钢结构一注（2011年）试题及解答Doc3.docx

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1、全国注册结构工程师专业考试全国注册结构工程师专业考试年试题解答及分析年试题解答及分析钢结构钢结构一级试题一级试题 【要点】 对钢结构考生需要了解的内容相对较多，主要应把握以下内容： 应重点把握钢结构体系的布置原则和主要构造； 掌握构件的强度及其整体和局部稳定计算、轴心受力构件和拉弯、压弯构件的计 算、构件的连接计算、构造要求及其连接材料的选用。 熟悉钢与混凝土组合梁、钢与混凝土组合结构的特点及其设计原理。 掌握钢结构的疲劳计算及其构造要求，熟悉塑性设计的适用范围和计算方法、钢 结构的防锈、隔热和防火措施。 了解钢结构的制作、焊接、运输和安装等方面的基本要求。 钢结构试题钢结构试题条件条件 某钢

2、结构办公楼，结构布置如图所示。框架梁、柱采用，次梁、中心支撑、加劲板 采用，楼面采用厚混凝土楼板，钢梁顶采用抗剪栓钉与楼板连接。图图【题】 当进行多遇地震下的抗震计算时根据建筑抗震设计规范-，该办公 楼阻尼比宜采用下列何项数值 （）（） 【答案】 根据抗规第条第款，高度不大于时可取。【命题思路】 阻尼比为抗震设计所需的主要参数之一，新抗规对钢结构的阻尼比作了较大调整，设计者应 熟悉。 【解题分析】阻尼比指实际的阻尼与临界阻尼的比值，阻尼比用于表达结构阻尼的大小，是结构的 动力特性之一，是描述结构在振动过程中某种能量耗散的术语。阻尼比越大，地震作用越小，钢结构阻 尼比小于混凝土结构。阻尼比是进行

3、地震作用计算的首要参数，但线性粘滞阻尼是计算模型的属性，而非实际结构的属 性。【题】 次梁与主梁连接采用级的高强度螺栓摩擦型连接，连接处钢材接触表面的处理 方法为喷砂后涂无机富锌漆，其连接形式如图所示，考虑了连接偏心的不利影响后，取次梁端部剪力 设计值，连接所需的高强度螺栓数量个与下列何项数值最为接近 【答案】 根据钢规第条第款，式及表、表，一个 级高强度螺栓的抗剪承载力没计值为：高强度螺栓数量计算：取个。=110.2 10331.5 103图图主次梁连接示意图主次梁连接示意图【命题思路】 构件连接计算为大纲要求需掌握的内容，主次梁采用高强度螺栓摩擦型连接为常规设计，设 计者应熟练掌握。考点：

4、传力摩擦面数目取值；抗滑移系数取值；预拉力取值。 【解题分析】表表 7.2.2-1 摩擦面的抗滑移系数摩擦面的抗滑移系数 构件的-钢号在连接处构件接触面的处理方法Q235 钢Q345 钢、Q390 钢Q420 钢喷砂(丸)0.450.500.50喷砂(丸)后涂无机富锌漆0.350.400.40喷砂(丸)后生赤锈0.450.500.50钢丝刷清除浮锈或未经处理的干净轧制表面0.300.350.40表表 7.2.2-2 一个高强度螺栓的预拉力一个高强度螺栓的预拉力 P(kN)螺栓公称直径(mm)螺栓的性能等级M16M20M22M24M27M308.8 级8012515017523028010.9

5、级100155190225290355图图 7. 73 次梁连接于主梁的横向加劲肋上次梁连接于主梁的横向加劲肋上图图 7.74 次梁采用连接件与主梁简单连接次梁采用连接件与主梁简单连接(a)低位连接；(b)、(c)平位连接图图 7.75 次梁与主梁的抗弯矩连接次梁与主梁的抗弯矩连接本题虽为简单连接设计，但容易产生是否计算偏心，怎么计算偏心的疑问，实际上，偏心大小 与连接端部的刚度有关，简单地说偏心的上限值为梁中心至螺栓（群）中心的距离。工程实际中，当钢 梁顶部为混凝土楼板时，可采用剪力乘以系数来考虑偏心的不利影响本题作为已知条件给出。 错误答案分析： 错取传力摩擦面数目，计算得；错取抗滑移系数

