下失稳

5.3.3梁腹板加劲肋的设计

1.梁腹板加劲肋的布置和构造要求

图5-15加劲肋布置

1-横向加劲肋;2-纵向加劲肋;3-短加劲肋

加劲肋的布置有图5-15所示的几种形式,图5-15a中仅布置横向加劲肋,图5-15b中,同时布置纵向加劲肋和横向加劲肋,图 5-15d中同时布置纵向加劲肋、横向加劲肋和短加劲肋。纵向加劲肋对提高腹板的弯曲临界应力特别有效；横向加劲肋能提高腹板临界应力并作为纵向加劲肋的支承；短加劲肋常用于局部压应力较大的情况。

《钢结构设计规范》（GB50017-2003）规定: ⑴当h0/tw≤80235/fy 时，对有局部压应力(c≠0)的梁，应按构造配置横向加劲肋；但对无局部压应力(c＝0)的梁，可不配置加劲肋。

⑵当170235/fy≥h0/tw＞80235/fy时，应配置横向加劲肋，并计算腹板的局部稳定性。

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⑶当h0/tw>170235/fy(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h0/tw>150235/fy(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不但要配置横向加劲肋，还要配置纵向加劲肋。局部压应力很大的梁，必要时尚宜在受压区配置短加劲肋。

⑷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.任何情况下，h0/tw均不应超过250。

此处h0为腹板的计算高度(对单轴对称梁，当确定是否要配置纵向加劲肋时，h0应取腹板受压区高度h0的2倍)，tw为腹板的厚度。

加劲肋的布置要求：加劲肋宜在腹板两侧成对配置，也可单侧配置，但支承加劲肋、重级工作制吊车梁的加劲肋不应单侧配置。

横向加劲肋的最小间距应为0.5h0，最大间距应为2h0。(对无局部压应力的梁，当h0/tw≤100时，可采用2.5h0)。纵向加劲肋至腹板计算高度受压边缘的距离应在hc/2.5~hc/2范围内，hc为梁腹板弯曲受压区高度，对双轴对称截面2hc＝h0。

加劲肋的构造要求：在腹板两侧成对配置的钢板横向加劲肋，其截面尺寸应符合下列公式要求：

外伸宽度：bs≥ 厚度：ts≥h040(mm)(5-27)30bs(5-28)15在腹板一侧配置的钢板横向加劲肋，其外伸宽度应大于按公式(5-27)算得的1.2倍，厚度不应小于其外伸宽度的1／15。

在同时用横向加劲肋和纵向加劲肋加强的腹板中，横向加劲肋的截面尺寸除应符合上述规定外，其截面惯性矩Iz尚应符合下式要求

3Iz≥3h0tw(5-29)纵向加劲肋的截面惯性矩Iy，应符合下列公式要求

当a/h0≤0.85时： Iy≥1.5h0tw(5-30a)

3aa3h0tw 当a/h0>0.85时： Iy≥ 2.50.45(5-30b)hh00短加劲肋的最小间距为0.75h1(h1见图5-15)。短加劲肋外伸宽度应取横向加劲肋外伸宽度的0.7～1.0倍，厚度不应小于短加劲肋外伸宽度的1／15。

注：(1)用型钢(H型钢、工字钢、槽钢、肢尖焊于腹板的角钢)做成的加劲肋，其截面惯性矩不得小于相应钢板加劲肋的惯性矩。

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(2)在腹板两侧成对配置的加劲肋，其截面惯性矩应按梁腹板中心线为轴线进行计算。

(3)在腹板一侧配置的加劲肋，其截面惯性矩应按与加劲肋相连的腹板边缘为轴线进行计算。

2.仅设横向加劲肋梁腹板的局部稳定计算

仅配置横向加劲肋的腹板(图5-15a)，其区格A的局部稳定应按下式计算：

22 crc1(5-31)c.crcr式中 ——所计算腹板区格内，由平均弯矩产生的腹板计算高度边缘的弯曲压应力；

——所计算腹板区格内，由平均剪力产生的腹板平均剪应力，应按V/(ht)

ww计算, hw为腹板高度；

c ——腹板计算高度边缘的局部压应力，应按公式(5-7)计算，但取式中的ψ＝1.0；

cr、cr、c,cr、——各种应力单独作用下的临界应力.(1)cr 按下列公式计算： 当b≤0.85时：

cr＝ f(5-32a)当0.85<b≤1.25时：

cr＝[1—0.75(b一0.85)]f(5-32b)当b>1.25时：(5-32c)cr＝1.1f／b式中 b——用于腹板受弯计算时的通用高厚比； 当梁受压翼缘扭转受到约束时：

b2hc/tw177fy235(5-32d)当梁受压翼缘扭转未受到约束时:

fy2hc/tw b(5-32e)

153235hc ——梁腹板弯曲受压区高度，对双轴对称截面2hc＝h0

(2)cr按下列公式计算： 当s≤0.8时：

cr=fv(5-33a)当0.8<s≤1.2时：

cr＝[1—0.59(s-0.8)] fv(5-33b)当s>1.2时：

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cr=1.1fv／2s(5-33c)式中s——用于腹板受剪计算时的通用高厚比 当a/h0≤1.0时：

s当a/h0>1.0时：

h0/tw4145.34(h0/a)2fy235(5-33d)

s(3)c,cr按下列公式计算： 当c≤0.9时：

h0/tw415.344(h0/a)2fy235(5-33e)

c,cr = f(5-34a)当0.9＜c≤1.2时：

c,cr＝[1－0.79(c一0.9)]f(5-34b)当c＞1.2时：

c,cr＝1.1f/2c(5-34c)式中 c——用于腹板受局部压力计算时的通用高厚比。当0.5≤ a/h0≤1.5时：

c当1.5< a/h0≤2.0时

h0/tw2810.913.4(1.83a/h0)3fy235(5-34d)

ch0/tw2818.95a/h0fy235(5-34e)提高板抵抗凹凸变形能力是提高板局部稳定性的关键.当板的支承条件已经确定时,其主要措施是增加板的厚度,减小板的周界尺寸(a、b)，即限制板件的宽厚比，或设置加劲肋。3.同时设纵、横加劲肋腹板的局部稳定

