4钢结构基础第二版课后习题答案《钢结构基础》习题参考答案3.1题：答：（1）按制作方法的不同分为型钢截面和组合截面两大类。
型钢截面又可分为热轧型钢和冷弯薄壁型钢两种。
组合截面按连接方法和使用材料的不同，可分为焊接组合截面（焊接截面）、铆接组合截面、钢和混凝土组合截面等。
（2）型钢和组合截面应优先选用型钢截面，它具有加工方便和成本较低的优点。
3.7题：解：由附录1中附表1可得I20a 的截面积为3550mm 2，扣除孔洞后的净面积为3249275.213550A n =⨯⨯-=mm 2。
工字钢较厚板件的厚度为11.4mm ，故由附录4可得Q235钢材的强度设计值为215f =N/mm 2，构件的压应力为2155.138324910450A N 3n <≈⨯==σN/mm 2，即该柱的强度满足要求。
新版教材工字钢为竖放，故应计入工字钢的自重。
工字钢I20a 的重度为27.9kg/m ，故19712.19.8169.27N g =⨯⨯⨯=N ； 构件的拉应力为215139.113249197110450A N N 3n g <≈+⨯=+=σN/mm 2，即该柱的强度满足要求。
3.8题：解：1、初选截面 假定截面钢板厚度小于16mm ，强度设计值取215f =，125f v =。
可变荷载控制组合：24kN .47251.410.22.1q =⨯+⨯=，永久荷载控制组合：38.27kN 250.71.410.235.1q =⨯⨯+⨯=简支梁的支座反力（未计梁的自重）129.91kN ql/2R ==，跨中的最大弯矩为m 63kN .1785.547.2481ql 81M 22max ⋅≈⨯⨯==，梁所需净截面抵抗矩为 36x max nx 791274mm 2151.051063.178f M W ≈⨯⨯==γ， 梁的高度在净空方面无限值条件；依刚度要求，简支梁的容许扰度为l/250，参照表3-2可知其容许最小高度为229mm 24550024l h min ≈==， 按经验公式可得梁的经济高度为347mm 3007912747300W 7h 33x e ≈-=-=，由净截面抵抗矩、最小高度和经济高度，按附录1中附表1取工字钢 I36a ，相应的截面抵抗矩3nx 791274m m 875000W >=，截面高度229mm 360h >=且和经济高度接近。
按附录1中附表5取窄翼缘H 型钢 HN400×150×8×13，截面抵抗矩3nx 791274m m 942000W >=，截面高度229mm 400h >=。
普通工字钢梁翼缘的外伸宽度为63m m 2/)10136(b 1=-=，13f /2351399.315.863t b y 1=<≈=，故翼缘板的局部稳定可以保证，且截面可考虑部分塑性发展。
窄翼缘型钢梁的翼缘的外伸宽度为71m m 2/)8150(b 1=-=，13f /2351346.51371t b y 1=<≈=，故翼缘板的局部稳定可以保证，且截面可考虑部分塑性发展。
2、验算截面（1）普通工字钢I36a 截面的实际几何性质计算：27630mm A =，4x m 157600000m I =，3x 875000mm W =，307m m S I x x =，梁自重估算，由荷规附录A 得钢的重度为78.5kN/m 3，梁的自重为m /719kN .05.782.1107630g -6≈⨯⨯⨯=，修正为m /60kN .05.78107630g -6≈⨯⨯=自重产生的跨中最大弯矩为m 2.72kN 5.51.260.081M 2g ⋅≈⨯⨯⨯=，式中1.2为可变荷载控制组合对应的荷载分项系数。
跨中最大总弯矩为m 35kN .18172.263.178M x ⋅=+=，A 点的最大正应力为16)8.15(t 215N/mm f 39.1978750001.051035.181max 26<==<≈⨯⨯=σ B 点的最大剪应力为131.89kN 2/5.5)1.260.024.47(V max ≈⨯⨯+=16)8.15(t 125N/mm f 42.961030710131.89max 2v 3<==<≈⨯⨯=τ 故由以上分析可知，该普通工字钢等截面钢梁满足强度要求。
（2）窄翼缘型钢HN400×150×8×13截面的实际几何性质计算：27112mm A =，4x m 188000000m I =，3x 942000mm W =，梁自重估算，由荷规附录A 得钢的重度为78.5kN/m 3，梁的自重为m /670kN .05.782.1107112g -6≈⨯⨯⨯=，修正为m /56kN .05.78107112g -6≈⨯⨯=自重产生的跨中最大弯矩为m 2.54kN 5.51.256.081M 2g ⋅≈⨯⨯⨯=，式中1.2为可变荷载控制组合对应的荷载分项系数。
跨中最大总弯矩为m 17kN .18154.263.178M x ⋅=+=，A 点的最大正应力为16)13(t 215N/mm f 183.179420001.051017.181max 26<==<≈⨯⨯=σ B 点的最大剪应力为131.76kN 2/5.5)1.256.024.47(V max ≈⨯⨯+=，面积矩可近似计算如下32x 517201m m 2/8)13200()2/132/400(13150S =⨯-+-⨯⨯=，16)8.135(t 125N/m m f 45.3181088.151720110131.76max 2v 83<==<≈⨯⨯⨯⨯=τ 故由以上分析可知，该窄翼缘型钢等截面钢梁满足强度要求。
