钢筋混凝土结构的设计方法讲解

1、第二章 钢筋混凝土结构的设计方法一、填空题：1、建筑结构的功能是指：、 、 。2、我国的结构设计的基准期规定为。3、作用在结构上的荷载的类型有：、 三种。4、荷载的代表值有：、 、 、 四种。5、在荷载的代表值中，是最基本的代表值，其它的值都是以此为基础进行计算的。6 、荷载的设计值是指。7、结构功能的两种极限状态包括、 。8、荷载的分项系数是通过和 确定的。9、为提高结构可靠度，结构设计时，从、 、 三方面给予保证。10、结构安全等级为二级的，结构重要性系数为11、完成结构预定功能的规定的条件是、。二、判断题：1、在进行构件承载力计算时，荷载应取设计值。 （ ）2、在进行构件变形和裂缝宽度验

2、算时，荷载应取设计值。 （ ）3、设计基准期等于结构的使用寿命，结构使用年限超过设计基准期后，结构即告报 废，不能再使用。 （ ）4、结构使用年限超过设计基准期后，其可靠性减小。 （ ）5、正常使用极限状态与承载力极限状态相比，失效概率要小一些。（ ）6、结构的重要性系数，在安全等级为一级时，取0 1.0 。（1.2。（1.35 。（）7、8、9、10、11、）以恒载作用效应为主时，恒载的分项系数取 以活载作用效应为主时，恒载的分项系数取 活载的分项系数是不变的，永远取 1.4 。荷载的设计值永远比荷载的标准值要大。恒载的存在对结构作用有利时，其分项系数取得大些，这样对结构是安全的。12、任何

3、情况下，荷载的分项系数永远是大于1 的值。（ ）13、结构的可靠指标越大，失效概率就越大， 越小，失效概率就越小。 （14、承载能力极限状态和正常使用极限状态都应采用荷载设计值进行计算，这样偏 于安全。（ ）1715、荷载的组合值是考虑在多层结构设计时，各层活荷载都同时达到最大的值的可 能性较小。（ ）16、荷载的组合值是考虑作用于结构上的活载有两种或两种以上时，多种荷载同时 达到最大值的可能性较小的折减系数。 （ ）三、单项选择题：1、下列关于设计基准期和设计使用年限的概念何项是错误的？A 可靠度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；规定的时 间指设计基准期 B 设计基准期

4、是为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选 用的时间参数，设计基准期为 50年 C 设计使用年限是设计规定的结构或构件不需要进 行大修即可按期预定的目的使用的时期 D 设计使用年限按 1、2、3、4类分别采用 5 年、25 年、 50 年、 100 年。）。C 结构或构件视为刚体失去平衡）。C 雨篷梁出现裂缝 D 连续梁中2、超过设计基准期的建筑结构，将会发生（A 倒坍 B 可靠性指标降低 C 对结构安全无影响3、（）属于超出承载能力极限状态。A 裂缝宽度超过规定限值 B 挠度超过规范限值D 预应力构件中混凝土的拉应力超过规范限值4、下列属于超出正常使用极限状态的情况有（ A 雨篷倾倒

5、B 现浇板楼面在人行走动中震动较大 间支座产生塑性铰5、下列何种状态不是超过承载能力极限状态？A 结构作为刚体失去平衡，如挑梁的倾覆 B 构件变形过大，超过规范规定的挠度 或水平位移限值 C 墙、柱压屈失稳 D 地基失稳6、下列何种状态不是超过正常使用极限状态的状态？A 影响正常使用或外观的变形 B 混凝土构件的裂缝宽度超过规范规定的限值 C 影响正常作用的振动 D 结构构件或连接因过度变形而不适于继续承载7、下列关于设计状况的论述中，何项正确？A 房屋结构承受正常人员荷载的状况属短暂状况 B 结构施工承受堆料荷载或维修 状况属持久状况 C 结构遭受多遇地震、火灾、爆炸的状况属偶然状况 D 对

6、三种设计 状况（持久状况、短暂状况、偶然状况）均应进行承载能力极限状态设计8、根据结构的重要性及破坏可能产生后果的严重程度，将结构的安全等级划分为（ ）级。A2 B3 C4 D59、下列关于建筑结构的安全等级的叙述（ ）正确。A 建筑物中各类结构构件的安全等级，宜与整个结构相同。对其中部分构件的安全 等级可进行调整， 但不得低于三级 B 混凝土屋架、 托架的安全等级应提高一级C 承受恒载为主的轴压柱、小偏压柱，其安全等级应提高一级 D 预制构件在施工阶段的安全 等级，可较其使用阶段的安全等级降低一级10、在进行正常使用极限状态的验算中，荷载采用（）。A 最大值 B 设计值 C 标准值 D 平均

