建筑钢结构设计复习资料。
考试时间】11月18日 9:50-11:25
考试题型】选择（7道）；识图（2道）;简答题（8-9道，共70分）
其中简答最后一道是简述课设的思路和方法。
复习要点】1. 单层厂房钢结构由哪些主要构件组成？
答：天窗架、天窗支撑、横向水平支撑、钢屋架、框架柱、抗风柱、吊车梁、柱间支撑。
2. 重型厂房屋盖结构常有哪些支撑，屋盖支撑的主要作用是什么？
答：屋盖支撑和柱间支撑。屋盖支撑作用：
（1）保证屋盖结构的几何稳定性 （2）保证屋盖的刚度和空间整体性 （3）为弦杆提供适当的侧向支承点 （4）承担并传递水平荷载（5）保证结构安装时稳定与方便。
3. 梯形钢屋架受压杆件．其合理截面形式，应使所选截面尽量满足什么要求。
答：满足刚度要求。
4. 屋架下弦纵向水平支撑一般布置**？
答：屋架的两边沿两纵向柱列设置。
5. 屋架上弦横向水平支撑之间的距离是如何规定的？
答：设置在厂房的两端，一般设在第一个柱间或设在第二个柱间，间距l0≤60m.
6. 当端部支撑设在端部第二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置哪种系杆？
答：刚性系杆。
7. 在设置柱间支撑的开间，应同时设置何种支撑，以构成几何不变体系。
答：屋盖横向支撑。
8. 屋架上弦杆为压杆，其承载能力由什么控制；下弦杆为拉杆，其截面尺寸由什么确定？
答：整体稳定是由刚度和稳定性控制的，强度是由抗拉强度控制的。
9. 在厂房钢结构中为什么要设置支撑体系？如何布置屋盖支撑和柱间支撑？
答：原因（作用）：1）承受并传递纵向水平荷载。
2）减少柱在平面外的计算长度。
3）保证厂房的纵向刚度。
屋盖支撑：平面屋架+檩条+屋面板+屋盖支撑构成具有空间刚度的稳定结构体系；两端相邻两榀屋架间设置支撑，其余屋架通过系杆或檩条与之相连；纵向长度较大时，中间应加设支撑。
柱间支撑：上层柱间支撑：吊车梁上部的柱间支撑，下层柱间支撑：吊车梁下部柱间支撑。
10. 普通钢屋架有哪些常见型式？各有何特点？
答：1.平行弦(矩形)屋架：（特点：1）腹杆等长/杆件类型少/节点构造相同/标准化/工业化 2）排水困难/桁架高度未随弯矩变化/弦杆内力不均匀）
2.三角形屋架（特点：1）腹杆受力小/排水坡度大2）弦杆内力不均匀/与柱铰接，刚度差 3）中小跨度、轻型屋面）
3.梯形屋架（特点：1）受力性能好/腹杆较短/可与柱刚接2）排水坡度小。
11.普通钢屋架的主要尺寸有哪些，是如何确定的？
答：屋架跨度：1）根据工艺/使用要求确定2）考虑屋面板宽度模数3）常用跨度：12m/15m/18m/21m/24m/27m/30m/36m
屋架高度：1)根据经济/刚度/建筑/屋面坡度/运输条件等条件确定三角形屋架跨中高度（1/6~1/4）l；梯形屋架跨中高度（1/10~1/6）l 端部高度一般取1.8~2.
4m（刚接）一般取1.6~2.2m（铰接）运输高度3.
85m节间尺寸：1）上弦节间尺寸根据屋面做法确定2）无檩体系：大型屋面板 1.
5~1.8m 3）有檩体系：檩条间距 0.
