混凝土结构设计
第一章
1混凝土结构按近似概率极限状态设计法包含哪两个方面的内容？
答：分为混凝土结构的极限状态和近似概率的一般理论及其在混凝土结构极限状态设计中的运用两个方面个内容。 2、什么是结构物的设计使用年限，普通房屋和构筑物的设计使用年限是多少？结构设计使用年限与结构物的寿命有什么区别，与结构设计基准期有什么不同？
答：建筑结构的设计使用年限是指设计规定的一个时期，在这一规定时期内，只需进行正常的维护而不需进行大修就能按预期目的使用，完成预定的功能，即房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应达到的使用年限，若达不到这个年限意味着在设计施工使用与维护的某一环节上出现了非正常情况，应查找原因。 我国《建筑结构可靠度设计统一标准》规定，普通房屋和构筑物的设计使用年限为50年。 设计使用年限与结构物的寿命有一定联系，但不等同。当使用年限达到和超过设计基准后，并不意味着结构物不能在使用了，而是指它的可靠度降低了。 3、对结构物有哪几项功能要求？结构物的极限状态是怎样定义的？混凝土结构有哪两类极限状态，它们各是怎样定义的？
答：对结构物的功能要求为安全性，适应性和耐久性。 整个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，则此特定状态称为该功能的极限状态。 我国《建筑结构可靠度设计统一标准》把结构的极限状态分为两类，即承载力极限状态和正常使用极限状态。 结构或结构构件达到最大承载能力或者达到不适于继续承载的变形状态，称为承载力极限状态。 结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限度的状态，称为正常使用极限状态。
4、什么是随机现象、随机变量和概率？
答：在个别试验中呈现不确定性，而在大量重复试验中，又具有统计规律性的现象，称为随机现象。 表示随机现象的各种变量，称为随机变量。 当试验总次数n相当大时，事件A出现的频率k/n是相当稳定的，即频率k/n总是在某个常数p附近波动。因此可用常数p来表示事件A出现的可能性的大小，并把这个数值称为事件A的概率，计作p(A)=p。
5、一组数据的平均值、标准差和变异系数各有什么含义？
答：一组数的平均值反映的是这组数据的平均水平，标准差反映的是这些数据具有同一平均值时的分散程度，而变异系数说明的是该组数据具有不同平均值时的分散程度。
6、正态分布概率密度函数的曲线图形是怎样的，它有哪些特点？
答：正态分布概率密度函数，其曲线呈钟形。它有以下特点：⑴ 它是对称于平均值u的一个单峰曲线，峰值在x=u处，曲线向左、向右对称地无限延伸，并以x轴为渐近线，曲线在x=u±a处各有一个拐点。⑵标准差a愈大，则曲线f(x)愈平稳；a愈小，曲线f(x)愈窄，愈陡。⑶曲线f(x)以下，横坐标轴以上图形的总面积，即§落在区间（-∞，∞）的概率p=
7、为什么说荷载效应和结构抗力都是随机变量？
答：荷载对结构或构件产生的内力、变形称为荷载效应。 不论恒荷载或活荷载其数值都不是定值，有的变异大些，有的变异小些。如在计算结构各个部件的自身重力时，虽然在设计图纸中对结构尺寸和部件规格作了明确规定，但由于施工和制作中的允许尺寸误差以及由于材料组成和施工工艺造成的材料重力密度的波动，使得实际制作的构件和部件的自身重力可能偏高，也可能偏低，而且偏离的幅度各不相同。 结构或构件承受荷载效应的能力，如承载能力、刚度等称为结构抗力。 材料强度的离散性是造成结构抗力随机性质的主要原因。 施工误差造成的结构构件的尺寸偏差（构件外轮廓尺寸和钢筋位置偏差）以及施工中不可避免的截面局部缺陷（如混凝土质量的局部缺陷或碰撞和拆模造成的边角崩落等）也会加大截面抗力的离散性。基本以上两个方面的原因，按设计尺寸和设计计算方法求得的截面抗力与截面实际抗力之间也就可能存在差异，而且这种差异可正可负，可大可小，也具有随机变量的性质。由以上分析可知，荷载效应和结构抗力都是具有各自分布规律的随机变量。