当腹板 h0/tw>170235/fy，应同时设置横向和纵向加劲肋（图5-15b、c），纵向加劲肋设在离受压边缘h1(1/4~1/5h0)位置，设受压翼缘与加劲肋间的区格为Ⅰ,受拉翼缘与纵向加劲肋间的区格为Ⅱ(图5-15c)，应分别计算其局部稳定性。

（1）受压翼缘与纵向加劲肋之间的区格Ⅰ的稳定计算公式

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区格Ⅰ的特点是:高度尺寸h1较小,压应力大,对稳定不利,剪应力仍假定均匀分布。同时用横向加劲肋和纵向加劲肋加强的腹板(图5-15b、c)，其局部稳定性应按下列公式计算

22c  ≤1(5-35)cr1cr1c.cr1式中 cr1、cr1、c,cr1分别按下列方法计算：

1)cr1按公式(5-32)计算，但式中的b改用下列b1代替。

h/t当梁受压翼缘扭转受到约束时：b11w75fy235(5-36a)

h1/twfy当梁受压翼缘扭转未受到约束时：b1(5-36b)

64235式中 h1——纵向加劲肋至腹板计算高度受压边缘的距离。

2)cr1按公式(5-33)计算，将式中的h0改为h1

3)c,cr1按公式(5-32)计算，但式中的b改用下列c1代替。当梁受压翼缘扭转受到约束时：

h/tc11w56当梁受压翼缘扭转未受到约束时：

fy235fy235(5-37a)

c1h1/tw40(5-37b)（2）受拉翼缘与纵向加劲肋之间的区格Ⅱ的稳定计算公式

区格Ⅱ的特点是弯曲应力以受拉为主,对稳定有利.最大压应力在纵向加劲肋部位,其值比区格Ⅰ小得多,规范规定的计算公式如下

222c2≤1(5-38)c.cr2cr2cr2式中 2——所计算区格内由平均弯矩产生的腹板在纵向加劲肋处的弯曲压应力；

c2——腹板在纵向加劲肋处的横向压应力，取0.3c。1)cr2按公式(5-32)计算，但式中的b改用下列b2代替。

b2h2/tw194fy235(5-39)2)cr2按公式(5-33)计算，将式中的h0改为h2(h2h0h1)3)c,cr2按公式(5-34)计算，但式中的h0改为h2，当a/h22时，取a/h22。4.支承加劲肋

支承加劲肋一般由成对布置的钢板做成(图5-16a),也可以用凸缘式加劲肋,其凸缘长度不得大于其厚度的2倍(图5-16b)。支承加劲肋除保证腹板局部稳定外,还要将支反力或固定集中力传递到支座或梁截面内,因此支承加劲肋的截面除满足加劲肋的各项要求外,还应按传

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递支反力或集中力的轴心压杆进行计算,其截面常常比一般加劲肋截面稍大一些.支承加劲肋的设计主要包括下面三个方面:（1）腹板平面外的稳定性

为了保证支承加劲肋能安全地传递支反力或集中荷载F,梁的支承加劲肋，应按承受梁支座反力或固定集中荷载的轴心受压构件计算其在腹板平面外的稳定性。此受压构件的截面应包括加劲肋和加劲肋每侧15tw235/fy范围内的腹板面积，计算长度取h0(梁端处若腹板长度不足时,按实际长度取值)（2）端面承压强度

支承加劲肋的端部一般刨平顶紧于梁翼缘或支座,应按下式计算端面承压应力: ceF/Ace≤fce(5-40)式中Ace──端面承压面积(接触处净面积,见 图5-16)

图5-16支承加劲肋

fce──钢材端面承压强度设计值(fce≈1.5f)，见附表1-1 支承加劲肋端部也可以不用刨平顶紧,而用焊缝连接传力,此时则应计算焊缝强度。（3）支承加劲肋与腹板的连接焊缝

可假定F力沿焊缝全长均匀分布进行计算。支承加劲肋与腹板的连接焊缝应按承受全部支座反力或集中荷载F计算。通常采用角焊缝连接，焊脚尺寸应满足构造要求。5.短加劲肋

在受压翼缘与纵向加劲肋之间设有短加劲肋的区格(图5-15d)，其局部稳定性按式(5-35)计算。该式中的cr1仍按(5-36)计算；cr1按式(5-33)计算，但将h0和a改为h1和a1(a1为短加劲肋间距)；c,cr1按式(5.32)计算，但式中b改用下列c1代替。

当梁受压翼缘扭转受到约束时：

c1当梁受压翼缘扭转未受到约束时：

a1/tw87fy235fy235(5-41a)

a/tc11w73(5-41b)

12对a1/h11.2 的区格，公式(5-41)右侧应乘以1/0.40.5a1。h1 142

第二篇：建筑钢结构设计-教案(09秋)

《建筑钢结构设计》

教 案

课程编号： 020001807 授课学时： 22 任课班级： 土木05-1，2，3班 开课学期： 2008年秋季学期 任课教师： 张 曰 果 教 研 室： 钢结构教研室

