混凝土结构课后思考题答案

10.1工程设计的过程和要求初步设计、技术设计、施工图设计初步设计：对地基、上下部结构等提出设计方案，并进行技术经济比较，从而确定一个可行的结构方案；同时对结构设计的关键问题提出技术措施。技术设计：进行结构平面布置和结构竖向布置；对结构的整体进行荷载效应分析，必要时尚应对结构中受力状况特殊的部分进行更详细地结构分析；确定主要的构造措施以及重要部位和薄弱部位的技术措施。施工图设计：给出准确完整的各楼层的结构平面布置图；对结构构件及构件的连接进行设计计算，并给出配筋和构造图；给出结构施工说明并以施工图的形式提交最终设计图纸；将整个设计过程中的各项技术工作整理成设计计算书存档。对重要建筑物，当有需要时，还应按实际施工情况，给出竣工图。10.2分析不同结构体系的荷载传力途径，水平结构体系和竖向结构体系分别有哪些作用?水平结构体系一方面承受楼，屋面的竖向荷载并把竖向荷载传递给竖向结构体系，另一方面把作用在各层的水平力传递和分配给竖向结构体系。竖向结构体系的作用是承受由楼和屋盖传来的竖向力和水平力并将其传递给下部结构10.3荷载分类按作用时间的长短和性质：永久荷载、可变荷载、偶然荷载按空间位置的变异：固定荷载、移动荷载按结构对荷载的反应性质：静力荷载、动力荷载10.4说明有哪些荷载代表值及其意义？在设计中如何采用不同荷载代表值？荷载的代表值是在设计表达式中对荷载所赋予的规定值。永久荷载只有标准值；可变荷载可根据设计要求采用标准值、频遇值、准永久值和组合值。（1）荷载标准值是结构按极限状态设计时采用的荷载基本代表值，是指结构在设计基准期内，正常情况下可能出现的最大荷载值。（2）荷载频遇值系指在设计基准期内结构上较频繁出现的较大荷载值，主要用于正常使用极限状态的频遇组合中。（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;Z0,结构失效；Z＝0，结构处于极限状态10.13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，将按框架梁计算。板、次梁均按铰接处理。由此引起的误差在计算荷载和内力时调整。（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？答：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。答：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?答：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