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8、建筑结构的安全等级是按什么原则划分的，它的极限状态设计表达式中是怎样体现的？
答：根据建筑结构破坏可能产生的后果的严重性，即危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等的严重程度，建筑结构划分为三个安全等级。 它在极限状态设计表达式中是通过结构重要性系数来体现的。 9、结构可靠性的含义是什么，影响结构可靠性的因素有哪些？
答：结构的可靠性是指结构在规定的时间内，规定的条件下，完成预定功能的能力。影响结构可靠性的因素包括结构设计使用的年限，设计时所确定的正常设计、正常施工、正常使用的条件，即不考虑人为的影响，以及结构是否达到极限状态。
10、荷载有哪几种代表值，各代表什么样的荷载值？荷载的基本代表值是什么？
答：可变荷载的代表值有标准值、组合值、准永久值和频遇值四种，各用于极限状态设计中的不同场合。永久荷载代表值只有标准值一种。 荷载标准值是指其在结构的使用期间可能出现的最大荷载值。 荷载的组合值是指当作用在结构上的活荷载不只一个而是两个或两个以上时，各个可变荷载都同时达到各自的标准值，其可能性是不大的，因此除了主导荷载（产生最大荷载效应的荷载）仍采用标准值为其代表值外，其他伴随荷载均以小于其标准值的组合值为荷载的代表值。 荷载的频遇值是指在设计基准期内被超越的总时间仅为设计基准期一小部分的可变荷载值。 荷载的准永久值是指在设计基准期内被超越的总时间为设计基准期的一半的可变荷载值。 荷载的基本代表值是荷载标准值。
11、功能函数z>0、z=0和z<0时各表示结构处于什么状态？
答：功能函数z>0时，结构处于可靠状态；z=0时，结构处于极限状态；z<0时，结构处于失态状态。
12、什么是结构可靠概率 和失效概率 ？什么是目标可靠指标？可靠指标与失效概率有什么定性关系？怎样确定目标可靠指标？
答：结构的可靠度是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，结构的可靠度是用结构的可靠概率 来度量的。 把结构不能完成预定功能要求的概率，即r-s<0的概率，称为结构的失效概率 。 与失效概率限值 相对应的可靠指标称为目标可靠指标，计作【β】。 可靠指标β与失效概率pf有着一一对应关系。 可靠指标β是在假定随机变量R、S都服从正态分布，且极限方程R-S=0是线性的前提下得到的。另用公式表示为：β= 13、目标可靠指标是怎样与材料抗力分项系数和荷载效应分项系数联系起来的？
答：目标可靠指标是通过如下的方式与材料分项系数和荷载效应分项系数联系起来的：抗力分项系数： 荷载效应分项系数：
式中： ——结构抗力、荷载效应的均方差； ——结构抗力、荷载效应的变异系数； ——与抗力及荷载取值的保证率有关的系数。
14、混凝土强度标准值是按什么原则确定的？混凝土的材料分项系数和强度设计值是如何确定的？强度标准值、平均值和设计值之间的关系是怎样的？
答：在《混凝土结构设计规范》和《钢筋混凝土工程施工及验收规范》中给出了混凝土立方体抗压强度的检验标准值 ，它相当于立方体抗压强度的算术平均值减去1.645倍标准值，即 = - 。与混凝土立方体抗压强度标准值 相对应的各项强度指标就成为它们各自的强度标准值。 混凝土的材料分项系数等于材料强度的标准值与材料强度设计值之比值，其值大于1。混凝土个强度设计值等于它的标准值除以材料分项系数。 强度标准值、平均值和设计值之间的关系是强度平均值>强度标准值>强度设计值。
15、承载力极限状态的设计表达式是怎样书写的？说明式中符号的意义及荷载效应基本组合的取值原则，表达式是如何体现目标可靠指标的？
答：承载力极限状态的设计表达式为：
上式中， 为内力设计值，常用N，M，V，T等表示；R为结构构件承载力设计值，常用Nu,Mu,Vu,Tu等表示；在抗震设计时，应除以承载力抗震调整系数rRE。R为结构构件的抗力系数，即与混凝土、钢筋的强度设计值fc，fs，З及几何参数的标准值等有关的函数。 《荷载规范》规定，对于基本组合，荷载效应组合的设计值从可变荷载效应控制的组
