《荷载与设计原则》习题答案 第1章荷载与作用 一、填空题 1.作用是施加在结构上的 一组集中力或分布力 ,或引起结构 外加变形或约束变 形的原因 。 2.作用是使结构或构件产生 效应 的 各种原因 。 3.结构上的作用可分为 直接 作用和 间接 作用,荷载是 直接 作用。 4.施加在结构上的集中力或分布力称为 直接作用 ,与结构本身性能 无关 ;引 起结构外加变形或约束的原因称为 间接作用 ,该作用的大小与结构自身的性质 有关。5.土木工程是 建造各类工程设施 的科学技术的统称。它既指工程建设的 对象 , 也指所应用的 材料、设备 和所进行的 勘测、设计、施工、保养、维修 等专业技术。 6.土木工程结构是指由若干个 构件 组成的 受力体系 ,是土木工程的骨架,也 是它们赖以存在的 基础 。它的主要功能是 承受 工程在 使用 期间可能出现的 各种 荷载 并将它们 传递给 地基。 7.现代土木工程的建造必须经过 论证策划 、 设计 、 施工 3 个主要环节。 8.土木工程设计包括 功能设计 和 结构设计 。 功能设计 是实现工程建造的目 的、用途; 结构设计 是决定采用怎样形式的骨架将其支撑起来,怎样抵御和传递作用 力,各部分尺寸如何,用什么材料制造等等。 9.工程结构设计是在工程结构的 可靠 与经济、 适用 与美观之间,选择一种最 佳的合理的平衡,使所建造的结构满足预定的各项 功能要求 。 10.工程结构的“功能要求”是指工程结构 安全性 、 适用性 和 耐久性 ,统称 为 可靠性 。 11. 荷载效应 和 结构抗力 之间最佳的合理的平衡,就是使工程结构既经济又具 有一定的可靠度。 二、多项选择 1、下列作用属于直接作用的为( A、B、E ) A.自重 B.土压力 C.混凝土收缩徐变 D.焊接变形 E、桥梁上的车辆重量 2、下列作用属于间接作用的为( A、C、D ) A. 地基变形 B.水压力 C.温度变化 D.地震作用 E.水中漂浮物对结构的撞击力 3、荷载效应是指( A、C、D、E ) A.内力 三、单项选择 1、工程结构的“功能要求” (或“可靠性” )是指工程结构的( B ) A.可靠、经济、适用、美观 C.安全性、经济、适用 B.安全性、适用性和耐用性 D.可靠、耐用、美观 B.温度 C.位移 D.裂缝 E.应力 2、荷载取值和荷载计算正确与否直接影响( C )的计算 A.结构抗力 四、简答题 1、荷载与作用对土木工程设计有何意义? 工程结构设计是在工程结构的可靠与经济、适用与美观之间,选择一种最佳的合理 的平衡,使所建造的结构能满足预定的各项功能要求。要在工程结构的可靠与经济之间 建立“最佳的合理平衡” ,就要根据结构型式、外荷载的大小和作用形式,计算外荷载 产生的效应,还要根据结构的型式、材料、尺寸等,计算“结构抗力”“荷载效应”和。“结构抗力”之间“最佳的合理的平衡” ,就是使工程结构既经济又具有一定的可靠度。 如果没有正确的荷载取值和荷载计算,就不可能准确地计算荷载效应,工程结构也不可 能符合规定可靠度的要求。所以合理确定和正确计算结构的荷载,是土木工程结构设计 中一个十分重要的问题,也是结构设计首先要考虑的问题。 2、举例说明直接作用与间接作用的区别。 直接作用是施加在结构上的集中力或分布力,如结构的自重、土压力、风压力、车 辆荷载等;间接作用是引起结构外加变形或约束变形的原因,如地基变形、混凝土收缩 徐变、温度变化、焊接变形、地震作用等。 B.结构可靠度 C.荷载效应 D.结构尺寸 直接作用与间接作用的区别在于直接作用是以外力的形式直接施加在结构上, 它们 与结构本身性能无关;而间接作用不是以外力的形式直接施加在结构上,它们的大小与 结构本身性能有关。例如,风水平作用于建筑物和水平地震作用于建筑物,其结果都是 使建筑物的结构产生内力和侧向位移等效应, 但风水平作用是一个与结构无关的外力直 接施加在结构上,而水平地震作用是建筑物自身由静止到运动的惯性产生,它的大小与 结构自身的性能(例如结构的刚度、振型等)有关。 第2章土木工程荷载的分类及代表值 一、填空题 1.在工程结构设计中,设计者不仅重视荷载产生的原因及荷载的大小,更关注 荷 载效应 及其 对结构的影响 。 