混凝土结构课后思考题答案Word格式文档下载.docx
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(3)荷载准永久值系指在结构上经常作用的荷载值,它在设计基准期内具有较长的总持续时间Tx,其对结构的影响类似于永久荷载,主要用于正常使用极限状态的准永久组合和频遇组合中。
(4)当结构上同时作用有两种或两种以上的可变荷载时,各荷载最大值在同一时刻出现的概率极小。
此时,各可变荷载的代表值可采用组合值,即采用不同的组合值系数对各自标准值予以折减后的荷载值。
10.5在混凝土结构设计中需要考虑哪些非荷载作用?
温度作用、不均匀沉降、徐变作用、地震作用10.6风振系数的物理意义是什么?
与哪些因素有关?
为什么在高而柔的结构中才需要计算?
风振系数设考虑脉动风对结构产生动力效应的放大系数。
与房屋的自振周期、结构的阻尼特性、风的脉动性能有关对较柔的高层建筑和大跨桥梁结构,当基本自振周期较长时,在风载作用下发生的动力效应不能忽略。
10.7计算雪荷载的目的是什么?
雪荷载应如何考虑?
考虑雪荷载是为了防止遇到雪灾的时候,积雪造成结构失效。
结构荷载统计的时候基本雪压必须按50年一遇的最大雪压采用,雪荷载的组合值系数分区采用。
10.8什么是保证率?
什么叫结构的可靠度和可靠指标?
我国《建筑结构可靠度设计统一标准》对结构可靠度是如何定义?
保证率:
是指混凝土强度总体中大于设计的强度等级值的概率;
结构的可靠度是结构可靠性的概率度量,即结构在设计使用年限内,在正常条件下,完成预订功能的概率。
可靠指标β和失效概率一样,可作为度量结构可靠性的一个指标,可靠指标和失效概率之间存在着对应关系。
可靠指标的几何意义:
(1)当结构的功能函数包含两个相互独立的正态随机变量时,可靠指标的几何意义为:
标准化正态坐标系中原点到极限状态方程直线的最短距离。
(2)当结构的功能函数包含多个相互独立的正态随机变量时,可靠指标的几何意义为:
标准化正态坐标系中原点到极限状态曲面的最短距离。
我国《建筑结构可靠度设计统一标准》对结构可靠度的定义:
结构不失效的保证率,为结构的可靠度。
10.9建筑结构应满足哪些功能要求?
建筑结构安全等级是按什么原则划分的?
结构的设计使用年限如何确定?
结构超过其设计使用年限是否意味着不能再使用?
为什么?
安全性、适用性、耐久性按结构破坏后果的影响程度设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其规定目的使用的时期。
结构超过其设计使用年限并不意味着不能再使用,只是说明其完成预定功能的能力越来越低。
10.10什么是结构的极限状态?
结构的极限状态分为几类,其含义各是什么?
整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求,这个特定状态称为该功能的极限状态。
结构的极限状态分为两种,承载力极限状态和正常使用极限状态。
承载力极限状态:
是指对应于结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。
正常使用极限状态:
结构或构件达到正常使用或耐久性能的某一限值。
10.11作用和荷载的区别使结构产生内力或变形的原因称为作用,分为直接作用、间接作用。
荷载是直接作用。
10.12什么是结构的功能函数?
g(…)为某一函数,称为功能函数Z0,结构可靠;
Z10.13结构可靠度概率、失效概率、目标可靠指标;
目标可靠指标,是指预先给定作为结构设计依据的可靠指标,它表示结构设计应满足的可靠度要求为什么说我国规范采用的极限状态设计法是近似概率设计方法?
1.R和S分布非常复杂,一般假定为正态分布2.目前统计数据还不够多3.结果只能是近似10.14我国《建筑结构荷载规范》规定的荷载力极限状态设计表达式采用了何种形式?
说明式中各符号的物理意义及荷载效应基本组合的取值原则。
式中可靠指标体现在何处?