7、值1811、在进行承载能力极限状态的验算中，荷载采用（）。A 最大值 B 设计值 C 标准值 D 平均值12、工程结构的可靠指标 与失效概率 pf 的之间存在下列（ ）关系。A 越大， p f 越大 B 与 p f 呈反比关系 C 与 p f 呈正比关系 D 与 pf 一一对应关系， 越大， pf 越小13、安全等级为二级的建筑结构的混凝土梁，当进行斜截面受剪承载力计算时，要 求可靠指标 不应小于下列（ ）数值。A 3.2 B 3.2 0.25 C 3.7 D 3.7 0.2514、我国钢筋混凝土结构规范度量混凝土结构可靠性的原则是（）。A 用分项系数，不用 p f B 用分项系数和结构重要性

8、系数，不用 p f C 用用pf D用 代替 pf ，并在形式上采用分项系数和结构重要性系数代替15、下列（）作用不属于永久作用。A 结构自重 B 土压力 C 预应力 D 温度作用16、下列（）不属于偶然作用。A 罕遇地震 B 爆炸力、撞击力C 施工检修荷载 D 龙卷风17、有关荷载分项系数的叙述， （ ）是不正确的。A G为恒载分项系数 B Q 用于计算活载效应的设计值 C G 不分场合，均取存在，不1.2D Q取1.4，当活载标准值不小于 4KN /m2时，取 1.318、一般说结构的可靠性是指结构的（）。A 安全性 B 适用性 C 耐久性 D 安全性、适用性、耐久性19、各种荷载在建筑结

9、构设计时采用荷载的基本代表值是（）。A 荷载的标准值 B 荷载准永久值 C 荷载的组合值 D 荷载的频遇值20、在荷载的组合时，屋面活荷载和雪荷载（）。A 同时考虑 B 取二者中较大者 C 取二者中的较小者 D 二者均不需要考虑21、在荷载的组合时，积灰荷载和屋面活荷载或雪荷载中的较大者（）。A 同时考虑 B 取二者中较大者 C 取二者中的较小者 D 二者均不需要考虑 四、简答题：1、什么是建筑结构的功能？2、什么是结构上的作用？3、什么是结构的“设计基准期”？我国的结构设计基准期规定的年限多长？194、设计基准期是否等于结构的使用寿命？5、建筑结构荷载规范将结构上的荷载分为哪几类？6、荷载的

10、代表值有哪些？7、什么叫荷载的标准值？分哪几种？8、什么叫荷载的组合值？9、什么是荷载的作用效应10、什么叫结构的抗力？影响因素有哪些？11、建筑结构有哪两种极限状态？举例说明超过了两种极限状态的后果。12、什么叫建筑结构可靠性？13、什么叫建筑结构可靠度？14、如何划分结构的安全等级？分哪几级？15、同一建筑物内各种结构构件的安全等级是否要相同？16、为什么要引入分项系数？17、什么叫荷载的分项系数？荷载的分项系数如何确定的？如何取值？18、何谓荷载的设计值？何谓内力设计值？19、结构重要性系数如何取值？20、为提高结构可靠度，结构设计时，从哪三方面给予保证？21、建筑结构的破坏性质有哪两种

11、？其可靠度指标定的是否相同？22、按现行的设计方法进行混凝土结构设计时，需要做哪些计算与验算？23、什么是混凝土结构的耐久性？影响耐久性的因素有哪些？24、对于基本组合，荷载效应组合的设计值S 考虑了哪两种情况的组合？五、计算题：2-1 某办公楼屋面采用预制钢筋混凝土空心板， 简支在砖墙上， 如图 2-1（ a）所示。 板的跨度为 3600mm，板宽 b 1200mm ，屋面的材料构造作法如图2-1（ b）所示（注：找坡层最薄处 20mm，最厚 236mm ）。预制空心板的厚度为 120mm，自重为 2.24 KN /m2 ，屋面活荷载的标准值为 0.5KN / m2 ，雪荷载标准值为 0.4

