建筑钢结构设计复习题及答案

1《建筑钢结构设计》复习提纲《钢结构设计原理》第九章单层厂房钢结构1、重、中型工业厂房支撑系统有哪些？(P305、317)各有什么作用？答：⑴柱间支撑分为上柱（层）支撑和下柱（层）支撑（★吊车梁和辅助桁架作为撑杆是柱间支撑的组成部分，承担并传递单层厂房钢结构纵向水平力）。柱间支撑作用：①组成坚强的纵向构架，保证单层厂房钢结构的纵向刚度②承受单层厂房钢结构端部山墙的风荷载、吊车纵向水平荷载及温度应力等，在地震区尚应承受纵向地震作用，并将这些力和作用传至基础③可作为框架柱在框架平面外的支点，减少柱在框架平面外的计算长度⑵屋盖支撑由上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、垂直支撑、系杆组成屋盖支撑作用：①保证屋盖形成空间几何不变结构体系，增大其空间刚度②承受屋盖各种纵向、横向水平荷载（如风荷载、吊车制动力、地震力等），并将其传至屋架支座③为上、下弦杆提供侧向支撑点，减小弦杆在屋架平面外的计算长度，提高其侧向刚度和稳定性④保证屋盖结构安装时的便利和稳定2、屋盖支撑系统应如何布置？（可能考作图题）答：参考书P313-315及图9.4.33、檩条有哪些结构型式，是什么受力构件，需要验算哪些项目？（P317－319）答：结构形式：实腹式和桁架式：檩条通常是双向弯曲构件，需要验算强度、整体稳定、刚度。4、设置檩条拉条有何作用？如何设置檩条拉条答：作用：为了减小檩条沿屋面方向的弯曲变形，减小My以及增加抗扭刚度，设置檩条拉条以减小该方向的檩条跨度（课件）如何设置：当檩条的跨度4~6m时，宜设置一道拉条；当檩条的跨度为6m以上时，应布置两道拉条。屋架两坡面的脊檩须在拉条连接处相互联系，或设斜拉条和撑杆。Z形薄壁型钢檩条还须在檐口处设斜拉条和撑杆。当檐口处有圈梁或承重天沟时，可只设直拉条并与其连接。5、压型钢板根据波高的不同，有哪些型式，分别可应用于哪些方面？(P323)答：高波板：波高75mm，适用于作屋面板中波板：波高50~75mm，适用于作楼面板及中小跨度的屋面板低波板：波高50mm，适用于作墙面板6、普通钢桁架按其外形可分为哪些形式？(P326),梯形屋架有哪些腹杆体系？(P327)答：普通桁架按其外形可分为三角形、梯形及平行弦三种。梯形桁架的腹杆体系有人字式、再分式。7、在进行梯形屋架设计时，为什么要考虑半跨荷载作用？答：梯形屋架中部某些斜杆可能在全跨荷载时受拉，而半跨荷载时受压，由拉杆变为压杆为不利受力情况之一。8、屋架中，汇交于节点的拉杆数越多，拉杆的线刚度和所受的拉力越大时，则产生的约束作用越大，压杆在节点处的嵌固程度越大，压杆的计算长度越小，根据这个原则桁架杆件计算长度如何确定?(P331-332)此题答案仅供参考答：⑴桁架平面内：弦杆、支座斜杆、支座竖杆---杆端所连拉杆少，本身刚度大，则0xll；其他中间腹杆：上弦节点所连拉杆少，近似铰接或者下弦节点处、下弦受拉且刚度大，则00.8xll；⑵桁架平面外：对于腹杆发生屋架外的变形，节点板抗弯刚度很小，相当于板铰，取01yll；21l范围内，杆件内力改变时，则2011(0.750.25)yNllN⑶斜平面：腹杆计算长度00.9yll9、选择屋架杆件截面时应选择壁薄肢宽截面，以节省材料，画出屋架中常用角钢截面形式并说明其适用位置答：P335表9.6.310、由双角钢组成T形或十字形截面的的杆件，为保证两个角钢共同工作，在两角钢间每隔一定距离加设填板以使两个角钢有足够的连系，填板间距有何要求？(P335-336)答：填板间距：对压杆4dli，对拉杆80dli；在T形截面中，i为一个角钢对平行于填板的自身形心轴的回旋半径；在十字形截面中i为一个角钢的最小回旋半径；11、屋架节点板厚度如何确定？，中间节点板厚度与支座节点板厚度有何关系？中间节点板厚度与填板厚度有何关系？