荷载与结构设计方法复习资料

一、填空题（每空1分，共30分）结构上的作用分类方法有多种，按随时间的变异分类：、。我国工程结构的设计方法经历了、、和四个阶段。根据冻土存在的时间可将其分为以下三类：、结构工程中遇到的爆炸主要有四类：、、、。荷载代表值是指。荷载代表值包括、、和。水对结构物既有又有，化学作用表现在水对结构物的或作用，物理作用表现在水对结构物的作用，即水对结构物表面产生的和。水是否能渗入基底是产生水浮力的前提条件，因此水浮力与、、和以及等因素有关。二、简答题（每题15分，共30分）什么是震级？什么是烈度？他们的关系如何？整体结构自重如何计算？三、计算题（1题25分，2题15分，共40分）挡土墙高6m,填土的物理力学性质指标如下：6=34°,c=0,Y=19kN/m3,墙背直立、光滑，填土面水平并有均布荷载q=10kN/m2。试求挡土墙的主动土压力Ea,并绘出土压力分布图。某单跨厂房排架，有桥式吊车，A柱柱底在几种荷载作用下的弯矩标准值为：恒载MGk=23kN-m；风荷载M1k=107kN・m（在几种可变荷载中，风荷载在A柱柱底产生的效应最大）；屋面活荷载M2k=2kN-m；吊车竖向荷载M3k=13kN-m；吊车水平荷载M4k=36kN-m。求：A柱柱底基本组合弯矩设计值。""一、填空题（每空1分，共30分）结构上的作用分类方法有多种，按随空间位置的变异分类：根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为三种、。对于钢筋混凝土结构，存在着两种特殊的变形作用，即混凝土的和。民用建筑楼面活荷载一般分为和两类。基本雪压是，屋面的雪荷载由于、及等各种因素的影响，往往与不同。—般根据土体冻胀力对结构物的不同作用方向和作用效果，将冻胀力分为、、和。作用于结构任一截面上的风可使结构产生三种力，即、和。地震按其产生的原因，可分为、和。在预应力混凝土结构中建立预加应力，按结构上加力方式的不同，主要分为、和。根据风的形成，可以将自然界常见的风分为以下几类：、、、和等。二、简答题（每题15分，共30分）简述土的冻胀机理。设计中如何考虑有关因素？基本风压是如何规定的？三、计算题（1题25分，2题15分，共40分）1.某三层框架结构如图所示。各层的质量分别为m=2.56x106kg，m=2.55x106kg,m=5.59x105kg，已知该框架结构位于设防烈度为8度的II类场地上：设计地震分组为第二组。阻尼比（=0.05。经计算，该框架结构的基本自振周期T1=0.71S。试用底部剪力法计算在多遇地1某结构，抗震设计时可以简化成单质点体系如图，已知该结构位于设防烈度为8度的II类场地上，设计地震分组为第一组。集中质量m=7.15X104kg,结构阻尼比Z=0.05,自振周期T为1.64S。求多遇地震时水平地震作用标准值一、填空题（每空1分，共30分）1、结构上的作用分类方法有多种，按随时间的变异分类：永久作用、可变作用、偶然作用。2、我国工程结构的设计方法经历了容许应立法、破损阶段法、极限状态设计法和概率极限状态设计法四个阶段。3、根据冻土存在的时间可将其分为以下三类：多年冻土、季节冻土、瞬时冻土。4、结构工程中遇到的爆炸主要有四类：燃料爆炸、工业粉尘爆炸、武器爆炸、定向爆破。5、荷载代表值是指在设计中用以验证极限状态的荷载量值。荷载代表值包括标准值、组合值、频遇值和准永久值。6、水对结构物既有物理作用又有化学作用，化学作用表现在水对结构物的腐蚀或侵蚀作用，物理作用表现在水对结构物的力学作用，即水对结构物表面产生的静水压力和动水压力。7、水是否能渗入基底是产生水浮力的前提条件，因此水浮力与地基土的渗透性、地基与基础的接触状态、和水压大小以及漫水时间等因素有关。二、简答题（每题15分，共30分）1、什么是震级？什么是烈度？他们的关系如何？地震的震级是衡量一次地震大小的等级。目前，国际上比较通用的是里氏震级，其原始定义是在1935年由里希特（Richter）给出，即地震震级。烈度是指某一地区的地面和各类建、构筑物遭受到一次地震影响的强弱程度。地震的震级表示一次地震释放能量的大小，地震烈度则是对经受一次地震时一定地区内地震影响强弱程度的综合评价，二者概念不同。一般说，一次地震的震级越大，对于确定地点上的烈度也越大。震中区是一次地震烈度最大的地区，震中烈度是震级和震源深度的某种函数。在环境条件基本相同的情况下，震级越大，震源深度越小，震中烈度就越高。根据全国范围内既有宏观资料，又有仪器测定震级的35次地震资料统计分析，根据宏观资料估计震级的经验公式。M=0.58I0+1.52、整体结构自重如何计算？结构的自重是指组成结构的材料自身重量产生的重力，属永久作用。