《房屋钢结构》作业参考答案第1章轻型钢结构的范畴、结构种类和布置1.简述单层轻型钢结构房屋的结构组成。

答：单层轻型钢结构房屋一般采用门式刚架、屋架和网架为主要承重结构。

其上设檩条、屋面板（或板檩合为一体的太空轻质屋面板），其下设柱（对刚架则梁柱合一）、基础，柱外侧有轻质墙架，柱的内侧可设吊车梁。

2.简述单层门式刚架结构的适应范围。

答：门式刚架结构通常用于跨度为9-36m，柱距为6-12m，柱高为 4.5-9m的单层工业房屋或公共建筑(超市、娱乐体育设施、车站候车室、码头建筑)。

设置桥式吊车的起重量不宜大于20t、属于中、轻级工作制的吊车（柱距6m时不宜大于30t）；设置悬挂吊车时起重量不宜大于3t。

3.简述屋架结构的适应范围。

答：当房屋跨度较大、高度较高或承重柱采用混凝土构件时，宜采用屋架结构。

目前大量应用的压型钢板有檩体系和太空轻质大型屋面板无檩体系多采用平坡的轻质梯形钢屋架。

4.简述网架结构的适应范围。

答：当房屋跨度较大，其平面尺寸长短边之比接近1或不超过2时，宜采用网架结构。

5.门式刚架结构如何分类？答：（1）按跨数分类：有单跨、双跨和多跨；（2）按坡度数分类：有单坡、双坡和多坡（3）按构件体系分类：有实腹式与格构式；（4）按截面形式分：有等截面和变截面；（5）按结构选材分：有普通型钢、薄壁型钢和钢管。

6.简述门式刚架结构的梁柱构件截面型式及连接方法。

答：截面实腹式刚架构件的截面一般为工字形（或称H形）；格构式刚架的截面为矩形或三角形。

门式刚架的横梁与柱为刚接，柱脚与基础宜采用铰接；当水平荷载较大，檐口标高较高或刚度要求较高时，柱脚与基础可采用刚接。

变截面与等截面相比，前者可以适应弯距变化，节约材料，但在构造连接及加工制造方面，不如等截面方便，故当刚架跨度较大或房屋较高时才设计变截面。

7.简述门式刚架的几何尺寸：刚架的跨度、刚架的计算高度、刚架屋面的坡度。

答：（1）刚架的跨度：取横向刚架柱轴线间的距离L（柱轴线为通过变截面小端的中心线），宜为9-36m。

边柱宽度不等时，应外侧对齐。

（2）刚架的计算高度：取横梁纵轴线与框架柱纵轴线的交点至柱脚底面处的距离。

一般宜为4.5-9m,必要时可适当加大。

（框架梁的轴线，取通过变截面梁单元中最小端截面中心处平行于框架梁上翼缘的纵向轴线）。

（3）刚架屋面的坡度：在1/8-1/20间（长尺寸压型金属屋面板或卷材屋面）及1/4-1/6间（短尺寸压型金属板屋面或石棉瓦屋面）。

挑檐长度宜为0.5-1.2m,其上翼缘坡度取与刚架斜梁坡度相同。

8.简述在结构布置时，如何确定门式刚架的间距？答：刚架的合理间距（柱距）应综合考虑使用要求、刚架跨度、檩条的合理跨度及荷载条件确定。

一般宜为6m，亦可采用7.5m或9m，最大可采用12m；门式刚架跨度较小时，也可采用4.5m。

有时，为小柱距布置支撑的方便，亦可在大柱距中插入个别小柱距，如12m+6m的混合柱距。

在建筑物山墙处，一般仍设置端刚架，也可用山墙横向墙架柱并增设压顶斜梁以代替端刚架，以简化结构布置并降低用钢量。

9.简述门式刚架轻型房屋的构件和围护结构设置温度伸缩缝的条件和做法。

答：门式刚架轻型房屋的构件和围护结构温度伸缩缝区段规定为：纵向不大于300m；横向不大于150m。

超过规定则需设伸缩缝。

伸缩缝有两种做法：（A）设置双柱；（B）在檩条相连的螺栓处采用长圆孔，并使该处屋面板在构造上允许涨缩。

10.简述门式刚架轻型房屋的柱间支撑、屋盖横向支撑和系杆的布置原则。

答：在房屋（或每个温度区段或分期建设区段）的端部第一或第二个开间，设置柱间支撑；柱间支撑的间距一般取30-45m，当房屋较长时，应在中部增设柱间支撑；当房屋宽度大于60m时，内列柱宜适当设置柱间支撑；当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置。

