第三章 建筑结构设计方法课后习题详解

1201212(...)cos cos cos n nz z s s sn W a a a B B B βμμμμω=+++第三章3.1 计算总风荷载和局部风荷载的目的是什么？二者计算有何异同？答：(1)总风荷载是建筑物各表面承受风作用力的合力，是沿高度变化的分布荷载，计算总风荷载的目的是为了计算抗侧力结构的侧移及各构件内力。

局部风荷载是用于计算结构局部构件或围护构件与主体的连接。

(2)二者的异同：二者都用下列公式计算但计算局部风荷载的时候采用的是部风荷载体型系数。

3.2 对图3-13结构的风荷载进行分析。

图示风的作用下，各建筑立面的风是吸力还是压力？是什么方向？结构的总风荷载是哪个方向？如果要计算与其成90°方向的总风荷载，其大小与前者相同吗？为什么？3.3 计算一个框架-剪力墙结构的总风荷载。

结构平面即图3-13的平面，16层，层高3m ，总高度为48m 。

由现行荷载规范上找出你所在地区的基本风压值，按50年重现期计算。

求出总风荷载合力作用线及其沿高度的分布。

3.4 地震地面运动特性用哪几个特征量来描述？结构破坏与地面运动特性有什么关系？答：(1)地震地面运动的特性可用三个量来描述：强度（由振幅值大小表示）、频谱和持续时间。

(2)结构破坏与地面运动特性有着密切的关系，主要表现在：强烈地震的加速度或速度幅值一般很大，但如果地震时间很短，对建筑物的破坏性可能不大；而有时地面运动的加速度或速度幅值并不太大，而地震波的卓越周期与结构的基本周期接近，或者振动时间很长，都可能对建筑物造成严重影响。

3.5 什么叫地震地面运动的卓越周期？卓越周期与场地有什么关系？卓越周期与场地特征周期有何关系？答：(1)地震地面运动的卓越周期是指地震功率谱中能量占主要部分的周期。

(2)卓越周期与场地的关系：硬土的卓越周期短；软土的卓越周期长。

(3)卓越周期T与特征周期Tg间的关系应理解为: 二者都是场地固有周期T0的不同预测值, 因预测方法不同而冠以不同的名称。

第一章的习题答案1. 震级是衡量一次地震强弱程度（即所释放能量的大小）的指标。

地震烈度是衡量一次地震时某地区地面震动强弱程度的尺度。

震级大时，烈度就高；但某地区地震烈度同时还受震中距和地质条件的影响。

2. 参见教材第10面。

3. 大烈度地震是小概率事件，小烈度地震发生概率较高，可根据地震烈度的超越概率确定小、中、大烈度地震；由统计关系：小震烈度＝基本烈度－1.55度；大震烈度＝基本烈度＋1.00度。

4. 概念设计为结构抗震设计提出应注意的基本原则，具有指导性的意义；抗震计算为结构或构件达到抗震目的提供具体数据和要求；构造措施从结构的整体性、锚固连接等方面保证抗震计算结果的有效性以及弥补部分情况无法进行正确、简洁计算的缺陷。

5. 结构延性好意味可容许结构产生一定的弹塑性变形，通过结构一定程度的弹塑性变形耗散地震能量，从而减小截面尺寸，降低造价；同时可避免产生结构的倒塌。

第二章的习题答案1. 地震波中与土层固有周期相一致或相近的波传至地面时，其振幅被放大；与土层固有周期相差较大的波传至地面时，其振幅被衰减甚至完全过滤掉了。

因此土层固有周期与地震动的卓越周期相近，2. 考虑材料的动力下的承载力大于静力下的承载力；材料在地震下地基承载力的安全储备可低于一般情况下的安全储备，因此地基的抗震承载力高于静力承载力。