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合和由永久荷载效应控制的两组组合中取最不利值确定。 表达式是通过结构重要性系数来体现目标的可靠指标的。
第二章
1、单层厂房有哪两种结构类型？铰接排架结构是由哪些构件组成的，其中哪些构件是主要承重构件？
答：单层厂房有排架结构和钢架结构两种结构类型。 铰接排架结构由屋架、柱和基础组成。 柱和基础是主要的承重构件。
2、单层厂房中，支撑的主要作用是什么？有哪两类支撑？
答：单层厂房中，支撑的主要作用是加强厂房结构的空间刚度，并保证结构构件在安装和使用阶段的稳定和安全；同时起着把风荷载、吊车水平荷载或水平地震作用等传递到主要承重构件上去的作用。支撑主要有屋盖支撑和柱间支撑两种。
3、排架计算的主要目的是什么？简化排架计算的假定有哪些？排架柱下端是固定在基础顶面还是固定在地表面，为什么？
答：排架计算的目的是为柱和基础设计提供内力数据。简化排架计算的假定包括以下两点：⑴柱下端固接于基础顶面，屋面梁或屋架铰接在柱上。⑵屋面梁或屋架没有轴向变形。 根据简化排架计算的假定，排架柱下端是固定在基础顶面。 因为柱插入基础杯口有一定深度，并用细石混凝土与基础紧紧地浇捣成一体（对二次浇捣的细石混凝土应注意养护，不使其开裂），且地基变形是有限制的，基础转动一般较小，因此假定1通常是符合实际的。 4、怎样把作用在排架柱上的竖向偏心荷载换算成竖向轴心荷载和弯矩，为什么要做这样的换算？
答：可以将竖向偏心荷载换算成与其大小相等的竖向轴向荷载和弯矩的组合，其中弯矩可以用该偏心荷载与偏心距的乘积来表示。做这样的换算是为了可以分别利用附录四中的附表4-2和4-3较小内力分析。 5、怎样计算作用在排架上的吊车竖向荷载Dmax、Dmin和吊车横向水平荷载Tmax？ 答：吊车竖向荷载：Dmax=βrqPmax,k∑yi,Dmin=βPmin,k∑yi=Dmax Pmin,k/Pmax,k
式中：∑yi——各大轮子下影响线纵标值的总和；β——表示多台吊车的荷载折减系数，可查表得到。Pmax,k,Pmin,k——吊车的最大及最小轮压标准值。
(P44)Tmax=βTk∑yi=1/4aβ(G2,k+G3,k)∑yi
式中：a——吊车横向水平荷载系数；G2,k——小车自身重力的标准值，以kN计，等于其质量m2（以t计）与重力加速度的乘积；G3,k——与吊车额定起吊重量Q对应的重力标准值，以kN计，等于以t计的额定起吊重量Q与重力加速度的乘积。
6、基本雪压和基本风压是怎样定义的？
答：基本雪压是以当地一般空旷平坦地面上统计所得50年一遇最大积雪的重力确定的。 基本风压是以当地比较空旷平坦地面上离地10m高度处，统计所得50年一遇10分钟平均最大风速vo(m/s)为标准，按wo=v2o/1600确定的风压值。基本风压应按《荷载规范》中全国基本风压图和相应附表给出的数据采用，但不小于0.30kN/m2. 7、剪力分配法计算等高排架的基本原理是什么？单阶排架柱的抗剪刚度是怎样计算的？
答：剪力分配法的计算等高排架的基本原理是规定了横梁的长度是不变的，在柱顶标高相同，以及柱顶标高虽不同但柱顶由倾斜横梁贯通相连的两种情况下，柱顶水平位移都相等，都可按等高排架来计算。（P50）当单位水平力作用在单阶悬臂柱顶时，柱顶水平位移：
则柱的抗剪刚度为：1/Δu
8、排架柱控制截面上不同种类的内力该怎样组合，同一种内力（即荷载组合）又该怎样组合？
答：排架柱是偏心受压构件，其纵向受力钢筋的计算主要取决于轴向力N合弯矩M，根据可能出现的最大配筋梁，一般可以考虑一下四种内力组合：①+Mmax及相应的N和V；②-Mmax及相应的N和V；③+Nmax及相应的M和V；④-Nmax及相应的M和V。 对于同一种内力组合，《荷载规范》规定，对于一般排架、框架结构，可以采取简化规则，在下列荷载效应组合中取得不利值确定：⑴由可变荷载效应控制的组合 ①S= （“恒荷载”+任一种“活荷载”）