12、KN /m2 ，试确定屋面板的弯矩设计值。图 2-1 习题 2-1 附图202-2 某教学楼的内廊为简支在砖墙上的现浇钢筋混凝土板，计算跨度l0 2.66m ，板厚为 100mm 。楼面的材料作法为：采用水磨石地面（10 厚面层， 20mm 厚水泥砂浆打底），自重为 0.65KN /m2 ，板底抹灰厚 15mm 混合砂浆，楼面活荷载的标准值为22.5KN /m2 ，试计算该楼板的弯矩设计值。2-3 已知矩形截面简支梁，截面尺寸 b h=250 mm 600mm，两端搭接在砖墙上，搭 接长度 a 240mm，如图 2-2 所示。承受板传来均布恒载标准 Gk 15.32 KN /m，均 布活载标准

13、值 Qk 11.25KN / m ，试计算梁的跨中最大弯矩和支座剪力设计值。图 2-2 习题 2-3 附图参考答案一、填空题：1、适用性 安全性 耐久性2、50年3、永久性荷载 可变荷载 偶然荷载4、荷载标准值 可变荷载准永久值 可变荷载频遇值 可变荷载组合值5、荷载标准值6、荷载标准值与荷载分项系数的乘积。7、承载能力极限状态正常使用极限状态8、可靠度分析 工程经验9、结构重要性系数荷载分项系数 材料的分项系数10、1.011、正常设计 正常施工 正常使用 正常维护二、判断题：1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10 、 11、 12、 13、 14、 15、 16、三、单

14、项选择题：211、A2、B3、C 4、A 5、B 6、D 7、 C 8、B 9、A10、C11、B 12、D13、C 14、 D 15、D 16、 C 17、C 18、D19、 A20、 B21、A四、简答题：1、在进行结构设计时，各类结构及构件在规定的时间内， 在正常条件下，均能满足 下列各项预定的功能要求：（1）安全性；（2）适用性；（3）耐久性。2、是指施加在结构上的集中或均布荷载以及引起结构外加变形或约束变形的因素的 总称。（1）直接作用： 是指施加在结构上的集中或均布荷载 （习惯上称荷载） 。定量 （结 构计算主要考虑荷载 ）（2）间接作用：引起结构外加变形或约束变形的因素（如地基变

15、形、混凝土收缩、 温度变化或地震等引起的作用） 。定性（构造上采取措施）3、为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数。 由于作用在结构上的作用都是随时间而变化的，所以分析结构可靠度时必须相对固 定一个时间坐标，以做基准，称设计基准期 T，我国规定为 50 年。4、结构设计基准期不等于结构的寿命，但有一定的联系。当年限超过50 年后，失效概率增大，但结构并未完全报废，适当维修，还能正常使用。5、分为三类： （1）恒荷载（永久荷载） ：在结构使用期间，其值不随时间变化或变 化与其平均值相比可乎略。如：结构自重、装修层重、土压力、预应力等。（ 2）活荷载（可变荷载） ：在结构使用期

16、间，其值随时间变化，且变化与平均值相 比不能忽略。例如：楼面活荷载，屋面活载、雪载、风载、吊车荷载等。（ 3）偶然荷载： 在结构使用期间不一定出现， 一旦出现， 其值很大且持续时间很短 的荷载。如地震、爆炸力、撞击。6、（ 1）荷载的标准值；（ 2）荷载准永久值 Qq；（ 3）荷载频遇值 Qf；（ 4）荷载组合值 Qc。7、是指结构在使用期间， 在正常情况下可能出现的最大荷载值。 由于最大荷载是随 机变量，故荷载标准值原则上应根据荷载的设计基准期最大荷载概率分布的某一分位系 数（使其保证率达到 95%）而确定的。它是各种荷载在建筑结构设计时采用的荷载基本代表值，其它代表值都是以它为依 据计算得

17、出的。包括：（ 1）恒荷载标准值 Gk：结构或构件自重、装修重等（查荷载规范，给出了各种材 料容重）。（ 2）活荷载标准值 Qk：楼面活荷载、屋面活荷载、屋面积灰荷载、雪荷载、风荷 载、吊车荷载等。228、当两种或两种以上可变荷在结构上同时作用时，由于所有荷载同时达到其单独出 现时可能达到最大值的概率极小，因此，除主要荷载（产生最大荷载效应的荷载）仍可 以其标准值为代表值外，其他伴随荷载均应取小于其标准值的组合值为荷载代表值。其组合值系数为 c，即 QccQk9、结构由于各种作用原因，引起内力（轴力、弯矩、剪力、扭矩等）和变形（如挠 度、转角、裂缝等） ，则内力和变形称为“作用效应” ，用 S