10.15荷载标准值、可变荷载的频遇值和准永久值、荷载的组合值;
对正常使用极限状态验算,为什么要区分荷载的标准组合和荷载的准永久组合?
如何考虑荷载的标准组合和荷载的准永久组合?
荷载标准值:
其在结构的使用期间可能出现的最大荷载值可变荷载的频遇值是指在设计基准期内,其超越的总时间为规定的较小比率,或超越频率未规定频率的荷载值可变荷载的准永久值是指在设计基准期内,其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值荷载的组合值是指对于有两种和两种以上可变荷载同时作用时,使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率能与荷载单独作用时相应超越概率趋于一致的荷载值荷载标准组合:
荷载的短期作用;
荷载准永久值组合:
荷载的长期作用标准组合主要用于当一个极限状态被超越时将产生严重的永久性损害的情况准永久组合主要用于当长期效应是决定性因素的情况10.16混凝土强度标准值是按什么原则确定的?
混凝土材料分项系数和强度设计值是如何确定的?
(1)混凝土强度标准值是按照极限状态方法确定的;
(2)混凝土材料分项系数取1.4,根据规范确定;
混凝土强度设计值是在承载能力极限状态设计中采用的强度代表值,为强度标准值除以相应的材料分项系数。
10.17钢筋的强度设计值和标准值是如何确定的?
分别说明钢筋和混凝土的强度标准值、平均值及设计值之间的关系。
11.1现浇单向板肋梁楼盖中的主梁按连续梁进行内力分析的前提条件是什么?
(1)次梁是板的支座,主梁是次梁的支座,柱或墙是主梁的支座。
(2)支座为铰支座--但应注意:
支承在混凝土柱上的主梁,若梁柱线刚度比(3)不考虑薄膜效应对板内力的影响。
(4)在传力时,可分别忽略板、次梁的连续性,按简支构件计算反力。
(5)大于五跨的连续梁、板,当各跨荷载相同,且跨度相差大10%时,可按五跨的等跨连续梁、板计算。
11.2计算板传给次梁的荷载时,可按次梁的负荷范围确定,隐含着什么假定?
答:
假定是板,次梁非连续,并且仅短向传力。
11.3为什么连续梁内力按弹性计算方法与按塑性计算方法时,梁计算跨度的取值是不同的?
两者计算跨度的取值是不同的,以中间跨为例,按考虑塑性内力重分布计算连续梁内力时其计算跨度是取塑性铰截面之间的距离,即取净跨度nll=;
而按弹性理论方法计算连续梁内力时,则取支座中心线间的距离作为计算跨度,即取blln+=。
11.4试比较钢筋混凝土塑性铰与结构力学中的理想铰和理想塑性铰的区别。
1)理想铰是不能承受弯矩,而塑性铰则能承受弯矩(基本为不变的弯矩);
2)理想铰集中于一点,而塑性铰有一定长度;
3)理想铰在两个方向都能无限转动,而塑性铰只能在弯矩作用方向作一定限度的转动,是有限转动的单向铰。
11.5按考虑塑性内力重分布设计连续梁是否在任何情况下总是比按弹性方法设计节省钢筋?
答:
不是的11.6试比较塑性内力重分布和应力重分布适筋梁的正截面应力状态经历了三个阶段:
弹性阶段砼应力为弹性,钢筋应力为弹性;
带裂缝工作阶段砼压应力为弹塑性,钢筋应力为弹性;
破坏阶段砼压应力为弹塑性,钢筋应力为塑性。
上述钢筋砼由弹性应力转为弹塑性应力分布,称为应力重分布现象。
由结构力学知,静定结构的内力仅由平衡条件得,故同截面本身刚度无关,故应力重分布不会引起塑性内力重分布,而对超静定结构,则应力重分布现象可能会导:
①截面开裂使刚度发生变化,引起塑性内力重分布;
②截面发生转动使结构计算简图发生变化,引起塑性内力重分布。
11.7下列各图形中,哪些属于单向板,哪些属于双向板?
