工程结构复习

工程结构复习

土木工程学院

考试题型

一、填空题：每空1 分，15分

二、简答题：4题，共20分

三、选择题：每题2分，共20分

四、计算题：每题15分，共45分

第1 章钢筋和混凝土材料和力学性能

一、钢筋

1 、钢筋的品种和级别★

我国《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）规定，在钢筋混凝土结构中使用的钢筋按强度不同可分以下几个级别:

(1) HPB300级，代号Ф表示，直径6~22mm，是光面的低碳钢。

(2)HRB335 （HRBF335 ）级，其中HRBF 系列为采用控温轧制工艺生产的细晶粒带肋钢筋，代号表示，直径6~50mm，低合金钢，表面轧制成月牙肋F

(3)HRB400 （HRBF400 ）级，代号表示，直径6~50mm，是表面轧制成月牙肋的低合金钢，强。还有RRB400级，用代号表示，此钢筋的延性、可焊性、机械连接性及施工适应性不如HRB400钢筋

(4)HRB500 （HRBF500 ）级，代号表示，直径6~50mm，是表面轧制成月牙肋的低合金钢，钢筋强度较高，《规范》也主荐其用为纵向受力构件的主导钢筋筋。

2、钢筋力学性能

b－屈服强度f y，是钢筋强度的设计依据

(1)钢筋强度

(2)钢筋的塑性性能

★衡量钢筋的塑性变形的指标是断后伸长率和冷弯性能

（3 ）钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求

★强度高；塑性好；可焊性好：与混凝土间有足够的粘结力：

二、混凝土

1 、混凝土的强度

f cu——立方体抗压强度，评价和衡量混凝土强度的基本指标。划分混凝土强度级别。

fc——混凝土轴心抗压强度

ft——混凝土轴心抗拉强度

复合应力状态下的混凝土强度

★复合受压时，混凝土一向的抗压强度随着另两向应力的增

加而提高，同时混凝土的极限应变也随着提高。

2、混凝土的变形

⑴受压混凝土一次短期加荷的s - e曲线

峰值应变ε0随混凝土强度等级不同约在0.0015～0.0025之间变动，结构计算中一般取ε0=0.002。

《混凝土结构设计规范》(GB50010)取εu=0.0033。

f c –––轴心抗压强度

ε0 –––对应于峰值点应变

εcu –––混凝土极限压应变

《规范》规定：

（1）混凝土的峰值应变

（2）混凝土的极限压应变

(2)混凝土在重复荷载作用下的应力-应变关系

(3)混凝土在弹性模量E C

（4）混凝土在长期荷载作用下的变形—徐变

混凝土在受到荷载作用后，在荷载 (应力 ) 不变的情况下，变形 (应变) 随时间而不断增长的现象。

影响混凝土徐变的因素： 内在因素

——混凝土的组成和配比。骨料的刚度越大，体积比越大，徐变就越小；水灰比越小，徐变也越小。

环境影响

——养护条件和使用条件。受荷前养护的温湿度越高，徐变就越小；受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大

应力条件

——初应力水平σci /f c 和加荷时混凝土的龄期t 0，它们是影响徐变的主要因素。 三、钢筋与混凝土的粘结力及其影响因素 钢筋与混凝土能一起共同工作的原因，除了两者线胀系数相近和混凝土对钢筋具有保护作用外，主要由于两者间接触面上存在良好的粘结力。

)