6、，计算得；错取预拉力，计算得。图图 5 .7 抗剪螺栓连接的破坏形式抗剪螺栓连接的破坏形式(a)螺杆单剪破坏；(b)螺杆双剪破坏；(c)孔壁承压破坏；(d)板件端部剪坏；(e)板件拉坏；(f)螺杆弯曲图图多层钢板的抗剪螺栓连接多层钢板的抗剪螺栓连接（板为，板、各为）【题】 次梁截面为，当楼板采用无板托连接，按组合梁计算时，混凝 土翼板的有效宽度与下列何项数值最为接近 【答案】11.1.2 混凝土翼板的有效宽度 be(图 11.1.2)应按下式计算：be=b0+b1+b2 (11.1.2)式中 b0板托顶部的宽度；当板托倾角 45 时，应按 =45 计算板托顶部的宽度；当无板托 时，则取钢梁上翼

7、缘的宽度；b1、b2梁外侧和内侧的翼板计算宽度，各取梁跨度 l 的 1/6 和翼板厚度 hc1的 6 倍中的较小值。 此外，b1尚不应超过翼板实际外伸宽度 s1；b2不应超过相邻钢梁上翼缘或板托间净距 s0的 1/2。当为中间梁时，公式(11.1.2)中的 b1等于 b2。图图 11.1.2 混凝土翼板的计算宽度混凝土翼板的计算宽度 1 61 2 【命题思路】 钢与混凝土组合梁设计为大纲要求需熟悉的内容，混凝土翼板的有效宽度确定为进行组合梁设计的最基本步骤之一。 【解题分析】 组合梁混凝土翼板的有效宽度与混凝土结构设计规范表 规定一致。 错误答案分析： 翼板一侧计算宽度取翼缘厚度倍为，只计算一

8、侧 ，错误； 计算宽度取相邻梁净距的为，错误； 翼板一侧计算宽度取梁跨度的为，计算两侧 ， 错误。 【题】 （图） 假定，向平面内与柱上、下端相连的框架梁远端为铰接。试问，当计算柱在重力作 用下的稳定性时，向平面内计算长度系数与下列何项数值最为接近 提示：按钢结构设计规范作答。结构向满足强支撑框架的条件，符合刚性楼面假定。 图 【答案】 根据高钢规第条及钢规第条，强支撑框架，框架柱计算长度系数按无侧 移框架柱的计算长度系数确定。相交于柱上端梁的线刚度之和：2.04 109 1.5 12000相交于柱上端节点柱的线刚度之和：(1.79 109 4000+1.79 109 4000)相交于柱下端梁

9、的线刚度之和：2.04 109 1.5 12000相交于柱下端节点柱的线刚度之和：(1.79 109 4000+1.97 109 4000)2.55 1058.95 105= 0.282.55 1059.4 105= 0.27查钢规表，得。【命题思路】 压弯构件计算为大纲要求需掌握的内容，计算长度的确定为进行压弯构件计算的最基本 步骤之一。 【解题分析】 计算长度系数是计算长度与几何长度之比。本题中计算长度指在其有效约束点间 的几何长度乘以考虑杆端变形情况和所受荷载情况的系数而得的等效长度。 规范表格数值所根据的基本假定有以下条： 材料是线弹性的； 框架只承受作用在节点上的竖向荷载； 各柱同时