图中虚线为简支边,斜线为固定边,没有表示的为自由边。
a、c属于单向板,b、d属于双向板12.1单层厂房排架结构中,哪些构件是主要承重构件?
单层厂房中的支撑分几类?
支撑的主要作用是什么?
主要承重构件有:
屋盖结构、吊车梁、排架柱、抗风柱、基础梁、基础单层厂房中的支撑:
屋架间垂直支撑、横向、纵向水平支撑以及天窗架支撑和柱间支撑支撑的主要作用是:
增强空间刚度及稳定性,传递风荷载和水平吊车荷载。
2.2排架内力分析的目的是什么?
排架内力分析的步骤是怎样的?
排架内力分析的目的是:
为了获得排架柱在各种荷载作用下,控制截面的最不利内力,作为设计柱的依据;
同时,柱底截面的最不利内力,也是设计基础的依据,并绘制出排架柱的弯矩图、轴力图及剪力图排架内力分析的步骤是:
等高排架在水平荷载作用下的内力分析方法采用剪力分配法,步骤如下:
(1)在柱顶水平集中力F作用下等高排架在柱顶作用一水平集中力F,在F作用下,柱顶产生水平位移。
沿柱顶将横梁与柱切开,在切口处代之一对剪力,如图2-4-16(b)所示。
取横梁为脱离体,由平衡条件有:
又知,在单位水平力F=1作用下,柱顶水平侧移为。
反之要使柱顶产生单位水平位移即u=1,则需在柱顶施加的水平集中力。
如图2-4-17所示。
对于相同材料的柱,柱越粗,所需的越大,即所需施加的水平力越大。
反映了柱子抵抗侧移的能力,故称为柱子的抗侧刚度。
切开后的排架拄顶作用有水平力,在作用下产生柱顶位移为,根据上面分析可得等高排架,当各跨横梁EA时,有:
将
(2)、(3)式代入
(1)式,得:
由此可得:
将(5)式代回
(2)式得:
式中称为第i根柱的剪力分配系数,它等于i柱的抗侧刚度与整个排架柱总的杭侧刚度的比值,且。
值可按附图1计算,由可求出分配系数,从而求出各柱顶剪力,最后按静定悬臂柱求出在已知作用下的柱截面内力。
附图1由此可见,剪力分配法就是将作用在顶部的水平集中力F按抗侧刚度分配给各柱,再按静定悬臂柱求解柱子内力的方法。
(2)在任意荷载作用下均布风荷载作用下,如图2-4-18(a)所示。
对于上述结构,不能直接应用剪力分配法求解其内力,但可通过间接的方法利用其原理解决问题,其分析步骤如下:
①将原结构如图2-4-18(a)分解为(b)和(c)两个部分,在(b)排架柱顶附加一个不动铰支座,以阻止排架侧移。
在风荷载的作用下,在附加支座内将产生支反力R。
为保证组合结构与原结构(a)受力相同,故在结构(c)中柱顶施加一个反方向力R。
②求解(b)排架的柱顶剪力由于横梁刚度EA,故(b)中各柱顶位移,从而可以将(b)排架结构转化为如图中(d)所示的两个一次超静定柱,其反力分别为和。
应用力法或查附图8即可求出在均布水平荷载作用下各柱顶的反力,其也就是该柱顶的剪力。
附图8③求出总支反力R④求解(c)排架的柱顶剪力图中(c)排架为一柱顶作用水平集中力的等高排架,可应用剪力分配法求解其内力,即按各柱的抗侧刚度将R分配到各柱,得到各柱顶剪力。
⑤迭加图中(b)与(c)各柱顶的剪力,得柱顶总剪力⑥根据柱顶剪力及柱上所受均布荷载计算各柱的弯矩。
12.3Dmax、Dmin和Tmax是怎样求得的?
