钢结构一注试题及解答.docx

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钢结构一注试题及解答

一级注册结构工程师钢结构专业历年试题

2007年试题与解答

题16～22

某多跨厂房，中列柱的柱距为12m，采用钢吊车梁，吊车梁的中心间距离为2m，已知吊车梁的截面尺寸如图16~22（a）所示，吊车梁采用Q345钢，使用自动焊和E50型焊条的手工焊。

吊车梁上行驶两台重级工作制的软钩桥式吊车，起重量Q=50/10t，小车重g=16.6t，吊车桥架跨度Lk=31.5m，最大轮压标准值Pk,max=453.7kN。

一台吊车的轮压分布如图16~22（b）所示。

图16~22

（a）吊车梁截面尺寸；（b）吊车轮压分布

16．每个轮压处因吊车摆动引起的横向水平荷载标准值（kN），应与下列何项数值最为接近?

A．16.3B．34.1C．45.4D．65.8

[解]依据《钢结构设计规范》GB50017-2003

3.2.2计算重级工作制吊车梁（或吊车桁架）及其制动结构的强度、稳定性以及连接（吊车梁或吊车桁架、制动结构、柱相互间的连接）的强度时，应考虑由吊车摆动引起的横向水平力（此水平力不与荷载规范规定的横向水平荷载同时考虑），作用于每个轮压处的此水平力标准值可由下式进行计算：

Hk=αPk,max（3.2.2）

式中Hk—吊车最大轮压标准值；

α—系数，对一般软钩吊车α=0.1，抓斗或磁盘吊车宜采用α=0.15，硬钩吊车宜采用α=0.2。

注：

现行国家标准《起重机设计规范》（GB/T38ll）将吊车工作级别划分为A1～A8级。

在一般情况下,本规范中的轻级工作制相当于A1～A3级：

中级工作制相当于A4、A5级；重级工作制相当于A6～A8级，其中A8属于特重级。

由于吊车摆动引起的横向荷载是卡轨力按照下式计算：

Hk=αPk,max=0.1×453.7=45.4kN，故选择C

点评：

《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第5.1.2条也规定了横向荷载的计算方法，注意，这里的横向荷载是由于启动、制动的惯性引起。

若以此做答，则得到

10％×（50+16.6）×9.8／4=选择B。

上式除以4是考虑到车轮总数为4个。

故选择D

17．吊车梁承担作用在垂直平面内的弯矩设计值Mx=4300kN·m，对吊车梁下翼缘的净截面模量=36625×103mm3，试问，在该弯矩作用下，吊车梁翼缘拉应力（N/mm2），应与下列何项数值最为接近?

A．117B．280C．291D．301

[解]依据《钢结构设计规范》GB50017-2003

4.1.1在主平面内受弯的实腹构件（考虑腹板屈曲后强度者参见本规范第4.4.1条），其抗弯强度应按下列规定计算：

≤f（4.1.1）

式中Mx、My—同一截面处绕x轴和y轴的弯矩（对工字形截面：

x轴为强轴，y轴为弱轴）：

Wnx、Wny—对x轴和y轴的净截面模量；

γx、γy—截面塑性发展系数；对工字形截面，γx=1.05，γy=1.20：

对箱形截面，γx=γy=1.05；对其他截面．可按表5.2.1采用；

f—钢材的抗弯强度设计值。

当梁受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比大于13而不超15时，应取γx=1.0。

fy为钢材牌号所指屈服点。

对需要计算疲劳的梁,宜取γx=γy=1.0。

N/mm2故选择A

点评：

对于本题，需要注意以下两点：

（1）由于是重级工作制吊车梁，必然需要验算疲劳，故上述计算时不考虑塑性发展系数。

更详细的解释，见本书“疑问解答"的钢结构部分。

（2）《钢结构设计规范））GB50017-2003第3.1.6条规定，“动力荷载设计值应乘以动力系数”，笔者认为，该规定宜理解为：

“在计算动力荷载产生效应的设计值时应乘以动力系数”。

若对规范第3.1.6条理解有误，认为题目给出的设计值需要乘以《建筑结构荷载规范》第5.3.1条规定的动力系数1.1，则得到应力值为1.1×117=128.7N/mm2，

若同时考虑乘以动力系数1.1和塑性发展系数1.05，则会得到应力值为1.1×117／1.05=135N/mm2。

18．吊车梁支座处最大剪力设计值V=1696.9kN，采用突缘支座，计算剪应力时，可按近似公式进行计算，式中，h、tw分别为腹板高度与厚度。

试问，吊车梁支座剪应力（N/mm2），应与下列何项数值最为接近?

