结构工程师

某商厦增建钢结构入口大堂,其屋面结构布置如题图所示,新增钢结构依附于商厦的主体结构。钢材采用Q235B钢,钢柱GZ-1和钢梁GL-1均采用热轧H型钢H446×199×8×12制作,其截面特性为:A=8297mm2,Ix=28100×104mm4,Iy=1580×104mm4,ix=184mm,iy=43.6mm,Wx=1260×103mm3,Wy=159×103mm3。钢柱高15m,上、下端均为铰接,弱轴方向5m和10m处各设一道系杆XG。假定,钢柱GZ-1轴心压力设计值N=330kN。试问,对该钢柱进行

题目
某商厦增建钢结构入口大堂,其屋面结构布置如题图所示,新增钢结构依附于商厦的主体结构。钢材采用Q235B钢,钢柱GZ-1和钢梁GL-1均采用热轧H型钢H446×199×8×12制作,其截面特性为:A=8297mm2,Ix=28100×104mm4,Iy=1580×104mm4,ix=184mm,iy=43.6mm,Wx=1260×103mm3,Wy=159×103mm3。钢柱高15m,上、下端均为铰接,弱轴方向5m和10m处各设一道系杆XG。



假定,钢柱GZ-1轴心压力设计值N=330kN。试问,对该钢柱进行稳定性验算,由N产生的最大应力设计值(N/mm2),与下列何项数值最为接近()

A.50
B.65
C.85
D.100
参考答案和解析
答案:C
解析:
根据《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)式(7.2.1-1)、(7.2.1-2),计算构件的长细比:
主轴平面内:λx=l0x/ix=15000/184=82,查附录D表D.0.1,a类截面,得:φx=0.77。
主轴平面外:λy=l0y/iy=5000/43.6=115,查附录D表D.0.2,b类截面,得:φy=0.464。
由此可知,主轴平面外的截面为危险截面。
作用于主轴平面外的应力为:



即最大应力为:σmax=σy=85.7N/mm2。
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相似问题和答案

第1题:

某车间为单跨厂房,跨度16m,柱距7m,总长63m,厂房两侧设有通长的屋盖纵向水平支撑。柱下端刚性固定。其结构体系及剖面如题图(Z)所示,屋面及墙面采用彩板,刚架、檩条采用Q235B钢,手工焊接使用E43型焊条。刚架的斜梁及柱均采用双轴对称焊接工字形钢(翼缘为轧制),斜梁截面为HA500×300×10×12,其截面特性为:
A=119.6×10`2mm2,Ix=51862×10`4mm`4,Wx=2074.5×10`3mm3,Wy=360.3×103mm3;刚架柱截面为HA550×300×10×14,其截面特性为:A=136.2×10`2mm2,Ix=72199×10`4mm4,Wx=2625.4×10`3mm3,Wy=420.3×10`3mm3,ix=230.2mm,iy=68.0mm。



假定,屋面檩条两端为简支,水平投影间距为3500mm,采用焊接轻型H钢H250×125×4.5×6,其截面特性为:A=2571mm2,Ix=2739×10`4mm4,Wx=219.1×10`3mm3,Wy=31.3×10`3mm3。檩条在垂直屋面及平行屋面方向上的弯矩设计值分别为Mx=31.7kN·m,My=0.79kN·m。试问,强度验算时,其截面最大弯曲应力设计值(N/mm2),与下列何项数值最为接近(  )
提示:不考虑截面削弱。

A. 140
B. 150
C. 160
D. 170

答案:C
解析:
根据《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)第6.1.1条规定,在主平面内受弯的实腹式构件,其受弯强度应按下列公式计算



第6.1.2条第1款第1项规定,工字形截面(x轴为强轴,y轴为弱轴),截面塑性发展系数γx=1.05,γy=1.20,代入数据计算得

第2题:

某车间为单跨厂房,跨度16m,柱距7m,总长63m,厂房两侧设有通长的屋盖纵向水平支撑。柱下端刚性固定。其结构体系及剖面如题图(Z)所示,屋面及墙面采用彩板,刚架、檩条采用Q235B钢,手工焊接使用E43型焊条。刚架的斜梁及柱均采用双轴对称焊接工字形钢(翼缘为轧制),斜梁截面为HA500×300×10×12,其截面特性为:
A=119.6×10`2mm2,Ix=51862×10`4mm`4,Wx=2074.5×10`3mm3,Wy=360.3×103mm3;刚架柱截面为HA550×300×10×14,其截面特性为:A=136.2×10`2mm2,Ix=72199×10`4mm4,Wx=2625.4×10`3mm3,Wy=420.3×10`3mm3,ix=230.2mm,iy=68.0mm。



假定,梁柱节点弯矩设计值M=302kN·m,节点域柱腹板厚度tw=12mm,连接构造如题图所示。试问,在该弯矩作用下,由柱翼缘及横向加劲肋所包围的柱腹板节点域内,腹板的计算剪应力(N/mm2),与下列何项数值最为接近(  )


A. 90
B. 100
C. 110
D. 120

答案:B
解析:
根据《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)第12.3.3条第2款中公式(12.3.3-3)计算腹板的计算剪应力

第3题:

某非抗震设计的工业操作平台承受静力荷载,其主体结构体系的计算简图如题25~31图所示,钢柱平面外设置支撑体系。钢结构框架采用一阶弹性分析方法计算内力,钢柱采用平板支座与基础铰接连接。框架钢梁均采用热轧H型钢H400×200×8×13,对x轴的毛截面惯性矩Ix=23500×104mm4;框架钢柱均采用热轧H型钢H294×200×8×12,毛截面面积A=71.05×102mm2,对x轴的毛截面惯性矩Ix=11100×104mm4,对x轴的回转半径ix=125mm,对y轴的回转半径iy=47.4mm,对x轴的毛截面模量Wx=756×103mm3。钢材采用Q235钢。



(a)工业操作平台框架柱、支撑平面布置图



(b)1—1



(c)2—2

假定,钢柱BE为弯矩作用在主平面内的实腹式压弯构件,最大弯矩设计值Mx=74kN·m,轴心压力设计值N=190kN;计算截面无削弱。试问,钢柱BE进行强度计算时,其最大压应力计算值(N/mm2),与下列何项数值最为接近(  )

A. 95
B. 105
C. 120
D. 140

答案:C
解析:
根据《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)表8.1.1,截面塑性发展系数为:γx=1.05。
  根据《钢标》式(8.1.1-1),钢柱BE的截面强度为:N/An+Mx/(γxWnx)=190×103/(71.05×102)+74×106/(1.05×756×103)=26.7+93.2=119.9N/mm2。
  选项中与结果最接近的是120,因此答案选C项。
  【考点分析】
  本题主要考查压弯构件的强度计算。
  【解题思路】
  本题解题分析步骤如下:
  ①根据《钢标》表8.1.1,查出截面塑性发展系数γx;
  ②根据《钢标》式(8.1.1-1),计算钢柱BE的截面强度,应注意进行强度计算时,应取该构件的净截面面积和净截面模量。

第4题:

某非抗震设计的工业操作平台承受静力荷载,其主体结构体系的计算简图如题25~31图所示,钢柱平面外设置支撑体系。钢结构框架采用一阶弹性分析方法计算内力,钢柱采用平板支座与基础铰接连接。框架钢梁均采用热轧H型钢H400×200×8×13,对x轴的毛截面惯性矩Ix=23500×104mm4;框架钢柱均采用热轧H型钢H294×200×8×12,毛截面面积A=71.05×102mm2,对x轴的毛截面惯性矩Ix=11100×104mm4,对x轴的回转半径ix=125mm,对y轴的回转半径iy=47.4mm,对x轴的毛截面模量Wx=756×103mm3。钢材采用Q235钢。



(a)工业操作平台框架柱、支撑平面布置图



(b)1—1



(c)2—2

框架钢梁DE与钢柱AF在D点的刚性连接节点详图如题29图所示。假定,钢梁DE在D点的梁端弯矩设计值M=109kN·m。试问,在D点由柱翼缘与横向加劲肋包围的柱腹板节点域的剪应力计算值(N/mm2),与下列何项数值最为接近(  )
  提示:按《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)作答。