18、 表示。当作用为荷载时，其效应称为“荷载作用效应” ，荷载（恒载或活载）与荷载作用效 应之间，一般近似按线性关系考虑，即： S CQ10、（ 1）抗力是指结构或构件承受荷载作用效应的能力，如构件的承载力、 刚度等，用 R 表示。当一个构件制作完成后，它抵抗外界的能力（即抗力）是一定的，而作用于构件上 的作用效应是随外界作用的变化而变化的。（2）影响结构抗力的主要因素： 材料的力学性能；构件的几何参数；计算模式。其表达式为：R R(fc, fs , k )11、（1）承载能力极限状态：指结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的 不可恢复的变形的状态。 整个结构或结构的一部分作为刚体失去了平衡

19、（如产生倾覆或滑移、飘浮） ； 结构构件或连接因材料强度被超过而破坏或因过度的塑性变形而不适合继续承 载； 结构变为机动体系（几何可变体系） ； 结构或构件丧失稳定 （如压屈等） 。如图 2-3 所示为结构超过承载能力极限状态的 一些例子。图 2-3 结构超过承载力极限状态示例23承载能力极限状态主要考虑结构安全功能的，一旦出现超过承载能力极限状态，结 构就有可能发生严重事故倒塌、人员伤亡、财产损失，后果严重。因此其失效概率控制 得低些（可靠性指标定得高） 。2）正常使用极限状态：指结构或构件达到正常使用或耐久性能规定的限值状态。 影响正常使用或外观的变形；图 2-4 结构超过正常使用极限状态

20、示例 影响正常使用耐久性能的局部破坏 包括裂缝） ； 影响正常使用的振动； 影响正常使用的其他特定的状态。如图 2-4 所示为超过正常使用极限状 态的例子。正常使用极限状态可理解为结构或构件使用功能的破坏或损害或结构质量的恶化， 其后果比承载能力极限状态轻，但是也不可忽视。例如，过大的变形会造成房屋内粉刷 层剥落、填充墙和隔墙开裂及屋面积水等后果；在多层精密仪表车间中，过大的楼面变 形可能会影响到产品的质量；水池油罐等结构开裂会引起渗漏现象；过大的裂缝会影响 结构的耐久性；过在变形和裂缝也将造成用房在心理上产生不安全感。12、结构可靠性： 指结构在规定的时间 （设计基准期， 50 年），在规定

21、的条件下（正 常设计、正常施工和正常使用） ，完成预定功能的能力 ，称结构可靠性。13、结构在规定的时间和规定的条件下，完成预定功能概率（如结构可靠性指标或 结构的失效概率） 。14、应根据结构破坏可能产生的各种后果（生命安全、经济损失、社会影响）的严 重性，对不同建筑结构采用不同的安全等级。我国规定为三级，如表 2-1 所示。 表 2-1 混凝土结构重要性分级及重要性系数15、同一建筑物内各种结构构件的安全等级是否要相同？同一建筑物内的各种结构构件，一般宜采用与整个结构相同的安全等级，但如果提 高某一结构构件的安全等级所需额外费用很少，又有减轻整个结构的破坏，从而大大地 减少人员伤亡和财产损

22、失，可将该结构构件的安全等级提高一级；相反，如果某一结构 构件的破坏并不影响整个结构构件，则可将其安全等级降低一级。16、为什么要引入分项系数？结构设计以材料性能标准值、几何参数标准值以及荷载代表值为基本参量。但是， 对应于不同的极限状态和不同的设计情况，要求的结构可靠度并不相同。在各类极限状 态的表达式中，引入了材料性能分项系数和荷载分项系数等多个分项系数来反映不同情 况下的可靠度要求。因此，分项系数是用极限状态设计时，为了保证所设计的结构或构 件具有规定的可靠度，而在计算模式中采用的系数。2417、为充分考虑荷载的离散性（要求荷载的标准值95%的保证率，但实际超过其标准值 Qk 概率仍有

