《钢结构设计基本原理》练习及答案大全完整版

一填空题

1、计算结构或构件的强度、稳定性以及连接的强度时，应采用荷载的设计值；计算疲劳

时，应采用荷载的标准值。

2、钢材 Q235B中， 235 代表屈服值，按脱氧方法该钢材属于镇静钢。

3、对于普通碳素钢，随含碳量的增加，钢材的屈服点和抗拉强度升高，塑性和韧性降

低，焊接性能降低。

4、当采用三级质量受拉斜对接焊缝连接的板件，承受轴心力作用，当焊缝轴线与轴心力方向间夹角满足 tgθ≤15 ，焊缝强度可不计算。

5、钢材的选用应根据结构的重要性、荷载特征、钢材厚度等因素综合

考虑，选用合适的钢材。

6、钢材受三向同号拉应力作用，数值接近，即使单项应力值很大时，也不易进入塑性状

态，发生的破坏为脆性破坏。

7、在普通碳素结构钢的化学成分中加入适量的硅、锰等合金元素，将会提高钢材

的强度。

8、轴心受压柱的柱脚底板厚度是按底板的受弯受力工作确定的。

9、如下图突缘式支座加劲肋，应按承受支座反力的轴心受压构件计算梁平面外（绕Z 轴）稳定，钢材 Q235钢，此受压构件截面面积值为2960 mm2，其长细比为 21.07 。

10 、格构1式轴心受压0构件绕虚1 轴的稳定计算采用换算长细比是考虑剪切变形的影响

的影响。01=

11、按正常使用极限状0态h计算时 , 受弯构件要限制挠度，拉、压构件要限制长细比。2

12、钢材经00过Z冷加工后，其8 强度和硬度会有所提高，却降低了塑性和韧性，这种现象称为钢

材的冷作硬02化Z。

13、调质处理的低合金钢没有明显的屈服点和塑性平台，这类钢材的屈服点被定义为：单向拉伸并

卸载后，试1件0中残余应变为0.2% 时所对应的应力，也称为名义屈服点。

14、高强度低合金钢的焊接性能是通过碳含量指标来衡量的。

15、循环荷载次数一定时，影响焊接结构疲劳寿命的最主要因素是应力幅和构件

或连接的构造形式。

16、在对焊缝进行质量验收时，对于三级焊缝，只进行外观检查即可。

17、对于实腹式轴心受压柱，残余应力的存在通常会降低构件的稳定承载力。

18、在高强度螺栓的受剪连接中，当螺栓直径和规格均相同时，摩擦型连接单个螺栓的抗剪承载力

一般会低于承压型连接。

19、对于单轴对称的轴心受压构件，绕非对称主轴屈曲时，会发生弯曲屈曲；而绕对称主轴屈曲

时，由于截面重心与弯曲中心不重合，将发生弯扭屈曲现象。

20、当梁的整体稳定验算不能满足要求时，可以采用加强受压翼缘的办法来提高稳

定承载力。

21、梁的整体稳定系数φb 大于 0.6 时，需用φb′代替φb，它表明此时梁已经进入 __ 弹塑性 __ 阶

段。

22、弯矩绕虚轴作用的双肢格构式压弯构件，采用缀条式格构柱，其分肢的稳定应按轴心受压构件构

件进行验算。

23、梯形钢屋架支座底板的厚度是由底板的抗弯强度确定的。

24、在钢屋架的受压杆件设计中，确定双角钢截面形式时，应采用等稳定原则。

25、设杆件节点间的几何长度为 l ，则梯形钢屋架的支座斜杆在屋架平面内的计算长度为杆件

几何长度 或 l 。

26、钢材的冲击韧性越小 , 钢材抵抗脆性断裂的能力 越弱 。

27、承受静力荷载的侧面角焊缝的最大计算长度是

60 hf 。

28、焊接结构选用焊条的原则是 , 计算焊缝金属强度宜与母材强度 相适应 29 压弯构件在弯矩作用平面外的失稳变形形式是 弯扭屈曲 。

二、选择题

对于 Q235钢板，其厚度越大 A. 塑性越好 B. 韧性越好 C. 内部缺陷越少 D. 强度越低 5、已知焊接工字形截面简支梁，承受均布荷载作用 , 钢材 Q235， fy =235N/mm 2

