特种结构期中试题及答案公布

特种结构期中试题及答案公布考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、填空题（每空2分，共20分）1.特种结构是指承受、传递和塑造主要荷载，并具有特殊功能的大型结构，如烟囱、水塔、电视塔、石油储罐、核电站安全壳等。2.烟囱主要承受竖向荷载，并需验算其稳定性，通常采用______和______两种稳定性验算方法。3.水塔除了承受自重、水重等竖向荷载外，还承受风荷载作用，其结构形式通常为______或______。4.电视塔和发射塔属于高耸结构，其设计除考虑竖向荷载和风荷载外，还需特别关注______的影响。5.石油储罐（油罐）根据制作方式可分为______和______两种。6.核电站安全壳是保护反应堆堆芯免受事故影响的关键结构，其设计特点是______和______。7.特种结构荷载组合通常考虑永久荷载、可变荷载和______的组合。8.钢筋混凝土特种结构中，常用的高性能混凝土具有______、______和______等特点。9.高耸结构的抗震设计，通常需要考虑其______和______特性。10.我国现行《特种结构设计规范》（GB50007）是______年颁布实施的。二、选择题（每题2分，共20分。下列选项中，只有一项是符合题目要求的）1.下列哪项不属于特种结构的典型特征？（）A.功能单一B.体型高大或结构复杂C.承受荷载大D.对安全要求高2.烟囱常用的基础形式不包括？（）A.扩大基础B.箱形基础C.柱下条形基础D.岩石锚固基础3.水塔水箱的常用形式有？（）A.球形B.圆柱形C.锥形D.以上都是4.电视塔塔体结构通常采用？（）A.筒体结构B.桁架结构C.拱结构D.A或B或C，取决于具体情况5.地震作用下，高耸结构的主要破坏形式不包括？（）A.基底剪切破坏B.整体失稳破坏C.顶部加速度过大导致破坏D.局部构件疲劳破坏6.常用于大型储罐的材质是？（）A.烧结普通砖B.钢筋混凝土C.钢板D.玻璃钢7.核电站安全壳的主要功能是？（）A.节能保温B.耐久防腐蚀C.防御外部撞击和事故后果D.装饰美观8.下列哪种荷载组合通常用于验算特种结构的承载能力？（）A.基本组合B.偶然组合C.标准组合D.A或B9.提高混凝土抗渗性能的主要措施是？（）A.提高水泥用量B.使用外加剂C.增加骨料粒径D.降低水灰比10.特种结构设计中对结构变形有严格限制的是？（）A.烟囱B.水塔C.核电站安全壳D.电视塔三、简答题（每题5分，共20分）1.简述烟囱稳定性验算的两种主要方法及其核心思想。2.影响高耸结构风荷载的主要因素有哪些？3.简述钢筋混凝土储罐抗渗漏设计的主要措施。4.与普通建筑结构相比，特种结构设计在安全性、耐久性或适用性方面有哪些更高的要求？四、计算题（每题10分，共30分）1.某烟囱高度H=200m，基础顶面承受的竖向荷载标准值Fk=5000kN，风荷载标准值wk=0.6kN/m²（作用在基础顶面），烟囱自重引起的倾覆力矩标准值Mw_k=200MN·m。试验算该烟囱在基本组合（重要性系数γ₀=1.0）下，基础顶面的抗倾覆稳定性是否满足要求？（假定抗倾覆力矩由基础埋深处的被动土压力等提供，其标准值Mρ_k=250MN·m）2.某水塔水箱为圆柱形，直径D=12m，壁厚t=0.12m，水箱内水位高度h=10m。已知水的密度γ_水=10kN/m³，水箱自重（含附件）引起的轴向力标准值Nk=500kN。试计算水箱壁在1/2高度处承受的轴向力设计值N和弯矩设计值M。（不考虑风荷载及其他荷载组合，结构重要性系数γ₀=1.0）3.某钢筋混凝土电视塔基础采用扩展基础，基础底面尺寸为4m×6m，基础埋深d=2m。基础顶面承受的竖向荷载标准值Fk=3000kN，弯矩标准值Mk=1200kN·m。地基土为粘土，地基承载力特征值fak=180kPa，基础埋深范围内土的重度γ=18kN/m³。试计算基础底面边缘处的地基反力设计值p_kmax。（提示：不考虑水的浮力影响）五、综合分析题（15分）某城市拟新建一座高度为250m的电视塔，场地地质条件简单，地基承载力满足要求。设计阶段需对塔体结构方案进行初步比选。请简述在确定电视塔结构形式（如筒体结构、桁架结构、刚架结构等）时，需要考虑的主要因素有哪些？并分别说明不同结构形式可能具有的优缺点。试卷答案一、填空题（每空2分，共20分）1.承受、传递和塑造主要荷载，并具有特殊功能2.整体倾斜、整体失稳3.倾斜式、塔式4.风振5.地上式、地下式6.高强度、高韧性7.地震作用8.高强度、高耐久性、高抗渗性9.整体效应、动力特性10.2019二、选择题（每题2分，共20分。