A．80.6B．70.7C．105.1D．115.2

[解]依据《钢结构设计规范》GB50017-2003

4.1.2在主平面内受弯的实腹构件（考虑腹板屈曲后强度者参见本规范第4.4.1条），其抗剪强度应按下式计算：

τ=≤fv（4.1.2）

式中V—计算截面沿腹板平面作用的剪力；

S—计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩：

I—毛截面惯性矩；

tw—腹板厚度；

fv—钢材的抗剪强度设计值。

梁支座剪应力为：

N/mm2故选择B

点评：

规范第4.1.2条规定，实腹受弯构件剪应力应按照计算。

对于工字形截面，求最大剪应力时，由于I／S≈h／1.2，因此，上式可以简化为

对于矩形截面，求最大剪应力时I／S≈h／1.5，

。

19．吊车梁承担作用在垂直平面内的弯矩标准值Mk=1791.4kN·m，吊车梁的毛截面惯性矩Ix=3745367×104mm4，试问，该吊车梁的挠度（mm），应与下列何项数值最为接近?

提示：

垂直挠度可按下式近似计算，式中，Mk为垂直弯矩标准值，L为吊车梁的跨度，E为钢材弹性模量，Ix为吊车梁的截面惯性矩。

A．9.2B．10.8C．12.1D．3.34

[解]按照提示给出的公式计算如下：

mm故选择D

20．吊车梁采用突缘支座，支座加劲肋与腹板采用角焊缝连接，取hf=8mm，当支座剪力设计值V=1696.9kN时，试问，角焊缝的剪应力（N／rnrn2），应与下列何项数值最为接近?

A．85B．120C．135D．142

[解]依据《钢结构设计规范》GB50017-2003

图8.4.12梁的支座

7.1.3直角角焊缝的强度计算

……

侧面角焊缝（作用力平行于焊缝长度方向）：

τf=≤（7.1.3-2）

he—角焊缝的计算厚度，对直角角焊缝等于0.7hf，hf为焊脚尺寸（图7.1.3）；

lw—角焊缝的计算长度，对每条焊缝取其实际长度减去2hf；

—角焊缝的强度设计值；

图7.1.3直角角焊缝截面

支座加劲肋处角焊缝剪应力：

N/mm2故选择A

点评：

（1）支座处加劲肋的连接焊缝计算时，不必考虑60hf的计算长度限制。

（2）对于该处所采用的剪力V，有观点认为应取1.2V，例如《钢结构手册》（第二版）的第393页。

若以此计算，本题将得到最后结果为125N/mm2，选择B。

（3）注意焊缝长度应减少2hf。

笔者推测，上述将支座处的剪力V放大1.2倍的做法，可能来源于在对构件计算时取，但前已述及，构件剪应力计算时取用的1.2并非是对剪力V的放大。

因此，笔者认为该做法缺乏依据。

钢结构设计规范国家标准管理组的《钢结构设计计算示例》，夏志斌、姚谏编著《钢结构原理与设计》以及《钢结构设计—方法与例题》，均是按照支座反力（也就是支座处的剪力）计算的。

21．试问，由两台吊车垂直荷载产生的吊车梁支座处的最大剪力设计值（kN），应与下列何项数值最为接近?