2008年8月28日

课程名称：建筑钢结构设计 学分数：1.5 周学时：2 总学时：22 学时

课程类别： 必修课（专业课）（考查）课程考核方式：

1、出勤、作业、及课堂问题回答20分（20%）

2、两次随堂测试每次20分（2×20%=40%）

3、期末测试40分（40%）

教材： 《房屋建筑钢结构设计》（《钢结构》下册）

说明：

1、教学内容：* 重点； # 难点

2、每章节具体授课内容见讲稿

第一章 轻型门式刚架结构

1.1.概述

了解门式刚架的特点

教学方法：自学 教学手段： 以上需要学时：1

1.2 结构形式和布置 轻型门式刚架结构形式 * 轻型门式刚架建筑尺寸和布置 * 支撑的布置要求

教学方法：讲授 教学手段：多媒体+板书 以上需要学时：2

1.3刚架设计

1.3.1荷载及荷载组合 荷载汇集

永久荷载：自重

可变荷载：活、雪、灰、吊、风、地 * 荷载组合原则：可能同时 1.3.2内力及侧移计算

内力计算方法简介：弹性设计法、塑性设计法 # 刚架的侧移计算：柱脚刚接、柱脚铰接

教学方法：讲授 教学手段：多媒体+板书 以上需要学时：2

1.3.3刚架柱、梁设计

刚架柱、梁设计概要（具体设计方法 自学）# 腹板屈曲后的强度计算理论 构件的稳定计算理论（自学）

新增内容：腹板屈曲后的强度计算理论 1.4节点设计

* 节点设计：梁柱刚结 1.5檩条设计、墙架设计 墙梁、檩条的计算概要 * 荷载计算及设计内容 1.6 构造要求

教学方法：讲授 教学手段：多媒体+板书 以上需要学时：2

1.4 压型钢板设计 面形式、材料、几何特征 荷载及组合 # 板件的有效宽度 压型钢板的强度和挠度 压型钢板的构造

教学方法：自学 教学手段：提供多媒体课件 以上需要学时：3

本章作业及测验 教材P46习题1.1、1.2 本章随堂测验1次（共第1次）

第二章 单层厂房结构

2.1厂房结构的形式和布置 厂房结构的组成 * 厂房结构的设计步骤 钢结构厂房的特点

教学方法：讲授 教学手段：多媒体+板书 以上需要学时：2

计算简图的确定 柱网和温度缝的布置 横向框架的荷载和内力 厂房结构的设计步骤 柱间支撑的作用及布置

教学方法：讲授 教学手段：多媒体+板书 以上需要学时：2

吊车梁的设计

教学方法：自学 教学手段：提供多媒体课件 以上需要学时：3

2.2 屋盖结构

* 屋盖支撑的种类作用及布置 * 屋架的杆件设计及节点设计

教学方法：讲授 教学手段：多媒体+板书 以上需要学时：2

2.3 屋架设计 * 荷载汇集及荷载组合 * 内力计算

* 杆件设计 * 节点设计

* 刚接屋架设计特点

教学方法：讲授 教学手段：多媒体+板书 以上需要学时：2

本章作业及测验： 教材P96习题2.1、2.2 本章随堂测验1次（共第2次）

第三章 多层钢结构房屋

3.1 结构组成 多、高层钢结构特点 高层建筑钢结构的结构体系 * 结构体系及适用范围

教学方法：讲授 教学手段：多媒体+板书 以上需要学时：2

3.2 多层钢结构设计计算 结构荷载

* 结构设计方法及步骤

教学方法：讲授 教学手段：多媒体+板书 以上需要学时：2

3.3 楼(屋)盖结构 楼(屋)结构形式

设计要求设计步骤及构造（结合组合结构内容）

教学方法：自学 教学手段：提供多媒体课件 以上需要学时：4

3.4 构件及连接设计特点 * 梁的设计方法 * 柱的设计方法

* 构件、连接的计算及其构造要求

教学方法：讲授 教学手段：多媒体+板书 以上需要学时：2 抗侧力结构的设计 * 支撑布置及设计概要 连接节点的设计

教学方法：讲授 教学手段：多媒体+板书 以上需要学时：1

本章作业及测验： 教材P201习题4.1、4.2 期末总测验1次（共第3次）

参考资料 1.《房屋建筑钢结构设计》（《钢结构》下册）陈绍蕃 主编 中国建筑工业出版社； 2.《钢结构设计规范》GB50017 3.《钢结构》（第二版）魏明钟 主编

4.《钢结构基本原理》，沈祖炎 陈扬骥 陈以一编著，中国建筑工业出版社 5.《钢结构设计与计算》，包头钢铁设计研究院 编著，机械工程出版

第三篇：《钢结构设计原理》教学大纲

《钢结构设计原理》教学大纲

英文名称：Design principle of steel structure 学

分：2.5学分

学

时：40学时

理论学时：40学时 教学对象：土木工程专业

先修课程：土木工程材料、工程力学、工程制图与CAD

教学目的：

本课程是土木工程专业的学科基础课，通过本课程的学习，使学生了解钢结构的合理应用范围和主要发展方向，掌握钢结构设计的基本理论和基本知识，能进行钢结构基本构件及各种连接的设计，为继续学习专业课程奠定扎实的基础，达到培养目标中关于本课程的要求。

教学要求：

本课程的教学与学习着重钢结构的基本理论和基本知识，使学生掌握钢结构的计算原理、构造方法、结构钢材的选用，具有独立钻研钢结构的比较巩固的理论基础。

教学内容：

第一章

绪论（2学时）1．钢结构课程的特点、任务 2．钢结构发展简史 3．钢结构的特点和应用范围 4．钢结构的设计方法 5．钢结构的发展

基本要求：

了解钢结构课程的特点与任务，掌握钢结构的特点，了解钢结构的应用与发展，熟悉钢结构的设计方法。

重

点：

掌握钢结构的特点，熟悉钢结构的极限状态设计方法。难

点：

正确理解钢结构的合理应用范围，熟悉钢结构的极限状态设计方法。

第二章

钢结构的材料（4学时）1．钢材的破坏形式 2．钢结构对钢材性能的要求 3．影响钢材力学性能的因素 4．钢材的疲劳 5．钢材的种类与选用 6．钢材的规格

基本要求： 了解钢材的破坏形式，掌握钢材的力学性能，熟悉影响钢材性能的各种因素，掌握钢材疲劳概念，熟悉钢材疲劳验算方法，熟悉建筑常用钢材的种类与选用，了解钢材的规格。