8~2.0m 4）屋面荷载尽量直接作用在上弦节点上。
12.梯形钢屋架节点板的厚度，是根据什么来选定的。
答：由腹杆最大内力确定。
13.普通钢屋架中三角型和梯形钢屋架各有什么特点？
答：三角形屋架（特点：1）腹杆受力小/排水坡度大2）弦杆内力不均匀/与柱铰接，刚度差 3）中小跨度、轻型屋面）
梯形屋架（特点：1）受力性能好/腹杆较短/可与柱刚接2）排水坡度小。
14.在钢屋架设计中，对屋架杆件（上、下弦杆，腹杆）截面选择有什么基本要求？
答：杆件截面选取的原则：承载能力高，抗弯强度大，便与连接，用料经济，截面伸展，壁厚较薄，外表平整。
15.在钢屋架节点设计中，有哪些基本内容和要求？
答：1.直接支承大型钢筋混凝土屋面板的上弦角钢应予加强2.节点板的外形应尽量简单。
3.角钢端部切割一般垂直于轴线，可切去部分肢，但不允许完全切去垂直肢；4.节点中各杆件边缘之间的距离：
受静载时，焊接10-20mm，螺栓5-10mm；受动载时大于50mm；5.单斜杆与弦杆连接，注意避免偏心弯矩；6.节点板应有足够的强度和刚度，保证弦杆和腹杆的内力传递。
16.在厂房结构设计中横向框架、钢屋架、吊车梁各简化为何种结构？
答：横向框架结构简化为平面框架（2.4p20）;钢屋架简化为平面桁架（为静定结构）（2.3.1p3或2.3.3p25）；吊车梁简化为简支结构（2.5p6）
17.试画出它们的力学计算简图。
吊车梁力学计算简图：
横向框架计算简图：
钢屋架计算简图：
18.多层及高层建筑钢结构有哪几种主要的结构体系？它们各有什么特点？
答：框架结构、框剪结构、筒体结构。
框架结构的主要特点：1）平面布置较灵活2）刚度分布均匀3）延性较大4）自振周期较长5）对**作用不敏感低层1-3层多层4-6层中高层7-9层高层10层以上。
框剪结构的特点：1）剪力墙为抗侧力结构，显著减少了纯框架结构的侧向位移。 2）用于**区时，具有双重设防的优点3）常用于不超过40～60层的高层建筑。
框筒结构：1)内部设置剪力墙式的内筒，与其他竖向构件主要承受竖向荷载 2）外筒体采用密排框架柱和各层楼盖处的深梁刚接，形成一个悬臂筒（竖直方向）以承受侧向荷载 3）同时设置刚性楼面结构作为框筒的横幅。建筑高度可超过90层。
19.钢与混凝土组合楼板和组合梁中，栓钉的作用是什么？
答：保证楼板和钢梁之间可靠地传递水平剪力。
20.普通钢屋架中有哪些杆件，各合理截面形式是什么？
答：等边角钢 t型截面适用于钢屋架腹杆；不等边角钢 t型截面短肢相连适用于钢屋架上、下弦杆；不等边角钢 t型截面长肢相连适用于钢屋架端竖杆、端斜杆及有局部弯矩作用的上弦杆；等边角钢十字截面适用于有竖向支撑连接的竖腹杆。
普通钢屋架的设计步骤主要有：
一、选择合理的形式，并确定其相应的主要尺寸。
二、屋架荷载计算。
1)永久荷载(恒载)，它包括：屋面材料，防水、保温或隔热层，以及屋架、天窗架、檩条、支撑及悬挂管道等重量。
2)可变荷载，它包括：屋面均布活荷载、雪荷载、施工荷载、积灰荷载、风荷载以及悬挂吊车荷载等。
3)偶然荷载，如**荷载、**力或其他意外事故产生的荷载。
三、屋架内力计算。
屋架内力分析时，应将荷载集中在节点上(屋架上弦杆的节间荷载可换算为节点荷载)，并假定所有杆件位于同一平面内，杆件重心线汇交于节点中心，且各节点均为理想铰，不考虑次应力的影响，这样就可用数解法或内力系数法计算屋架杆件的轴心力。但当杆件截面高度与其几何长度(节点中心间的距离)之比大于1／10(弦杆)和1／15(腹杆)时，或当钢管杆件截面高度(或直径)与其节问长度之比大于1／12(主管)和1／24(支管)时，则应考虑节点刚性引起的次弯矩。
