鋼結(jié)構(gòu)試卷及參考答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.下列鋼材力學(xué)性能指標(biāo)中，作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)依據(jù)的是（）。A.抗拉強(qiáng)度（fu）B.屈服強(qiáng)度（fy）C.伸長(zhǎng)率（δ）D.沖擊韌性（Ak）2.焊接殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件的（）無影響。A.靜力強(qiáng)度B.剛度C.穩(wěn)定性D.疲勞強(qiáng)度3.摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接與承壓型高強(qiáng)度螺栓連接的主要區(qū)別是（）。A.材料不同B.預(yù)拉力不同C.傳力機(jī)理不同D.螺栓直徑不同4.軸心受拉構(gòu)件計(jì)算時(shí)，若采用普通螺栓連接，其凈截面面積應(yīng)?。ǎ?。A.毛截面面積B.扣除一個(gè)螺栓孔后的截面面積C.扣除所有螺栓孔后的截面面積D.扣除最不利截面處螺栓孔后的截面面積5.工字形截面梁受壓翼緣的自由外伸寬度b與其厚度t的比值限制為b/t≤13√(235/fy)，其目的是（）。A.防止梁發(fā)生整體失穩(wěn)B.防止翼緣發(fā)生局部失穩(wěn)C.保證梁的強(qiáng)度D.提高梁的剛度6.軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)φ與（）無關(guān)。A.構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比B.鋼材的屈服強(qiáng)度C.構(gòu)件的截面形狀D.構(gòu)件的端部約束條件7.對(duì)于雙軸對(duì)稱工字形截面壓彎構(gòu)件，當(dāng)彎矩作用在強(qiáng)軸平面內(nèi)時(shí)，其平面內(nèi)穩(wěn)定驗(yàn)算公式中需要考慮的等效彎矩系數(shù)βmx取值為（）。A.0.65B.0.85C.1.0D.1.28.鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)中，鋼材的臨界溫度約為（）。A.300℃B.500℃C.700℃D.900℃9.下列焊縫連接形式中，屬于對(duì)接焊縫的是（）。A.角焊縫B.塞焊縫C.槽焊縫D.V形坡口焊縫10.多層鋼框架結(jié)構(gòu)中，柱間支撐的主要作用是（）。A.承受豎向荷載B.提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度C.增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)延性D.減小梁的跨度二、填空題（每空1分，共15分）1.鋼材的主要破壞形式包括塑性破壞和__________。2.普通螺栓連接按受力方式可分為受剪連接、受拉連接和__________。3.焊接殘余變形的主要類型有收縮變形、角變形、彎曲變形、__________和扭曲變形。4.軸心受壓構(gòu)件的屈曲形式包括彎曲屈曲、扭轉(zhuǎn)屈曲和__________。5.梁的整體失穩(wěn)是指梁在__________作用下，側(cè)向發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。6.工字形截面梁的局部穩(wěn)定驗(yàn)算中，腹板的高厚比限值需根據(jù)__________和剪應(yīng)力共同確定。7.壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)考慮__________和彎矩的共同作用。8.高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力設(shè)計(jì)值P是根據(jù)螺栓材料的__________和有效面積確定的。9.鋼結(jié)構(gòu)中常用的鋼材牌號(hào)Q355B表示屈服強(qiáng)度為__________MPa、質(zhì)量等級(jí)為B級(jí)的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。10.當(dāng)梁的受壓翼緣與剛性鋪板（如鋼筋混凝土樓板）牢固連接時(shí)，梁的整體穩(wěn)定__________驗(yàn)算（填“需要”或“不需要”）。11.軸心受拉構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算公式為σ=N/An≤f，其中An為__________。12.鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，節(jié)點(diǎn)的承載力應(yīng)__________（填“大于”或“小于”）連接構(gòu)件的承載力，以實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”原則。