N/mm (7.342.2102cu

5

c f E +

=

影响钢筋与混凝土间粘结强度的因素：

（ 1 ）混凝土的强度

（2）钢筋的表面形状

（3）混凝土保护层厚度及钢筋的净距

（4）箍筋和端部焊接件的作用

（5）钢筋周围有无侧向压力和钢筋所在的位置。

第2章

一、建筑结构的功能要求

结构设计的目的使所设计的结构在正常施工和正常使用的条件下满足各项预定的功能要求，并取得最佳的经济效果。

二、结构的极限状态

★结构的极限状态是指结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态

三、结构上的作用和荷载

1 、作用与荷载的定义

结构上的作用是指直接施加在结构上的力及其他引起结构变形的原因（如地基沉降、温度变形、收缩等）

2、荷载的分类

《建筑结构可靠度统一标准》（GB50068-2001 ）将结构上的荷载作如下分类：

设计基准期是为确定荷载代表值及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数（我国取用的设计基准期为50年）。必须说明：当结构的使用年限达到或超过设计基准期后，并不意味结构立即报废，而只意味结构的可靠度将逐步降低。

3 荷载代表值

《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001 ）将荷载分为三类：永久荷载（恒载）、可变荷载（活荷载）和偶然荷载。

结构或构件设计时，需针对不同设计目的对荷载赋予一个规定的量值，该量值即为荷载代表值。

永久荷载采用标准值为代表值。

★可变荷载采用标准值、组合值、频遇值、准永久值为代表值。

荷载标准值为基本代表值。其他荷载代表值可能通过标准值乘以相应的系数得到。

荷载标准值是指在结构使用期间，在正常情况下可能出现的最大荷载值。它是根据设计基准期内最大荷载统计分布的特征值，用概率的方法确定的。

四、实用设计表达式

1 、承载能力极限状态设计表达式

《规范》规定：任何结构和构件都应进行承载力设计，以确保安全。设计应考虑荷载效应的基本组合，必要时还应考虑荷载效应的偶然组合。

第三章

（一）适筋破坏

特点：

1 、受拉区纵向受拉钢筋先屈服，然后受压区混凝土被压碎；

2、破坏有明显的预兆，延性破坏；

3、钢筋和混凝土的强度都得到了充分利用。

（二）超筋破坏

特点：

1 、梁破坏时受压区混凝土被压碎而受拉区纵向受拉钢筋没有达到屈服，仍处于弹性阶段；

2、受拉区裂缝宽度小，没有形成主裂缝，破坏没有明显预兆，脆性破坏；

3、破坏时混凝土的强度得到了充分利用，钢筋强度没有得到充分利用。

（三）少筋破坏特点：

1 、梁一裂即坏。

2、钢筋应力立即屈服甚至被拉断；裂缝只有一条，宽度很大且沿梁高延伸较高；

3、钢筋和混凝土的抗拉强度得到了充分利用，但破坏无明显预兆，呈脆性性质。

结论:

(1) 适筋梁具有较好的变形能力，超筋梁和少筋梁的破坏具有突然性。

(2) 适筋破坏和超筋破坏之间存在一种“界限”破坏。其特征是钢筋屈服的同时，混凝土被压碎。

(3) 在适筋破坏和少筋破坏之间存在一种“界限”破坏。其特征是屈服弯矩和开裂弯矩相等。

(4) 超筋梁与少筋梁的破坏均为突发性的脆性破坏。

（5 ）结构设计中，不容许出现超筋梁与少筋梁。

二、基本公式的应用

1 、截面设计

截面设计是指根据已知截面所需承担的弯矩设计值等条件，通过选择截面尺寸与材料等级，计算配筋量并确定其布置。

3 钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算

（ 1 ）公式法

③验算是否超筋

③验算是否超筋

若不满足，加大截面尺寸，或采用双筋截面

3 钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算

钢筋时应使实际选配的截面面积接近计算面积，一般不小于计算值，也不宜超过计算值的5%, 并还应符合有关规定。

（2 ）计算表格法

不满足要求，按最小配筋率选配钢筋。

★提高受弯构件正截面承载力最有效的措施是加大截面高度

1、已知某钢筋混凝土矩形截面梁b ×h，h0，承受弯矩设计值为M，混凝土强度等级C*，

(f c=*，f t=*),钢筋级别(f y=*),矩形图形系数α1，αs,max，ξb，ρmin，试按正截面承载力计算该梁所需的纵向受力钢筋面积。

解：（1 ）公式法

①算受压区高度x或相对受压区高度

②算是否超筋

（2 ）公式法

2、截面复核

第四章

为了防止构件发生斜截面破坏，通常需要在梁内设置与梁轴线相交箍筋和弯起钢筋。箍筋和弯起钢筋统称为腹筋。

有腹筋和纵向钢筋的梁称为有腹筋梁；仅配纵向受力钢筋的梁称为无腹筋梁。 钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力