2.我国的国家标准《工程结构可靠度设计统一标准》 (GB50153-92)对土木工程结 构上的作用统一分类,按 随时间的变异 、 随空间的变异 及 结构的动力反应 把作用 分为 3 大类。 3.按随时间的变异,将作用分为 永久作用 、 可变作用 和 偶然作用 3 个类别。 4.永久作用是在设计基准期内量值 不随时间 变化,或其变化与平均值相比 可以 忽略 的作用。其统计规律与 与时间 参数无关,其随机性只是表现在 空间位置 的变 异上。 5.可变作用是在设计基准期内量值 随时间变化 ,且其变化与平均值相比 忽略 的作用。其统计规律与 时间参数 有关。 6. 偶然作用是在设计基准期内 不一定会出现 , 而一旦出现, 其量值可能 很大 且 持续时间短 的作用。 7.按随空间位置的变异,可将作用分为 固定作用 和 自由作用 两类。 8.固定作用是在结构上具有 固定 分布的作用,自由作用是在结构上一定范围内 可以 任意 分布的作用。 9.作用按结构的动力反应分为 动态作用 和 静态作用 两类。 不可 10. 静态作用对结构或构件不产生 加速度 , 或者所产生的 加速度 可以忽略不计。 11.动态作用使结构或构件产生的 加速度 不可忽略。 12.划分静态和动态作用的原则,不在于作用本身是否具有 动力特性 ,而主要在 于它是否使结构产生不可忽略的 加速度 。 13.按荷载作用方向可将荷载分为 水平荷载 和 竖向荷载 。结构在水平荷载作用 下,不仅产生内力,而且产生明显的 侧向位移 。 14.对结构高频重复作用的荷载称为 重复荷载 ,可使结构构件产生 疲劳 ,承载 力降低。 15.我国的国家标准《工程结构可靠度设计流标准》 (GB50153—92)对房屋建筑, 铁路,公路,港口,水利水电工程相等,规定了荷载的 3 种代表值,它们是 标准值 、 频遇值 和 准永久值 。其中 标准值 是荷载的基本代表值,是工程设计时采用的主要 代表值,其他代表值都可在其基础上 乘以相应的系数 后得出。 16.结构构件自重,可按图纸上的 名义尺寸值 与材料的 单位体积自重 的乘积确 定。 17.活荷载短期作用,若极限状态被超越,并将对结构产生永久性的损害时,荷载 的代表值采用 标准值 。若极限状态被超越,并将对结构产生局部的损害,较大变形、 短暂振动或不适感时,荷载的代表值采用 频遇值 ;长期荷载采用 准永久值 为荷载代 表值。 18. 建筑结构的可变荷载有 4 个代表值, 它们是 标准值 、 频遇值 和 准永久值 和 组合值 。 19. 荷载组合值是对于 可变荷载 组合后使结构具有统一规定的 可靠指标 的荷载 值。 二、多项选择 1、下列作用中属于永久作用的有( A、B、D ) A.预加应力 B.结构自重 C.风荷载 D.地基变形 2、下列作用中属于可变作用的有( B、D ) A.混凝土收缩 B.路桥结构上的车辆荷载 C.土压力 D.温度变化 3、下列作用中属于偶然作用的有( B、C、D ) A.钢材焊接变形 B.爆炸力 C.龙卷风 D.罕遇地震 E.厂房吊车荷载 4、可变荷载的代表值一般有( A、C、D ) A.标准值 三、单项选择题 1、按3种不同的分类方法,车辆荷载属于( D ) A.可变荷载、固定荷载、动态荷载 C.可变荷载、自由荷载、静态荷载 B.永久荷载、自由荷载、静态荷载 D.可变荷载、自由荷载、动态荷载 B.代表值 C.频遇值 D.准永久值 2、永久荷载只有一个代表值( B ) A.频遇值 B.准永久值 C.标准值 D.组合值 3、永久作用中的直接作用,就是通常所指的( B ) A.活荷载 B.恒荷载 C.自重荷载 D.土压力 4、可变作用中的直接作用,就是通常所指的( A ) A.活荷载 四、简答题 1、什么是荷载的代表值?永久荷载、可变荷载各有哪些代表值?可变荷载的各种代表 值分别在什么情况下使用? 设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值称为荷载的代表值。 永久荷载的代表值只有一个:标准值。 可变荷载的代表值有:标准值、频遇值、准永久值及组合值。 