(P336)答：节点板的厚度对于梯形普通钢桁架等可按受力最大的腹杆内力确定，对于三角形普通钢桁架则按其弦杆最大内力确定；在同一榀桁架中，所有中间节点板均采用同一种厚度，支座节点板由于受力大且很重要，厚度比中间的增大2mm；中间节点板厚度与填板厚度相等12、屋架上弦杆有非节点荷载作用应如何设计？杆件局部弯矩如何确定？答：⑴把节间荷载化为节点荷载，计算屋架在节点荷载作用下轴力⑵计算节间荷载产生的局部弯矩⑶按压弯构件进行计算13、角钢宜切肢尖不宜切肢背。14、钢结构节点设计时应遵循的基本原则是什么？答：(P265)⑴连接节点应有明确的传力路线和可靠的构造保证。传力应均匀和分散，尽可能减少应力集中现象。在节点设计过程中，一方面要根据节点构造的实际受力状况，选择合理的结构计算简图；另一方面节点构造要与结构的计算简图相一致。避免因节点构造不恰当而改变结构或构件的受力状态，并尽可能地使节点计算简图接近于节点实际工作情况。⑵便于制作、运输和安装。节点构造设计是否恰当，对制作和安装影响很大。节点设计便于施工，则施工效率高，成本降低；反之，则成本高，且工程质量不易保证。所以应尽量简化节点构造。⑶经济合理。要对设计、制作和施工安装等方面综合考虑后，确定最合适的方案。在省工时与省材料之间选择最佳平衡。尽可能减少节点类型，连接节点做到定型化、标准化。总体来说，首先节点能够保证具有良好的承载能力，使结构或构件可以安全可靠地工作；其次则是施工方便和经济合理。《钢结构设计》第二章钢—混凝土组合结构1．组合梁依据其钢和混凝土的交界面上抗剪连接件的纵向水平抗剪能力，有哪些形式？(P14)答：完全抗剪连接组合梁和部分抗剪连接组合梁2、钢混凝土组合梁按换算截面计算组合梁的挠度时，如何考虑混凝土翼板与钢梁间的滑移效应。连续组合梁按什么截面计算梁挠度。(P23倒3-4段)答：当按换算截面计算组合梁的挠度时，尚应考虑混凝土翼板与钢梁间的滑移效应对组合梁的抗弯刚度进行折减。对于连续组合梁，考虑到在中间支座负弯矩区处混凝土翼板受拉开裂，规定在距中间支座两侧各0.15l（l为梁跨度）范围内，不计受拉区混凝土对刚度的影响，但应计入翼板有效宽度eb范围内配置的纵向钢筋的作用，其余区段仍取折减刚度。最后按变截面梁计算连续组合梁的挠度。33、组合梁验算需要验算项目？（P15）答：⑴组合梁正截面受弯承载力验算⑵组合梁受剪承载力验算⑶组合梁栓钉连接件验算4、钢混凝土组合梁栓钉及附近混凝土承受什么作用，有哪些破坏形式？栓钉抗剪承载力与哪些因素有关？(P20倒1段)答：在栓钉根部混凝土受局部承压作用，而栓钉本身承受剪、弯、拉作用；主要有两种破坏形式：栓钉周围混凝土被挤压破坏或栓钉杆被剪断；有关因素：栓钉截面面积、混凝土弹性模量、混凝土的强度等级；第三章多高层钢结构1．钢结构连接根据被连接构件间的传力和相对变形性能，分为刚接、半刚接和铰接三类。2、次梁与主梁的连接形式按其连接相对位置不同，可分为叠接和平接。(《钢结构设计原理》P266-267)3、多高层钢结构按其抗侧力体系可分为哪些结构型式？(P67)答：框架结构体系、框架—支撑结构体系、筒体结构体系、巨型结构体系△4、多高层钢结构平面应如何布置以有利于结构抗风和抗震？(P63)答：书上没有具体的提到，大家参考P63-645、框架结构梁柱连接有哪些形式(刚接、半刚接)，什么情况下采用刚接、半刚接？在水平荷载作用下变形的特点？（P67倒3段）答：框架结构梁柱连接有刚接和半刚接两种形式；一般情况下，尤其是地震区的建筑采用框架结构时，应采用刚接框架。某些情况下，为加大结构的延性，或防止梁与柱连接焊缝的脆断，也可采取半刚性连接框架，但其外围框架一般仍采用刚接框架；在水平荷载作用下，变形主要以剪切变形为主（框架在水平荷载作用下容易产生较大的水平位移，会导致竖向荷载对结构产生附加内力，使结构的水平位移进一步增加，从而降低结构的承载力和整体稳定性，这种现象称为P—△效应）6、钢框架结构梁柱节点腹板域应该验算哪些项目？节点域的剪切变形对框架的水平位移和内力的有何影响？