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②S= 【“恒荷载”+0.9（任意两种或两种以上“活荷载”）】⑵由永久荷载效应控制的组合 S=1.35S 对组合值系数 ，除风荷载仍取 外，雪荷载和其他可变荷载可统一取 =0.7 9、怎样根据Nu-Mu相关曲线来评判对称配筋矩形截面偏心受压构件内力的组合值？
答：由图2-37，可以按如下规则来评判内力的组合值：a：N相差不多时，M大的不利；b：M相差不多时，凡M/N≥0.3的，N小的不利；凡M/N<0.3的，N大的不利。
10、什么是单层厂房的整体空间工作，产生这种整体空间工作的条件是什么？
答：这种排架与排架、排架与山墙之间相互关联的整体作用称为厂房的整体空间作用。产生单层厂房整体空间作用的条件有两个：一是各横向排架（山墙可理解为广义的横向排架）之间必须有纵向构件将它们联系起来，另一是各横向排架彼此的情况不同，或者是结构不同或者是承受的荷载不同。
11、牛腿的定义是什么，牛腿截面尺寸主要是根据什么要求来确定的，牛腿配筋的主要构造要求有哪些？ 答：牛腿：在单层厂房中，柱侧伸出的来支承屋架、托架和吊车梁等构件的部件称为牛腿。
牛腿截面尺寸的确定：由于牛腿的截面宽度通常与柱同宽，因此主要确定截面高度，它的确定一般以控制其在使用阶段不出现或仅出现细微裂缝为准。 牛腿配筋的构造要求如下：水平箍筋的直径应取（6～12）㎜，间距为（100～150）㎜，且在上部2ho/3范围内的水平箍筋总截面面积不应小于承受竖向力的水平纵向受拉钢筋截面面积的1/2。 当剪跨比a/h0≥0.3时，宜设置弯起钢筋。弯起钢筋宜采用HRB335或HRB400级钢筋，并宜使其与集中荷载作用点到牛腿斜边下端点连线的交点位于牛腿上部l/6至l/2之间的范围内，l为连线长度见p74图2-54，其截面面积不应少于承受竖向力的受拉钢筋截面面积的l/2，根数不少于2根，直径不小于12㎜。
12、柱下扩展基础的设计步骤是怎样的，计算基础钢筋时为什么要用地基土的净反力？
答：柱下扩展基础的设计步骤为：⑴根据地基承载力要求，确定基底尺寸；⑵根据受冲切承载力要求，确定基础高度；⑶根据受弯承载力，确定底板受力钢筋；⑷注意满足有关尺寸、配筋构造要求。 因为在计算基础底面地基土的反力时，应计入基础自身重力及基础上方土的重力，但是在计算基础底板受力钢筋时，由于这部分地基土反力的合力与基础及其上方土的自重力相抵消，因此这时地基土的反力中不应计及基础及其上方土的重力，即以地基净反力来计算钢筋。
第三章
1、框架结构中承重框架是布置方案有几种，哪一种的整体性最好，对抗震最有利？
答：框架结构中承重框架的布置方案有横向框架承重方纵向框架承重方案和纵横向框架混合承重方案，其中纵横向框架混合承重方案的整体性最好，对抗震最有利于。 2、框架的计算简图是怎样确定的？
答：通常，横向框架的间距、荷载和侧向刚度都相同，因此可取有代表性的一榀中间框架作为计算单元。纵向框架上的荷载往往各不相同，故常有中列柱和边列柱的区别，中列柱纵向框架的计算单元宽度可各取两侧跨距的一半，边列柱纵向跨距的计算单元宽度可取为一侧跨距的一半，取出的纵、横向平面框架所承受的竖向荷载与楼盖的结构布置情况有关。当采用现浇楼盖时，楼面分布荷载一般可按角平分线传至两侧的梁上。
3、采用分层法的基本条件是什么？它作了什么假定，对框架柱的弯曲线刚度和传递系数作了什么调整，“分层”的含义是什么？
答：采用分层法的条件是多层框架在竖向荷载作用下的内力计算。 分层法的计算假定：⑴框架无位移。⑵每一层梁上的荷载只对本层的梁和上、下柱产生内力，忽略它对其他各层及其它柱内力影响。 分层法所作的调整为：⑴除底层以外，其他各层柱的线刚度均乘以0.9的折减系数，⑵除底层柱以外，其他各层柱的弯矩传递系数由1/2改为1/3。 分层的含义是将框架结构按层分成相应的开口框架，用弯矩分配法逐个计算各个开口框架的内力，然后将各个开口框架的弯矩图叠加成为整个框架的弯矩图。
4、反弯点法作了哪些假定，楼层剪力是怎样分配给每一个楼层柱的，两端固定的楼层柱，其侧向刚度是怎样计算的？ 答：反弯点法的假定是：⑴横梁的抗弯刚度无限大，则各柱上下端都不发生角位移，并且水平位移相等。⑵在确定框