在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横向支撑（沿刚架横梁上表面）。

在边柱柱顶、屋脊、及多跨刚架的中柱柱顶，应沿房屋全长设置刚性系杆；若端部支撑设在端部第二开间，在第一开间的相应位置应设置刚性系杆。

第2章 门式刚架设计1.简述门式刚架柱顶侧移的限值及不满足时的措施。

答：门式刚架柱顶侧移的限值为不超过柱高度的1/60。

不满足时，可采用下列措施之一：（1）加大柱或梁截面；（2）改铰接柱脚为刚接柱脚；（3）把多跨刚架中的个别摇摆柱改为上端与梁刚接。

2.简述工字形截面梁、柱板件的宽厚比限值和利用屈曲后强度的意义。

答：工字形截面（采用三块板焊成）受弯构件中腹板以受剪为主，翼缘以抗弯为主。

增大腹板的高度，可使翼缘的抗弯能力发挥更为充分。

然而，在增大腹板高度的同时如果随它的厚度增大，则腹板耗钢量过多，也不经济。

因而，充分利用板件屈曲后的强度是比较合理的。

（1）梁、柱板件的宽厚比限值（图2-1）图2-1 梁、柱截面尺寸受压翼缘板：yf t b 235151≤ 腹板：yww f t h 235250≤3.简述门式刚架斜梁腹板横向加劲肋的设置位置。

答：梁腹板应在与中柱连接处、较大固定集中荷载处和梁翼缘转折处设置横向加劲肋；其他部位是否设置中间加劲肋，由计算确定；但《规程》规定，当利用腹板屈曲后抗剪强度时，梁腹板横向加劲肋的间距a 宜取w w h h 2-。

4.简述门刚架斜梁截面设计要点。

答：当斜梁坡度不超过1：5时，因轴力很小可按压弯构件计算其强度和刚架平面外的稳定，不计算平面内的稳定。

实腹式刚架斜梁的平面外计算长度，取侧向支撑点的间距。

当斜梁两翼缘侧向支撑点间的距离不等时，应取最大受压翼缘侧向支撑点间的距离。

斜梁不需要计算整体稳定性的侧向支撑点间最大长度，可取斜梁下翼缘宽度的y f /23516倍。

5.简述隅撑的设置要点。

答：腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压翼缘两侧布置隅撑（山墙处刚架仅布置在一侧）作为斜梁的侧向支撑，隅撑的另一端连接在檩条上，见图2-2。

图2-2隅撑的连接隅撑间距不应大于所撑梁受压翼缘宽度的y f /23516倍。

6.门式刚架斜梁与柱的连接常用那些形式？如何确定端板厚度？答：门式刚架斜梁与柱的刚接连接，一般采用高强度螺栓-端板连接。

具体构造有端板竖放、端板斜放和端板平放三种形式。

端板的厚度t 可根据支撑条件按公式计算，但不应小于16mm ，和梁端板连接的柱翼缘部分应与端板等厚度。

7.设计题——刚架柱设计图2-3所示单跨门式刚架，柱为楔形柱，梁为等截面梁，截面尺寸及刚架几何尺寸如图所示，材料为Q235B.F 。

已知楔形柱大头截面的内力： M 1=198.3KN.m ，N 1=64.5kN ，V 1=27.3kN ；柱小头截面内力：N 0=85.8kN ，V 0=31.6kN 。

