电大建筑结构形成性考核册答案

电大建筑结构形成性考核册答案一、课程概述建筑结构是一门研究建筑物中结构构件的合理组成和受力性能的学科。它对于保证建筑物的安全性、适用性和耐久性至关重要。本课程通过理论学习和实践作业，旨在使学生掌握建筑结构的基本概念、原理和设计方法。

二、形成性考核册作业内容及答案

作业一

1.简答题简述建筑结构的功能要求。建筑结构应满足安全性要求，即结构在正常设计、施工和使用条件下，能承受可能出现的各种作用而不破坏，在偶然事件发生后，结构仍能保持必要的整体稳定性。适用性要求，结构在正常使用时应具有良好的工作性能，如不发生过大的变形、裂缝等，能满足预定的使用功能。耐久性要求，结构在正常维护条件下应具有足够的耐久性，在规定的设计使用年限内，不需要进行大修就能满足正常使用要求。什么是结构的极限状态？结构的极限状态是指结构或结构构件达到最大承载能力、出现不适于继续承载的变形，或达到耐久性的某种规定状态。分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。承载能力极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形；正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值。简述荷载的分类。按随时间的变异分类：永久荷载（如结构自重）、可变荷载（如楼面活荷载、屋面活荷载等）、偶然荷载（如爆炸力、撞击力等）。按结构的反应分类：静态作用（如结构自重）、动态作用（如地震作用、吊车荷载等）。按荷载作用面大小分类：均布面荷载（如楼面的人群、物品重量等）、线荷载（如梁上的墙体自重等）、集中荷载（如柱子上的设备重量等）。按荷载作用方向分类：垂直荷载（如结构自重、楼面活荷载等）、水平荷载（如风荷载、地震作用等）。2.计算题已知某办公楼楼面活荷载标准值为2.0kN/m²，准永久值系数为0.5，求该楼面活荷载的准永久值。解：根据公式$q_{q}=ψ_{q}q_{k}$，其中$q_{q}$为活荷载准永久值，$ψ_{q}$为准永久值系数，$q_{k}$为活荷载标准值。已知$q_{k}=2.0kN/m²$，$ψ_{q}=0.5$，则$q_{q}=0.5×2.0=1.0kN/m²$。某简支梁，计算跨度$l_{0}=6m$，承受均布荷载，其永久荷载标准值$g_{k}=15kN/m$（包括梁自重），可变荷载标准值$q_{k}=10kN/m$，可变荷载组合值系数$ψ_{c}=0.7$，求该梁承受的总荷载设计值。解：首先计算永久荷载设计值$G$，$G=1.35g_{k}=1.35×15=20.25kN/m$。可变荷载设计值$Q$，$Q=1.4×10=14kN/m$。考虑组合值系数时，$Q'=1.4×0.7×10=9.8kN/m$。总荷载设计值$S=1.2G+1.4Q$（基本组合）或者$S=1.35G+1.4×0.7Q$（简化组合）用简化组合计算：$S=1.35×15+1.4×0.7×10$$=20.25+9.8=30.05kN/m$。