23、5%左右）及计算时进行简化带来的不利影响，必须对荷载值乘以一个 系数，称荷载的分项系数，以提高结构的目标可靠指标。该系数是通过可靠性分析并考虑工程经验确定的。（ 1）恒载分项系数 G 的确定：对由可变荷载控制的组合，当其效应对结构不利时，取1.2，有利时取 1.0；对抗倾覆和滑移验算时，取 0.9；对由恒载效应控制的组合，取1.35。（ 2）可变荷载分项系数Q的确定：一般情况下取 1.4；对标准值大于 4KN/m 2的工业房屋楼面结构的活荷载，取1.3。18、由荷载的分项系数乘以荷载的标准值，称恒载的设计值；由荷载的设计值与荷 载效应系数的乘积则称为荷载效应设计值，即内力设计值。19、对安全等

24、级为一、二、三级的结构构件，0 应分别取 1.1、1.0、0.9。20、考虑了（ 1）结构重要性系数； （ 2）荷载分项系数； （ 3）材料的分项系数。21、包括延性破坏和脆性破坏两种。当结构构件属延性破坏时，由于破坏之前有明 显的变形或其他的预兆，目标可靠指标要取略小一些；而当结构构件属脆性破坏时，因 脆性破坏比较突然，破坏前无明显的变形或其他的预兆，目标可靠指标应取大一些。22、（1）由可变荷载效应控制的组合；（2）由永久荷载效应控制的组合。23、分为五大类，如表 2-2 所示。表 2-2 混凝土结构的环境类别24、混凝土结构的耐久性是指在正常维护的条件下，在预计的使用时期内，在指定 的工

25、作环境中保证结构满足既定功能的要求。耐久性设计涉及面广，影响因素多，主要 考虑以下几个方面：（ 1 ）环境分类，针对不同的环境，采取不同的措施；（ 2）耐久性等级或结构寿命分等；（ 3）耐久性计算对设计寿命或既存结构的寿命做出预计；（ 4）保证耐久性的构造措施和施工要求等。25五、计算题：2-1 解题思路： 本题为预制板内力计算问题。求解这一类题目时，一般先计算作用 在楼板上的面荷载标准值（恒载、活载） ，再计算线荷载标准值，然后再根据两种荷载控 制的效应组合，确定出荷载的设计值，进而计算出最大的内力（弯矩） 。【解】1、荷载计算：（1）恒载标准值：面荷载标准值：二层改性油毡一砂防水层 0.3

26、5KN /m2220 0.02 0.4KN /m2213 0.1 1.3KN /m212 0.236 2.83KN /mm20.05KN /mm220 0.02 0.4KN /m22 2.24KN /m2217 0.015 0.255KN /m220mm 厚水泥砂浆找平层1：10水泥珍珠岩 100mm 厚1：8 水泥炉渣找坡层，最厚 236mm 冷底子油一道，一毡二油20mm 厚水泥砂浆找平层 预制板的自重为（包括嵌缝重） 板底混合砂浆抹灰 15mm 厚27.825KN /m2线荷载标准值： Gk 7.825 1.2 9.39KN /m（2）活荷载标准值：面荷载标准值：因为屋面的活荷载大于雪荷

27、载，因此取二者之中较大者屋面活荷载 0.5KN /m2 计算，线荷载标准值为： Qk 0.5 1.2 0.6KN /m（ 3）荷载设计值计算：由可变荷载效应控制的组合：p 1.2Gk 1.4Qk 1.2 9.39 1.4 0.6 12.11KN /m26由恒荷载效应控制的组合：p 1.35Gk 1.4 0.7Qk 1.35 9.39 1.4 0.7 0.6 13.26KN /m则取荷载设计值为： p 13.26KN /m2、内力计算：板的计算跨度： l 0 ln h 3600 2 120 120 3480 mm1 2 12Mpl0213.26 3.482 20.07KN.m8 0 8（注：实际

28、工程中，采用钢筋混凝土空心板时，对于没有集中荷载作用的楼板，只 需计算出荷载的设计值后，即可根据此设计值，从预制钢筋混凝土空心板标准图集 中选定相应的型号，而不用计算板所受到的弯矩设计值的大小。 ）2-2 解题思路： 本题为现浇板内力计算问题。求解这一类题目时，一般先选取计算 单元（现浇板的一般选 1m 板宽作为计算单元） ，然后计算作用计算单元上楼板的面荷载 标准值（恒载、活载） ，再计算线荷载标准值，然后再根据两种荷载控制的效应组合，确 定出荷载的设计值，进而计算出现浇板的最大内力（弯矩）【解】 取 1m 板宽作为计算单元1、荷载计算：（ 1）恒荷载线荷载标准值： 水磨石地面面层重 钢筋混凝土现浇板的自重 板底混合砂浆