建筑结构课后作业参考答案

-1-参考答案1-4答：通常把10层及10层以上（或高度大于m28）的房屋结构称为高层房屋结构，而把9层及以下的房屋结构称为多层房屋结构。1-8(B)（参考《高层建筑结构设计》方鄂华钱稼茹叶列平编著中国建筑工业出版社P13第二段弯曲型：层间位移由下至上逐渐增大。）1-9(A)（参考《高层建筑结构设计》方鄂华钱稼茹叶列平编著中国建筑工业出版社P10第一段剪切型：层间位移由下至上逐渐减少。）1-10(C)1-11(B)1-12(C)1-14(D)1-15(C)2-1答:安全性、适用性、耐久性。2-2答：作用指施加在结构上的集中力或分布力（称为直接作用，即通常所说的荷载）以及引起结构外加变形或约束变形的原因（称为间接作用）。直接作用是指施加在结构上的集中力或分布力，即通常所说的荷载。间接作用是引起结构外加变形或约束变形的原因。作用分为永久变形，可变作用和偶然作用。永久作用：是指在设计基准期内量值不随时间变化，或其与平均值相比可以忽略不计的作用。可变作用：是指在设计基准内其量值随时间而变化，且其变化与平均值相比不可忽略的变化。偶然作用：是指在设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用。2-3答：作用效应：由作用引起的结构或结构构件的反应。作用效应具有随机性的特点。结构抗力：结构或构件承受作用效应的能力。结构抗力具有随机性的特点。2-6答：极限状态：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，此特定状态为功能的极限状态。极限状态可分为：承载力极限状态和正常使用极限状态。2-9（C）2-10(D)2-11(D)2-12(C)3-3答：钢筋的屈服强度、抗拉强度、伸长率、和冷弯性能是检验有明显屈服点钢材的四项主要质量指标，对无明显屈服点的钢筋则只测定后三项。3-4答：冷拉是将钢筋拉伸至超过其屈服强度的某一应力，然后卸载，以提高钢筋强度的方-2-法。冷拉后的钢筋，强度有所提高，但塑性降低。3-6答：经过连续冷拔后的冷拔低碳钢丝，钢筋强度可提高%90~%40，但塑性显著降低，且没有明显的屈服点。冷拔可以提高钢筋的抗拉强度和抗压强度。3-7答：热轧钢筋分为235HPB,335HRB,400HRB及400RRB等三个级别，相应的数值为钢筋强度标准值。在热轧钢筋中，随着钢筋级别的提高，其塑性有所降低，钢筋强度提高。4-4在轴心受压构件中配置纵向钢筋和箍筋有何意义？为什么轴心受压构件宜采用较高强度等级的混凝土？答：轴心受压构件的纵向钢筋除了与混凝土共同承担轴向压力外，还能承担由于初始偏心或其他偶然因素引起的附加弯矩在构件中产生的拉力。在配置普通箍筋的轴心受压构件中，箍筋可以固定纵向受力箍筋的位置，防止纵向钢筋在混凝土压碎之前压屈，保证纵向钢筋一混凝土共同受力直到构件破坏；箍筋对核芯混凝土的约束作用可以在一定程度上改善构件最终可能发生突然破坏的脆性性质。螺旋形箍筋对混凝土有较强的环向约束，因而提高构件的承载力和延性。混凝土强度对受压构件的承载力影响较大，故宜选用强度等级较高的混凝土。4-6轴心受压短柱的破坏与长柱有何区别？其原因是什么？影响的主要因素有哪些？答：轴心受压短柱的破坏：无论受压钢筋咋构件破坏时是否屈服，构件的最终承载力都由混凝土压碎来控制。在临近破坏时，短柱四周出现明显的纵向裂缝，箍筋间的纵向钢筋压屈外鼓，呈灯笼状，以混凝土压碎而告破坏。箍筋和混凝土之间存在粘结力，两者的压应变相等。当达到极限荷载时，钢筋混凝土短柱的极限压应变大致与混凝土棱柱体受压破坏时的压应变相同；混凝土压力达到棱柱体抗压强度ckf。若钢筋的屈服压应变小于混凝土破坏时的压应变，则钢筋将首先达到抗压屈服强度ykf，随后钢筋承担的压力SykAf维持不变，而继续增加的荷载全部由混凝土承担，直至混凝土压碎。