★钢筋混凝土梁内配置箍筋的主要目的是承担剪力 一、钢筋混凝土受弯构件斜截面破坏形式

★钢筋混凝土受弯构件斜截面破坏形式有：斜拉破坏、斜压破坏、剪压破坏。 二、影响斜截面受剪承载力的主要因素

★影响斜截面受剪承载力的因素主要有：剪跨比、混凝土强度、箍筋强度及配箍率、纵筋配筋率等。

三、受弯构件斜截面受剪承载力计算步骤和方法 1 截面设计

已知剪力设计值 V ，截面尺寸 b 、 h ，材料强度?t 、?yv 、?y ；要求配置箍筋。 计算步骤：

（ 1 ）验算截面尺寸

当上述条件不能满足时，应提高混凝土强度等级或加大截面尺寸。 （2）验算是否按计算配置腹筋

当上述条件能满足时，按构造要求配置箍筋（s max 和d min ）。不能满足时，按计算配置腹筋。

)6/4()/14(25.0)6/(2.0)

4/(25.0000<<-≤≥≤≤≤b h bh f b h V b h bh f V b h bh f V w c c w w c c w c c βββ

（3 ）计算配置箍筋

选出的n ，d ，s 应符合箍筋的构造要求。 2 截面复核

已知截面尺寸 b 、h ，材料强度?t 、?yv 、?y ，配筋量n 、s 、A sv1。要求：①求斜截面受剪承载力Vu ；②已知斜截面剪力设计值，复核梁的斜截面承载力。

计算步骤：

（ 1 ）复核梁截面尺寸确定最大承载力

（2 ）复核配筋率，是否满足构造要求

当满足时，取V u =V cs 当不满足时，按素混凝土确定Vu 。 （3） 计算V cs ；

第 5 章

截面上作用有扭矩的构件称为受扭构件。

工程结构中，处于纯扭矩作用的情况是很少的，绝大多数都是处于弯矩、剪力、扭矩同作用下的复合受扭情况。

结构工程中扭转的分类：平衡扭转、协调扭转

★混凝土受扭构件的实际配筋方式可为配置抗扭箍筋和沿周边均布的抗扭纵筋

第 6 章

根据受力的方向是指向截面，还是离开截面，可分为纵 向受压构件和纵向受拉构件；

根据力的作用线与截面轴线的位置关系，可分为轴心受 力构件和偏心受力构件。

其中 , 偏心受力构件，又可以分为单向偏心和双向偏心。按偏心距的大小和破坏形态又分为大偏心和小偏心。

10

min 0.24sv cv t yv sv t

sv sv yv nA V f bh s f h A f bs f αρρ-≥=≥=min 0.24

sv t

sv

sv yv

A f bs f ρρ=≥

=00.7u

h t V f bh β=

偏心受压构件正截面破坏形态

当e 0很小时, 接近轴压构件

当e 0较大时, 接近受弯构件

按偏心距和配筋的不同，偏压构件可分为受拉破坏（习惯上称为大偏心受压破坏）和受压破坏（习惯上称为小偏心受压破坏）

受拉破坏与受压破坏的界限 受拉破坏（大偏心受压）：是受拉钢筋先屈服而后受压混凝土被压碎； 受压破坏（小偏心受压）：是受压部份先发生破坏。 根本区别是：

远离纵向力一侧的纵向钢筋在破坏时是否达到屈服强度。 用界限相对受压区高度ξb 作为界限：

第 7章

《规范》将极限状态分为：承载能力极限状态、正常使用极限状态 钢筋混凝土构件除必须进行承载力极限状态的计算，满足安全性外，还应进行正常使用极限状态的验算，以避免构件可能因变形过大或裂缝过宽，而对构件的适用性和耐久性产生影响。