试验算该刚架柱的整体稳定是否满足设计要求。

图2-3 刚架几何尺寸及梁柱截面尺寸（a ）刚架几何尺寸；（b ）梁、柱大头截面尺寸；（c ）柱小头截面尺寸 [解]：（1）计算截面几何特性：刚架梁及楔形柱大头、小头截面的毛截面几何特性计算结果见表1-3（2）楔形柱腹板的有效宽度计算 ① 大头截面： 腹板边缘的最大应力23461/8.1566800105.641040375300103.198mm N =⨯+⨯⨯⨯=σ23462/9.1376800105.641040375300103.198mm N -=⨯+⨯⨯⨯-=σ腹板边缘正应力比值879.08.1569.13712-=-==σσβ腹板在正应力作用下的凸曲系数()()()βββσ++-++=11112.011622k()()()879.01879.01112.0879.011622-+++-==21与板件受弯、受压有关的系数)/(2351.28/1σγλσρR ww k t h =66.0)8.156087.1/(235211.286/600=⨯⨯⨯=≤0.8大头截面腹板全部有效。

②小头截面：腹板压应力 2100/6.17488085800mm N A N ===σ,1=β 0.4202162=++=σk24.0)6.17087.1/(23541.286/280=⨯⨯⨯=ρλ< 0. 8, ρ=1,故小头截面腹板全截面有效。

⑶楔形柱的计算长度 柱的线刚度 5479773681040375411=⨯==h I K e梁的线刚度 170656.118291210403752402=⨯⨯⨯==sI K b ψK 2/K 1=17065/54797=0.3119.010407351077334410=⨯⨯=c c I I查表得柱的计算长度系数γμ=1.22柱平面内的计算长度γμ=ox l h=1.22×7368=8986mm柱平面外的计算长度根据柱间支撑的布置情况取其几何高度的一半mm l oy 3684= ⑷楔形柱的强度计算柱腹板上不设加劲肋，k τ =5.34,偏于安全地按最大宽度计算17.134.5376/600/23537/=⨯==y w w w f k t h τλ腹板屈曲后抗剪强度设计值2/4.95125)]8.017.1(64.01[)]8.0(64.01[mm N f f v w v =⨯-⨯-=--='λ 柱腹板抗剪承载力设计值kN f t h V v w w d 4.343104.9566003=⨯⨯⨯='=- V 1=27.3kN < 0.5V d 366611110680010311.15.641021510311.1/⨯⨯⨯-⨯⨯⨯=-=-e e e N eA NWMM=269.4kN.m M=198.3kN.m < N eM柱大头截面强度无问题，小头截面积虽小，但弯矩为零，强度也无问题。

⑸楔形柱平面内稳定计算4.719.1258986===x ox x i l λ查GB 50017规范附表得 743.0=γϕxkN EA N xe Exo17694.711.148801006.21.125222=⨯⨯⨯⨯=⨯='πλπ等效弯矩系数 0.1=mx βγγϕβϕx Exmx e x N N M A N )/(1[001'-+66310311.1743.017698.851103.1984880743.0108.85⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-⨯+⨯⨯=2/6.1809.1565.23mm N =+=< f=215N/mm2⑹楔形柱平面外稳定计算需要对柱上、下段分别计算。

假定分段处的内力为大头和小头截面的平均值，即M=99.15kN.m ，N=75.15kN,腹板高度也是大小头的平均值440mm,可以算得分段处截面几何特性：A=5840mm 2,I y =1067⨯104mm 4,=y i 42.7mm 和W x =891⨯103mm 3。

下面计算上段的平面外稳定性，此段的小头在分段处 3.867.42368400===y y y i l λ查GB 50017规范得646.0=y ϕmm i y 5.50)3/64.2468200(1282002/130=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⨯+⨯⨯='柱的楔率γ =d 1/d 0-1=616/456-1=0.35,不大于0.268h/d 0及6.026.18200456368435.0023.01023.010=⨯⨯⨯⨯+=+=fs A lh γμ01.15.50/368435.000358.01/00358.010=⨯⨯+='+=y w i l γμ9.915.50368426.10=⨯='=yosy i l μλ梁整体稳定系数 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫⎝⎛=y y w s x y b f ht W h A 2354.443202000402λμμλϕγ 44.24564.489.9101.1260.189100045658409.914320242=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯=> 0.6γϕb 修正后95.044.2282.007.1=-='bϕ等效弯矩系数因上柱段两端弯曲应力相差不多，取βt =1.066311010311.195.0103.1985840646.01015.75⨯⨯⨯+⨯⨯='+e bt e y W M A N ϕβϕ=19.9+159.2=179.1N/mm 2< f=215N/mm 2下段柱也满足要求，这里从略。