作业二

1.简答题简述轴心受压构件的受力特点。轴心受压构件在轴向压力作用下，整个构件的截面上应力均匀分布。构件主要承受轴向压力，当压力逐渐增大时，构件会经历三个受力阶段：弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段。在弹性阶段，构件的应力与应变呈线性关系；随着压力增大进入弹塑性阶段，截面开始出现塑性变形；当压力达到极限承载力时，构件发生破坏，破坏形式主要有材料破坏（当构件长细比较小时）和失稳破坏（当构件长细比较大时）。简述受弯构件正截面的破坏形式。适筋破坏：受拉钢筋首先达到屈服强度，然后受压区混凝土被压碎，构件破坏前有明显的预兆，属于塑性破坏。超筋破坏：受压区混凝土先被压碎，受拉钢筋未达到屈服强度，构件破坏时无明显预兆，属于脆性破坏。少筋破坏：受拉区混凝土一旦开裂，受拉钢筋立即达到屈服强度，并迅速经历整个流幅而进入强化阶段，构件立即破坏，属于脆性破坏。简述钢筋混凝土梁斜截面破坏的主要形态。斜压破坏：当剪跨比$\lambda$较小（一般$\lambda<1$），或箍筋配置过多时，梁腹出现斜裂缝后，斜裂缝间的混凝土形成斜向短柱而被压坏，破坏时箍筋应力未达到屈服强度，属于脆性破坏。剪压破坏：当剪跨比$1\leqslant\lambda\leqslant3$时，梁的剪弯段先出现一些垂直裂缝，然后发展成斜裂缝，随着荷载增加，斜裂缝不断延伸，受压区混凝土在正应力和剪应力共同作用下达到极限强度而破坏，箍筋应力达到屈服强度，破坏有一定预兆，属于塑性破坏。斜拉破坏：当剪跨比$\lambda>3$，或箍筋配置过少时，梁一旦出现斜裂缝，该斜裂缝往往迅速延伸到梁顶，使混凝土裂通，梁被斜向拉断，破坏时箍筋应力未达到屈服强度，属于脆性破坏。2.计算题某矩形截面简支梁，截面尺寸$b×h=200mm×500mm$，混凝土强度等级为C20，钢筋采用HRB335级，已知梁承受的弯矩设计值$M=150kN·m$，求所需纵向受拉钢筋面积$A_{s}$。解：查得C20混凝土$f_{c}=9.6N/mm²$，HRB335级钢筋$f_{y}=300N/mm²$，$α_{1}=1.0$，$ξ_{b}=0.55$。由公式$M=α_{1}f_{c}bx(h_{0}\frac{x}{2})$，$h_{0}=h35=50035=465mm$。先假定为适筋梁，取$ξ=ξ_{b}$，则$x=ξ_{b}h_{0}=0.55×465=255.75mm$。代入弯矩公式$M=α_{1}f_{c}bx(h_{0}\frac{x}{2})$可得：$150×10^{6}=1.0×9.6×200×255.75×(465\frac{255.75}{2})$，等式成立，说明假定正确。再由公式$A_{s}=\frac{α_{1}f_{c}bx}{f_{y}}$，可得$A_{s}=\frac{1.0×9.6×200×255.75}{300}=1636.8mm²$。某钢筋混凝土矩形截面简支梁，截面尺寸$b×h=250mm×550mm$，混凝土强度等级为C25，箍筋采用HPB300级，已知梁承受的剪力设计值$V=120kN$，计算该梁所需箍筋的数量。解：查得C25混凝土$f_{t}=1.27N/mm²$，HPB300级钢筋$f_{yv}=270N/mm²$，$h_{0}=h35=55035=515mm$。由公式$V\leqslant0.7f_{t}bh_{0}+1.25f_{yv}\frac{A_{sv}}{s}h_{0}$，先计算$0.7f_{t}bh_{0}=0.7×1.27×250×515=114.21875kN<V=120kN$。则需要配置箍筋，设箍筋间距$s=200mm$，单肢箍筋面积$A_{sv1}$。由$V=0.7f_{t}bh_{0}+1.25f_{yv}\frac{A_{sv}}{s}h_{0}$，$A_{sv}=nA_{sv1}$（$n$为箍筋肢数，取双肢箍$n=2$）。代入数据$120×10^{3}=114.21875×10^{3}+1.25×270×\frac{2A_{sv1}}{200}×515$。解得$A_{sv1}=4.45mm²$，选用双肢箍，直径$8mm$，$A_{sv1}=50.3mm²$满足要求。