A．1616.0R．1516.2C．1191.3D．1083.0

[解]画出支座处剪力的影响线，如图21所示。

当吊车轮压处于如图位置时，支座处剪力最大。

依据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第5.3.1条，重级工作制软钩吊车，动力系数为1.1。

可变荷载分项系数依据该规范第3.2.5条，为1.4，于是：

最大轮压设计值：

P=1.1×1.4×453.7=698.7kN

kN

图21

22．试问，由两台吊车垂直荷载产生的吊车梁的最大弯矩设计值（kN·m），应与下列何项数值最为接近?

A．2677B．2944C．3747D．4030

[解]梁上只能布置3个轮子。

依据《钢结构设计手册》，如图22布置轮压时可得到全梁的绝对最大弯矩值。

合力与临界荷载之间的距离x

合力距梁中心的距离为x/2,x/2=1126/2=565

最大轮压设计值：

P=1.1×1.4×453.7=698.7kN

kN·m

图22

题23～29

某电力炼钢车间单跨厂房，跨度30m，长120m，柱距24m，采用轻型外围结构。

厂房内设置两台Q=225/50t重级工作制软钩桥式吊车，吊车轨面标高26m，屋架间距6m，柱顶设置跨度为24m的托架，托架与屋架平接。

沿厂房纵向设有上部柱间支撑和双片的下部柱间支撑，柱子和柱间支撑布置如图23～29（a）所示。

厂房框架采用单阶钢柱，柱顶与屋面刚接，柱底与基础假定为刚接，钢柱的简图和截面尺寸如图23~29（b）所示。

钢柱采用Q345钢，焊条用E50型，柱翼缘板为焰切边。

根据内力分析，厂房框架上段柱和下段柱的内力设计值如下：

上段柱：

M1=1800kN·m；N1=3485.6kN；V1=294.4kN

下段柱：

M2=10360kN·m；N2=7856kN；V2=409.6kN

图16～22

23．试问，在框架平面内，上段柱高度H1（mm），应与下列何项数值最为接进？

A．7000B．8000C．10000D．11500

[解]在框架平面内，当柱与屋架刚接时，上段柱高度H1取为肩梁顶面至屋架下弦轴线距离,该处设有屋盖下弦水平支撑。

故选择B

24．在框架平面内，上段柱计算长度系数应与下列何项数值最为接近?

提示：

①下段柱的惯性矩已考虑腹杆变形影响；②屋架下弦设有纵向水平撑和横向水平撑。

A．1.51B．1.31C．1.4D．1.12

[解]依据《钢结构设计规范》GB50017-2003

5.3.4单层厂房框架下端刚性固定的阶形柱，在框架平面内的计算长度应按下列规定确定：

1单阶柱：

1）下段柱的计算长度系数μ2：

当柱上端与横梁铰接时，等于按本规范附录D表D-3（柱上端为自由的单阶柱）的数值乘以表5.3.4的折减系数；当柱上端与横梁刚接时，等于按本规范附录D表D-4（柱上端可移动但不转动的单阶柱）的数值乘以表5.3.4的折减系数。

2）上段柱的计算长度系数μ1，应按下式计算：

μ1=（5.3.4-1）

式中η1—参数，按附录D表D-3或表D-4中公式计算。

计算上段柱的计算长度系数需要首先计算出下段柱的计算长度系数μ2。

（1）下段柱的计算长度系数

近似按照K1=0.1167、η1=1.1028查表。

由于题目已经给出柱顶与屋面刚接，故查表D-4，得到

考虑到一个柱列的柱子数为8个，纵向设有水平支撑，故折减系数为0.8。

于是，下段柱的计算长度系数为μ2=0.8×2.0=1.6

（2）上段柱的计算长度系数

故选择C

若没有考虑折减系数0.8，则为2／1.1028=1.813，错选A

25．已经求得上段柱弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数φy=0.757，试问，上段柱作为压弯构件，进行框架平面外稳定性验算时，构件上最大压应力设计值（N／mm2），应与下列何项数值最为接近?

提示：

βtx=1.0。

A．207.1B．217.0C．237.4D．171.2

[解]依据《钢结构设计规范》GB50017-2003

5.2.2弯矩作用在对称轴平面内（绕x轴）的实腹式压弯构件，其稳定性应按下列规定计算：

1