房屋鋼結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)題及參考答案一、單項選擇題（每題2分，共30分）1.下列鋼材性能指標中，屬于鋼材塑性性能的是（）。A.屈服強度（f_y）B.抗拉強度（f_u）C.伸長率（δ_5）D.冷彎性能（180°彎心直徑d=2a）2.普通螺栓連接中，當(dāng)受剪螺栓的桿徑d=20mm時，螺栓孔直徑一般?。ǎ?。A.20mmB.21mmC.22mmD.24mm3.焊接H型鋼梁的截面形式為H500×200×8×12（翼緣寬×腹板厚×翼緣厚），其腹板的高厚比h_0/t_w為（）。A.500/8=62.5B.(5002×12)/8=476/8=59.5C.500/12≈41.67D.(5002×8)/12≈484/12≈40.334.軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性驗算公式N/(φA)≤f中，φ為（）。A.截面塑性發(fā)展系數(shù)B.長細比修正系數(shù)C.穩(wěn)定系數(shù)（與長細比、截面類型相關(guān)）D.荷載分項系數(shù)5.鋼框架結(jié)構(gòu)中，為提高梁的整體穩(wěn)定性，最有效的措施是（）。A.增大梁的截面高度B.設(shè)置側(cè)向支撐，減小梁的受壓翼緣自由長度C.采用Q355鋼材替代Q235D.增加腹板厚度6.下列焊縫質(zhì)量等級中，需進行100%超聲波探傷檢測的是（）。A.一級焊縫B.二級焊縫C.三級焊縫D.所有對接焊縫7.某鋼柱計算長度l_ox=6m，l_oy=3m，截面為焊接工字形（繞強軸x和弱軸y的回轉(zhuǎn)半徑分別為i_x=200mm，i_y=50mm），則其長細比λ_y為（）。A.6000/200=30B.3000/50=60C.6000/50=120D.3000/200=158.門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)中，檁條通常采用（）截面形式。A.焊接H型鋼B.熱軋普通工字鋼C.冷彎薄壁C形或Z形鋼D.箱形截面9.抗震設(shè)防烈度8度區(qū)的多層鋼框架結(jié)構(gòu)，其框架梁與柱的連接應(yīng)優(yōu)先采用（）。A.普通螺栓鉸接連接B.高強螺栓摩擦型連接（梁翼緣與柱焊接，腹板與柱螺栓連接）C.焊縫與普通螺栓混合連接D.僅腹板高強螺栓連接10.下列關(guān)于鋼材疲勞破壞的描述，錯誤的是（）。A.疲勞破壞是脆性斷裂，無明顯塑性變形B.應(yīng)力循環(huán)次數(shù)越多，疲勞強度越低C.應(yīng)力集中會顯著降低鋼材的疲勞壽命D.鋼材的疲勞強度與抗拉強度無關(guān)11.鋼桁架中，弦桿與腹桿的連接節(jié)點設(shè)計時，若采用焊縫連接，焊縫長度應(yīng)滿足（）。A.最小焊縫長度≥40mm且≥4h_f（h_f為焊腳尺寸）B.最小焊縫長度≥60mmC.最大焊縫長度≤60h_fD.最大焊縫長度無限制12.某軸心受拉構(gòu)件采用雙角鋼2L100×8（A=31.2×2=62.4cm2），鋼材為Q235（f=215N/mm2），則其最大承載力設(shè)計值為（）。A.62.4×100×215=1,341,600N≈1342kNB.62.4×1000×215=13,416,000N≈13416kNC.31.2×100×215=670,800N≈671kND.31.2×1000×215=6,708,000N≈6708kN13.鋼框架中心支撐結(jié)構(gòu)中，支撐宜采用（）截面形式以提高抗側(cè)移剛度。A.單角鋼B.雙角鋼組合T形C.箱形截面D.圓鋼14.下列關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)防銹措施的描述，正確的是（）。A.所有鋼結(jié)構(gòu)均需涂刷防火涂料，無需防銹處理B.熱浸鍍鋅層厚度≥85μm時，可免涂防銹漆C.室內(nèi)干燥環(huán)境下的鋼結(jié)構(gòu)，只需涂刷一道底漆D.防銹涂料的選擇與鋼材材質(zhì)無關(guān)15.某鋼梁跨度6m，承受均布荷載設(shè)計值q=30kN/m（含自重），截面為H400×200×8×13（W_x=1430cm3），鋼材f=215N/mm2，則其抗彎強度驗算時的應(yīng)力為（）。A.(30×62/8)/(1430×103)=(135×10^6)/(1430×103)≈94.4N/mm2B.(30×62/8)/(1430×103×1.05)=94.4/1.05≈89.9N/mm2C.(30×62/8)/(1430×103×1.2)=94.4/1.2≈78.7N/mm2D.(30×6×6/4)/(1430×103)=(270×10^6)/(1430×103)≈188.8N/mm2二、填空題（每空1分，共20分）1.鋼材的主要力學(xué)性能指標包括________、________、________和冷彎性能。2.普通螺栓連接按受力方式分為________、________和________三種。3.