10、达到其临界荷载； 当柱子开始失稳时，相交于同一节点的横梁对柱子提供的约束弯矩，按柱子的线刚度之 比分配给柱子； 在无侧移失稳时，横梁两端的转角大小相等方向相反；在有侧移失稳时，横梁两端的转 角大小相等方向相同。 值得注意的是，对于本题来说，刚性楼面的条件，才使强支撑框架的条件得以成立。 本题的关键是对强支撑框架的把握。另外，线刚度计算时交汇于柱端节点的梁、柱数量 不能有错误。本题计算较为繁琐，计算时应细心。【题】 （图） 框架柱截面为口箱形柱，按单向弯矩计算时，弯矩设计值见框架柱弯矩图，轴压 力设计值，在进行弯矩作用平面外的稳定性计算时，构件以应力形式表达的稳定性计算 数值与下列何项数值最为接

11、近？提示：框架柱截面分类为类，；235框架柱所考虑构件段无横向荷载作用。图图框架柱弯矩图（框架柱弯矩图（m） 【答案】 根据钢规第条第款，b= 0.65 + 0.3521= 0.65 0.35 291.2 298.7= 0.31根据提示，框架柱截面分类为类，；235查钢规附录表， + 1=2693.7 1030.833 4.75 104+ 0.70.31 298.7 1061 7.16 106= 68.1 + 9.1 = 77.2/2【命题思路】 压弯构件计算为大纲要求需掌握的内容，弯矩作用平面外的稳定性计算为压弯构件的计 算内容之一。本题考点：通过正确判断端弯矩取值符号，正确计算等效弯矩系数

12、；正确选取截面影响系数 的取值。 【解题分析】等效弯矩系数，对有端弯矩但无横向荷载的两端支承的压弯构件，设= 0.65 + 0.3521端弯矩的比值为 ，其中。当弯矩使构件产生同向曲率时，与取 同号；产生反向曲率时，与取异号。 对于闭口截面，截面影响系数 。 错误答案分析：计算错误= 0.65 + 0.3521= 0.65 + 0.35 291.2 298.7= 0.99 + 1=2693.7 1030.833 4.75 104+ 0.70.99 298.7 1061 7.16 106= 68.1 + 28.9 = 97.0/2计算错误同答案，另 + 1=2693.7 1030.833 4.7

13、5 104+ 1.0 0.99 298.7 1061 7.16 106= 68.1 + 41.3 = 109.4/2【题】 中心支撑为轧制型钢，几何长度，考虑地震作用时支撑斜杆的受压承载力限值与下列何项数值最为接近 提示：，假定支撑的计算长度系数为。截面 【答案】 根据抗规第条式式， =1 1 + 0.35=()=5000 63.2= 79查钢规表，该支撑斜杆的截面分类为类 查钢规附录表，=()=79 3.142352.06 105= 0.85 =1 1 + 0.35=1 1 + 0.35 0.85= 0.77根据抗规表，=1313kN()=0.77 215 0.694 9142 10 3 0

14、.8【命题思路】 支撑设计属于钢结构设计的重要组成部分，设计者应熟练掌握。注意设计时钢构件长细比 取值。 【解题分析】 在罕遇地震下斜杆反复受拉压，且屈曲后变形增长很大，转为受拉时变形不能完全拉 直，再次受压时，承载力降低，长细比越大，退化现象越严重。因此。规范要求计算支撑斜杆时考虑此 影响。 错误答案分析： 正则化长细比计算错误。（=()=46 3.142352.06 105= 0.49 =5000 108.1= 46） =1 1 + 0.35=1 1 + 0.35 0.49= 0.85=1449kN()=0.85 215 0.694 9142 10 3 0.8长细比取值错误。根据，查钢结构

15、设计规范附表，Y=5000 108.1= 46=1653kN()=0.77 215 0.874 9142 10 3 0.8正则化长细比计算错误、长细比取值错误。根据，查钢结构设计规范附表，Y=5000 108.1= 46 =()=46 3.142352.06 105= 0.49=1825kN()=0.85 215 0.874 9142 10 3 0.8【题】区域内无楼板，次梁均匀受弯，弯矩设计位为，当截面采用 时，构件抗弯强度计算数值与下列何项数值最为接近截面 【答案】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 (

