荷载与结构设计方法课后答案

作业一

1、 某地基由多层土组成，各土层的厚度、容重如图所示，试求各土层交界处的竖向自重应力，并绘出自重应力分布图。

习题1厚度和容重图

解：（1）各土层交界处的竖向自重应力： c1=18.23 2.5=45.6kN/m 2

c2=c1+18.62

2.0=82.8kN/m 2 c3=c2+9.80

1.5=97.5kN/m 2 c4=c3+9.40

2.0=116.3kN/m 2 （2）自重应力分布如下图：

2、 已知某市基本雪压S 0=0.5kN/m 2，某建筑物为拱形屋面，拱高f =5m ，跨度l =21m ，

试求该建筑物的雪压标准值。

解：(1)屋面积雪分布系数525.08==

f l r μ (2) 该建筑物的雪压标准值S k =

r S 0=0.5250.50=0.2625kN/m 2

风荷载作业参考答案

1. 已知一矩形平面钢筋混凝土高层建筑，平面沿高度保持不变。H =100m ，B =33m ，地面粗糙

度为A 类，基本风压W 0=0.44kN/m 2。结构的基本自振周期T 1=2.5s 。求风产生的建筑底部弯

矩。(注：为简化计算，将建筑沿高度划分为5个计算区段，每个区段20m 高，取其中点位置的风荷载值作为该区段的平均风载值)

解：

《荷载与结构设计方法》习题解答

1 荷载与作用

1.1 什么是施加于工程结构上的作用？荷载与作用有什么区别？

结构上的作用是指能使结构产生效应的各种原因的总称，包括直接作用和间接作用。引起结构产生作用效应的原因有两种，一种是施加于结构上的集中力和分布力，例如结构自重，楼面的人群、家具、设备，作用于桥面的车辆、人群，施加于结构物上的风压力、水压力、土压力等，它们都是直接施加于结构，称为直接作用。另一种是施加于结构上的外加变形和约束变形，例如基础沉降导致结构外加变形引起的内力效应，温度变化引起结构约束变形产生的内力效应，由于地震造成地面运动致使结构产生惯性力引起的作用效应等。它们都是间接作用于结构，称为间接作用。

“荷载”仅指施加于结构上的直接作用；而“作用”泛指使结构产生内力、变形的所有原因。

1.2 结构上的作用如何按时间变异、空间位置变异、结构反应性质分类？

结构上的作用按随时间变化可分永久作用、可变作用和偶然作用；按空间位置变异可分为固定作用和自由作用；按结构反应性质可分为静态作用和动态作用。

1.3 什么是荷载的代表值？它们是如何确定的？

荷载代表值是考虑荷载变异特征所赋予的规定量值，工程建设相关的国家标准给出了荷载四种代表值：标

第六章 其它荷载与作用一、温度作用 二、变形作用 三、爆炸作用 四、浮力作用 五、制动力 六、离心力 七、预应力

八、水压力和流水压力九、冻胀力 十、冰压力

一、温度作用

K 2

3EI H3

(6-6)

二、变形作用 变形—指外界因素的影响使结构被迫发生变形地基变形 → 结构支座位移 混凝土徐变、收缩受内部或外部约束 → 结构内力重分布

制造误差等 变形作用效应 静定结构：

支座移动、材料收缩、制造误差等使结构发生的变形不引起内力、 但引起变形和位移超静定结构： 支座移动、材料收缩、制造误差等使结构发生的变形引起内力、 变形和位移 变形作用计算—按力学基本原理求解

三、爆炸作用 爆炸概念 足够快、足够强的能量释放所产生的人们能够听见的空气冲击压力 (包括：核爆炸、普通炸药爆炸、油罐、煤气等的爆炸)

(非核)爆炸的特点空气冲击波的作用时间很短、传播过程中强度迅速减小

爆炸荷载的计算(爆炸冲击波对地面结构物的作用)

爆心

高压波 前墙 顶盖 背墙

爆炸发生时反应区内瞬时形成极高的压力与周围未扰动的空气处 于极端的不平衡状态 高压波从爆心向外运动，强烈挤压邻近空气并不断向外扩展的压 缩空气层 冲击地面建筑物(前墙承受压力；背墙、顶盖和侧墙承受

综合试题（一卷）

一、填空题（每空1分，共20分）

1．作用按时间的变异分为:永久作用,可变作用,偶然作用_

2． 影响结构抗力的因素有：材料性能的不定性,几何参数的不定性,计算模式的不定性..

3．冻土的四种基本成分是_固态的土颗粒,冰,液态水,气体和水汽.