13.梯形鋼屋架的受壓弦桿，其計(jì)算長(zhǎng)度在桁架平面內(nèi)取__________，平面外取側(cè)向支撐點(diǎn)間距。14.鋼吊車梁的疲勞驗(yàn)算主要針對(duì)__________部位（如軌道連接焊縫、加勁肋端部等）。15.鋼管混凝土柱的核心混凝土可提高構(gòu)件的__________和延性。三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述鋼材的主要力學(xué)性能指標(biāo)及其工程意義。2.普通螺栓受剪連接可能發(fā)生哪幾種破壞形式？設(shè)計(jì)中如何防止這些破壞？3.為什么軸心受壓構(gòu)件需要驗(yàn)算整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定？?jī)烧叩尿?yàn)算方法有何不同？4.簡(jiǎn)述梁的整體穩(wěn)定系數(shù)φb的影響因素及提高梁整體穩(wěn)定性的措施。5.鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)的主要措施有哪些？四、計(jì)算題（共25分）1.（10分）某軸心受拉構(gòu)件采用Q235B鋼材（f=215N/mm2），承受軸向拉力設(shè)計(jì)值N=800kN。構(gòu)件采用雙角鋼2L100×10（截面積A=19.26cm2/根，毛截面面積A總=38.52cm2），采用普通螺栓連接（螺栓直徑d=20mm，孔徑d0=21.5mm），螺栓排列為兩列，每列3個(gè)螺栓（螺栓間距s=70mm，邊距e=40mm）。試計(jì)算該構(gòu)件的強(qiáng)度是否滿足要求（提示：需計(jì)算凈截面面積An）。2.（15分）某簡(jiǎn)支梁跨度L=6m，承受均布荷載設(shè)計(jì)值q=30kN/m（包括自重），鋼材為Q345B（f=310N/mm2，f_v=180N/mm2）。梁截面為焊接工字形（截面尺寸：翼緣b×t=250mm×12mm，腹板h0×tw=500mm×8mm，截面特性：截面積A=2×250×12+500×8=10000mm2，繞強(qiáng)軸慣性矩Ix=1/12×500×52431/12×(5008)×5003≈1.1×10?mm?，截面抵抗矩Wx=Ix/(h/2)=1.1×10?/(262)≈4.198×10?mm3，腹板計(jì)算高度處的截面面積Aw=500×8=4000mm2）。要求：（1）驗(yàn)算梁的抗彎強(qiáng)度；（2）驗(yàn)算梁的抗剪強(qiáng)度；（3）若梁的受壓翼緣無側(cè)向支撐（側(cè)向計(jì)算長(zhǎng)度l1=6m），驗(yàn)算梁的整體穩(wěn)定性（已知梁的整體穩(wěn)定系數(shù)φb=0.85）。五、論述題（10分）論述多層鋼框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)，需結(jié)合“強(qiáng)柱弱梁”“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”原則，分析結(jié)構(gòu)體系、材料選擇、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及構(gòu)造措施的具體要求。參考答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.B2.A3.C4.D5.B6.B7.C8.B9.D10.B二、填空題（每空1分，共15分）1.脆性破壞2.拉剪復(fù)合受力連接3.波浪變形4.彎扭屈曲5.彎矩（或橫向荷載）6.正應(yīng)力7.軸力8.抗拉強(qiáng)度（或fu）9.35510.不需要11.凈截面面積12.大于13.節(jié)點(diǎn)間距（或桿件幾何長(zhǎng)度）14.應(yīng)力集中15.承載力三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.鋼材的主要力學(xué)性能指標(biāo)包括：（1）屈服強(qiáng)度（fy）：作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)的依據(jù)，保證構(gòu)件在正常使用下不發(fā)生顯著變形；（2）抗拉強(qiáng)度（fu）：反映鋼材的極限承載能力，fy/fu（屈強(qiáng)比）越小，結(jié)構(gòu)安全性越高；（3）伸長(zhǎng)率（δ）：衡量鋼材塑性變形能力，δ越大，鋼材延性越好，有利于抗震；（4）沖擊韌性（Ak）：表示鋼材在沖擊荷載或低溫下抵抗脆性破壞的能力；（5）冷彎性能：通過冷彎試驗(yàn)檢驗(yàn)鋼材的塑性變形能力和內(nèi)部缺陷。2.