对于钢筋混凝土轴心受压长柱，轴向压力的可能初始偏心影响不能忽略。构件受荷后，由于初始偏心距将产生附加弯矩，而附加弯矩产生的水平挠度又加大了原来初始偏心距，这样相互影响的结果使长柱最终在轴向力和弯矩的共同影响作用下发生破坏，其破坏荷载低于同条件下的短柱破坏。对于长细比很大的细长柱，还可能发生失稳破坏现象。此外，在长期荷载作用下，由于混凝土的徐变，侧向挠度将增大更多，从而使长柱的承载力降低得更多，长期荷载在全部荷载中所占的比例越多，其承载力降低得越多。稳定系数主要和构件的长细比有关。4-10解：（1）选用正方形截面尺寸mmhb400（2）确定稳定系数由25.26400105000bl查表得595.0-3-（3）计算sA21399300/)4004003.14595.09.01450000(/)9.0(mmfAfNAycs（4）验算配筋率%87.04004001399AAs%6.0%3选414+164(21420804616mmAs,与计算误差为%5.1139913991420,满足要求),截面配筋如右图所示.4-11解:长细比2240088000bl查表得到70.0全部纵向钢筋截面面积2222512)220(14.38)2(8mmdAs配筋率%26.15004002512AAs%6.0%3故配筋率满足要求.该柱的极限承力:)25123005004003.14(7.09.0)(9.0sycuAfAfNKNNKNN120022772276568该柱的截面承载力满足要求.5-2答:阶段Ⅰ—弹性工作阶段当弯矩较小时，构件基本上处于弹性工作阶段，截面的内力很小，应力与应变成正比，沿截面高度的混凝土应力和应变的分布均为直线，与材料力学的规律相同，混凝土受拉区为出现裂缝。荷载逐渐增加以后，受拉区混凝土塑性变形发展，拉应力图形呈曲线分布。当荷载增加到使受拉混凝土边缘纤维拉应变达到混凝土极限拉应变时，受拉混凝土将开裂，受拉混凝土应力达到混凝土抗拉强度。阶段Ⅱ—带裂缝工作阶段当荷载继续增加时,受拉混凝土边缘纤维应变超过其极限拉应变,混凝土开裂。截面上立即开裂，截面上应力发生重分布，裂缝处混凝土不再承受拉应力，钢筋的拉应力突然增大。在开裂面，受拉混凝土逐渐退出工作，拉力主要有钢筋承担；随着荷载的增大，裂缝项压区方向延伸，中和轴上升，裂缝宽度加大，新裂缝逐渐出现；混凝土受压区的塑性变形有所发展，压应力图形为曲线形分布。阶段Ⅲ—破坏阶段随着受拉钢筋的屈服后，截面的承载力无明显的增加，但塑性变形急速发展，裂缝急剧开-4-展，宽度变大，并向受压区延伸，受压区混凝土压应力迅速增大，构件挠度大大增加，形成破坏前的预兆。随着中和轴高度上升，混凝土受压区高度不断缩小。当受压区混凝土边缘纤维达到极限压应变时，受压混凝土压碎，构件完全破坏。钢筋混凝土梁是由钢筋和混凝土两种材料组成。由于混凝土本身是非弹性，其抗拉强度远大于抗压强度。随着M增加，应力的改变，中和轴位置，应力图形改变；大部分阶段是带裂缝工作，应力与M不成正比。均质弹性材料，应力与M呈正比，中和轴位置，应力图形状不变，只有量的变化。5.3答：配筋率：纵向受力钢筋截面面积与构件截面的有效面积之比。（参考《混凝土结构设计原理》沈蒲生主编高等教育出版社第2版P68）（1）适筋破坏：配筋量适中。破坏特征：受拉钢筋首先屈服；随着受拉钢筋塑性变形的发展，受压混凝土边缘纤维达到极限压应变，混凝土压碎；钢筋和混凝土的强度都得到充分发挥利用。梁破坏前有明显预兆；呈塑性性质，这种破坏称延性破坏。（2）超筋破坏：当构件的配筋率超过某一定值时。破坏特征：则破坏是受拉钢筋不会屈服，破坏是因混凝土受压边缘达到极限压应变、混凝土被压碎而引起。发生这种破坏时，受压区混凝土裂缝不明显，破坏前无明显预兆，钢筋的强度得不到充分利用。是一种脆性破坏。（3）少筋破坏：梁的受拉区配筋量很小时。