活荷载短期作用,若极限状态被超越,并将对结构产生永久性的损害时,即承载能 力极限状态,荷载的代表值采用标准值;若极限状态被超越,并将对结构产生局部的损 害,较大变形、短暂振动或不适感时,即正常使用极限状态,荷载的代表值采用频遇值; 长期荷载,正常使用极限状态,采用准永久值为荷载代表值。 B.恒荷载 C.车辆荷载 D.桥面活荷载 五、名词解释 1.荷载的代表值——设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值。 2.荷载的频遇值——对可变荷载,在设计基准期内,其超越的总时间为规定的较小比 率或超越频率为规定频率的荷载值。 3.荷载的标准值——是荷载的基本代表值,为设计基准期内最大荷载统计分布的特征 值(例如均值、众值、中值或某个分位值) 。 4.荷载的准永久值——对可变荷载,在设计基准期内,其超越的总时间约为设计基准 期一半的荷载值。 5.荷载的组合值——对可变荷载,使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率, 能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值; 或使组合后的结构具有统一规定 的可靠指标的荷载值。 第3章地震作用 一、填空题 1.地震按其成因通常可分为 构造 地震 、 火山 地震和 陷落 地震。一般工程结构抗 震设计时,主要考虑构造 地震的影响。 2.我国对抗震对策主要集中在 控制地震 、 地震预报 、 抗震防灾 3 个方面,其中以 抗震防灾 为重点。 3.震级是表示地震 规模 的指标,其衡量尺度是 地震释放出能量 的多少。一次地震 只有 一个 震级。震级越大,造成的危害越 大。4.地震烈度是衡量 地震引起的后果 的一种度量,可作为判断地震 强烈程度 的宏观 依据。 5.地震作用和荷载的区别在于荷载是对结构的 直接作用 ,地震作用是由于地面运动 引起结构的 动态作用 ,属于 间接作用 。地震作用的大小不仅取决于烈度、震中距等 情况,还与结构的 动力特性 有关。 6.土木工程结构抗震设计,是指对土木工程结构进行的 抗震概念设计 、 地震作用及 其计算 、 抗震承载能力计算 和 采取抗震措施 以达到抗震的效果。 7. 按照 《建筑抗震设计规范》 进行抗震设计的建筑, 其抗震设防目标概括来说就是: 小 震不坏 、 中震可修 、 大震不倒 。 8.根据场地土的坚硬或密实程度,将场地土分为 坚硬场地土 、 中硬场地土 、 中软 场地土 、 软弱场地土 4 种类型。划分场地土的目的是为了 确定场地土类别 。 9.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类场地是根据 场地土的刚性 和 场地覆盖层厚度 划分的。将场地 划分类型是为了在计算地震作用时,反映 场地的影响 。不同场地上的建筑物的震害差 异很大,土质越软、覆盖层越厚,建筑物震害越 严重 ,反之越 轻。10.卓越周期的数值与场地土的 厚度 及 性质 有关。坚硬场地土的卓越周期比软弱场 地土的 短 ,基岩以上土层愈厚,场地土的卓越周期越 长。11.结构的自震周期是 结构刚度大小 的反映。结构刚度越大,自震周期越 短 ,地震 作用也越 大。12.在我国《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2001)中,地震加速度反映谱曲线是以 地 震影响系数曲线 的形式表示的。 二、名词解释 1.震源——地震发生时,在地球内部产生地震波的位置,即发震点。 2.震中——震源在地表的垂直投影点。 3.震源深度——震源至地面的垂直距离。 4.震中距——地面某处至震中的距离。 5.震级——表明地震本身强度的大小和释放出能量的多少的等级。 6.地震烈度——地震对某一地区的地表及建筑物影响的强弱程度。 7.地震基本烈度——某地的地震基本烈度,是指根据该地区地震发生概率的统计分析, 在一般场地条件下,50 年内,超越概率为 10%的地震烈度值。 8.抗震设防烈度——按国家规定的批准权限审定,作为一个地区抗震设防依据的地震 烈度。 