一、 控制及减小裂缝宽度的措施

0M

e N

减小裂缝宽度的措施

1 ）合理布置钢筋。当配筋率ρ相同时，钢筋直径越细，裂缝间距越小，裂缝宽度也越小，也即裂缝的分布和开展会密而细，这是控制裂缝宽度的一个重要原则

2）适当增加钢筋截面面积。

3）尽可能采用带肋的钢筋

★在受弯构件正截面承载力保持不变的前提下，以细钢筋代替粗钢筋，荷载作用下梁的裂缝宽度将减小

二、受弯构件变形验算

对钢筋混凝土构件，由于材料的非弹性性质和受拉区裂缝的开展，梁的抗弯刚度不是常数而是变化的，其主要特点如下：

①随荷载的增加而减少，即M越大，抗弯刚度越小。验算变形时，截面抗弯刚度选择在曲线第Ⅱ阶段（带裂缝工作阶段）确定；

②随配筋率ρ的降低而减少。对于截面尺寸和材料都相问的适筋梁，ρ小，变形大些；截面抗弯刚度小些；

③沿构件跨度，弯矩在变化，截面刚度也在变化，即使在纯弯段刚度也不尽相同，裂缝截面处的小些，裂缝间截面的大些；

④随加载时间的增长而减小。构件在长期荷载作用下，变形会加大，在变形验算中，除了要考虑短期效应组合，还应考虑荷载的长期效应的影响，故有长期刚度B s和短期刚度B l。