比较普通工字钢和窄翼缘型钢可发现，在相同的计算条件下采用窄翼缘型钢更加经济。
3.9题：解：强度验算部位：A 点的最大正应力；B 点的最大剪应力；C 点的折算应力；D 点的局部压应力和折算应力。
300kN P R ==，m 600kN 2300M max ⋅=⨯=，梁截面的相关参数：212000mm 2102808800A =⨯⨯+⨯=，433x mm 1259920000)800272-820(280121I =⨯⨯=， 腹板轴线处的面积矩31774000mm 200840040510280S =⨯⨯+⨯⨯=，腹板边缘处的面积矩31134000mm 40510280S =⨯⨯=。
梁的自重标准值1.1304kN/m2.15.781012000g -6=⨯⨯⨯=（也可按课本的方法计算，此处直接采用荷规附录A 提供的重度），m 16.956kN 1.2101.130481M 2g ⋅=⨯⨯⨯=，跨中最大总弯矩 m 956kN .616956.16600M x ⋅=+=。
A 点的最大正应力为： 由于翼缘自由外伸的宽厚比为，13fy 235136.131028280=>=⨯-，故取x 对轴的部分塑性发展系数0.1x =γ。
16)10(t 215N/mm f 77.20012599200001.041010616.956max 26<==<≈⨯⨯⨯=σ B 点的最大剪应力为：306.78kN 2/101304.12.1300V max ≈⨯⨯+=16)8(t 125N/m m f 99.538125992000017740001078.306max 2v 3<==<≈⨯⨯⨯=τ C 点的折算应力为：m 610.85kN 1.221304.15.0278.306M 2⋅≈⨯⨯⨯-⨯=，304.07kN 21304.12.1306.78V ≈⨯⨯-=，2334.21N/mm 8125992000011340001007.304≈⨯⨯⨯=τ， 2693N/mm .193125992000040010610.85≈⨯⨯=σ，折算应力为 222ZS 236.5N/mm 1f .178.2023=<=+=τσσ。
D 点的局部压应力和折算应力215Mpa f mm /250N 1508103000.1l t F23z w c =>=⨯⨯⨯==ψσ；D 点正应力为压应力，其值大小为293N/mm .193=σ；剪应力向下，大小为234.21N/mm =τ。
代入折算应力计算公式可得，22c 2c 2ZS 236.5N/mm 1f .1234.813=<=+-+=τσσσσσ，即D 点的折算应力满足强度要求，但局部压应力不满足强度要求。
故由以上分析可知，该焊接工字型等截面钢梁不满足强度要求。
3.10题：解：1、初选截面假定截面钢板厚度小于16mm ，强度设计值取215f =，125f v =，简支梁的支座反力（未计梁的自重）750kN P/2R ==，跨中的最大弯矩为m 3000kN 4750M max ⋅=⨯=，梁所需净截面抵抗矩为376x max nx mm 103289.12151.05103000f M W ⨯≈⨯⨯==γ， 梁的高度在净空方面无限值条件；按经验公式可得梁的经济高度为1358mm 300101.32897300W 7h 373x e =-⨯=-=，考虑到梁截面高度大一些，更有利于增加刚度，初选梁的腹板高度为1400mm h w =。
腹板厚度按支点处最大剪力需要确定，43mm .61251400107505.1f h 1.5V t 3v w w ≈⨯⨯⨯==，按经验公式估算 40mm .311140011h t ww ≈==，故选用腹板厚度为10mm t w =。
修正为：10.76mm 1.076cm 1114011h t w w =≈==，故选用腹板厚度为10mm t w =。
按近似公式计算所需翼缘板面积27w w w x 7159mm 61400101400103289.16h t h W bt ≈⨯-⨯=-=，初选翼缘板宽度为400mm ，则所需厚度为9mm .174007159t ≈=。
考虑到公式的近似性和钢梁的自重作用等因素，选用20mm t =。
梁翼缘的外伸宽度为195m m 2/)10400(b 1=-=，13f /2351375.920195t b y 1=<==，故翼缘板的局部稳定可以保证，且截面可考虑部分塑性发展。
2、验算截面截面的实际几何性质计算：230000mm 220400101400A =⨯⨯+⨯=，41033x mm 101.0353)1400390-1440(400121I ⨯≈⨯⨯=， 3710x mm 101.4379720101.0353W ⨯≈⨯=， 腹板轴线处的面积矩36mm 1013.83501070071020400S ⨯=⨯⨯+⨯⨯=，腹板边缘处的面积矩36mm 1068.571020400S ⨯=⨯⨯=。