（P94-95）答：节点域在周边剪力和弯矩作用下，柱腹板存在屈服和局部失稳的可能性，故需要验算其稳定性和抗剪强度；（第二问书上没找到答案哈）7、多、高层建筑钢结构采用什么什么计算模型？什么情况下采用平面计算模型，什么情况下采用空间计算模型？(P79第4)点）答：一般情况下可采用平面抗侧力结构的空间协同计算模型；当结构布置规则，质量及刚度沿高度分布均匀，不计扭转效应时，采用平面计算模型；当结构平面或立面不规则，体型复杂，无法划分成平面抗测力单元的结构或为筒体结构时，采用空间计算模型。8、什么是剪滞效应？剪滞效应有什么后果？它与哪些因素有关？(P72倒2-倒3)答：由于深梁的剪切变形，使得框筒结构中柱子的轴力分布与实体的筒体结构的应力分布不完全一致，而成非线性分布，这种现象叫做剪滞效应；这种效应使得框筒结构的角柱要承受比中柱更大的轴力，并且框筒结构的侧向挠度呈现明显的弯剪型变形；主要因素是梁与柱的线刚度比和结构平面的长宽比。9、框架-支撑结构工作特点（P68中部）答：框架与支撑协同工作，竖向桁架桁架起剪力墙的作用受水平荷载的作用时，变形以弯曲变形为主。在框架-支撑结构中，竖向支撑桁架承担了结构下部的大部分剪力。罕遇地震中若支撑系统破坏，还可以通过内里重分布，由框架承担水平力，形成所谓的两道抗震设防。10、高层钢结构中心支撑有哪些形式，哪些不能应用于抗震设防？(P68-69)答：十字交叉支撑，单斜杆支撑，人字形支撑，K形支撑和V形支撑。K形支撑不得用于抗震设防。411、高层钢结构偏心支撑有哪些形式，偏心支撑的工作原理是什么？(P69)答：门架式，单斜杆式，人字形式，V字形式。原理：偏心支撑在支撑斜杆与梁柱节点(或支撑斜杆)之间设耗能梁段，其承载力一般比支撑斜杆的承载力低，在重复荷载作用下具有良好的塑性变形能力。在正常荷载作用下，偏心支撑框架具有足够的水平刚度；在强地震作用下，耗能梁段首先屈服吸收能量，有效地控制了作用在支撑斜杆的的荷载份额，使支撑不屈曲丧失承载力，从而保证整个结构不会坍塌。12、高层钢结构在大风作用下容易发生哪几种破坏情况？(P87倒1)答：①由于长时间的振动，结构因材料的疲劳或侧移失稳而破坏②因结构变形过大，填充墙和隔墙开裂③建筑外墙装饰物和玻璃幕墙，因较大风压而破坏④因风振加速度过大，使用者产生头晕等不适症状，甚至恐慌，不安。13、高层建筑水平荷载是主要荷载，大跨度结构竖向荷载是主要荷载。14、在水平荷载作用下，纯框架结构剪切变形模式，剪力墙结构的侧向位移模式是弯曲变形模式，两者结合形成的框剪结构可显著减少纯框架结构的侧向位移。第四章、大跨度房屋钢结构1、针对屋盖而言，网架结构大、中、小跨度是根据短向跨度划分的，通常大跨度为L260m；中跨度为L2=30～60m；小跨度为L230m。2、网架与网壳结构的节点主要有焊接空心球节点、螺栓球节点、板式节点、和嵌入式毂（gǔ）节点(P203-204)。3、按网格形式划分，空间网架结构有哪些结构形式？（P157-163）答：⑴平面桁架系网架（两向正交正放网架，两向正交斜放网架，两向斜交斜放，三向网架，单向折线形网架）；⑵四角锥体系网架（正放四角椎网架，正放抽空四角椎网架，斜放四角椎网架，棋盘形四角椎网架，星型四角椎网架）；⑶三角锥体系网架（三角锥网架，抽空三角锥网架，蜂窝形三角锥网架）；4、斜放四角锥网架网格形式、杆件数、工作特点，适用范围？（P160-161，说明一下，斜放四角锥网架大量应用于中小跨度周边简支平面为正方形或接近正方形建筑中）答：组成单元是倒置的四角锥体，四角锥体底边的角与角相接，上弦网格呈正交斜放，下弦网格则与建筑轴线平行或垂直呈正交正放。每个节点交汇的杆件数目最少，上弦节点处6根，下弦节点处8根.上弦承受压力，下弦承受拉力，能充分发挥杆件截面的作用，钢耗量也较省。5、空间网架结构有很多计算方法，如：空间桁架位移法(有限元法)、交叉梁系差分法、梁元法、拟板法、拟夹层板法、假想弯矩法等，其中空间桁架位移法是计算精度最高、应用范围最广的方法，其它的方法都有某种程度的简化近似