Dmax=∑=ikQkQyPDmax,max,βγγDmin=kkikQkQPPDyPDmax,min,maxmin,min,==∑βγγTmax=kkkkkPGGDPTDmax,,3,2maxmax,max)(41+?
=?
αDmax指吊车在满载运行时,,吊车梁作用在厂房横向排架柱上的最大压力。
Dmin:
与相对应的排架另一侧柱上的压力。
Tmax:
指载有额定最大起重量的小车在行驶中突然刹车在排架柱上产生的水平制动力。
kPmax,、kPmin,可根据吊车型号、规格查产品目录得到。
12.4排架柱“抗剪刚度”或“侧向刚度”的物理意义是什么?
任意荷载作用下,等高铰接排架的剪力分配法是怎样的?
排架柱“抗剪刚度”或“侧向刚度”的物理意义是:
要使柱顶产生单位水平位移,在柱顶施加u△1的水平力,材料相同时,柱越粗壮,需在柱顶施加水平力越大,反映柱抵抗侧移的能力指标称为柱“抗剪刚度”或“侧向刚度”。
任意荷载作用下,等高铰接排架的剪力分配法是:
i)解决思路由已求出在顶点水平力作用时排架柱顶剪力计算,设法将任意荷载化成顶点水平力,由位移法启发,在柱顶加水平链杆,使各柱为一次超静定结构,然后求出超静定结构柱子的内力和附加水平链杆反力R。
因为链杆是假设的,故应在排架上加一大小相等、方向相反水平力R来抵消,最后内力由两种情况叠加得到。
ii)解题步骤①附加水平链杆,并求各柱内力和柱顶反力R;
②将R反向作用,但剪力分配法求各柱顶弯力;
③由①+②得最后内力。
12.5什么是不同种类内力的组合?
什么是同一种内力的组合?
内力组合时应注意哪些事项?
对内力组合值是怎样评判的?
不同种类内力的组合是:
同一个控制截面的三种内力(轴向压力N、弯矩M、水平剪力V)使其截面的承载力是最不利的有效组合,一般有以下四种,
(1)及相应的N、V
(2)及相应的N、V(3)及相应的M、V(4)及相应的M、V同一种内力的组合是:
对某个控制截面的同一种内力的各种荷载效应进行组合能得到最不利值的内力组合,有以下两类,
(1)由可变荷载效应控制的组合①恒载+任一活载;
②恒载+0.85(任两个或以上活载之和)
(2)由永久荷载效应控制的组合内力组合时应注意的事项:
(1)每次组合,只能以一种内力、、或为目标,决定活荷载的取舍,并按这些荷载求得相应的其余两种内力。
(2)恒载产生的内力在任一种组合中,都必须考虑。
(3)风荷载有左风与右风两种情况,但对一种组合只能取二者之一。
(4)吊车竖向荷载有和,组合时也只能取二者之一。
(5)吊车水平荷载有左右两个方向,组合时取二者之一。
(6)在同一跨内,和与不一定同时发生,故在组合中有或时,不一定要有。
但在组合中有时,则必有或,因为吊车水平荷载不可能脱离其竖向荷载而单独存在。
(7)在每一种组合中,M、N、V都是相对应的,即是在相同荷载作用下产生的。
此外,在组合或时,对于N=0的内力,虽然将其组合并不改变N值,但只要增大了M,也是截面的不利组合。
(8)对于有多台吊车的厂房,《荷载规范》规定:
吊车竖向荷载,对单跨厂房,最多只考虑2台吊车;
多跨厂房最多考虑4台。
吊车水平荷载,无论单跨或多跨厂房,最多只考虑2台。
同时又规定:
多台吊车引起的内力参与组合时,对其内力要按表2-4-2的规定进行折减。
对内力组合值是的评判:
1)、N相差不多时,M大的不利;
2)、M相差不多时,凡M/N0.30h的,N小的不利;
M/N≤0.30h的,N大的不利。
12.6什么是厂房的整体空间作用?