重

点：

掌握钢结构对钢材性能的要求，熟悉影响钢材性能的各种因素。难

点：

掌握钢材疲劳概念，合理选择钢材。

第三章

钢结构的连接（8学时）1．钢结构的连接方法 2．焊接连接方法和形式 3．对接焊缝的构造和计算 4．角焊缝的构造和计算 5．焊接应力和焊接变形 6．普通螺栓连接的构造和计算 7．高强螺栓连接的构造和计算

基本要求：

了解钢结构的连接方法及各种连接的特点，了解焊接连接方法和形式，掌握对接焊接连接的构造，熟悉其计算方法，了解角焊接连接的受力特点，掌握角焊接连接的构造和计算方法。了解焊接应力的产生，熟悉焊接应力对结构性能的影响及减少焊接变形的措施。掌握螺栓连接的特点、工作性能、破坏机理和计算方法。

重

点：

掌握角焊缝连接的强度，掌握角焊缝连接在各种荷载作用下的计算方法，掌握普通螺栓连接的破坏机理、强度及在各种荷载作用下的螺栓内力计算方法，掌握高强螺栓连接的受力机理，掌握摩擦型高强螺栓连接的计算方法。

难

点：

正确应用角焊缝连接强度公式，掌握角焊缝连接在力矩等多种荷载作用下的计算方法，掌握普通螺栓连接在弯矩、及与轴力和剪力共同作用下的螺栓内力计算方法，准确理解高强螺栓连接的受力性能，掌握摩擦型高强螺栓连接的计算方法。

第四章

轴心受力构件（10学时）1．轴心受力构件的形式和应用 2．轴心受力构件的强度和刚度 3．轴心压杆的整体稳定 4．实腹式轴心压杆的局部稳定 5．轴心受压实腹式构件设计 6．轴心受压格构式构件设计 7．轴心受压柱的柱头与柱脚

基本要求：

了解轴心受力构件的形式和应用，掌握轴心受力构件的强度和刚度，熟悉轴压构件的整体稳定和局部稳定的基本概念和基本理论，掌握轴压构件的整体稳定和局部稳定验算方法。掌握实腹式构件和格构式构件设计计算方法和构造要求，熟悉柱头及柱脚构造，掌握轴压柱 脚设计计算和构造。

重

点：

掌握实腹式构件和格构式构件设计计算方法和构造要求，准确理解弯扭屈曲换算长细比和格构式构件绕虚轴换算长细比概念。

难

点：

熟悉轴压构件的整体稳定和局部稳定理论，准确理解弯扭屈曲换算长细比和格构式构件绕虚轴换算长细比。

第五章

受弯构件（10学时）1．受弯构件的形式和应用 2．受弯构件的强度和刚度 3．受弯构件的整体稳定

4．受弯构件的局部稳定、腹板屈曲后强度和加劲肋构造 5．受弯构件设计 6．梁的拼接、主次梁连接

基本要求：

了解受弯构件的形式和应用，掌握受弯构件的强度和刚度，熟悉受弯构件的整体稳定和局部稳定的基本概念和基本理论，掌握受弯构件的整体稳定和局部稳定验算方法，了解腹板屈曲后强度，掌握工字型截面受弯构件的设计计算方法和构造要求，掌握受弯构件强度计算，熟悉梁的拼接、主次梁连接和支座构造。

重

点：

掌握受弯构件的整体稳定和局部稳定验算方法，掌握工字型截面受弯构件的设计计算方法和构造要求。

难

点：

熟悉受弯构件的整体稳定和局部稳定基本理论，了解腹板屈曲后强度，掌握受弯构件的整体稳定和局部稳定验算方法。

第四章

拉弯和压弯构件（6学时）1．拉弯和压弯构件的形式和应用 2．拉弯和压弯构件的强度和刚度 3．压弯构件的整体稳定 4．实腹式压弯构件的局部稳定 5．压弯实腹式构件设计 6．压弯格构式构件设计 7．压弯构件柱脚设计

基本要求：

了解拉弯和压弯构件的形式和应用，掌握拉弯和压弯构件的强度计算，熟悉压弯构件的整体稳定和局部稳定的基本概念和基本理论，掌握压弯构件的整体稳定和局部稳定验算方法，掌握实腹式压弯构件和格构式压弯构件设计计算方法和构造要求，掌握压弯构件设计方法，熟悉梁柱连接以及压弯柱脚的设计计算和构造。

重

点： 掌握压弯构件的整体稳定和局部稳定验算方法，掌握实腹式构件和格构式构件设计计算和构造要求。

难

点：

熟悉压弯构件的整体稳定和局部稳定基本理论，掌握框架柱计算长度的确定。

参考教材：

1．魏明钟.钢结构（第二版）.武汉：武汉理工大学出版社，2002 2．沈祖炎，陈扬骥，陈以一.钢结构基本原理.北京：中国建筑工业出版社，200 3．陈绍蕃，顾强.钢结构（上）钢结构基础.北京：中国建筑工业出版社，2003 4.丁阳.钢结构设计原理.天津：天津大学出版社，2004 4

第四篇：钢结构设计原理教学大纲

《钢结构课程设计》课程教学大纲

Steel Structure Course Design 课程编号：422009

学时数：1周 执笔者：梁靖波

学分数：

1编写日期：2005年6月

一、课程的性质和目的

本课程是土木工程专业重要的实践性教学环节，是对学生知识和能力的总结。通过钢结构课程设计，使学生进一步了解钢结构的结构型式、结构布置和受力特点，掌握钢结构的计算简图、荷载组合和内力分析，掌握钢结构的构造要求等。要求在老师的指导下，参考已学过的课本及有关资料，综合应用钢结构的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识，进行整体钢结构设计计算，并绘制钢结构施工图。