9.场地土的卓越周期——被场地土放大得最多的波的周期。 10.设计特征周期 Tg——考虑了震级和震中距影响的场地卓越周期。 11.结构自震周期 T——结构按某一振型完成一次自由振动所需要的时间。 12.地震加速度反映谱——以结构自振周期为横坐标,最大加速度反应为纵坐标,在特 写地面加速度的作用下,各质占最大加速度与各自相应质点周期的关系曲线。 13.地震影响系数——单质点弹性体系在地震时的最大反应加速度。 三、单项选择题 1.结构抗震设计是( C )的主要内容之一。 A.控制地震 B.地震预报 C.抗震防灾 2.某地进行建筑结构抗震设计时,依据的是当地的( B ) 。 A.震级 B.地震烈度 C.场地土类型 D.设计特征周期 3.设计特征周期应根据其所在地的( A )确定。 A.设计地震分组和场地类别 C.场地土类型和震中距 B.地震烈度和场地土类型 D.地震震级和场地土的卓越周期 4.已知拟建工程所在城镇,即可从《建筑抗震设计规范》附录中查得该地的抗震设防 烈度、 D )和设计地震分组。 ( A.场地类别 B.场地土卓越周期 四、简答题 1.结构抗震设计中的抗震概念设计、抗震承载力计算及抗震构造措施的工作内容分别 是什么? 抗震概念设计,包括地震影响、场地选址、建筑布置、结构体系、构件选型和细部 构造的各种原则,以及对非结构构件及建筑材料与施工方面的最低要求等。 抗震承载力计算,包括荷载、地震作用及其效应的计算,构件抗力的计算,以及根 据结构可靠度要求在“效应”和“抗力”之间建立平衡。 抗震构造措施,是根据抗震概念设计原则,一般不需要计算而对结构和非结构各部 分必须采取的各种细部要求。 2.绘制地震影响系数曲线,说明曲线各段的意义。 C.场地土类型 D.设计基本地震加速度值 AB 段:直线上升段,周期小于 0.1s 的区段,地震影响系数与结构自振周期成正比; BC 段:水平段,自0.1s 至特征周期区段,地震影响系数为最大值( ? max ) ; CD 段:曲线下降段,自特征周期至 5 倍特征周期区段; DE 段:直线下降段,自5倍特征周期至 6.0 区段。 3.影响地震作用大小的因素有哪些?它们对地震作用大小有何影响? 影响地震作用大小的因素有抗震设防烈度、场地及场地土、设计特征周期、阻尼、 结构自振周期、建筑物的重力荷载代表值及设计基本地震加速度。 抗震设防烈度越高,设计基本地震加速度也越大,地震作用越大;坚硬场地土的卓 越周期比较软弱场地短,基岩以上土层愈厚,场地土的卓越周期越长,设计特征周期越 大,地震作用越大;阻尼比越小,地震反应谱值越大,地震作用越大;结构自振周期越 大,地震作用越小;建筑物的重力荷载代表值越大,地震作用也越大。 4.什么是地震作用?地震对建筑物产生怎样的作用?在什么情况下要考虑竖向地震作 用? 发生地震时,由于地震波的作用,地面产生加速运动,从而带动房屋的基础产生运 动,房屋的上部结构因基础运动而被迫产生加速运动,从而产生一个与加速度方向相反 的惯性力,这个惯性力如同作用在结构上的荷载一样,使结构构件产生内力、位移等效 应,这个惯性力称为地震作用。 地震时建筑物在各种地震波的作用下,既左右摇晃,又上下颠簸。使建筑物左右摇 晃的地震作用称为水平地震作用,它可使建筑物产生内力和侧向位移;使建筑物上下颠 簸的地震作用称为竖向地震作用,可使结构产生内力。 由于使建筑物产生上下颠簸的地震波衰减较快, 所以在一般情况下竖向地震作用并 不明显,因此《建筑结构抗震设计规范》规定,对于 8 度和 9 度抗震设防地区的大跨度 结构、长悬臂结构、烟囱和类似的高耸结构,9 度抗震设防地区的高层建筑,应考虑竖 向地震作用。 第4章建筑结构的荷载 一、填空题 1.作用在建筑结构上的主要作用有 恒荷载 、 楼面和屋面活荷载 、 吊车荷载 、 雪荷载 、 风荷载 及 地震作用 6 类。 2.基本风压是指在规定的标准条件下的风压。 《建筑结构荷载规范》规定基本风压 的标准条件为:记录风速的标准高度是离地面 10m 处,地面条件 开阔平坦的市郊地 区,基本风速时距取 10 分钟 , 最大风速的样本时间取 1 年,基本风速重现期限为 50 年。