，并在支座设置支承 加劲肋，梁腹板高度 900mm ，厚度 12mm ，要求考虑腹板稳定性，则 D 。 A 布置纵向和横向加劲肋 B 按计算布置横向加劲肋 C 按构造要求布置加劲肋 D 不用布置加劲肋 6、荷载作用于截面形心的焊接工字形等截面简支梁，最容易发生整体失稳的情况是

A 跨中集中荷载作用 作用

C 梁两端有使其产生同向曲率、数值相等的端弯矩作用 7、 计 算梁 的 抗 弯强 度 M x

/( x

W nx

) f ( x

1.0 ) , 与此 相 应的 翼

缘 外 伸肢 宽 厚比 不应 超过

1、

2、

如图采用 C 级普通螺栓连接，最危险螺栓为

3、

工 字形截面轴心受压构件 , 翼缘外伸部分的宽厚比 b ' /t (10 0.1 ) 235f y 式中的 λ 是

A.构件绕强轴方向的长细比

C.构件两个方向的长细比较大值 4、单向受弯构件的抗弯强度 缘外伸部分的宽厚比 b`/t 为 A . 9 235 f y B. 13 235 f y

构件两个方向的长细比平均值

构件两个方向的长细比较小值 M x /( x W nx ) f 其中 x 1.05时, 为使翼缘不先失去局部稳定 , 翼 B 。 C. 15 235 f y

B.

D.

D. 40 235 f y

跨间三分点各有一个集中荷载 D 全跨均布荷载作用

A. 1

D. 5

A 。

8、已知双轴对称工字钢截面轴心受压柱，轴心压力小，根据刚度控制截面面积

截面面积 A 为 B

2 A 1422.2mm 2

B 1800mm 9 、关于建筑结构钢材的优缺点，下列说法中错误的是

C A. 钢材的强度较高，结构自重轻

B. 钢材具有良好的冷加工和热加工性能

C. 钢结构的耐腐蚀性能很好，适合在各种恶劣环境中使用

D. 钢结构的耐热性很好，但耐火性能很差

10、钢结构设计中，对下列哪一项内容需按正常使用极限状态进行验算 A A. 构件的变形 B. 构件的强度

C. 构件的疲劳强度

D. 构件的整体稳定

11、不同质量等级 （A 、B 、C 、D ）的同一类钢材，下列哪项力学指标不同 B A. 抗拉强度 f u B. 冲击韧性 A K C. 伸长率 δ D. 屈服点 f y

12、26、支承加劲肋进行稳定计算时， 计算面积应包括加劲肋两端一定范围内的腹板面积， 该范围 是 A 。 13、对于普通螺栓连接，限制端距

A. 螺栓杆受剪破坏

B.

C. 板件受挤压破坏

D.