二、课程教学内容

（一）设计题目

某厂房跨度为21m或24m（由指导教师指定），总长90m，柱距6m，采用梯形钢屋架、1.5×6.0m预应力混凝土大型屋面板，20mm厚水泥砂浆找平，上铺泡沫混凝土保温层，三毡四油（上铺绿豆砂）防水层，一毡二油隔气层；屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400，混凝土强度等级为C30，屋面坡度为i1:10。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为7度，屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t。

其中保温层荷载、积灰荷载、屋架跨度和钢材种类可以有多种不同的组合。由指导教师指定学生按其中的一种组合，独立完成钢屋架设计。

（二）计算书编写

1、确定屋架型式与尺寸；选择钢材及焊接材料，并明确提出对保证项目的要求；

2、进行屋盖支撑布置，按比例绘出屋架结构及支撑的布置图；

3、进行荷载汇集、杆件内力计算、内力组合，选择各杆件截面；

4、设计下弦节点、上弦节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节点等。

要求计算书内容要有系统地编排，字体要端正，表示要清楚，计算步骤明确，计算公式和数据来源应有依据，并应附有与设计有关的插图和说明。

（三）施工图绘制

绘制钢屋架施工图，其中包括屋架简图、屋架结构图、上下弦平面图、必要的剖面图和零件大样图、材料表和设计说明等。

要求图面清楚整洁，线条粗细分明，尺寸及标注齐全，符号及比例正确，构造合理，能表达设计意图，符合国家制图标准并与计算书一致。

三、课程教学的基本要求式。

(一)集体辅导

本课程是土木工程专业的实践性教学环节，在教学方法上，采用集体辅导与个别辅导相结合的指导方通过课堂讲授，使学生进一步明确课程设计的任务、内容、要求、设计步骤等；通过典型例题分析使学生对钢屋架的结构型式、结构布置和受力特点有更深的了解，掌握屋盖体系中支撑体系的作用、布置和设计方法，掌握钢屋架计算简图、荷载组合和内力分析方法等；重点讲清钢屋架的杆件设计、钢结构的连 接、节点设计和构造要求中的要点；介绍编写计算书及绘制施工图时容易出错的地方和注意事项。

(二)个别辅导

指导学生参考已学过的课本及有关资料，综合应用钢结构的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识，进行整体钢结构的设计计算，独立完成设计内容。辅导过程中要及时掌握学生的设计进度。

(三)课程设计结束时，要求学生写出课程设计计算书一份，绘制钢屋架施工图一至两张。围绕课程设计涉及的基本理论、设计方法、构造措施、图面布置、绘图深度以及表达方法等诸方面进行考核。根据学生的理解程度和掌握的深度、图纸和计算书质量、学习态度等给予评分。

评分按5级评分制确定，即优、良、中、及格、不及格。

四、本课程与其它课程的联系与分工

先修课程：钢结构设计原理、钢结构设计。

五、建议教材与教学参考书

［1］《钢结构设计原理》

张耀春主编

周绪红副主编

高等教育出版社 ［2］《钢结构基础》

陈绍蕃主编

中国建筑工业出版社 ［3］《房屋建筑钢结构设计》

陈绍蕃主编

中国建筑工业出版社 ［4］《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

中国计划出版社 ［5］《钢结构设计手册》

中国建筑工业出版社

第五篇：钢结构设计原理习题集及答案

钢结构设计原理习题集及答案(2011-09-28 10:53:54)标签： a格 极限状态 焊缝 构件 承载力 教育 分类： 试卷题库 钢结构设计原理习题集及答案 第一章 绪论 练习题

一、简答题

1．简述钢结构的特点和应用范围。答：特点：（1）承载能力大；（2）稳妥可靠；（3）便于工业化生产，施工周期短；（4）密闭性好；耐热但不耐火；（5）耐腐蚀性差；（6）容易产生噪音 应用范围：（1）承受荷载很大或跨度大，高度大的结构；（2）承受动力荷载作用或经常移动的结构；（3）经常拆装的拼装式结构；（4）对密闭性要求高的结构；（5）高温车间或需承受一定高温的结构；（6）轻型结构

2．试举例说明钢结构的主要发展趋势。答：（1）高性能钢材的研制；（2）设计方法和计算理论的改进；（3）结构形式的革新

第二章 钢结构的材料 练习题

一、单项选择题

1、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

2、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

3、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

4、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

5、下列因素中_ A__与钢构件发生脆性破坏无直接关系。(A)钢材屈服点的大小

(B)钢材含碳量

(C)负温环境

(D)应力集中

6、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

7、钢材的力学性能指标，最基本、最主要的是_ C _时的力学性能指标。(A)承受剪切

(B)承受弯曲

(C)单向拉伸

(D)两向和三向受力

参考答案

1.B 2.C 3.D 4.A 5.A 6.B 7.C

二、名词解释

1．应力集中和残余应力 答：（1）应力集中：实际结构中不可避免的存在孔洞、槽口、截面突然改变以及钢材内部缺陷等，此时截面中的应力分布不再保持均匀，不仅在孔口边缘处会产生沿力作用方向的应力高峰，而且会在孔口附近产生垂直于力的作用方向的横向应力，甚至会产生三向拉应力；（2）残余应力：在浇注、轧制和焊接加工过程中，因不同部位钢材的冷却速度不同，或因不均匀加热和冷却而产生。2．冷加工硬化和时效硬化 答：（1）在冷加工（或一次加载）使钢材产生较大的塑性变形的情况下，卸荷后再重新加载，钢材的屈服点提高，塑性和韧性降低的现象称为冷作硬化；在高温时溶于铁中的少量氮和碳，随着时间的增长逐渐由固溶体中析出，生成氮化物和碳化物，散存在铁素体晶粒的滑动界面上，对晶粒的塑性滑移起到遏制作用，从而使钢材的强度提高，塑性和韧性下降。这种现象称为时效硬化（也称老化）；