进行结构设计时，只要明确结构设计规定的尺寸和材料或结构构件单位体积的自重（或单位面积的自重），就可算出构件的重量工程结构中常用材料和构件的重度，可参考本书附录A。对于自重变异较大的材料和构件（如现场制作的保温材料、混凝土薄壁构件等），自重的计算应根据其对结构的不利或有利作用，取上限值或下限值。计算结构总自重时，应根据结构各构件的材料重度的不同将结构人为地划分为多种容易计算的基本构件，先计算基本构件的重量，然后叠加即得到结构的总自重。三、计算题（1题25分，2题15分，共40分）1、挡土墙高6m,填土的物理力学性质指标如下：6=34°,c=0,Y=19kN/m3,墙背直立、光滑，填土面水平并有均布荷载q=10kN/m2。试求挡土墙的主动土压力Ea,并绘出土压力分布图。解.•将地面均布荷载换算成填土的当量土层厚度,a10kN/in…h=工=i526inY19kN/m在填土面处的土压力强度346=MR=qK：=lOkN/m245"-==2.83kN/in2£在墙底处的土压力强度os=《h+H)K*=(q+沮)tan245-=HO+19X6)tan45-kN/nf=35.1kN/m2总主动土压力=血+功H=83+35.UX6kN/m=113.8kN/m22主动土压力分布如图2-16示。2、某单跨厂房排架，有桥式吊车，A柱柱底在几种荷载作用下的弯矩标准值为：恒载MGk=23kN-m；风荷载M1k=107kN-m(在几种可变荷载中，风荷载在A柱柱底产生的效应最大)；屋面活荷载M2k=2kN-m；吊车竖向荷载M3k=13kN-m；吊车水平荷载M4k=36kN-m。求：A柱柱底基本组合弯矩设计值。""解(1)由永久荷载控制的组合荷载规范规定.•当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时，参与组合的可变荷载仅限于竖I向荷载。由式(6-25)可得S柱柱底组合弯矩值为M=』1.35X23+1.4X0.7X<2+13；]kN-m=45.75kN-m(2)由可变荷载控制的组合①风荷载作为第一可变荷载M=[1.2X23+1.4X107+1.4X0.7XQ+13+36〃kN-m=227.38kN-m②吊车水平荷载作为第一可变荷载M=[1.2X23+1.4X36+1.4X0.7X/2+⑶+1.4X0.6X107；kN-m=182.58kN-m对以上的计算结果分析表明，计算时应取风荷载参与的组合弯矩值为设计值。B卷一、填空题(每空1分，共30分)1、结构上的作用分类方法有多种，按随空间位置的变异分类：固定作用、自由作用。2、根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为三种静止土压力、主动土压力、被动土压力。3、对于钢筋混凝土结构，存在着两种特殊的变形作用，即混凝土的收缩和徐变。4、民用建筑楼面活荷载一般分为持久性活荷载和临时性活荷载两类。5、基本雪压是当地空旷平坦地面上根据气象记录资料统计的得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值，屋面的雪荷载由于风向、屋面形式及屋面散热等各种因素的影响，往往与地面雪荷载不同。6、一般根据土体冻胀力对结构物的不同作用方向和作用效果，将冻胀力分为切向冻胀力、法相冻胀力、和水平冻胀力。7、作用于结构任一截面上的风可使结构产生三种力，即顺风风向力、横向风向力和扭风力距。8、地震按其产生的原因，可分为火山地震、陷落地震和构造地震。9、在预应力混凝土结构中建立预加应力，按结构上加力方式的不同，主要分为次部预加力法、和内部预加力法。10、根据风的形成，可以将自然界常见的风分为以下几类：热带气旋、台风、飓风、季风和龙卷风等。二、简答题（每题15分，共30分）1、简述土的冻胀机理。设计中如何考虑有关因素？冻土是一种复杂的多相复合体。冻土的基本成分有四种：固态的土颗粒、冰、液态水、气体和水汽。当冻土被作为结构物的地基或材料时，冻土的含冰量及其所处的物理状态就显得尤为重要。土体的冻胀特性主要取决于含水量、负温值、土颗粒大小及土颗粒外形等的影响。所谓冻胀，系指土冻结过程中，土中水分冻结成冰，并形成冰层、冰透镜体、多晶体冰晶等形式的冰侵入体，引起土颗粒间的相对位移，使土体积产生不同程度的扩胀现象。总的来说，土体冻胀必须具备下列条件：具有冻胀敏感性的土；初始水分及外界水分的供给，以及适宜的冻结条件和时间。土体冻胀过程基本是按以下阶段进行的：首先是土中液相水形成结晶中心，然后是冰晶体增长与冰透镜体的形成，当孔隙水冻结成冰或在冻结锋面附近形成冰透镜体和冰夹层时，土体的冻胀就可产生。含水量越大，地下水位越高，越有利于聚冰和水分的迁移。土在冻结锋面处的负温梯度越大，越利于水分迁移，迁移的水量越多，冻胀越强烈。