★在使用荷载作用下，钢筋混凝土梁截面弯曲刚度B随弯矩的增加逐渐减小

★在使用荷载作用下，钢筋混凝土梁截面弯曲刚度B随加载时间的增加逐渐减小

减小受弯构件挠度措施。

（ 1 ）增大截面尺寸；

（2 ）施加预应力；

（3 ）改变截面形状，如增加受压翼缘；

（4）增加配筋量和提高混凝土强度等级对提高B的效果不明显。其中，增大截面高度和施加预应力为最有效的措施。

第8 章

一、施加预应力的方法

施加预应力的方法有多种，可分机械张拉法、电热张拉法和化学方法等

机械张拉法按照张拉钢筋与浇筑混凝土的先后顺序又可分先张法和后张法。

预应力钢筋的应力松弛概念。

预应力混凝土构件的优缺点

（ 1 ）抗裂性能好

（2 ）可充分利用高强度钢材，减轻自重。

（3 ）提高受剪承载力。

（4）提高抗疲劳强度。

（5 ）经济性好

缺点：需要增设施加预应力的设备，制作技术要求较高，施工工序多且复杂。

第9章

钢筋混凝土梁板结构主要是由板、梁组成的水平结构体系，其竖向支承结构体系可为柱或墙体。

一、钢筋混凝土楼盖的结构分类

钢筋混凝土楼盖的结构形式：肋梁楼盖、井式楼盖、密肋楼盖、无梁楼盖

按施工方法的不同分为：现浇整体式、预制装配式、装配整体式

二、单向板与双向板

整体式钢筋混凝土楼盖，按板的支承条件和受力条件不同可分为单向板和双向板。

单向板是指：仅仅在一个方向或主要在一个方向受弯的板；

双向板是指：两个方向均受弯的板。

《规范》中规定了这两种板的界定条件：

（ 1 ）两对边支承的板应按单向板计算。

（2）四边支承的板，当长边与短边之比小于或等于2 时，应按双向板计算。

（3）四边支承的板，当长边与短边之比大于或等于3 时，应按单向板计算。

（4）四边支承的板，当长边与短边之比介于2和3之间时，宜按双向板计算，但也可按沿短边方向受力的单向板计算，此时应沿长边方向布置足够数量的构造钢筋。

由单向板及其支承梁组成的梁板楼盖结构称为单向板肋梁楼盖

由双向板及其支承梁组成的梁板楼盖结构称为双向板肋梁楼盖。

三、整体式单向板肋梁楼盖

整体式单向板肋梁楼盖一般由板、次梁、主梁组成。

单向板楼盖传力路线：

荷载→板→（沿短边）→次梁→主梁→柱或墙

（一）截面配筋和构造要求

(1) 受力筋的配筋方式

单向板内受力钢筋有弯起式和分离式两种配置方式

弯起式整体性好，但施工不便，分离式整体性稍差，但施工方便，工程实际中，分离式运用的更为普遍。

（2 ）主梁与次梁交接处，应设置附加横向钢筋，以承受集中力的作用。

附加横向钢筋有附加箍筋和附加吊筋两种类型，宜优先选用附加箍筋。

第10章

一、多层框架结构的组成

框架结构，由梁、柱、基础组成的承重体系和抗侧力结构。

梁、柱交接处的框架节点通常为刚接，柱与基础一般为固定支座。

二、多层框架结构的内力计算

竖向荷载作用下采用弯矩分配法、分层法等

水平荷载作用下采用反弯点法、D值法。

二、竖向荷载作用下框架内力分析---分层法

多层多跨框结构在竖向荷载作用下的侧移很小，可近似认为无侧移，这样可采用弯矩分配法进行计算。作用在某一层横梁的荷载对其它各层的横梁的影响很小，可用近似的计算方法分层法。

分层法假定：

（ 1 ）在竖向荷载作用下，框架的侧移可忽略不计；

（2）每层梁上的荷载对其它各层梁的影响可忽略不计。

第11 章

砌体结构，是指用砖、石或砌块为块材，用砂浆砌筑而的结构。

块材强度等级的符号为MU，砂浆强度等级的符号为M，单位均为MPa。

★影响砌体抗压强度的因素

1 、块体和砂浆的强度；

2、块材的尺寸和形状；

3、砂浆的流动性和保水性；

4、砌筑质量。

★砌体轴心抗拉、弯曲抗拉、抗剪强度主要由砂浆强度砌体的抗压强度远小于砖的抗压强度。

无筋砌体受压构件承载力计算

1 、基本计算公式 A---截面面积，按毛截面计算

Φ---

定。 φ按也可下式计算

α—与砂浆强度等级有关的系数，当砂浆强度等级大于或等于M5时，α等于0.0015；

当砂浆强度等级等于M2.5时，α等于0.002；当砂浆强度等级等于0时，α等于0.009；

第 11 章

应用上式计算时，应注意： （1）轴向力偏心距的限值： e 0≤0.6y

y 为截面重心到轴向力所在偏心方向截面边缘的距离

（2）矩形截面受压构件，

当偏心方向截面边长>非偏心方向截面边长时，除按偏心受压计算外，还应对小边长方向，按轴压重新计算。

计算时高厚比β的确定及修正

fA N ?≤2)11(1211211

??????-++=o

h e ??2011αβ

?

+=

例：一轴心受压砖柱，截面尺寸为b ×h ，采用MU*烧结多孔砖、M*混合砂浆砌筑（f =*)，施工质量控制等级为B 级，砖柱承受的轴向压力设计值为N （已考虑自重），砖柱的计算高度为h 0，验算该柱的受压承载力是否满足要求。

1、确定砌体强度设计值调整系数γa 对无筋砌体构件，其截面面积小于0.3m 2时，γa 为其截面面积加0.7。对配筋砌体构件，当其中砌体截面面积小于0.2m 2时，γa 为其截面面积加0.8。构件截面面积以m 2计。