（2）钢材的性能受温度的影响十分明显，在150℃以内，钢材的强度、弹性模量和塑性均与常温相近，变化不大。但在250℃左右，抗拉强度有局部性提高，伸长率和断面收缩率均降至最低，出现了所谓的蓝脆现象（钢材表面氧化膜呈蓝色）；

三、分析简答题

1．钢结构材料的破坏形式有哪几种？破坏特点？ 答：钢材的破坏分塑性破坏和脆性破坏两种：（1）塑性破坏：塑性变形很大，经历时间又较长的破坏称塑性破坏。断裂时断口与作用力方向呈45°，且呈纤维状，色泽发暗；（2）脆性破坏：几乎不出现塑性变形的突然破坏称脆性破坏。断裂时断口平齐，呈有光泽的晶粒状。脆性破坏危险性大，必须加以重视。

2．简述影响钢材脆性断裂的主要因素？如何避免不出现脆性断裂？

答：导致脆性破坏的因素：化学成分；冶金缺陷（偏析、非金属夹杂、裂纹、起层）；温度（热脆、低温冷脆）；冷作硬化和时效硬化 ；应力集中；同号三向主应力状态。

为了防止脆性破坏的发生，应在钢结构的设计、制造和使用过程中注意以下各点：(1)合理设计；(2)正确制造；(3)合理使用。

3．什么是疲劳破坏？简述疲劳破坏的发展过程。影响疲劳破坏的主要因素？

答：钢材在多次循环反复荷载作用下，即使应力低于屈服点fy也可能发生破坏的现象称疲劳破坏。疲劳破坏具有突然性，破坏前没有明显的宏观塑性变形，属于脆性断裂。但与一般脆断的瞬间断裂不同，疲劳是在名义应力低于屈服点的低应力循环下，经历了长期的累积损伤过程后才突然发生的。其破坏过程一般经历三个阶段，即裂纹的萌生、裂纹的缓慢扩展和最后迅速断裂，因此疲劳破坏是有寿命的破坏，是延时断裂。疲劳对缺陷（包括缺口、裂纹及组织缺陷等）十分敏感。

第三章 钢结构的设计方法 练习题

一、填空题

1．钢结构的设计方法大体经历了三个阶段：、和，目前《钢规》主要采用

。容许应力设计法、半概率半极限状态设计法和概率极限状态设计法，概率极限状态设计法。2．结构的、、统称结构的可靠性，可靠性用

来衡量。安全性、适用性、耐久性，可靠度

二、分析简答题

1．什么是结构的可靠度？可靠指标的含义？如何确定结构的可靠指标？

答：所谓可靠度，就是结构在规定时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。对于一个结构而言，比较可行的方法是，以可靠指标的计算来代替可靠度的计算。可靠指标β＝μz/σz，β与失效概率Pf有确定的一一对应关系，β增大，Pf减小。

2．什么是结构的极限状态？结构的极限状态分为几类，其含义各是什么？ 答：整个结构或结构的一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，称此特定状态为该功能的极限状态。

我国《钢结构设计规范》规定，承重结构应按下列二类极限状态进行设计：(1)承载能力极限状态包括：构件和连接的强度破坏、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；(2)正常使用极限状态包括：影响结构、构件和非结构构件正常使用或耐久性能的局部损坏（包括组合结构中混凝土裂缝）。3．标准荷载、设计荷载有何区别？如何应用？ 答：各种荷载的标准值是指建筑结构在正常情况下比较有可能出现的最大荷载值。当结构构件承受多种荷载时，设计必须考虑若干种荷载共同作用所引起的荷载效应组合，对正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，分别采用荷载的短期效应组合和长期效应组合进行设计。

第四章 钢结构的连接 练习题

一、选择题

1．T形连接中直角角焊缝的最小焊脚尺寸，最小焊脚尺寸，式中

。A．t1为腹板厚度，t2为翼缘厚度； B．t1为翼缘厚度，t2为腹板厚度；

C．t1为被连接件较小的厚度，t2为被连接件较大的厚度； D．t1为被连接件较大的厚度，t2为被连接件较小的厚度。2．单个普通螺栓的抗剪承载力由

确定。A．单个螺栓的抗剪承载力设计值； B．单个螺栓的承压承载力设计值；

C．单个螺栓的抗剪和承压承载力设计值中的较小值； D．单个螺栓的抗剪和承压承载力设计值中的较大值。

3．如图所示，一截面尺寸100×8的板件与厚度为10mm的节点板仅用侧焊缝连接（承受静载），根据焊缝长度的构造要求，侧焊缝长度 最有可能取

。A．40mm；

B．80mm； C．120mm；

D．400mm

4．当沿受力方向的连接长度（孔径）时，螺栓的抗剪和承压设计承载力均应降低，以防止。

A．中部螺栓提前破坏；

B．端部螺栓提前破坏； C．螺栓受弯破坏；

D．螺栓连接的变形过大。5．图示高强度螺栓群受弯后的旋转中心为

。A．a点；

B．b点；

C．c点；

D．d点

参考答案：

1．C； 2．C； 3．C； 4．B； 5．B

二、填空题

1．焊缝类型分为

和

，施焊方法根据焊工与焊缝的相对位置分为、、、，其中以

施工位置最好。对接焊缝和角焊缝。俯焊、立焊、横焊、仰焊，俯焊 2．规范规定在静力荷载下，侧焊缝的计算长度不宜大于

；动力荷载时，不宜大于

。60 ；40 3．焊接残余应力将

构件的强度，构件的刚度，构件的稳定承载力。不影响，降低，降低

三、简答题

1． 如何区分脚焊缝是受弯还是受扭。

答：当计算受偏心力作用的角焊缝的强度时，须分清角焊缝是受弯还是受扭，然后才能正确应用角焊缝的基本计算公式进行计算。判别方法：若偏心力在焊缝群平面内，则该连接中的角焊缝受扭；若偏心力在焊缝群平面外，则受弯。也可以这样区分，若焊缝群中任意一点应力的方向均垂直于焊缝的长度方向，则该连接中的角焊缝受弯，不然则为受扭。（图1受弯，图2受扭）