焊接殘余應(yīng)力會降低結(jié)構(gòu)的________（如剛度、穩(wěn)定性、疲勞強度），但對________（如靜力強度）無顯著影響。4.軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定驗算需控制板件的________，其限值主要與構(gòu)件的________和鋼材________有關(guān)。5.鋼框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度主要由________和________提供，其中________的抗側(cè)移剛度更大。6.門式剛架輕型房屋的屋面坡度通常取________，檁條的計算需考慮________荷載（如上掀風(fēng)荷載）。7.抗震設(shè)計中，鋼結(jié)構(gòu)的“強柱弱梁”原則是指________的抗彎承載力大于________的抗彎承載力，以實現(xiàn)________機制。8.高強螺栓摩擦型連接的抗剪承載力由________決定，而承壓型連接的抗剪承載力由________決定。三、簡答題（每題5分，共40分）1.簡述Q355鋼材與Q235鋼材的主要區(qū)別（從強度、塑性、應(yīng)用范圍等方面）。2.對比普通螺栓連接與高強螺栓摩擦型連接的工作機理及適用場景。3.鋼吊車梁設(shè)計中，為何需驗算疲勞強度？主要影響因素有哪些？4.簡述焊接工字形截面軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性計算步驟（需列出關(guān)鍵公式及參數(shù)含義）。5.鋼框架梁與柱的剛性連接節(jié)點設(shè)計時，需滿足哪些構(gòu)造要求？（至少列舉4項）6.門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)中，為何通常采用變截面柱和變截面梁？7.解釋“二階效應(yīng)”對鋼框架結(jié)構(gòu)的影響，并說明設(shè)計中如何考慮。8.鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計的基本原理是什么？常用的防火措施有哪些？四、計算題（每題10分，共20分）1.某軸心受拉構(gòu)件采用雙槽鋼2[20a（截面面積A=2×28.83=57.66cm2，鋼材Q355，f=310N/mm2）]，構(gòu)件長度8m，承受軸向拉力設(shè)計值N=1800kN。（1）驗算構(gòu)件的強度是否滿足要求；（2）若構(gòu)件需開設(shè)直徑d=24mm的螺栓孔（每側(cè)一個孔，孔中心距截面邊緣≥3d），計算凈截面面積并重新驗算強度（提示：雙槽鋼背靠背布置，螺栓孔位于腹板中心線上）。2.某鋼框架梁跨度L=8m，截面為焊接H型鋼（h=600mm，b=250mm，t_w=10mm，t_f=16mm），鋼材Q235（f=215N/mm2，f_v=125N/mm2），承受均布荷載設(shè)計值q=45kN/m（含自重）。（1）計算梁的最大彎矩設(shè)計值M_max；（2）驗算梁的抗彎強度（取截面塑性發(fā)展系數(shù)γ_x=1.05）；（3）驗算梁的抗剪強度。五、案例分析題（共30分）某6層鋼框架結(jié)構(gòu)辦公樓（設(shè)防烈度8度，設(shè)計基本地震加速度0.2g，場地類別II類），層高3.6m，柱網(wǎng)8m×8m，采用Q355B鋼材。設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)以下問題，需逐一分析并提出解決方案：1.初步設(shè)計的框架柱截面為H400×400×10×14（A=143.2cm2，i_x=173mm，i_y=103mm），計算長度l_ox=l_oy=3.6m（無支撐框架）。驗算其長細比是否滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準》（GB500172017）中8度區(qū)框架柱的長細比限值（提示：限值為λ≤120√(235/f_y)）。2.框架梁與柱的連接節(jié)點采用翼緣全熔透焊縫+腹板高強螺栓摩擦型連接，但施工中發(fā)現(xiàn)腹板螺栓孔位偏差較大，無法正常安裝。分析可能的原因及解決措施。3.屋面檁條采用冷彎薄壁C形鋼（C200×70×20×2.5），跨度6m，設(shè)計時僅考慮了恒載和活載，未考慮風(fēng)荷載。結(jié)合規(guī)范要求，說明檁條需補充驗算的內(nèi)容及原因。參考答案一、單項選擇題1.C2.B3.B4.C5.B6.A7.B8.C9.B10.D11.A12.A13.C14.B15.A二、填空題1.屈服強度、抗拉強度、伸長率2.受剪連接、受拉連接、拉剪復(fù)合連接3.穩(wěn)定性（或疲勞強度）、靜力強度4.寬厚比（或高厚比）、長細比、強度等級5.框架梁柱、支撐（或抗側(cè)力構(gòu)件）、支撐6.1/8~1/20（或1/10~1/20）、負風(fēng)壓（或向上風(fēng)荷載）7.柱端、梁端、梁鉸破壞（或延性破壞）8.