16、4.1.1)nyyynxxx WMWM 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；x、y截面塑性发展系数；对工字形截面，x =1.05，y =1.20：对箱形截面，x =y =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 x yf235/yf235/=1.0。fy为钢材牌号所指屈服点。 对需要计算疲劳的梁,宜取 x =y =1.0。根据钢规第条，建议采用125 6 2 9235 125 6

17、 2 8235 查钢规表，x211=4.05 1061.05 8.81 104= 44/222=4.05 1061.2 2.52 104= 134/2【命题思路】 受弯构件强度计算为大纲要求需掌握的内容，本题主要考查强度计算的概念及对截面塑性 发展系数 的理解。 【解题分析】 计算梁的抗弯强度时，由于考虑截面部分发展塑性变形，规范引入截面塑性发展系数 。 的数值与截面形式、塑性发展深度和截面高度的比值、腹板面积与一个翼缘面积的比值以及应力状 态有关。对于 的数值，规范取值原则如下： 对有平翼缘板的一侧，取梁受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比不大于；235 对无翼缘板的一侧，取； 对圆管边缘，取

18、； 对格构式构件的虚轴弯曲时，取。 表表 5.2.1 截面塑性发展系数截面塑性发展系数 x、y项次截 面 形 式xy11.221.051.0531.24x1=1.05x2 =1.21.05错误答案分析： 根据钢结构设计规范第条进行整体稳定性计算： 根据公式，b=y2353000 28.2=4.05 1060.77 8.81 104= 60/2截面塑性发展系数 x取值错误，x，=4.05 1061.05 2.52 104= 153/2截面塑性发展系数 x取值错误，x，=4.05 1061.0 2.52 104= 161/2钢结构试题钢结构试题条件条件 某厂房屋面上弦平面布置如图所示，钢材采用，焊

19、条采用型。图图 【题】托架上弦杆选用，轴心压力设计值为，以应力形式表达的稳定性计算数值 与下列何项数值最为接近 【答案】表表 5.3.1 桁架弦杆和单系腹杆的计算长度桁架弦杆和单系腹杆的计算长度 l0腹 杆项次弯曲方向弦杆支座斜杆和支座竖杆其他腹杆123在桁架平面内在桁架平面外斜平面ll1lll0.8ll0.9l注：1 l 为构件的几何长度(节点中心间距离)；l1为桁架弦杆侧向支承点之间的距离。2 斜平面系指与桁架平面斜交的平面，适用于构件截面两主轴均不在桁架平面内的单角钢腹杆和双角钢十字形截面腹杆。3 无节点板的腹杆计算长度在任意平面内均取其等于几何长度(钢管结构除外)。杆长度，根据钢规表，

20、平面内计算长度为，平面外计算长度为，x= y=3000 43.4= 69.16000 61.2= 98根据钢规双角钢绕对称轴图图 5.1.2 单角钢截面和双角钢组合单角钢截面和双角钢组合 T 形截面形截面因为所以换算长细比换算长细比= (1 +0.475422)= 98 (1 +0.475 140460002 102)= 98 1.05 = 103对轴和轴均为类，查钢规附录表，得 min 根据钢规式 =450 103 0.536 5475= 153/2【命题思路】 轴心受力构件计算为大纲要求需掌握的内容。考点：计算长细比应取较大值。 【解题分析】 桁架弦杆平面内计算长度取节点中心间距离，平面外

21、计算长度取桁架弦杆侧向支承点间 距离。单轴对称截面绕对称轴的稳定性是弯扭失稳问题，对称单角钢截面、双角钢形截面和翼缘宽度不 等的工字形截面绕对称轴弯扭失稳承载力比弯曲失稳承载力低得不多；轧制形，两板焊接形以及槽形 截而绕对称轴弯扭屈曲承载力较低。错误答案分析： 长细比取值错误 根据 =，类，查钢结构设计规范附录表 ， 根据钢结构设计规范式 =450 103 0.844 5475= 97/2长细比取值错误 根据 =，类，查钢结构设计规范附录表，757 根据钢结构设计规范式 =450 103 0.757 5475= 109/2长细比取值错误 根据 =，类，查钢结构设计规范附录表 ， 根据钢结构设计