2．焊脚尺寸是否选用大的比小的好？

答：焊脚尺寸太大时，较薄的焊件容易烧穿；焊缝冷却收缩将产生较大的焊接变形；热影响区扩大容易产生脆裂。焊脚尺寸太小，焊接时产生的热量较小，焊缝冷却快，容易产生裂纹；同时也不易焊透。角焊缝在手工电弧焊时，一般情况焊脚尺寸在6～8mm以下时能一次焊成，超过时则需要多层焊，故相对而言增加了焊接时间，使焊接速度降低，成本增高。焊缝施焊后冷却收缩引起的残余应力随焊缝增大而加大，故焊脚尺寸亦不宜过大。

综上所述，无论是从焊条等焊接材料的消耗和焊接速度、焊接残余应力，或是从焊缝的相对强度，角焊缝都以选用小焊脚尺寸为宜。因此，当焊件的焊接长度较富余，在满足最大焊缝长度的要求下，采用小而长比大而短的焊缝好。3．在受剪连接开孔对构件截面的削弱影响时，为什么摩擦型高强度螺栓的较普通螺栓的小？ 答：摩擦型高强度螺栓的受剪连接传力特点不同于普通螺栓。后者是靠螺栓自身受剪和孔壁承压传力，而前者则是靠被连接板叠间的摩擦力传力。一般可认为摩擦力均匀分布于螺栓孔四周，故孔前传力约为0.5。因此，构件开孔截面的净截面强度的计算公式为：

式中

N——轴心拉力或轴心压力

An——构件的净截面面积

n——在节点或拼接处，构件一端连接的高强度螺栓数目；

n1——所计算截面上高强度螺栓数目；

f——钢材的抗拉或抗压强度设计值。

上式括号内数值小于1，这表明所计算截面上的轴心力N已有一定程度的减少。对比普通螺栓受剪连接构件开孔截面的净截面强度的计算公式：

显而易见，在受剪连接中，摩擦型高强度螺栓开孔对构件截面的削弱影响较小。第五章 轴心受力构件 练习题

一、选择题

1．对于焊接组合工字形截面轴心受压杆，其腹板局部稳定的高厚比限制条件是根据边界条件为

的矩形板单向均匀受压确定的。

A．两受荷边简支，另两边弹性嵌固；

B．四边弹性嵌固； C．两边简支，另两受荷边弹性嵌固；

D．四边简支

2.轴心受压格构式构件在验算其绕虚轴的整体稳定时采用换算长细比，是因为

。A．格构式构件的整体稳定承载力高于同截面的实腹式构件； B．考虑强度降低的影响；

C．考虑单肢失稳对构件承载力的影响； D．考虑剪切变形的影响。

3．当缀条采用单角钢时，按轴心压杆验算其承载能力，但必须将设计强度按规范规定乘以折减系数，原因是：

A．格构式柱所给的剪力值是近似的；

B．单角钢缀条实际为偏心受压构件； C．缀条很重要，应提高其安全程度；

D．缀条破坏将影响绕虚轴的整体稳定。参考答案：

1．A； 2．D； 3．B

二、填空题

1．为满足使用及安全的要求，当板中的局部稳定满足时，对轴心受压构件还应进行

、和

验算。

强度、整体稳定和构件的长细比（刚度）2．计算格构式轴心受压柱的 时，需要先求出横向剪力。此剪力大小与

和

有关。

缀材，柱的毛截面面积和钢材的强度

3．当格构式轴压缀条柱的单肢长细比 时，意味着

。单肢不会先于整体而失稳，不必验算单肢稳定

4．验算格构式轴心受压杆绕虚轴的稳定时，应用

查稳定系数φ值。换算长细比

三、分析简答题

1．提高轴心压杆钢材的抗压强度能否提高其稳定承载力？为什么？ 答：提高轴心压杆钢材的抗压强度不能提高其稳定承载力，因为理想轴心压杆在弹性阶段由于E为一常量，且各类钢材基本相同，故其临界应力只是长细比λ的单一函数，与材料的抗压强度无关。