T 形连接，采用双面角焊缝， 按构造要求所确定的合理焊脚尺寸应为

D A 、

B 、

C 、

D 、 15、初始弯曲和荷载的初始偏心对轴心受压构件整体稳定承

载

A. B. B. 初弯曲将会降低稳定承载力，而初偏心将不会影响稳定承载力 C. 初弯曲将不会影响稳定承载力，而初偏心将会降低稳定承载力

16、保证焊接组合工字型截面轴心受压柱翼缘板局部稳定的宽厚比限值条件， 是根据矩形板单向均

匀受压时下列哪种边界条件确定的 C

A. 两边简支、一边自由、一边弹性嵌固

B. 两边简支、一边自由、一边嵌固

C. 三边简支、一边自由

D. 四边均为简支 17、腹板屈曲后强度产生的原因是 C

C 2000mm

D 2500mm A. 15 t w

235

e ≥2d 0的目的是为了避免 板件被拉断破坏 板件

端部冲剪破坏

14、如图所示承受静力荷载的 4mm 6mm 8mm 10mm

初弯曲和初偏心均会降低稳定承载力 初弯曲和初偏心均不会影响稳定承载力 B. 13

D

t=8mm t=6mm

影响为 B

A.腹板屈曲后产生钢材的弹塑性强化，能够继续承担更大的荷载

B.腹板屈曲后产生薄膜拉力场，牵制了板变形的发展，存在继续承载的潜能

C.腹板屈曲后产生复杂的应力状态，提高了钢材的屈服点

D.由于横向加劲肋的存在，提高了腹板局部稳定承载力

18、计算长度一定的轴心压杆回转半径增大，其稳定承载力 A

A. 提高

B. 降低

C. 不变

D. 不能确定

19、钢结构的主要缺点是 C 。

A. 结构的重量大

B. 造价高

C. 易腐蚀、不耐火

D. 施工困难多

20、钢材中硫的含量超过规定标准 D 。

A. 将提高钢材的伸长率

B. 将提高钢材的抗拉强度

C. 将使钢材在低温工作时变脆

D. 将使钢材在高温工作时变脆 21、角焊缝的最小焊脚尺寸 h f 1.5 t, 式中t 表示

B 。

A. 较薄板厚度

B. 较厚板厚度

C. 任意板厚 22、下面的 B 情况应将其设计强度进行折减。

A. 动力荷载作用的构件

B. 单角钢单面按轴压计算稳定的构件

C. 有应力集中影响的构件

D. 残余应力较大的构件

23、验算工字形组合截面轴心受压构件翼缘和腹板的局部稳定时，计算公式中的长细比为

C 。

A. 绕强轴的长细比

B. 绕弱轴的长细比

C. 两方向长细比的较大值

D. 两方向长细比的较小值 24、格构柱设置横隔的目的是 B 。

A. 保证柱截面几何形状不变

B. 提高柱抗扭刚度

C. 传递必要的剪力

D. 上述三种都是

三、简答题

1、焊接残余应力产生的原因和对结构工作性能的影响？

焊缝出现不均匀温度场。 焊缝附近温度最高， 可高达1600度以上。在焊缝区以外， 温度则急剧 下降。

焊缝区受热而纵向膨胀，但这种膨胀因变形的平截面规律 （ 变形前的平截面，变形后仍保持平 面） 而受到其相邻较低温度区的约束，

由于钢材在 600℃以上时呈塑性状态 （ 称为热塑状态 ） ，因而高温区的这种压应力使焊缝区的钢 材产生塑性压缩变形

对结构的静力强度没影响， 降低结构的刚度， 影响压杆的稳定性， 对低温冷脆有影响， 对疲劳 强度不利。

2、简述影响梁整体稳定的因素。

梁的侧向抗弯刚度 EIy 、抗扭刚度 GIt ，和抗翘曲刚度 EIw 愈大，则临界弯矩愈大。 梁两端支承条件、构件侧向支承点间距、受压翼缘宽度、荷载的种类和作用位置。

3、为什么在截面为单轴对称的实腹式轴心受压构件，绕对称轴的稳定计算采用换算长细比？ 对于单轴对称截面， 构件除绕非对称轴发生弯曲屈曲外， 还可能发生绕对称轴弯扭屈曲， 轴力 由于截面的转动产生作用于形心处非对称轴方向的剪力， 剪力不通过剪心， 产生扭矩， 弯扭屈曲比 绕对称轴的弯曲屈曲的临界应力要低，因此绕对称轴的稳定应采用考虑扭转效应的换算长细比计

1)

（ 不考虑梁的屈曲后强度 ）

腹板局部稳定能够保证，不必配置加劲肋；对吊车梁及类似构件

(2 分 )

2)

(2

分）

4、简述梁腹板设置加劲肋的原），应按构造配置横向加劲肋。

时，应配置横向加劲肋。

3） 当 （受压翼缘扭转受到约束， 如连有刚性铺板或焊有铁轨时） 或 压翼缘扭转未受到约束时） ，或按计算需要时，除配置横向加劲肋外，还应在弯矩较大的受压区配置纵向加 劲肋。局部压应力很大的梁，必要时尚应在受压区配置短加劲肋。