A. 75
B. 105
C. 135
D. 165

答案:C
解析:
根据《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)第12.3.3-2条式(12.3.3-3),D点由柱翼缘与横向加劲肋包围的柱腹板节点域的承载力为:
  (Mb1+Mb2)/Vp=(Mb1+Mb2)/(hbhctw)=(109×106+0)/[(400-2×13)×(294-2×12)×8]=134.9N/mm2。
  选项中与结果最接近的是135,因此答案选C项。
  【考点分析】
  本题主要考查由柱翼缘与横向加劲肋包围的柱腹板节点域的抗剪强度计算。
  【解题思路】
  本题解题分析步骤如下:
  本题为非抗震设计,可根据《钢标》式(12.3.3-3)计算节点域的承载力。

第5题:

某非抗震设计的工业操作平台承受静力荷载,其主体结构体系的计算简图如题25~31图所示,钢柱平面外设置支撑体系。钢结构框架采用一阶弹性分析方法计算内力,钢柱采用平板支座与基础铰接连接。框架钢梁均采用热轧H型钢H400×200×8×13,对x轴的毛截面惯性矩Ix=23500×104mm4;框架钢柱均采用热轧H型钢H294×200×8×12,毛截面面积A=71.05×102mm2,对x轴的毛截面惯性矩Ix=11100×104mm4,对x轴的回转半径ix=125mm,对y轴的回转半径iy=47.4mm,对x轴的毛截面模量Wx=756×103mm3。钢材采用Q235钢。



(a)工业操作平台框架柱、支撑平面布置图



(b)1—1



(c)2—2

假定,支撑MN采用双角钢十字形组合截面构件,截面由容许长细比控制,不考虑扭转效应。试问,支撑MN至少应采用所示的何种角钢型号(  )
  提示:计算长度取节点中心距离,回转半径取最小值。




答案:B
解析:
支撑MN应按压杆进行设计,



根据《钢规》第7.4.6条表7.4.6(见题31解表),支撑构件的容许长细比为200,则支撑最小回转半径imin=5000/200=25mm。
  根据,回转半径iu取27.1mm。
  答案选B项。
题31解表 受压构件的长细比容许值



【考点分析】
  本题主要考查轴心受力构件的计算长度和容许长细比。
  【解题思路】
  本题解题分析步骤如下:
  ①分析得出支撑MN应按压杆进行设计,计算受压构件的计算长度l0;
  ②查阅《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)表7.4.6,确定构件的容许长细比;
  ③计算最小回转半径;
  ④查表选取角钢型号。

第6题:

某非抗震设计的工业操作平台承受静力荷载,其主体结构体系的计算简图如题25~31图所示,钢柱平面外设置支撑体系。钢结构框架采用一阶弹性分析方法计算内力,钢柱采用平板支座与基础铰接连接。框架钢梁均采用热轧H型钢H400×200×8×13,对x轴的毛截面惯性矩Ix=23500×104mm4;框架钢柱均采用热轧H型钢H294×200×8×12,毛截面面积A=71.05×102mm2,对x轴的毛截面惯性矩Ix=11100×104mm4,对x轴的回转半径ix=125mm,对y轴的回转半径iy=47.4mm,对x轴的毛截面模量Wx=756×103mm3。钢材采用Q235钢。



(a)工业操作平台框架柱、支撑平面布置图



(b)1—1



(c)2—2

假定,钢柱BE在框架平面外的计算长度l0y=4000mm,等效弯矩系数βtx=1.0,其余条件同题26。试问,钢柱BE在弯矩作用平面外按应力形式表达的稳定性计算值(N/mm2),与下列何项数值最为接近(  )