厂房的各个排架与排架或排架与山墙之间不能单独变化,而是互相制约的成一整体的作用。
12.7设计矩形截面单层厂房柱时,应着重考虑哪些问题?
1.工艺要求;
2.建筑设计的要求;
3.施工技术和施工条件;
4.是否有吊车,吊车的工作制怎样,起吊的高度、吊车的型号;
5.结构形式,柱距、跨度;
12.8柱下扩展基础的设计步骤和要点是什么?
①确定基础底面尺寸;
②基础高度确定;
③基础底板配筋;
④构造要求:
(i)底面形状:
轴压为正方形,偏压为矩形,a/b≤3(ii)材料砼≦C15,钢筋I级或Ⅱ级,d≦8mm,δ≧200(iii)垫层C10,厚100mm,两边挑出100mm(iv)杯口形式和柱的插入长度,见课本P162表12-512.9吊车梁的受力特点是什么?
吊车荷载具有移动性、吊车荷载具有重复性、吊车荷载具有动力性、吊车荷载是偏心荷载13.1钢筋混凝土框架结构按施工方法的不同有哪些形式?
各有何优缺点?
钢筋混凝土框架结构按施工方法的不同有如下形式:
1)现浇框架其做法为--每层柱与其上层的梁板同时支模、绑扎钢筋,然后一次浇混凝土,是目前最常用的形式优点:
整体性,抗震性好;
缺点:
施工周期长,费料、费力2)装配式框架其做法为--梁、柱、楼板均为预制,通过预埋件焊接形成整体的框架结构优点:
工业化,速度化,成本低;
整体性,抗震性差3)装配整体式其做法为--梁、柱、板均为预制,在构件吊装就位后,焊接或绑扎节点区钢筋,浇节点区混凝土,从而将梁、柱、楼板连成整体框架。
其性能介于现浇和全装配框架之间。
13.2试分析框架结构在水平荷载作用下,框架柱反弯点高度的影响因素有哪些?
框架柱反弯点高度的影响因素有:
结构总层数、该层所在位置、梁柱线刚度比、上下两层梁的线刚度比以及上下层层高的变化13.3D值法中D值的物理意义是什么?
反弯点位置修正后的侧向刚度值。
13.4试分析单层单跨框架结构承受水平荷载作用,当梁柱的线刚度比由零变到无穷大时,柱反弯点高度是如何变化的?
当梁柱的线刚度比由零变到无穷大时,柱反弯点高度的变化:
反弯点高度逐渐降低。
13.5某多层多跨框架结构,层高、跨度、各层的梁、柱截面尺寸都相同,试分析该框架底层、顶层柱的反弯点高度与中间层的柱反弯点高度分别有何区别?
13.6试画出多层多跨框架在水平风荷载作用下的弹性变形曲线。
13.7框架结构设计时一般可对梁端负弯矩进行调幅,现浇框架梁与装配整体式框架梁的负弯矩调幅系数取值是否一致?
哪个大?
为什么?
现浇框架梁与装配整体式框架梁的负弯矩调幅系数取值是不一致的,整浇式框架弯矩调幅系数大。
对于整浇式框架,弯矩调幅系数=0.8~0.9;
对于装配式框架,弯矩调幅系数=0.7~0.8。
13.8钢筋混凝土框架柱计算长度的取值与框架结构的整体侧向刚度有何联系?
计算长度越大侧向刚度越小13.9框架梁、柱纵向钢筋在节点内的锚固有何要求?
1)、边柱节点处钢筋锚固,当截面高度较大时,采用直线式,当截面高度较小时,采用弯筋式。
2)、框架柱的搭接宜在施工缝处,但接头应错开。
3)、顶层端节点应将柱外侧纵向钢筋弯入梁内作为梁上部纵向受力钢筋使用或将梁钢筋弯入柱内14.1与其他建筑结构相比,高层建筑结构设计有哪些特点?