22、规范式 =450 103 0.649 5475= 127/2【题】 腹杆截面采用，角钢与节点板采用两侧角焊缝连接，焊脚尺寸，连接形式如图 所示，如采用受拉等强连接，焊缝连接实际长度与下列何项数值最为接近 提示：截面无削弱，肢尖、肢背内力分配比例为：。 图图【答案】 根据钢规表、第条计算，杆件受拉承载力为 由于采用等强连接，根据钢规表、第条及第条计算：由式=h肢背焊缝讣算长度=0.72 0.7=0.7 232.8 1032 0.7 5 160= 146 满足要求。 焊缝实际长度为 【命题思路】 构件连接计算为大纲要求需掌握的内容。考点：焊缝计算长度和焊缝实际长度的区分；工程 应用。 【解题分析】

23、 由于角焊缝的应力状态极为复杂，因此建立角焊缝计算公式要靠试验分析，规范计算 公式由经验公式推导而来。由于焊缝起落弧处质量无法保证，因此规范规定焊缝计算长度等于实际长度 减倍的焊缝高度。关于侧面角焊缝最小和最大计算长度的规定，均由于考虑可靠性根据经验而制订。 错误答案分析： 不符题意。答案为焊缝计算长度，要求为焊缝实际长度。 仅考虑了一条焊缝且为焊缝计算长度。 仅考虑了一条焊缝。 【题】 图中，杆为双角钢十字截面，采用节点板与弦杆连接，当按杆件的长细比选择截面时， 下列何项截面最为合理 提示：杆件的轴心压力很小小于其承载能力的。 十 十 十 十 【答案】 5.3.8 受压构件的长细比不宜超过表

24、 5.3.8 的容许值。表表 5.3.8 受压构件的容许长细比受压构件的容许长细比项次构 件 名 称容许长细比柱、桁架和天窗架中的杆件1柱的缀条、吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑150撑(吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑除外)2支用以减小受压构件长细比的杆件200注：1 桁架(包括空间桁架)的受压腹杆，当其内力等于或小于承载能力的 50时，容许长细比值可取 200。2 计算单角钢受压构件的长细比时，应采用角钢的最小回转半径，但计算在交叉点相互连接的交叉杆件平面外的长细比时，可采用与角钢肢边平行轴的回转半径。3 跨度等于或大于 60m 的桁架，其受压弦杆和端压杆的容许长细比值宜取 100，其他受压腹

25、杆可取 150(承受静力荷载或间接承受动力荷载)或 120(直接承受动力荷载)。4 由容许长细比控制截面的杆件，在计算其长细比时，可不考虑扭转效应。根据钢规表，公式及表，取项截面。0.9 6000 200=【命题思路】轴心受力构件计算为大纲要求需掌握的内容，构件的计算长度和允许长细比为轴心受力构 什计算的内容之一。考点：了解桁架平面内、平面外、斜平面的概念。 【解题分析】 构件容许长细比的规定，主要是避免构件柔度过大，在本身重力作用下产生过大的挠 度和运输、安装过程中产生弯曲，以及在动力荷载作用下产生较大的振动。对于受压构件来说，由于刚 度不足产生的不利影响远比受拉构件严重，如初弯曲将极大降低

26、构件受压承载力。当桁架中内力不大于 承载能力的受压腹杆，长细比放宽至。 ，杆长度 根据钢结构设计规范表，容许长细比 ， 又根据钢结构设计规范公式及表的 第项（斜平面）（斜平面），取项截面。0.9 6000 200=错误答案分析：，取项截面。0.8 6000 200=，取项截面。6000 200=【题】 在工作温度等于或者低于的地区，下列关于提高钢结构抗脆断能力的叙述有几项是 错误的对于焊接构件应尽量采用厚板； 应采用钻成孔或先冲后扩钻孔； 对接焊缝的质量等级可采用三级； 对厚度大于的受拉构件的钢材采用手工气割或剪切边时，应沿全长刨边； 安装连接宜采用焊接。 项项项项 【答案】8.7.1 结构形