A. 110
B. 125
C. 150
D. 180

答案:C
解析:
根据《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)表7.2.1-1,对y轴的轴心受压构件的截面分类为b类。
  根据《钢标》附录D表D.0.2,由于构件的平面内长细比为:λy=l0y/iy=4000/47.4=84.4,因此b类截面轴心受压构件的稳定系数为:φy=0.659。
  根据《钢标》式(C.0.5-1),对于双轴对称的工字型截面,其整体稳定系数为:
  φb=1.07-λ2yfy/(44000×235)=1.07-84.42×235/(44000×235)=0.908
  根据《钢标》第8.2.1条式(8.2.1-3),弯矩作用平面外的稳定性应按下式计算:
  N/(φyA)+ηβtxMx/(φbW1x)
  =190×103/(0.659×71.05×102)+1.0×1.0×74×106/(0.908×756×103)=40.6+107.8=148.4N/mm2。
  选项中与结果最接近的是150,因此答案选C项。
  【考点分析】
  本题主要考查弯矩作用在对称轴平面内的实腹式压弯构件,其弯矩作用平面外的稳定性计算。
  【解题思路】
  本题解题分析步骤如下:
  ①根据《钢标》附录D表D.0.2,计算该构件弯矩作用平面外的轴心受压构件的稳定系数φy;
  ②根据《钢标》式(C.0.5-1),计算工字形截面的压弯构件的整体稳定系数φb;
  ③根据《钢标》第8.2.1条式(8.2.1-3),计算弯矩作用平面外的稳定性。

第7题:

某非抗震设计的工业操作平台承受静力荷载,其主体结构体系的计算简图如题25~31图所示,钢柱平面外设置支撑体系。钢结构框架采用一阶弹性分析方法计算内力,钢柱采用平板支座与基础铰接连接。框架钢梁均采用热轧H型钢H400×200×8×13,对x轴的毛截面惯性矩Ix=23500×104mm4;框架钢柱均采用热轧H型钢H294×200×8×12,毛截面面积A=71.05×102mm2,对x轴的毛截面惯性矩Ix=11100×104mm4,对x轴的回转半径ix=125mm,对y轴的回转半径iy=47.4mm,对x轴的毛截面模量Wx=756×103mm3。钢材采用Q235钢。



(a)工业操作平台框架柱、支撑平面布置图



(b)1—1



(c)2—2

假定,如题29图所示,梁翼缘与柱翼缘间采用全熔透坡口焊缝,其质量等级为二级。试问,该焊缝采用超声波探伤进行内部缺陷的检验时,探伤比例应采用下列何项数值(  )

A. 20%
B. 50%
C. 75%
D. 100%

答案:A
解析:
根据《钢结构工程施工质量验收规范》(GB 50205—2001)第5.2.4条表5.2.4,采用超声波探伤对焊缝进行内部缺陷的检验时,探伤比例采用20%。
  答案选A项。
  【考点分析】
  本题主要考查以下内容:
  ①采用超声波探伤进行内部缺陷的检验;
  ②探伤比例的选取。
  【解题思路】
  本题解题分析步骤如下:
  ①仔细审题,找出关键字“焊接”、“质量等级”;
  ②查找《钢结构工程施工质量验收规范》第5章“钢结构焊接工程”,搜寻对应条款作答即可。

第8题:

某车间为单跨厂房,跨度16m,柱距7m,总长63m,厂房两侧设有通长的屋盖纵向水平支撑。柱下端刚性固定。其结构体系及剖面如题图(Z)所示,屋面及墙面采用彩板,刚架、檩条采用Q235B钢,手工焊接使用E43型焊条。刚架的斜梁及柱均采用双轴对称焊接工字形钢(翼缘为轧制),斜梁截面为HA500×300×10×12,其截面特性为:
A=119.6×10`2mm2,Ix=51862×10`4mm`4,Wx=2074.5×10`3mm3,Wy=360.3×103mm3;刚架柱截面为HA550×300×10×14,其截面特性为:A=136.2×10`2mm2,Ix=72199×10`4mm4,Wx=2625.4×10`3mm3,Wy=420.3×10`3mm3,ix=230.2mm,iy=68.0mm。



设计条件同题19。假定,沿屋面竖向均布荷载标准值为1.1kN/m2。试问,垂直屋面方向的檩条跨中挠度值与其跨度之比,与下列何项数值最为接近(  )

A. 1/330
B. 1/280
C. 1/260
D. 1/220

答案:A
解析:


,垂直于屋面均布荷载设计值
qky=qklcosα=1.1×3.5×0.998=3.84kN/m=3.84N/mm
两端简支的檩条在均布荷载下,跨中挠度



所以fmax/l=21.3/7000=1/329。

第9题:

某车间为单跨厂房,跨度16m,柱距7m,总长63m,厂房两侧设有通长的屋盖纵向水平支撑。柱下端刚性固定。其结构体系及剖面如题图(Z)所示,屋面及墙面采用彩板,刚架、檩条采用Q235B钢,手工焊接使用E43型焊条。刚架的斜梁及柱均采用双轴对称焊接工字形钢(翼缘为轧制),斜梁截面为HA500×300×10×12,其截面特性为:
A=119.6×10`2mm2,Ix=51862×10`4mm`4,Wx=2074.5×10`3mm3,Wy=360.3×103mm3;刚架柱截面为HA550×300×10×14,其截面特性为:A=136.2×10`2mm2,Ix=72199×10`4mm4,Wx=2625.4×10`3mm3,Wy=420.3×10`3mm3,ix=230.2mm,iy=68.0mm。



设计条件同题23。假定,刚架柱在弯矩作用平面外的计算长度l0y=4030mm,轴心受压构件稳定系数φy=0.713。试问,对刚架柱进行弯矩作用平面外整体稳定性验算时,柱截面压应力设计值(N/mm2),与下列何项数值最为接近(  )
提示:等效弯矩系数βtx=1.0。

A. 140
B. 150
C. 160
D. 180

答案:D
解析:
弯矩作用平面外柱的长细比:λy=l0y/iy=4030/68=59.3<120εk=120。
根据《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)表7.1.2-1及附录表D.0.3可知,C类截面φy=0.713(题目已给出)。
根据《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)附录C公式(C.0.5-1),工字型截面,双轴对称时,整体稳定系数φb为



根据《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)第8.2.1条规定,弯矩作用平面外的稳定性,按下式计算



式中,截面影响系数η=1.0,βtx=1.0。代入数据计算得

第10题:

某非抗震设计的工业操作平台承受静力荷载,其主体结构体系的计算简图如题25~31图所示,钢柱平面外设置支撑体系。钢结构框架采用一阶弹性分析方法计算内力,钢柱采用平板支座与基础铰接连接。框架钢梁均采用热轧H型钢H400×200×8×13,对x轴的毛截面惯性矩Ix=23500×104mm4;框架钢柱均采用热轧H型钢H294×200×8×12,毛截面面积A=71.05×102mm2,对x轴的毛截面惯性矩Ix=11100×104mm4,对x轴的回转半径ix=125mm,对y轴的回转半径iy=47.4mm,对x轴的毛截面模量Wx=756×103mm3。钢材采用Q235钢。



(a)工业操作平台框架柱、支撑平面布置图



(b)1—1



(c)2—2

假定,钢柱BE在框架平面内的计算长度l0x=7240mm,参数NEx′=3900kN,等效弯矩系数βmx=1.0,其余条件同题26。试问,钢柱BE在弯矩作用平面内按应力形式表达的稳定性计算值(N/mm2),与下列何项数值最为接近(  )

A. 105
B. 127
C. 154
D. 177

答案:B
解析:
根据《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)表(7.2.1-1),b/h=200/294=0.68<0.80,对x轴的轴心受压构件的截面分类为a类。
  根据《钢标》附录D表D.0.1,由于构件的平面内长细比为:λx=l0x/ix=7240/125=57.92,因此a类截面轴心受压构件的稳定系数为:φx=0.890。
  根据《钢标》第8.2.1条式(8.2.1-1),弯矩作用平面内的稳定性应按下式计算:
  N/(φxA)+βmxMx/[γxW1x(1-0.8N/NEx′)]=190×103/(0.890×71.05×102)+1.0×74×106/[1.05×756×103×(1-0.8×190/3900)]=30.05+97.00=127.05N/mm2。
  选项中与结果最接近的是127,因此答案选B项。
  【考点分析】
  本题主要考查弯矩作用在对称轴平面内的实腹式压弯构件,其弯矩作用平面内的稳定性计算。
  【解题思路】
  本题解题分析步骤如下:
  ①根据《钢标》表(7.2.1-1),可知该构件平面内(对x轴的)轴心受压构件的截面分类为a类;
  ②根据《钢标》附录D表D.0.1,由构件平面内长细比λx,计算该构件弯矩作用平面内的轴心受压构件的稳定系数φx;
  ③根据《钢标》第8.2.1条式(8.2.1-1),计算弯矩作用平面内的稳定性。

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