（2 分）

4） 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。 （1

分 ）

5、双轴对称工字形实腹式单向压弯构件有哪几种失稳形式？并简要说明它们是如何产生的。

1）失稳形式：单向压弯构件的整体失稳分为弯矩作用平面内和弯矩作用平面外两种情况（

1分），弯矩作用平面

内失稳为弯曲屈曲（ 1分），弯矩作用平面外失稳为弯扭屈曲（ 1分）。

2）产生原因： 平面内失稳时：直杆在偏心压力作用下，弯矩作用平面内构件挠度随压力的增加而增大，且呈非线性地增长，这 是由于

二阶效应的影响。最后达到偏心压力的极值点，失去平面内稳定，不存在分枝现象。

（ 2分）

平面外失稳时：假如构件没有足够的侧向支撑，且弯矩作用平面内稳定性较强。无初始缺陷时，压力作用下，构 件只产生弯矩平面内的挠度，当压力增加到某一临界值

N cr 之后，构件会突然产生弯矩作用平面外的弯曲变形和

整体扭转，发生了弯扭失稳，是一种分枝失稳。有初始缺陷压弯构件在弯矩作用平面外失稳为极值失稳，无分枝 现象。（ 2分）

6、简述普通受剪螺栓连接的破坏形式有哪些种类？如何避免？

7、螺栓在构件上的排列有几种形式？应满足什么要求？最小的栓距和端距分别是多少？ 8、为保证梁腹板的局部稳定，应按哪些规定配置加劲肋？ 9、图示实腹式轴压柱截面，柱长细比

x ＝55， Y ＝58

,钢材 Q345，试判断该柱腹板的局部稳

定有无保证？如无保证应采取何种措施（至少回答出二种方法）？

四、计算题

1、 图示连接，受静载 F=120kN （设计值 ） ，角焊缝焊脚尺寸 h f =8mm 钢, 材 Q235B ，手工焊 , 焊条 E43 型， f w

f =160N/mm 2

。验算焊缝强度。

1、解：

将力 F 简化到焊缝群的形心为：

2 分 ) V = Fcos60

o

= 60 kN 600

N = Fsin60

o

=103.9 kN

F

M = N × 35 = 3636.5 kNmm

（受

50 120

8

在 N 作用下：

5 分）

N (h e l w ) 103.9 103

2 0.7 8 (170 2 8)

60.24

N mm

2

在 M 作用下：

V (h e l w )

60 103

2 0.7 8 (170 2 8)

34.79

N mm

2

3

6M 6 3636.5 10

3

22

h l 2

0.7 8 (170 2 8)2

2

82.14

N mm

2

焊缝上下两点最危险

( σf )2 τ2

f (142.38)2 34.792 121.78 N mm 2 f

1.22 f

1.22 焊缝满足承载力

要求

2、如图所示，两块钢板截面厚度 16mm 宽度 420mm ，两面用厚度 10mm 盖板连接， 钢材 Q235B 承受轴心力作用，采用 8.8 级螺栓 M20高强度螺栓摩擦型连接，孔径 21.5mm ，接触面采用喷 砂处理， f =215N/mm 2，预拉力 P=125 kN ，摩擦面的抗滑移系数 μ＝0.45 ，求此连接接头能承 受的最大轴心力设计值

3 分)

6

1

0001 1

01

55 80 55 55 80 55

80 80 10 80 80 01 N 1

610 2、解： 单个螺栓的

抗剪承载力设计值：1

3 分)

N v b = 0.9n f μP = 0.9 ×2×0.45 ×125＝101.25 kN 盖板一侧螺栓能传递的荷载为： N 1 = 16 N v b = 1620kN 被连接板所能承担的轴力为：

3 分)

N 2 = Af = 16×420×215＝602000 N = 1444.8 kN

连接板的横截面尺寸大于被连接板横截面， 且采用相同的钢材， 故不必计算连接板的承载 力。

危险截面净截面面积 A n = 16 ×( 420-4 ×21.5 )＝5344 mm 2 在危险截面处，对于被连接板（ 1－ 0.5n 1/n ）N 3 = A n f