27、式和加工工艺的选择应尽量减少结构的应力集中。在工作温度等于或低于30C 的地 区，焊接构件宜采用较薄的组成板件。 8.7.3 在工作温度等于或低于20C 的地区，结构施工宜满足下列要求：1 安装连接宜采用螺栓连接；2 受拉构件的钢材边缘宜为轧制边或自动气割边。对厚度大于 10mm 的钢材采用手工气割或 剪切边时，应沿全长刨边；3 应采用钻成孔或先冲后扩钻孔； 4 对接焊缝的质量等级不得低于二级。根据钢规第条、第条。 【命题思路】 本题为概念题。由于寒冷地区钢结构项目的增多，有必要了解此类地区钢结构设计的基本要求。 【解题分析】 钢结构的抗脆断性能与环境温度、结构形式、钢材厚度、应力特征、钢材性

28、能、加荷速 率等多种因素相关。工作温度愈低、钢材愈厚、应力集中及焊接残余应力愈高特别是有多向拉应力存在 时、钢材韧性愈差、加荷速率愈快的结构愈容易发生脆断。 近年来钢结构事故多发，尤以寒冷地区最为明显，脆断问题是寒冷地区厚钢板焊接连接的 主要问题，结构设计中应予以重视，同时，在构造上应采取相应的措施以减少应力集中和焊接残余应力。 【题】 关于钢材和焊缝强度设计值的下列说法中，下列何项有误同一钢号不同质量等级的钢材，强度设计值相同； 同一钢号不同厚度的钢材，强度设计值相同； 钢材工作温度不同如低温冷脆，强度设计值不同； 对接焊缝强度设计值与母材厚度有关； 角焊缝的强度设计值与焊缝质量等级有关。、

29、 、 【答案】3.4.1 钢材的强度设计值，应根据钢材厚度或直径按表 3.4.1-l 采用。钢铸件的强度设计值应按表 3.4.1-2 采用。连接的强度设计值应按表 3.4.1-3 至表 3.4.1-5 采用。表表 3.4.1-1 钢材的强度设计信钢材的强度设计信 N/mm2钢材牌号厚度或直径（mm)抗拉、抗压和抗弯f抗剪fv端面承压(刨平顶紧)fce1621512516402051204060200115Q235 钢601001901103251631018016352951703550265155Q345 钢501002501454001635020516353351903550315180

30、Q390 钢501002951704151638022016353602103550340195Q420 钢50100325180440注：表中厚度系指计算点的钢材厚度，对轴心受拉和轴心受压构件系指截面中较厚板件的厚度。表表 3.4.1-3 焊缝的强度设计值焊缝的强度设计值(N/mm2)构件钢材对接焊缝角焊缝焊缝质量为下列等级时，抗拉w tf焊接方法和焊条型号牌号厚度或直径 (mm)抗压w cf一级、二级三级抗剪w vf抗剪、抗拉、抗压和抗剪w ff1621521518512516402052051751204060200200170115自动焊、半自动焊和 E43型焊条的手工焊Q235 钢6

31、0100190190160110160自动焊、半自1631031026518016352952952501703550265265225155动焊和 E50型焊条的手工焊501002502502101451635035030020516353353352851903550315315270180Q390 钢501002952952501701638038032022016353603603052103550340340290195自动焊、半自动焊和 E55型焊条的手工焊Q420 钢50100325325275180220根据钢规第条。 【命题思路】 本题为概念题。钢材和焊缝强度设计值为钢结构设计的基础，有必要了解其取值方法。 【解题分析】 根据钢结构设计规范表，钢材强度设计值随钢材 厚度增加而降低，与工作温度和质量等级无关。 根据钢结构设计规范表，对接焊缝强度设计值随 母材厚度增加而降低，角焊缝的强度设计值仅与焊条型号有关。 工作温度定义，见钢结构设计规范第条条文说明 【题】 试问，计算吊车梁疲劳时，作用在跨间内的下列何种吊车荷载取