破坏特征：当梁的受拉区配筋量很少时，其抗弯能力及破坏特征与不配筋的素混凝土梁类似。受拉区混凝土一旦开裂，则裂缝就急速开展，裂缝处的拉应力全部由钢筋承担，裂缝处的钢筋拉应力迅速达到屈服强度并进入强化阶段，甚至钢筋被拉断；受拉区混凝土裂缝很宽、构件挠度很大，而受压混凝土并未达到极限压应变。这种破坏“一裂即坏”，破坏弯矩往往低于构件开裂时的弯矩，属于脆性破坏。5-4答：少筋破坏和超筋破坏都具有脆性性质，破坏前无明显预兆，破坏时将造成严重后果，材料的强度得不到充分利用。因此应避免将受弯构件设计成少筋和超筋构件，只允许设计成适筋构件。为了防止发生少筋破坏，要求构件的受拉钢筋面积不小于按最少配筋百分率min计算出的钢筋面积。为了防止超筋破坏，要求相对受压区高度b5-6答：（1）b是截面受压区高度与截面有效高度的比值，即0hxbb（2）相对界限受压区高度b是适筋构件与超筋构件相对受压区高度的界限值。5.7答：（1）在下列情况下则需要采用双筋截面：①当截面承受的弯矩值较大时，即201)5.01(bhfMcbb且截面尺寸受到限制不能调整时；②同一截面在不同荷载效应组合下受到变号弯矩作用时；③在抗震设计中，需要配置受压钢筋以增加时构件的截面延性时。（2）为了保证受拉钢筋屈服和受压钢筋达到抗压强度设计值的条件，在双筋矩形截面的计-5-算公式中，应当满足02has（3）当02has时，表明受压钢筋强度达不到yf，此时可假定02has，则混凝土应力合理与受压钢筋合力点重合，对该合力点取矩，得)(0ssyahAfM，解出)(0sysahfMA5-8答：根据受压区的高度不同，T形截面可分为两类：当混凝土受压区fhx时（亦即0hhf时），称为第一类T形截面；当混凝土受压区fhx时（亦即0hhf时），称为第二类T形截面。当进行截面设计时，若)2(01fffchhhbfM，则为第一类T形截面，否则为第二类T形截面。在进行截面校核时，若ffcsyhbfAf1，则为第一类T形截面，否则为第二类T形截面。考虑情况T形截面肋形梁独立梁①按计算跨度0l考虑031l031l②按梁（纵肋）净距ns考虑nsb——③按翼缘高度fh考虑当1.00hhf——fhb12当05.01.00hhffhb12fhb6当05.00hhffhb12b-6-5-9答：（参考《混凝土结构设计原理》东南大学天津大学同济大学合编清华大学主审中国建筑工业出版社第三版P78——P79）（1）对于连续梁的跨中截面，在破坏时，大部分受拉区混凝土早已退出工作，故从正截面受弯承载力的观点来看，可将受拉区混凝土一部分挖去。只要把原有的纵向受拉钢筋集中在梁肋中，截面的承载力计算值与原矩形截面完全相同，这样做不仅可以节约混凝土而且可减轻自重，剩下的梁就成为有梁肋（hb）及挑出翼缘ffhbb)(两部分组成的T形截面。也就是按T形截面计算。（2）对于连续梁的支座截面，由于承受负弯矩，翼缘在梁的受拉区，当受拉区的混凝土开裂后，翼缘对承载力就不再起作用了，应按肋宽为b的矩形截面计算。5-11答：剪跨比就是指集中荷载位置至支座之间的距离a与截面有效高度0h的比值。在一定的剪跨比的范围内，随着剪跨比的增加，抗剪承载力降低。当较大，一般3，斜截面斜裂缝贯穿全截面，抗剪承载力低，脆性显著。当适中，一般31时，承载力较高，截面部分混凝土受剪压。当较小，1，承载力较小，但抗剪箍筋作用发挥不好，较浪费，不经济。5-12答：（1）斜拉破坏当剪跨比较大（一般3）且箍筋配置过少时，间距太大时发生。（2）剪压破坏当剪跨比适中（一般31）或配箍筋梁适当，箍筋间距不大时发生。（3）斜压破坏这种破坏发生的剪跨比很小（通常1）或腹板宽度很窄的T形梁或I梁上。5-13答：影响斜截面抗剪承载力的主要因素：（1）剪跨比（2）混凝土强度（3）箍筋配筋率（4）纵向钢筋配筋率5-14答：梁斜截面抗剪承载力计算公式的适用范围是它仅适用于剪压破坏情况，不适用于斜拉破坏及斜压破坏情