A n f 5344 215

∴ N 3 n 1313097 N 1313.1 kN 1 0.5n1 1 0.5 4

n 16

1 分） 故该连接所能承受的最大轴力为： N= 1313.1 kN

3 分)

3、已知一焊接工字形截面梁， 承受静力荷载，梁某截面弯矩设计值 720KN.m ，剪力设计值 该截面集中力设计值 F=200KN ，没有加劲肋，沿梁跨度方向支承长度 150mm ，钢材 Q235B ，钢材 的强度设计值 f =215N/mm 2

，f v =125N/mm 2

，γX =1.05， 1.0 ，毛截面惯性矩 I x =181812cm 4

，截 面的最大面积矩 S=2509.4cm 3

，上翼缘对中和轴的面积矩 S 1=1709.4cm 3

，验算梁截面强度 N

ZS

2 c 2

c 3 2

176.412

90.92

176.41 90.9 3 47.012

173.14N mm 2

1f

4、已知如图双肢槽钢格构式轴心受压缀条柱，轴心压力设计值 重），所有钢材均选用 Q235B ，f =215N/mm 2，计算长度 l 0x =l 0y =6000mm ， 45o

，柱截面无削弱。 （2[32b 的截面面积 A=2×55.1=110.2cm2，iy=12.1cm ；分肢对自身 1-1 轴的惯性矩 I 1=336cm4， 回转半径 i 1=2.47cm ，Zo=2.16cm ，b=320mm ；单根缀条角钢 L45×4 的截面面积 A 1=3.49cm 2； i

min

=0.89cm ， V Af f y

235] ，试验算 1）柱的整体稳定与单肢稳定； 2）求斜缀条的受力大

3、解：

I nx I x 20 14 (400 7)2 4 = 163259.3 cm 4

2 分）

3 分）

720 106

max

M 720 10

3

173.88KN /m 2

f max

x

W nx 1.05 3943.46 103

1

My

1

720 10

6 400

4

176.41KN /m 2

1

I nx 163259.3 104

3 分）

2 分）

N=1900KN （包括柱身等构造自

30

35 40 45

0.936

0.918 0.899 0.878

50

55 60 65

0.856

0.833 0.807 0.780

70

75 80 85

0.751

0.720

0.688

0.655

150A

4 、

1）绕实轴整体稳定的验算：

2）绕虚轴的刚度和整体稳定验算：

5、如图所示钢板与工字形柱采用双面角焊缝 T 形连接， h f ＝8mm ，其它尺寸已在图中给出，钢板承 受一个斜向拉力 F ＝500KN 的作用（静力荷载），钢材 Q235B ，焊条 E43系列， f f w 160N / mm 2

。试 验算此连接能够满足强度要求

（1分）

绕虚轴惯性矩： 绕虚轴回转半径：

刚度满足。 查表得到：

（1分）

满足要求。

（2分）

长细比：

（1分）

换算长细比

查表得到：

刚度满足。 （1分 ）

（1分）

满足要求。

（2分）

（2分）

（1分）

（1分）

3）单肢的稳定验算：所以分肢稳定满足规范

(2

1．解： 力系分解： 水平轴心力：

(1

剪力： 弯矩： 角焊缝有效截面的几何特征： 面积：

惯性

矩：

抵抗矩： (1

(1

(1

(1

(1

在水平轴心力作用下：

(1

在弯矩作用下： (1

在剪力作用下：

(1

分）

分）

分）

分）

分）

分）

分）

分）

分） 所以： （1 分 ） 6、如图所示两个工字形梁通过端板使用高强螺栓连接，计算高强螺栓连接的强度能否满足要求。 采用 10.9 级高强螺栓承压型连接，螺栓直径 20mm ，有效面积 A e =2.45cm 2， f v b 310N /mm 2， f t b 500N / mm 2 ；端板采用 Q235B 级钢，厚度均为 22mm ， f c b 470N / mm 2