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架柱的反弯点位置时，假定底层柱外，其余柱的上下端转角相等。由公式 知，各楼层的楼层剪力是通过该层侧移刚度与结构总刚度比荷载在该层的楼层剪力的乘积得到的。 梁端固定的楼层柱，其侧向刚度的计算公式为：
5、与反弯点法相比，D值法作了哪两方面的修正？用D值法计算水平荷载作用下的框架内力和水平位移时，其计算步骤是怎样的？
答：D值法所作的两方面修正为：⑴将原侧移刚度D′修正为D⑵柱的反弯点高度不再取定值，而随多种因素变化。D值法的计算步骤：⑴计算框架梁、柱的截面尺寸、惯性距和刚度；⑵用D值法计算框架柱的侧向刚度D； ⑶对各楼层柱的反弯点位置进行调整⑷求解各柱的剪力和柱端弯矩。
6、水平荷载作用下，框架整体的侧向位移曲线是剪切型的还是弯曲型的，剪切型与弯曲型的区别是什么？
答：水平荷载作用下，框架整体的侧向位移曲线是剪切型的。 剪切型与弯曲型的区别是：这种层间水平位移自下而上逐渐减小的水平位移曲线称为剪切型，与此相反，弯曲型是在水平荷载作用下，悬臂柱的层间水平位移是自下而上逐渐增大的。
7、框架中，考虑竖向活荷载的最不利布置有哪几种方法？
答：框架中，考虑竖向活荷载的最不利布置有如下方法：分跨计算组合法，最不利荷载位置法，分层组合法以及满布荷载四种方法。
8、在图所示的框架梁、柱变形曲线中，哪一组图是错的，为什么（提示：框架节点处弯矩要平衡） 答：第二个图中的、B节点的梁柱变形曲线表示是错误的，因为在该处框架节点的弯矩并不平衡。 9、非抗震的现浇框架节点有哪些主要构造要求？
答：非抗震设计时，框架梁、柱的纵向钢筋在框架节点去的锚固和搭接应符合相关的要求。⑴顶层中节点柱纵向钢筋和边节点柱内侧纵向钢筋应伸至柱顶；当从梁底边计算的直线锚固长度不小于La时，可不必水平弯折，否则应向柱内或梁、板内水平弯折，当充分利用柱纵向钢筋的抗拉强度时，其锚固端弯折前的竖直投影长度不应小于0.5La，弯折后的水平投影长度不宜小于12倍的柱纵向钢筋直径。⑵顶层端节点处，在梁宽范围以内的柱外侧纵向钢筋可与梁上部纵向钢筋搭接，搭接长度不应小于1.5 La；在梁宽范围以外的柱纵向钢筋可伸入现浇板内，其伸入长度与伸入梁内的相同。当柱外侧纵向钢筋的配筋率大于1.2%时，伸入梁内的柱纵向钢筋宜分两批截断，其截断点之间的距离不宜小于20倍的柱纵向钢筋直径。⑶梁上纵向钢筋伸入端节点的锚固长度，直线锚固时不应小于La，并且伸过柱中心线的长度不宜小于5倍的梁纵向钢筋直径；当柱截面尺寸不足时，梁上纵向钢筋应伸至节点对边并向下弯折，锚固段弯折前的水平投影长度不应小于0.4La，弯折后的竖直投影长度应取15倍的梁纵向钢筋直径。⑷当计算中不利于梁下部纵向钢筋的强度时，其伸入节点内的锚固长度应取不小于12倍的梁纵向钢筋直径。当计算中充分利用梁下钢筋的抗拉强度时，梁下部纵向钢筋可采用直线方向或向上90度弯折方式锚固于节点内，直线锚固时的锚固长度不应小于La；弯折锚固时，锚固段的水平投影长度不应小于0.4La，竖直投影长度应取15倍的梁纵向钢筋直径。 10、多层框架有哪些常用的基础类型，条形基础有哪些常用的简化计算方法？
答：多层框架的基础类型一般有独立基础、条形基础、十字形基础和筏式基础四种。 条形基础常用的计算方法有静电分析法、倒梁法、地基系数法、链秆法和有限差分法五种方法。
第四章
1、我国是怎样定义高层建筑的，A级和B极高层建筑是怎样划分的？
答：我国在《高层建筑混凝土结构技术规程》中，规定10层及10层以上或房屋高度超过28m的建筑物称为高层建筑物，并按结构形式和高度的不同分为A级和B级两类。 高度不超过表4-1限值的钢筋混凝土高层建筑为A级，高度超过A级高度限值的高层建筑成为B级高度的高层建筑。 2、高层建筑结构的受力特点是什么？
答：在高层建筑结构中，竖向荷载的作用与多层建筑相似，柱内轴力随着层数的增加而增大，可近似地认为轴力与层数呈线性关系；而水平作用的风荷载或地震作用可近似地认为呈倒三角形，该倒三角形分布力在结构底部产生的弯矩
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