在封闭体系中，由于土体初始含水量冻结，体积膨胀产生向四面扩张的内应力，这个力称为冻胀力，冻胀力随着土体温度的变化而变化。在开放体系中，分凝冰的劈裂作用，使地下水源不断地补给孔隙水而侵入到土颗粒中间，并冻结成冰，使土颗粒被迫移动而产生冻胀力。当冻胀力使土颗粒位移受到束缚时，这种反束缚的冻胀力就表现出来，束缚力越大，冻胀力也就越大。当冻胀力达到一定界限时，就不产生冻胀，这时的冻胀力就是最大冻胀力。建筑在冻胀土上的结构物，使地基土的冻胀变形受到约束，使得地基土的冻结条件发生改变，进而改变着基础周围土体温度，并且将外部荷载传递到地基土中改变地基土冻结时的束缚力。进行设计时必须考虑冻深的影响。影响冻深的因素很多，除气温外尚有地质（岩性）条件、水分状况以及地貌特征等。2、基本风压是如何规定的？标准条件下确定的风压称之为基本风压，基本风压通常按以下五条规定来定义。标准高度的规定风速随高度而变化。离地面越近，由于地表摩擦耗能大，平均风速越小。由于我国气象台记录风速仪高度大都安装在8〜12m之间，因此我国《建筑结构荷载规范》（GB5009—2001）规定以10m高为标准高度，并定义标准高度处的最大风速为基本风速。对桥梁结构则规定标准高度为20m。标准地貌的规定同一高度的风速还与地貌或地面粗糙程度有关。例如海岸附近由于能量消耗小，风速较大。大城市市中心，建筑物密集，地面粗糙程度高，风能消耗大，风速则低。平均风的时距

风速随时间不断变化，因此时距如何取值对平均风速分析很有影响。平均风速实际是一定时间间隔内（称为时距）的平均风速，最大风速的样本时间样本时间对最大风速值的影响较大。以时距为10min的风速为例，样本时间为1h的最大风速为6个风速样本中的最大值，而样本为1d的最大风速，为144个样本中的最大值，显然1d的最大风速要大于1h的最大风速。影响我国建筑结构设计的台风和季风每年季节性的重复，所以年最大风速最有代表性。目前世界各国基本上都取1年作为统计最大风速的样本时间。基本风速的重现期以1年为统计最大风速的样本时间，则不同年份的最大风速必然不同。应用时不能取各年最大风速的平均值作为设计依据，因为大于该平均值的年份必然很多，而应取大于平均值的某个数值作为设计依据。该数值可理解为，它是若干年内的最大风速，大于该值的风速是间隔若十年后才会出现的，这个间隔时间称为重现期。三、计算题（1题25分，2题15分，共40分）1、某三层框架结构如图所示。各层的质量分别为m】=2.56X106kg,m2=2.55X106kg，m3=5.59X105kg,已知该框架结构位于设防烈度为8度的II类场地上，设计地震分组为第二组。阻尼比乙=0.05。经计算，该框架结构的基本自振周期T1=0.71S。试用底部剪力法计算在多遇地震作用下该框架结构的层间地震剪力。1解:(V求主振型及相应的自振周期各层的层间刚度系数为kn=虹+场=(5X解:(V求主振型及相应的自振周期各层的层间刚度系数为kn=虹+场=(5XIO4+3X104>kN/m-8XIO4kN/mkn=^2i=-A"；=-3XIO4kN/mk22=k2=3X1O4kN/m由结构力学的知识可知频率方程为k\i~nil6代入刚度系数和质点质量后，即8X104-60w-3X104knT2=0A22~〃处3-3X1043X104-50(o将行列式展开得解得0.00003W-0.058疽+15=0s=17.54rad/sS=40.32iad/s2jt=2it

岫—17.54s=0.358s2it2她40.32rad/s=0.156由结构力学知识可知第一振型Oi2_"h挤-知_60X307.6-8X10’_]中n一k12~-3X10’—0.488第二振型中22_£-知_60X1625.8-8X10,_]①kn-3X104一-1.71所以主振型为①110.488①m1.710吼1.000'g一-1.000振型图如图4-16所示。(2)求水平地震作用第一振型水平地震作用根据已知条件，查表4-4、表4-5得知ax;二0.16,Tt=0.25s根据结构阻尼比(=0.05,可知丫=0.9,71=1.0因为Tx=0.358s,7；<八<5TgTTn25"―厂云xl.OX0.16=0.116(XiiiU.5Jo扃''10.488X6X10’+1.000X5XlO^X9.8,(Xi',ro.488x6X10+1.000x5Xio)x9.82_j①hGi=iFu=a,gG=，0.116X1.23X0.488X6X104X9.8；N=4.094X10，N=40.94kNFiz=0QY1Q2G2=，0.116X1.23X1.ooox5X104X9.引N=6.991X1(/N=69.91kN第二振型水平地震作用因为T2=0.156s,0.1<r2<Te故饱=OOmax=1.OX0.16=0.162尸SG4』a/'1