4．正常使用极限状态对应于结构或者构件达到_正常使用或耐久性能_的某项规定限值.

5． 结构的可靠性是_安全性,适用性,耐久性__的总称.

6．结构极限状态分为_承载能力极限状态,正常使用极限状态_.

7． 结构可靠度的确定应考虑的因素,除了公众心理外,还有结构重要性,社会经济承受力,结构破坏性质

二.名词解释(10分)

1. 作用：能使结构产生效应(内力,应力,位移,应变等)的各种因素总称为作用（3分）

2. 地震烈度：某一特定地区遭受一次地震影响的强弱程度.（3分）

3. 承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形,这种状态称为承载能力极限状态.（4分）

三.简答题. (共20分)

1. 结构抗力的不定性的影响有哪些?

答：①结构材料性能的不定性、②结构几何参数的不定性、③结构计算模式的不定性。（每点1分）

2. 基本风压的5个规定.

答：基本风压通常应符合以下五个规定。①标准高度的规定。我国

1.（8分）某民用建筑结构设计时考虑的荷载有：恒荷载G、持久性活荷载L1(t)、临时性活荷载L2(t)、风荷载WY(t)、雪荷载WS(t)。已知设计基准期T?50年，恒荷载、活荷载、风荷载和雪荷载的分时段长度?分别取为50年、10年、1年、1年。试按照JCSS组合规则，列出上述荷载的组合表达式。

解答（每个2分）：

因?1?50??2?10??3?10??4?1??5?1，故有：

SM1?SG?maxSL1(t)?maxSL2(t)?maxSWY(t)?maxSWS(t)

t?[0,T]t??2t??3t??4SM2?SG?SL1(t0)?maxSL2(t)?maxSWY(t)?maxSWS(t)

t?[0,T]t??2t??3SM3?SG?SL1(t0)?SL2(t0)?maxSWY(t)?maxSWS(t)

t?[0,T]t??2SM4?SG?SL1(t0)?SL2(t0)?SWY(t0)?maxSWS(t)

t?[0,T]

2.（12分）已知某地区年最大风速服从极值Ⅰ型分布，通过大量观测，统计得出该地区年最大风速样本的平均值为18.9m/s，标准差为2.5m/s。 （1） 求出该地区50年最大风速的概率分布函数； （2） 计算100

