模块1结构设计标准习题答案

模块1结构设计标准习题答案1.建筑结构应该满足哪些功能要求?结构的设计工作寿命如何确定?答：建筑结构应满足安全性、适用性和耐久性的要求。国家标准规定：临时性建筑设计工作寿命5年、易于替换结构构件的建筑设计工作寿命25年、普通建筑和构筑物设计工作寿命50年、纪念性建筑和特别重要的建筑设计工作寿命100年），当实际使用年限超过设计使用年限时须经相关部门机构进行结构可靠性检测，以此来确定是否可以继续安全使用，经检测如发现须经加固才能继续使用，则必须进行结构加固才允许继续使用。2.什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?答：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规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。国际上一般将结构的极限状态分为如下两类：一、承载能力极限状态。这种极限状态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。当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态：(1)整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡(如滑动、倾覆等)，(2)结构构件或连接处因超过材料强度而破坏(包括疲劳破坏)；(3)结构转变成机动体系；(4)结构或结构构件丧失稳定(如柱的压屈失稳等)；(5)由于材料的塑性或徐变变形过大，或由于截面开裂而引起过大的几何变形等，致使结构或结构构件不再能继续承载和使用(例如主拱圈拱顶下挠，引起拱轴线偏离过大等)。二、正常使用极限状态。这种极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：（1）影响正常使用或外观的变形；（2）影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；（3）影响正常使用的振动；（4）影响正常使用的其它特定状态。3.什么是荷载的组合值?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?答：当结构承受两种或两种以上可变荷载，且承载力极限状态按基本组合设计和正常使用极限状态荷载标准组合设计时，考虑到这两种或两种以上可变荷载同时达到最大值的可能性较小，因此，可以将它们的标准值乘以一个小于或等于1的荷载组合系数。这种将可变荷载标准值乘以荷载组合系数以后的数值，称为可变荷载的组合值。可变荷载的最大值并非长期作用于结构之上，所以应按具在设计基准期内作用时间的长短和可变荷载超越总时间或超越次数，对其标准值进行折减。《建筑结构可靠度设计统一标准》采用个小于l的准永久值系数和频遇值系数来考虑这种折减。按荷载标准组合：112nKGKQKCiKiSSCGCQCQiQi按荷载的准永久组合：1nKGKiKiSSCGCQqiQi4.我国“规范”承载力极限状态设计表达式采用何种形式?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。答：承载力极限状态设计表达式为012(1.21.4)(,......)nGKQKQCiQiKkiSSSRfia或01(1.351.0)(,......)nGKQiKkiSSRψCifa式中----结构重要性系数。对安全等级为一级或设计使用年限为50年以上结构构件，不应小于1.1；对安全等级为二级或设计使用年限为50年的结构构件，不应小于1.0；对安全等级为三级或设计使用年限为1～5年的结构构件，不应小于0.9；ckS----永久荷载标准值的效应；1QkS----在基本组合中起控制作用的一个可变荷载标准值的效应；QikS----第i个可变荷载标准值的效应；R(·)----结构构件的抗力函数；Qi----第i个可变荷载的分项系数；ci----第i个可变荷载的组合值系数。一般情况下应取0.7；对书库、档案库、储藏室或通风机房、电梯机房应取0.9；f----砌体抗压强度设计值，/kfff；kf----砌体抗压强度标准值，1.645kmfff；f----砌体结构的材料性能分项系数，一般情况下，宜按施工控制等级为B级考虑，取f=1.6；当为C级时，取f=1.8；mf----砌体的强度平均值；f----砌体强度的标准差；k----几何参数标准值。能力训练：内力组合值的计算1、某简支梁，跨度l0=4m承受的匀布荷载为永久荷载，其标准值为gk=3000N/m，跨中承受集中荷载为可变荷载，其标准值为Fk=1000N。结构的安全等级为二级。求由可变荷载效应控制和由永久荷载效应控制的梁跨中截面的弯矩设计值。答：由可变荷载效应控制时弯矩设计值M=8.6kN·m由永久荷载效应控制时弯矩设计值M=9.08kN·m。2、某悬臂外伸梁，跨度l=AB=6m，伸臂的外挑长度a=BC=2m，截面尺寸b×h=250mm×500mm，承受永久荷载标准值kg＝20kN/m，可变荷载标准值kq＝10kN/m。组合值系数c＝0.7。结构的安全等级为二级。试计算：（1）AB跨中的最大弯矩设计值。（2）B支座截面处的最大弯矩设计值。60002000ABC解：（1）AB跨的荷载：1.35×20＋0.7×1.4×10＝36.8kN/m1.2×20＋1.4×10＝38kN/m所以，取为38kN/mBC跨的荷载：由结构力学知识可知，BC跨的均布荷载越大，AB跨的跨中弯矩就越小，因此，对AB跨的跨中弯矩而言，BC跨的荷载是其有利影响，所以，依据规范，永久荷载的分项系数取为1.0。可变荷载取为0。这样，跨中得到的弯矩值最大。于是，BC跨的荷载为1.0×20＝20kN/m跨中弯矩为22max3862021151822MkNm（2）22maxk11g(1.2201.410)27622MaKNmk（1.2+1.4q）