下列选项中，只有一项是符合题目要求的）1.A2.D3.D4.D5.D6.C7.C8.A9.D10.C三、简答题（每题5分，共20分）1.整体倾斜验算：核心思想是计算风荷载（或其他水平荷载）引起的倾覆力矩与基础及其下方土体提供的抗倾覆力矩之比，确保该比值小于等于允许值，防止结构整体发生过大倾斜。计算公式通常为：Mw_k≤Mρ_k。整体失稳验算：核心思想是验算结构在风荷载等水平作用下的屈曲稳定性，确保结构不会像压杆一样发生整体失稳破坏。通常通过计算结构的屈曲荷载或屈曲长度，并与其承受的荷载进行比较来判别。2.主要影响因素：结构高度、地面粗糙度（影响风压分布）、风速（与高度相关，通常呈指数关系）、结构外形和尺寸（决定风荷载体型系数）、结构振型和自振周期（影响风振响应）。3.主要措施：选择抗渗性能好的混凝土原材料（如低孔隙率水泥、掺加粉煤灰等）；严格控制混凝土配合比和水灰比；加强混凝土振捣密实；设置合理的构造缝、变形缝；对外露表面进行防水处理（如涂刷防水涂料、粘贴防水卷材）；对预埋件周围进行细致处理等。4.更高要求：特种结构通常承受更大的荷载或更复杂的荷载组合；对结构的安全性和可靠性要求极高，往往涉及生命线工程或重要设施；使用寿命通常更长，要求更高的耐久性；很多特种结构具有特殊的功能要求（如储罐的密封性、塔体的刚度等）；设计和施工难度较大，常需要特殊技术；对环境影响可能更大，需进行专门评估和控制。四、计算题（每题10分，共30分）1.解析思路：根据题目要求，计算基本组合下的倾覆力矩和抗倾覆力矩，然后进行比较。注意荷载组合中荷载效应的组合值计算（此处简化为直接相加，实际应按规范内插或直接使用组合值系数）。稳定性判断依据是抗倾覆力矩是否大于等于倾覆力矩。计算：倾覆力矩设计值Mw=γ₀*wk*H=1.0*0.6kN/m²*200m=120kN·m抗倾覆力矩设计值Mρ=γ₀*Mρ_k=1.0*250MN·m=250MN·m=250000kN·m稳定性验算：Mρ≥Mw250000kN·m≥120kN·m结果：抗倾覆稳定性满足要求。2.解析思路：计算水箱自重引起的轴向力设计值。计算水位高度处水箱壁承受的弯矩设计值。轴向力设计值等于其标准值乘以结构重要性系数。弯矩设计值等于其标准值乘以结构重要性系数。此处假设弯矩主要由水位高度处的水平水压力产生。计算：轴向力设计值N=γ₀*Nk=1.0*500kN=500kN水位高度处水平水压力强度q=γ_水*h=10kN/m³*10m=100kN/m弯矩设计值M=γ₀*(q*D/2*D/2)=1.0*(100kN/m*6m*6m/2)=1800kN·m*注：此弯矩计算是基于简化模型，实际计算可能考虑侧向支撑和水面形状等因素。*3.解析思路：计算基础自重及其上覆土重产生的地基反力。计算基础顶面竖向荷载和弯矩产生的地基反力。根据基础形状和荷载作用情况，判断哪个角点处的地基反力最大。最大边缘地基反力设计值等于相应荷载效应组合值除以基础底面积，并考虑结构重要性系数。计算：基础及其上覆土重标准值Gk=γ*d*A=18kN/m³*2m*(4m*6m)=864kN基础自重产生的地基反力标准值p_gk=Gk/A=864kN/(4m*6m)=3.6kPa基础顶面竖向荷载和弯矩产生的地基反力设计值pk_m=(γ₀*Fk+γ₀*Mk)/A=(1.0*3000kN+1.0*1200kN·m)/(4m*6m)pk_m=(3000+1200)kN/24m²=4200kN/24m²=175kPa基础底面边缘处的地基反力设计值p_kmax=p_gk+pk_m=3.6kPa+175kPa=178.6kPa五、综合分析题（15分）解析思路：首先明确电视塔结构方案比选需要考虑的核心要素。然后针对每种可能的结构形式，分析其优缺点，特别是与比选要素的关联。回答应全面、有条理，体现对不同结构形式特点的理解。回答要点：主要考虑因素：1.结构高度与刚度：满足高度要求，保证足够的侧向刚度和稳定性。2.荷载特性：能有效承受竖向荷载、风荷载、地震作用等。3.材料经济性：材料成本、施工难度、维护费用。4.施工可行性：地质条件、施工技术、工期要求、对周边环境影响。5.功能与美学要求：满足电视发射等功能需求，外形美观协调。6.抗震性能：结构抗震设计性能和周期控制要求。7.安全与耐久性：结构整体安全性、关键部位设计、长期使用性能。不同结构形式优缺点：1.筒体结构（桁筒、实心筒）：*优点：结构形式简单，刚度和稳定性好，抗风性能优越，材料用量相对经济（尤其是桁筒），施工相对方便（爬模等），外形规整美观。*缺点：自重较大，基础荷载较大，高度受限（实心筒），施工精度要