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第2次课 荷载与建模荷载与建模 与建模

荷载 荷载

2.1 风荷载2.1 风荷载：风荷载：【荷载规范GB 50009-2001(2006版)附表D.4强条】

2.2 正常使用活荷载标准值（KN/m2）：【荷载规范-4.1.1强条、技术措施-荷载篇】

（1） 住宅、宿舍取2.0；其走廊、楼梯、门厅取2.0；

（2） 办公、教室取2.0；其走廊、楼梯、门厅取2.5；

（3） 食堂、餐厅取2.5；其走廊、楼梯、门厅取2.5；

（4） 一般阳台取2.5；

（5） 人流可能密集的走廊/楼梯/门厅/阳台、高层住宅群间连廊/平台取3.5；

（6） 卫生间取2.0~2.5（按荷载规范）；设浴缸、座厕的卫生间取4.0；

（7） 住宅厨房取2.0，中小型厨房取4.0，大型厨房取8.0（超重设备另行计算）；

（8） 多功能厅、阶梯教室有固定坐位取3.0；无固定坐位取3.5；

（9） 商店、展览厅、娱乐室取3.5；其走廊、楼梯、门厅取3.5；

（10） 大型餐厅、宴会厅、酒吧、舞厅、健身房、舞台取4.0；

（11） 礼堂、剧场、影院、有固定坐位的看台、公共洗衣房取3.0；

（12） 小汽车通道及停车库取4.0；

（13） 消防车通道：单向板取35.0；双向板楼盖、无梁楼盖取20.0；

注：消

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第2次课 荷载与建模荷载与建模 与建模

荷载 荷载

2.1 风荷载2.1 风荷载：风荷载：【荷载规范GB 50009-2001(2006版)附表D.4强条】

2.2 正常使用活荷载标准值（KN/m2）：【荷载规范-4.1.1强条、技术措施-荷载篇】

（1） 住宅、宿舍取2.0；其走廊、楼梯、门厅取2.0；

（2） 办公、教室取2.0；其走廊、楼梯、门厅取2.5；

（3） 食堂、餐厅取2.5；其走廊、楼梯、门厅取2.5；

（4） 一般阳台取2.5；

（5） 人流可能密集的走廊/楼梯/门厅/阳台、高层住宅群间连廊/平台取3.5；

（6） 卫生间取2.0~2.5（按荷载规范）；设浴缸、座厕的卫生间取4.0；

（7） 住宅厨房取2.0，中小型厨房取4.0，大型厨房取8.0（超重设备另行计算）；

（8） 多功能厅、阶梯教室有固定坐位取3.0；无固定坐位取3.5；

（9） 商店、展览厅、娱乐室取3.5；其走廊、楼梯、门厅取3.5；

（10） 大型餐厅、宴会厅、酒吧、舞厅、健身房、舞台取4.0；

（11） 礼堂、剧场、影院、有固定坐位的看台、公共洗衣房取3.0；

（12） 小汽车通道及停车库取4.0；

（13） 消防车通道：单向板取35.0；双向板楼盖、无梁楼盖取20.0；

注：消

混凝土结构的设计方法

一、填空题

1、结构的 安全性 、 适用性 、 耐久性统称为结构的可靠性。 2. 阳台的整体倾覆应为不满足 正常使用 极限状态。 3、结构功能的极限状态分为 正常作用 和 承载能力 两类。 4、我国规定的设计基准期是 50 年。

5、结构完成预定功能的规定条件是正常设计 、 正常施工 、 正常使用及维护。 6、荷载效应S和抗力R之间的关系不同，结构构件将处于不同的状态，

当 S＜R 时，结构处于安全状态；当 S=R 时，结构处于极限状态；当S＞R时，结构处于 失效 状态。

7、失效概率Pf的大小可以通过可靠指标β来度量，即β越大，Pf 越小 。

8、工程设计时，一般先按承载能力极限状态设计结构构件，再按正常使用 极限状态验算。 9、现阶段建筑结构设计方法是以概率理论为基础的极限状态设计法.

二、判断题

1、结构的可靠度是指：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率值（√）。

2、钢筋强度标准值的保证率为97.73%。HPB235级钢筋设计强度210N/mm2，意味着尚有2.27%的钢筋强度低于210N/mm2。（×） 3、结构设计的基准期一般为50年。即在50年内，结构是可靠的

（第二版）结构设计原理课后习题答案

第一章

1-1 配置在混凝土截面受拉区钢筋的作用是什么？

答：当荷载超过了素混凝土的梁的破坏荷载时，受拉区混凝土开裂，此时，受拉区混凝土虽退出工作，但配置在受拉区的钢筋将承担几乎全部的拉力，能继续承担荷载，直到受拉钢筋的应力达到屈服强度，继而截面受压区的混凝土也被压碎破坏。

1-2 试解释一下名词：混凝土立方体抗压强度；混凝土轴心抗压强度；混凝土抗拉强度；混凝土劈裂抗拉强度。

答：混凝土立方体抗压强度：我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）规定以每边边长为150mm的立方体为标准试件，在20℃±2℃的温度和相对湿度在95%以上的潮湿空气中养护28d，依照标准制作方法和试验方法测得的抗压强度值（以MPa为单位）作为混凝土的立方体抗压强度，用符号fcu表示。

混凝土轴心抗压强度：我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）规定以150mm×150mm×300mm的棱柱体为标准试件，在20℃±2℃的温度和相对湿度在95%以上的潮湿空气中养护28d，依照标准制作方法和试验方法测得的抗压强度值（以MPa为单位）称为混凝土轴心抗压强度，用符

第一章

1-1 配置在混凝土截面受拉区钢筋的作用是什么？

答：当荷载超过了素混凝土的梁的破坏荷载时，受拉区混凝土开裂，此时，受拉区混凝土虽退出工作，但配置在受拉区的钢筋将承担几乎全部的拉力，能继续承担荷载，直到受拉钢筋的应力达到屈服强度，继而截面受压区的混凝土也被压碎破坏。

1-2 试解释一下名词：混凝土立方体抗压强度；混凝土轴心抗压强度；混凝土抗拉强度；混凝土劈裂抗拉强度。

答：混凝土立方体抗压强度：我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）规定以每边边长为150mm的立方体为标准试件，在20℃±2℃的温度和相对湿度在95%以上的潮湿空气中养护28d，依照标准制作方法和试验方法测得的抗压强度值（以MPa为单位）作为混凝土的立方体抗压强度，用符号fcu表示。

混凝土轴心抗压强度：我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）规定以150mm×150mm×300mm的棱柱体为标准试件，在20℃±2℃的温度和相对湿度在95%以上的潮湿空气中养护28d，依照标准制作方法和试验方法测得的抗压强度值（以MPa为单位）称为混凝土轴心抗压强度，用符号

fc表示。

混凝土劈裂抗拉强度：我国