第六章 梁 练习题

一、选择题

1．焊接工字形钢梁受压翼缘宽厚比限制为，式中b1为

。A．翼缘板外伸宽度（或翼缘板宽度的一半）；

B．翼缘板全部宽度； C．翼缘板全部宽度的1/3；

D．翼缘板的有效宽度 2．焊接工字形组合截面梁，当腹板的局部稳定验算符合： 时。A．不必设置加劲肋；

B．按构造设置横向加劲肋；

C．需设置横向加劲肋，加劲肋的间距要进行计算； D．除需设置横向加劲肋，还应设置纵向加劲肋

3．双轴对称工字形截面简支梁，受压翼缘侧向支承点的间距和截面尺寸都不改变，受

作用的梁的临界弯距为最低。

A．多数集中荷载；

B．均布荷载； C．纯弯曲；

D．跨中集中荷载

4．工字形截面简支梁在上翼缘受集中荷载作用，钢材为Q235，为提高其整体稳定承载力，最合理的方法是。

A．改用Q345钢；

B．加高腹板；

C．在梁跨中下翼缘加侧向支撑；

D．在梁跨中上翼缘加侧向支撑 5．下列因素中，对梁在弹性阶段的整体稳定承载力影响不大。A．梁的侧向抗弯刚度；

B．梁所用材料的屈服点； C．荷载种类；

D．荷载作用位置 参考答案：

1．A； 2．C； 3．C； 4．D； 5．B

二、填空题

1．钢梁丧失整体稳定性属于

屈曲。平面外弯扭

2．按照截面形成塑性铰设计的梁，虽然可以节约钢材，但

却比较大，有可能影响使用，因此设计规范只是有限制地使用

。变形（挠度），塑性

3．对组合工字形钢梁，除了要验算最大正应力和最大剪应力外，在同时受有较大正应力和剪应力的截面，还要在 处验算折算应力。腹板计算高度的边缘

4．为提高钢梁的整体稳定性，侧向支撑点应设在钢梁的 翼缘。受压

5．影响梁整体稳定临界弯距的因素，除了梁的截面刚度和梁的侧向支承点间距 之外，还有

、和。

荷载种类、荷载作用位置和梁的支承情况

三、简答题

1．判别梁是否需要验算其整体稳定，用 来衡量，其意义是什么？、分别代表什么？ 答：当 小到一定程度可以保证阻止受压翼缘的侧向变形，从而保证不会发生整体失稳。表示受压翼缘的自由长度，表示受压翼缘宽度。

2．梁翼缘和腹板常采用连续的角焊缝连接，其长度为何不受最大长度60 或40 限制？ 答：因为梁翼缘和腹板连续处，内力沿焊缝全长分布，所以其长度可以不受最大长度限制。第七章 拉弯和压弯构件 练习题

一、选择题

1．当偏心荷载作用在实轴时，格构柱的平面外稳定是通过

来保证的。A．计算柱平面外稳定；

B．计算单肢稳定；

C．柱本身的构造要求；

D．选定足够大的单肢间距

2．实腹式偏心压杆在弯距作用平面外的整体稳定计算公式 中，应取

。A．弯距作用平面内最大受压纤维的毛截面抵抗矩； B．弯距作用平面内最大受拉纤维的毛截面抵抗矩； C．弯距作用平面外最大受压纤维的毛截面抵抗矩； D．弯距作用平面内最大受压纤维的净截面抵抗矩 3．计算格构式压弯构件的缀材时，剪力应取。

A．构件实际剪力设计值；

B．由公式 计算的剪力； C．A、B两者取大值；

D．由公式 计算的剪力

4．与基础固接的单层无侧移框架等截面柱的计算长度系数在之间。A．0～0.1；

B．1.0～2.0； C．1.0～∞；

D．2.0～∞ 参考答案：

1．B；2．A；3．C；4．A

二、填空题 1．拉弯或压弯构件强度计算公式是，当构件承受动荷载时，必须取1，其原因是

。不允许截面发展塑性 2．压弯构件在其弯距作用平面内的失稳形式是

屈曲，在平面外失稳形式是

屈曲。

弯曲，弯扭

3．压弯构件在弯距作用平面内的整体失稳属于

类稳定问题。二

4．偏心受压构件计算公式中的塑性发展系数，只与

有关。截面形式 5．弯距绕虚轴作用的格构式压弯构件，其弯距作用平面内的整体失稳计算宜采用

准则。边缘屈曲

三、简析题

1．等效弯距系数是怎样确定的？

答：引入等效弯距系数的物理意义，是把变化的弯距化为等效的均匀弯距。等效弯距是指其在与轴心力共同作用下对构件弯距作用平面内失稳的效应与原来非均匀分布的弯距与与轴心力共同作用下的效应相同。因此，它们应与按二阶弹性分析的最大弯距进行等效。具体作法是：令等效弯距及与轴心力共同作用下二阶分析所得最大弯距和原来不均匀弯距与与轴心力共同作用下的二阶最大弯距相等。

2．对于压弯构件，当弯距绕格构式柱的虚轴作用时，为什么不验算弯距作用平面外的稳定性？ 答：当弯距绕格构式柱的虚轴作用时，肢件在弯距作用平面外的稳定性已经在单肢计算中得到保证，所以整个格构式平面外稳定性不必再计算。

第八章 《桥规》中的计算方法 疑难解答 ☆问：《桥规》与《钢规》在计算拉杆和压杆计算中有何异同？ 答：（1）轴心受拉构件不论按《钢规》还是《桥规》，计算方法都是相同的，只是《桥规》中轴心受拉构件的设计和验算时采用容许应力法（疲劳除外），而《钢规》中采用极限状态法。铁路桁架桥中的拉杆一般都要进行疲劳强度的验算；

（2）轴心受压构件计算原理与《钢规》相同，要求检算强度、刚度、总体稳定及局部稳定，而且通常由总体稳定控制设计。在强度及刚度计算中，《桥规》中没有列出强度验算公式，主要因为总体稳定验算要求得到满足后，强度要求已有保证。一般不必再进行，压杆的强度验算刚度计算公式同拉杆。《桥规》要求按各种板件最大宽厚比的规定进行验算，而不具体计算临界应力，与《钢规》相同；（3）偏心受压构件设计计算内容包括强度、刚度、总体稳定和局部稳定，计算原理同《钢规》：（a）强度：桥梁结构中一般不允许考虑材料的塑性工作，所以偏心压杆的强度应按弹性假定和叠加原理进行计算；（b）刚度：偏心压杆的刚度要求一般与轴心压杆相同；（c）《桥规》中对于偏心受压构件的局部稳定没有具体规定，实际工作中通常采用轴心压杆的宽厚比限值；（d）总体稳定包括弯矩平面内总体稳定、弯矩平面外总体稳定，《桥规》中用一个公式兼顾构件在弯矩平面内的稳定和弯矩平面外的稳定；（4）偏心受拉构件 设计计算内容包括强度、刚度和疲劳：（a）拉弯构件的强度计算中一般按弹性假定，只有静力荷载作用时，通常允许考虑钢料的塑性工作；（b）刚度计算同轴心拉杆；（c）《桥规》要求对主桁中的挂杆按其最不利组合应力检算疲劳强度。