2、确定高厚比β

3、确定φ

4、承载力验算

砌体的局部受压承载力计算

当轴向压力只作用在砌体的局部截面上时，称为局部受压 局部受压：局部均匀受压、非均匀局部受压

试验结果表明：在局部压力作用下，其抗压强度高于砌体的轴心抗压强度设计值f 。 原因：

a) 局压下砌体横向变形受周围砌体约束→“套箍效应”

b) 由于砌体搭缝砌筑，局部压力迅速向未直接受压的砌体扩散，从而使应力很快变小→应力扩散。

处理：为考虑“套箍效应”和局压力扩散的作用，引入局压强度提高系数γ（即以γf 代替f ）。

局部均匀受压时的承载力

h b A ?=0

H

h

ββγ=2

11

αβ?+=

fA

N a ?γ≤

梁端支承处砌体局部受压的计算

混合结构房屋墙、柱设计

混合结构房屋——楼盖和屋盖等水平承重构件采用钢筋混凝土、木材或钢材，而内外墙、柱和基础等竖向承重构件采用砌体结构建造的房屋。

墙体设计包括：承重墙体的布置、房屋的静力计算方案的确定、墙柱高厚比验算、墙柱内力计算及截面承载力计算。

承重墙——承受自重的同时还要承受楼盖和屋盖传来的荷载。

非承重墙——主要起维护和分隔的作用

混合结构房屋的结构布置

混合结构房屋的结构布置是确定竖向承重构件的平面

位置。

混合结构房屋的结构布置方案，根据承重墙体和柱的位置不同可分纵墙承重、横墙承重、纵横墙承重和内框架承重。

混合结构房屋的静力计算方案

根据房屋空间刚度大小，《规范》规定房屋的静力计算方案分为：刚性方案、弹性方案、刚弹性方案

房屋空间工作性能的主要影响因素为楼盖（屋盖）的水平刚度和横墙间距的大小。

刚性方案弹性方案刚弹性方案

墙、柱高厚比验算

1．高厚比的概念

高厚比β是指墙、柱计算高度H0与墙厚h（或与柱的计算高度相对应的柱边长）的比值，即β= H0/h。

2 ．验算高厚比的目的

墻、柱的高厚比验算是保证砌体房屋施工阶段和使用阶段稳定性与刚度的一项重要构造措施。

墙柱的高厚比过大，虽然强度满足要求，但是可能在施工阶段因过度的偏差倾斜以及施工和使用过程中的偶然撞击、振动等因素而导致丧失稳定；

过大的高厚比，还可能使墙体发生过大的变形而影响使用。

矩形截面墙和柱的高厚比

过梁

作用：承受洞口之上的荷载

过梁分类：（1 ）钢筋混凝土过梁（2 ）砖砌过梁：

①钢筋砖过梁钢筋直径＞5mm，间距120mm，根数＞2 ，砂浆层厚度≥30mm ②砖砌平拱过梁：砂浆≥M5 ③砖砌弧拱过梁

1 、过梁的分类和应用

2、过梁上的荷载

作用在过梁上的荷载由墙体荷载和过梁计算高度范围内的梁、板荷载。

（1 ）梁、板荷载

对砖和砌块砌体，当梁、板下的墙体高度h w＜l n时（l n为过梁的净跨），应计入梁、板传来的荷载；当梁、板下的墙体高度h w≥l n时，可不考虑梁、板荷载。

（2 ）墙体荷载

1）对砖砌体，当过梁上的墙体高度h w＜l n/3时，应按墙体的均布自重计算；当h w≥l n/3时, 应按高度为l n/3墙体的均布自重计算；

（2）对砌块砌体，当过梁上的墙体高度h w＜l n/2时，应按墙体的均布自重计算；当h w≥l n/2时, 应按高度为l n/2墙体的均布自重计算。

圈梁的概念与作用

砌体结构中，在墙体内沿水平方向设置封闭的钢筋混凝土梁称为圈梁。

设置圈梁可增强房屋整体性和空间刚度，防止由于地基不均匀沉降或较大振动荷载等对房屋引起的不利影响，可兼过梁。

圈梁与构造柱配合，有助于提高砌体结构的抗震性能。