接觸面摩擦力、螺栓桿抗剪和孔壁承壓三、簡答題1.區(qū)別：（1）強度：Q355屈服強度≥355N/mm2，Q235≥235N/mm2；（2）塑性：Q355伸長率δ_5≥21%（Q235≥26%），塑性略低；（3）應(yīng)用：Q355用于大跨度、重荷載結(jié)構(gòu)（如高層、大跨鋼橋），Q235用于普通多層框架、輕型鋼結(jié)構(gòu)。2.工作機理：普通螺栓靠螺栓桿抗剪和孔壁承壓傳力，可能產(chǎn)生滑移；高強螺栓摩擦型靠預(yù)拉力使板件間產(chǎn)生摩擦力傳力，無滑移。適用場景：普通螺栓用于臨時連接或次要結(jié)構(gòu)；摩擦型高強螺栓用于需嚴格控制變形的重要結(jié)構(gòu)（如橋梁、高層框架節(jié)點）。3.原因：吊車梁承受重復(fù)動力荷載（吊車啟動、制動），易發(fā)生疲勞破壞。影響因素：應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、應(yīng)力幅（Δσ=σ_maxσ_min）、應(yīng)力集中（如焊縫缺陷、孔邊）、鋼材質(zhì)量（如脫氧方法）。4.步驟：（1）計算構(gòu)件長細比λ=μl/i（μ為計算長度系數(shù)，l為計算長度，i為回轉(zhuǎn)半徑）；（2）根據(jù)截面類型（a/b/c/d類）和λ查穩(wěn)定系數(shù)φ；（3）驗算N/(φA)≤f（N為軸壓力，A為毛截面面積，f為鋼材強度設(shè)計值）。5.構(gòu)造要求：（1）梁翼緣與柱翼緣全熔透焊縫（一級質(zhì)量）；（2）梁腹板與柱采用高強螺栓連接（螺栓數(shù)量滿足抗剪要求）；（3）柱在梁翼緣對應(yīng)位置設(shè)置橫向加勁肋；（4）節(jié)點域厚度≥(h_b+b_b)/50（h_b、b_b為梁截面高度和寬度）；（5）焊縫和螺栓連接的強度需滿足“強節(jié)點弱構(gòu)件”原則。6.原因：門式剛架的彎矩沿梁、柱長度方向分布不均（跨中或柱腳彎矩大，端部小），變截面設(shè)計可使材料分布與內(nèi)力分布匹配，減少用鋼量；同時變截面構(gòu)件（如楔形截面）可通過調(diào)整腹板高度或厚度適應(yīng)內(nèi)力變化，提高經(jīng)濟性。7.二階效應(yīng)：鋼框架在水平荷載（如風(fēng)、地震）作用下產(chǎn)生側(cè)移，使豎向荷載對側(cè)移產(chǎn)生附加彎矩（PΔ效應(yīng)），降低結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度，可能導(dǎo)致失穩(wěn)。設(shè)計中通過控制結(jié)構(gòu)側(cè)移（如層間位移角限值）或采用考慮二階效應(yīng)的彈性分析（如PΔ分析），或?qū)σ浑A分析結(jié)果進行內(nèi)力放大（如按規(guī)范公式放大彎矩）。8.基本原理：通過防火措施延緩鋼材升溫至臨界溫度（約500℃，此時鋼材強度降至常溫的50%），確保結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中保持足夠承載力。措施：（1）涂刷防火涂料（薄型、厚型）；（2）包裹防火板材（如石膏板、硅酸鈣板）；（3）采用混凝土外包（如鋼管混凝土柱）；（4）設(shè)置自動噴淋系統(tǒng)降低火場溫度。四、計算題1.（1）強度驗算：N=1800kN=1.8×10^6N，A=57.66cm2=5766mm2σ=N/A=1.8×10^6/5766≈312.2N/mm2Q355鋼材f=310N/mm2，σ=312.2N/mm2>310N/mm2，不滿足。（2）凈截面面積計算：雙槽鋼腹板厚度t=7mm（[20a腹板厚7mm]），螺栓孔直徑d=24mm，每側(cè)一個孔，凈截面面積A_n=A2×d×t=57662×24×7=5766336=5430mm2σ=N/A_n=1.8×10^6/5430≈331.5N/mm2>310N/mm2，仍不滿足（需增大截面或減少螺栓孔數(shù)量）。2.（1）最大彎矩M_max=qL2/8=45×82/8=360kN·m=3.6×10^8N·mm（2）抗彎強度驗算：截面模量W_x=bh2/6(bt_f)h_w2/6（近似計算），或查焊接H型鋼截面特性表（H600×250×10×16的W_x≈(250×16×(6008)+10×(60032)^2/6)/(600/2)），實際可取W_x≈(250×16×592+10×5682/6)/(300)≈(2368000+10×322624/6)/300≈(2368000+537707)/300≈2905707/300≈9686mm3（注：實際精確值需查表，此處假設(shè)W_x=2000×103mm3）σ=M/(γ_xW_x)=3.6×10^8/(1.05×2000×103)=3.6×10^8/2.1×10^6≈171.4N/mm2≤215N/mm2，滿足。（3）抗剪強度驗算：最大剪力V=qL/2=45×8/2=180kN=1.8×10^5N腹板抗剪面積A_w=h_w×t_w=(6002×16)×10=568×10=5680mm2τ=V/A_w=1