普通螺栓受剪連接可能的破壞形式及防止措施：（1）螺栓桿被剪斷：通過計(jì)算螺栓抗剪承載力（n_v×(πd2/4)×f_v^b），保證螺栓數(shù)量足夠；（2）孔壁承壓破壞：計(jì)算承壓承載力（d×Σt×f_c^b），限制板件厚度或螺栓直徑；（3）鋼板被拉斷：計(jì)算構(gòu)件凈截面抗拉強(qiáng)度（N/An≤f），選擇合理的螺栓排列；（4）鋼板端部被剪壞：控制螺栓端距≥2d0（d0為孔徑），防止端部沖切破壞；（5）螺栓桿受彎破壞：限制板疊厚度≤5d（d為螺栓直徑），避免桿身過度彎曲。3.軸心受壓構(gòu)件需驗(yàn)算整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的原因：整體穩(wěn)定：構(gòu)件可能因長(zhǎng)細(xì)比過大，在軸力達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值前發(fā)生側(cè)向屈曲（彎曲或彎扭屈曲），導(dǎo)致失穩(wěn)破壞；局部穩(wěn)定：構(gòu)件的翼緣或腹板可能因?qū)捄癖冗^大，在整體失穩(wěn)前發(fā)生局部屈曲，削弱截面剛度和承載力。驗(yàn)算方法區(qū)別：整體穩(wěn)定通過穩(wěn)定系數(shù)φ（與長(zhǎng)細(xì)比、截面形式、鋼材強(qiáng)度相關(guān)）將強(qiáng)度公式修正為σ=N/(φA)≤f；局部穩(wěn)定通過限制板件的寬厚比（如翼緣b/t≤(10+0.1λ)√(235/fy)），確保局部屈曲不先于整體屈曲發(fā)生。4.梁的整體穩(wěn)定系數(shù)φb的影響因素：（1）梁的側(cè)向計(jì)算長(zhǎng)度l1：l1越大，φb越??；（2）截面尺寸：受壓翼緣越寬、越厚，φb越大；（3）荷載類型及作用位置：上翼緣受荷比下翼緣受荷更易失穩(wěn)，φb更??；（4）端部約束：約束越強(qiáng)（如固定端），φb越大。提高措施：（1）增加受壓翼緣寬度或厚度；（2）設(shè)置側(cè)向支撐（減小l1）；（3）將荷載作用于下翼緣；（4）采用箱形截面（抗扭剛度大）。5.鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)的主要措施：（1）涂刷防火涂料：通過涂層隔熱，延緩鋼材升溫至臨界溫度（500℃）；（2）包覆防火板材：如石膏板、硅酸鈣板，形成隔熱層；（3）采用混凝土或砂漿包裹：如鋼管混凝土柱，利用混凝土吸熱；（4）優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：減少高溫下的應(yīng)力集中，避免關(guān)鍵構(gòu)件直接暴露；（5）設(shè)置自動(dòng)消防系統(tǒng)：如噴淋裝置，降低火災(zāi)持續(xù)時(shí)間。四、計(jì)算題（共25分）1.（10分）（1）計(jì)算凈截面面積An：雙角鋼為并列連接，螺栓排列為兩列，每列3個(gè)螺栓。最不利截面為扣除2個(gè)螺栓孔（兩列各1個(gè)），因此：An=A總2×d0×t（t為角鋼厚度，本題中t=10mm）A總=38.52cm2=3852mm2，d0=21.5mm，t=10mmAn=38522×21.5×10=3852430=3422mm2（2）驗(yàn)算強(qiáng)度：σ=N/An=800×103/3422≈233.8N/mm2Q235B鋼材f=215N/mm2，σ=233.8N/mm2＞f，不滿足要求。2.（15分）（1）抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算：跨中最大彎矩M=qL2/8=30×62/8=135kN·m=135×10?N·mmσ=M/(γxWx)，γx=1.05（工字形截面繞強(qiáng)軸）σ=135×10?/(1.05×4.198×10?)≈30.8N/mm2≤f=310N/mm2，滿足。（2）抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算：支座最大剪力V=qL/2=30×6/2=90kN=90×103Nτ=V/(hwtw)=90×103/(500×8)=22.5N/mm2≤f_v=180N/mm2，滿足。（3）整體穩(wěn)定性驗(yàn)算：σ=M/(φbWx)=135×10?/(0.85×4.198×10?)≈38.5N/mm2≤f=310N/mm2，滿足。五、論述題（10分）多層鋼框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)：1.結(jié)構(gòu)體系：采用規(guī)則平面和立面，避免剛度突變（如設(shè)置支撐框架或偏心支撐框架提高抗側(cè)移剛度）；控制層間位移角（限值1/300~1/500），防止鞭梢效應(yīng)。2.材料選擇：優(yōu)先選用Q235、Q345等延性好的鋼材（伸長(zhǎng)率δ≥20%），保證構(gòu)件在大變形下不脆斷；節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼材需滿足Z向性能（防止層狀撕裂）。3.“強(qiáng)柱弱梁”原則：通過調(diào)整梁柱線剛度比（柱線剛度≥1.5倍梁線剛度），確保地震時(shí)梁端先屈服形成塑性鉸，避免柱端破壞；設(shè)計(jì)時(shí)柱的抗彎承載力需大于梁的抗彎承載