高层建筑结构的受力及变形特点:
随着高度增大,位移增加最快,弯矩次之,水平荷载作用下结构的侧移急剧增大;
随着建筑高度的增大,结构的高宽比增大,水平荷载作用下的整体弯曲影响越来越大,轴向变形也影响越来越大;
与多层建筑结构相比,高层建筑结构的最主要特点是水平荷载成为设计的主要因素,侧移限值为确定各抗侧力构件数量或截面尺寸的控制指标,有些构件除必须考虑弯曲变形外,尚须考虑轴向变形和剪切变形,地震区的高层建筑结构还需要控制结构和构件的延性指标。
14.2为什么要限制高层建筑结构的层间侧向位移?
工程设计中如何限制结构的层间侧向位移?
为了保证高层建筑中的主体结构在多遇地震作用下基本处于弹性受力状态,以及填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件基本完好,避免产生明显损伤,应限制结构的层间位移限制层间最大位移与层高之比14.3说明各种结构体系的侧向位移曲线有何特点?
剪力墙结构具有悬臂弯曲梁的特征位移越往上增大越快成外弯形曲线;
框剪结构接近于一直线为反S形曲线;
框架结构具有剪切变形梁的特点,越向上增长越慢成内收形曲线。
14.4建筑平面布置、竖向布置要注意哪些问题?
平面布置的基本原则是尽量避免结构扭转和局部应力集中,平面宜简单、规则、对称,刚心与质心或形心重合;
高层建筑结构竖向布置的基本原则是要求结构的侧向刚度和承载力自下而上逐渐减小,变化均匀、连续,不突变,避免出现柔软层或薄弱层。
高层建筑结构平面布置应符合下述规定:
(1)在高层建筑的一个独立结构单元内,宜使结构平面形状简单、规则,刚度和承载力分布均匀。
不应采用严重不规则的平面布置。
(2)高层建筑宜选用风作用效应较小的平面形状(3)抗震设计的A级高度钢筋混凝土高层建筑,其平面布置宜简单、规则、对称,减少偏心;
平面长度L不宜过长,突出部分长度不宜过大,不宜采用角部重叠或细腰形平面图形。
(4)抗震设计的B级高度钢筋混凝土高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑,其平面布置应简单、规则,减少偏心。
(5)结构平面布置应减少扭转的影响。
高层建筑结构的竖向布置应符合下列要求:
(1)高层建筑的竖向体型宜规则、均匀,避免有过大的外挑和内收;
结构的侧向刚度宜下大上小,逐渐均匀变化,不应采用竖向布置严重不规则的结构。
(2)抗震设计的高层建筑结构,其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。
(3)为防止结构出现薄弱层,A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80%,不应小于其上一层受剪承载力的65%;
B级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的75%。
(4)抗震设计时,结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通。
(5)抗震设计时,当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H之比大于0.2时,上部楼层收进后的水平尺寸B1不宜小于下部楼层水平尺寸B的0.75倍,当结构上部楼层相对于下部楼层外挑时,下部楼层的水平尺寸B不宜小于上部楼层水平尺寸B1的0.9倍,且水平外挑尺寸a不宜大于4m(6)结构顶层取消部分墙、柱形成空旷房间时,其楼层侧向刚度和承载力可能与其下部楼层相差较多,形成刚度和承载力突变,使结构顶层的地震反应增大很多,所以应进行详细的计算分析,并采取有效的构造措施(7)高层建筑宜设地下室,而且同一结构单元应全部设置地下室,不宜采用部分地下室,地下室应有相同的埋深。
14.5试说明整截面墙、整体小开口墙、联肢墙、壁式框架和独立悬臂墙的受力特点?
说明剪力墙分类的判别准则?
(1)整截面墙的受力状态如同竖向悬臂构件,截面正应力呈直线分布,沿墙的高度方向弯矩图既不发生突变也不出现反弯点,变形曲线以弯曲型为主。
(2)整体小开口墙的洞口较小,连梁刚度很大,墙肢的刚度又相对较小,即α值很
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