节点荷载换算有两种近似方法：将所有节间内的荷载按该段节间为简支的支座反力分配到相邻两个节点上作为节点荷载；按节点处的负荷面积换算为该节点的集中荷载。两种方法的计算结果差别很小，但后者较为简便。
上弦杆由于节间荷载产生的局部弯矩可近似按下列规定取用：
1)端节点按铰接时，该处弯矩取为零，但当有悬挑时，取最大悬臂端弯矩。
2)端节间的正弯矩取为0.8m0。
3)其他节间的正弯矩和节点负弯矩(包括屋脊节点)均可取0.6m0，其中m0为相应节间按单跨简支梁计算的最大跨中弯矩。
四、内力组合。
永久荷载和各种可变荷载的不同组合将对各杆件引起不同的内力。设计时应考虑各种可能的荷载组合，并对每根杆件分别比较，考虑哪一种荷载组合引起的内力最为不利，取其作为该杆件的设计内力。
与柱铰接的屋架，引起屋架杆件最不利内力的各种可能荷载组合有如下几种：
1)全跨永久荷载+全跨可变荷载。可变荷载中屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，设计时取两者中的较大值与积灰荷载、悬挂吊车荷载组合；另外，当雪荷载较大时，将起控制作用。
2)半跨永久荷载+半跨可变荷载。
3)屋架和支撑自重+半跨屋面板重+半跨施工荷载(取等于屋面活荷载)。当屋面与水平面的倾角小于30°时，风荷载对屋面产生吸力，起着卸载的作用，一般不予考虑，但对于采用轻质屋面材料的三角形屋架和开敞式房屋，在风荷载和永久荷载作用下可能使原来受拉的杆件变为受压。故计算杆件内力时，应根据荷载规范的规定，计算风荷载的作用。
五、屋架杆件设计。
1) 杆件计算长度的确定。
在理想的铰接屋架中，杆件在屋架平面内的计算长度应是节点中心的距离；但实际上，汇交于节点处的各杆件是通过节点板焊接在一起的，并非真正的铰接，节点具有一定的刚度，杆件两端均属弹性嵌固。此外，节点的转动还受到汇交于节点的拉杆的约束。这些拉杆的线刚度愈大，约束作用也愈大，压杆在节点的嵌固程度愈大，其计算长度就愈小。
因此需考虑节点的实际嵌固作用来确定各杆的计算长度。各杆件计算长度的具体取值见下表。
2) 杆件截面选择。
屋架的杆件应根据其受力特性(拉杆还是压杆)、计算长度、构造要求等选择合适的截面形式。杆件截面选择的一般原则如下：
1 用肢宽而壁薄的角钢，但最薄不能小于4mm。
2 ②为了便于订货和制造，相近的角钢应尽量统一，同一屋架所采用的角钢型号不超过5～6种。
3 ③屋架弦杆一般采用等截面，但当跨度大于30m时，弦杆可根据内力的变化改变截面，通常厚度不变而缩小肢宽，以利于拼接节点的构造处理。
4 ④经济性要求。为满足刚度(长细比)要求，应使截面尽量开展，且对于压杆来说应尽量实现等稳定要求，即φx=φy。
3) 截面设计。
对于拉杆应满足强度和刚度要求；压杆应满足强度、稳定和刚度要求。由于角钢屋架杆件是按实腹式截面设计的，因此为保证两角钢协同受力，尚应按构造设置一定数量的填板，填板尺寸按构造要求确定。
六、节点设计。
屋架的一般节点设计主要是确定节点板尺寸。节点板的平面尺寸主要取决于该节点所连杆件的截面尺寸和所需焊缝长度。由于节点板受力比较复杂，因此节点板的厚度一般不进行计算，而根据经验确定，对于采用侧面角焊缝连接的节点，节点板的厚度可按相关规范确定。
屋架的支座节点应视其连接构造的形式(铰接还是刚接)进行相应的设计计算，可参见相应设计资料。
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