。已知内力设计值 V ＝ 300KN ，M ＝90KN m 。 ．解：最上排螺栓为受力最大螺栓，所受拉力和剪力分别为： t =22mm 拉力： 剪力：

(1 V

(1 V

M (2

35 130 35 分 ) 0

8

分

）

（2

分

）

所以 满足要求 （1

分） 满足要求 7、已知 6m 跨简支梁采用双轴对称截面， 梁的上翼缘承受如图所示均布荷载作用， 试通过梁的强度 和整体稳定计算，来确定此梁所能承受的荷载设计值

（提示：钢材 Q235B 级， f 215N /mm 2， I x 2.0723 108

mm 4320 Ah b b 2 b b 2

y W x （1 分） q 。（ 可忽略自重 ） f v 125N /mm 2 ， x 1.05 4 ， W x 1.036 106 mm 3

， I y 1.6 107 mm 4 y t 1 2

1

y 1 b l 1t 1

， b 1h ，

截面特性： A 7056mm 2 ， ， S x 5.716 105 mm 3

，

b

' 1.07

0.282

）

b

b

3．解：梁端最大剪力 （2 分 ） （2 分 ）

q （1

6000 ，跨中最大弯矩： t=12mm t=x 1 2m 分m 2f 3y

5

， b 0.69 0.13 ，

t=6mm x 0

04 y

200

（2 分） （1 分） （2 分 ） 所以

8、某工作平台的轴心受压柱，承受的轴心压力设计值 N ＝2800KN （包括柱身等构造自重） ，计算长 度 l 0x =l 0y =7.2m 。钢材采用 Q235B ，柱截面无削弱。 设计成如图所示的两热轧普通工字钢组成的双肢 缀条柱，试验算此格构柱的整体刚度、整体稳定与分肢稳定。 2 （已知： 2I36a 的截面面积 A=2× 76.44=152.88cm 2， i y =14.38cm ；分肢对自身 1-1 轴的惯性矩 141；单根缀条角钢 L45×4 的截面面积 A t =3.49cm 2

；所有钢材均选用

30 35 40 45

0.936 0.918 0.899 0.878 50 55 60 65 0.856 0.833 0.807

0.780

70 75 80 85 0.751 0.720 0.688 0.655

2

Q235B 钢，f =215N/mm 2。） 解：

1）绕实轴的刚度和整体稳定的验算：

2）绕虚轴的刚度和整体稳定验算：

(3分)

9、验算图示承受静力荷载的连接中脚焊缝的强度。 f f w 160N /mm 2

，其他条件如图所示。无引弧 板。

10、验算图示采用 10.9 级 M20 摩擦型高强度螺栓连接的承载力。已知，构件接触面喷砂处理，钢 材 Q235-BF ，构件接触面抗滑移系数 μ＝ 0.45 ，一个螺栓的预拉力设计值 P ＝155 kN 。

刚度满足。

查表得到：

(2

分）

满足要求。

(2

分）

绕虚轴惯性矩：

(1 分）

绕虚轴回转半径：

(1

(1

3 ）分肢的稳定验算：

(1

刚度满足。

满足要求。

(2

(1 分）

分）

分）

分）

分）

，所以分肢稳定满足规范要求。

长细比：

换算长细比

查表得到：

11、已知某轴心受压实腹柱 AB， AB 长 L=5m，中点 L/2 处有侧向支撑。采用三块钢板焊成的工字型柱截面，翼缘尺寸为 300mm×12mm，腹板尺寸为 200mm×6mm。钢材为Ｑ 235 ，f 215N /mm2。

求最大承载力 N ? 局稳是否合格？

Q235钢 b 类截面轴心受压构件稳定系数

12、试验算图示压弯构件平面外的稳定性，钢材为 Q235， F 100kN ， N 900kN ，2f

tx 0.65 0.35M2，b 1.07 y f y，跨中有一侧向支撑，f 215N mm2，

M 1 44000 235

A 16700 mm2， I x792.4 106 mm4， I y160 106 mm4