作业三

1.简答题简述框架结构的特点。建筑平面布置灵活，可形成较大的使用空间，能满足不同建筑功能的要求。侧向刚度较小，在水平荷载作用下侧移较大，一般适用于层数较少的建筑。结构受力明确，传力途径简捷，梁、柱为主要承重构件，通过节点连接形成整体结构。简述框架梁、柱的控制截面及内力组合。框架梁的控制截面一般在梁的两端支座截面和跨中截面。梁端支座截面主要承受负弯矩和剪力，跨中截面主要承受正弯矩。内力组合时要考虑梁端的最大负弯矩、最大正弯矩、最大剪力，以及跨中的最大正弯矩。框架柱的控制截面一般在柱的上下两端截面。柱上端截面主要承受轴力、弯矩和剪力，柱下端截面同样承受这些内力。内力组合时要考虑柱端的最大轴力、最大弯矩、最大剪力，以及可能出现的双向弯矩组合。简述框架结构内力计算的分层法的基本假定。忽略框架的侧移，即假定框架在竖向荷载作用下不产生侧移。每层梁上的荷载对其他各层梁、柱的内力影响忽略不计，即认为某一层梁上的荷载只在本层梁及与本层梁相连的柱上产生内力，对其他层梁、柱内力无影响。2.计算题某三层框架结构，如图所示。已知各层梁、柱的线刚度，在竖向荷载作用下采用分层法计算框架内力。试计算第二层梁$AB$的跨中弯矩。（此处需给出具体的框架结构布置图及线刚度数据，才能进行详细计算。假设梁$AB$的线刚度$i_{AB}=2i$，上层梁传来的均布荷载$q_{上}=10kN/m$，本层梁上均布荷载$q=15kN/m$，计算过程如下）首先，取第二层梁$AB$进行分析，将梁$AB$视为两端固定在柱上的单跨梁。上层梁传来的荷载化为集中荷载作用在梁端，$P_{上}=\frac{q_{上}l}{2}=\frac{10×6}{2}=30kN$。本层梁上均布荷载化为等效集中荷载作用在梁跨中，$P_{中}=\frac{ql}{2}=\frac{15×6}{2}=45kN$。根据两端固定梁在跨中作用集中荷载时跨中弯矩公式$M=\frac{1}{8}Pl$，可得梁$AB$跨中弯矩：$M_{AB}=\frac{1}{8}(P_{上}+P_{中})l=\frac{1}{8}(30+45)×6=56.25kN·m$。某框架柱，截面尺寸$b×h=400mm×600mm$，混凝土强度等级为C30，纵筋采用HRB400级，已知该柱在某一内力组合下的轴力设计值$N=1200kN$，弯矩设计值$M=200kN·m$，求该柱所需纵筋面积$A_{s}$及箍筋的配置。解：查得C30混凝土$f_{c}=14.3N/mm²$，HRB400级钢筋$f_{y}=360N/mm²$，$α_{1}=1.0$，$ξ_{b}=0.518$。先计算偏心距增大系数$\eta$，设柱的计算长度$l_{0}=6m$，则$l_{0}/h=6000/600=10$。根据规范公式计算$\eta$，此处计算过程省略（需查规范相关表格或公式详细计算），假设$\eta=1.2$。偏心距$e_{0}=\frac{M}{N}=\frac{200×10^{6}}{1200×10^{3}}=166.67mm$。附加偏心距$e_{a}=max(\frac{h}{30},20)=max(\frac{600}{30},20)=20mm$。初始偏心距$e_{i}=e_{0}+e_{a}=166.67+20=186.67mm$。计算偏心距$e=\etae_{i}=1.2×186.67=224.004mm$。由公式$N\leqslantα_{1}f_{c}bx+f_{y}'A_{s}'\frac{f_{y}A_{s}}{γ_{RE}}$，$e=\frac{h}{2}a_{s}+\frac{f_{y}A_{s}(h_{0}a_{s}')f_{y}'A_{s}'(h_{0}a_{s})}{N}$，$h_{0}=h40=60040=560mm$。假设受压区高度$x$，代入上述公式联立求解，经过试算（计算过程省略），设$x=150mm$。由公式$N=α_{1}f_{c}bx$，可得$1200×10^{3}=1.0×14.3×400×x$，解得$x=209.79mm$，与假设不符，重新试算。假设$x=180mm$，代入计算$1200×10^{3}=1.0×14.3×400×180$，等式成立。再由公式$N=α_{1}f_{c}bx+f_{y}'A_{s}'\frac{f_{y}A_{s}}{γ_{RE}}$，取$γ_{RE}=0.8$，计算纵筋面积$A_{s}$。设受压纵筋面积$A_{s}'=1256.64mm²$（直径$14mm$，$4$根）。代入可得$1200×10^{3}=1.0×14.3×400×180+360×1256.64\frac{360A_{s}}{0.8}$，解得$A_{s}=1674