3. 土层的地质年代；土体中的粘粒含量；地下水位；上覆非液化土层厚度；地震的烈度和作用时间。

4. a 中软场地上的建筑物抗震性能比中硬场地上的建筑物抗震性能要差（建筑物条件均同）。

b. 粉土中粘粒含量百分率愈大,则愈容易液化. c ．液化指数越小，地震时地面喷水冒砂现象越轻微。

d ．地基的抗震承载力为承受竖向荷载的能力。

5. s m v m 5.2444208.32602.82008.51802.220=+++=因m v 小于s m 250，场地为中软场地。

6. 设计地震分组为第二组，烈度为7度，取80=N砂土的临界标贯值：[])(1.09.00w s cr d d N N -+=，其中m d w 5.1=土层厚度：第i 实测标贯点所代表的土层厚度的上界取上部非液化土层的底面或第1-i 实测标贯点所代表土层的底面；其下界取下部非液化土层的顶面或相邻实测标贯点的深度的均值。

1201212(...)cos cos cos n nz z s s sn W a a a B B B βμμμμω=+++第三章3.1 计算总风荷载和局部风荷载的目的是什么？二者计算有何异同？答：(1)总风荷载是建筑物各表面承受风作用力的合力，是沿高度变化的分布荷载，计算总风荷载的目的是为了计算抗侧力结构的侧移及各构件内力。

局部风荷载是用于计算结构局部构件或围护构件与主体的连接。

(2)二者的异同：二者都用下列公式计算但计算局部风荷载的时候采用的是部风荷载体型系数。

3.2 对图3-13结构的风荷载进行分析。

图示风的作用下，各建筑立面的风是吸力还是压力？是什么方向？结构的总风荷载是哪个方向？如果要计算与其成90°方向的总风荷载，其大小与前者相同吗？为什么？3.3 计算一个框架-剪力墙结构的总风荷载。

结构平面即图3-13的平面，16层，层高3m ，总高度为48m 。

由现行荷载规范上找出你所在地区的基本风压值，按50年重现期计算。

求出总风荷载合力作用线及其沿高度的分布。

3.4 地震地面运动特性用哪几个特征量来描述？结构破坏与地面运动特性有什么关系？答：(1)地震地面运动的特性可用三个量来描述：强度（由振幅值大小表示）、频谱和持续时间。

(2)结构破坏与地面运动特性有着密切的关系，主要表现在：强烈地震的加速度或速度幅值一般很大，但如果地震时间很短，对建筑物的破坏性可能不大；而有时地面运动的加速度或速度幅值并不太大，而地震波的卓越周期与结构的基本周期接近，或者振动时间很长，都可能对建筑物造成严重影响。

3.5 什么叫地震地面运动的卓越周期？卓越周期与场地有什么关系？卓越周期与场地特征周期有何关系？答：(1)地震地面运动的卓越周期是指地震功率谱中能量占主要部分的周期。

(2)卓越周期与场地的关系：硬土的卓越周期短；软土的卓越周期长。

(3)卓越周期T与特征周期Tg间的关系应理解为: 二者都是场地固有周期T0的不同预测值, 因预测方法不同而冠以不同的名称。

第三章 习题参考答案习题1：解：查表f sd =280MPa ，f cd ＝11.5MPa ，f td ＝1.23MPa ，ξb ＝0.56令a s =40mm ，则h 0＝h －a s ＝500-40＝460mm 。

b f M h h x cd d 02020γ--==mm 1.1662505.11101800.1246046062=⨯⨯⨯⨯--x <ξb h 0=0.56×460＝257.6mm 满足要求。

24.17052801.1662505.11mm f bx f As sd cd =⨯⨯==选424，As=1810mm 2， b min ＝5×30+4×27＝258mm > b ＝250mm ，不满足要求。

重选328，As=1847mm 2，b min ＝4×30+3×30.5＝212mm < b ＝250mm ，满足要求。

h 0＝h －a s ＝500-(30+15)＝455mm 。

％＝％，取2.02.0%198.028023.14545min min ρρ<=⨯==sd td f f 。

%2.0%6.14552501847A min 0=>=⨯=ρρbh s ＝，满足要求。

习题2：解：查表f sd =195MPa ，f cd ＝11.5MPa ，f td ＝1.23MPa ，ξb ＝0.62由4Φ18得As ＝1018 mm 2，由a s =40mm ，得h 0＝h －a s ＝500-40＝460mm 。

％＝％，取28.02.0%28.019523.14545min min ρρ>=⨯==sd td f f ， %28.0%9.04602501018A min 0=>=⨯=ρρbh s ＝，满足要求。

mm b f As f x cd sd 0.692505.111018195=⨯⨯==，x <ξb h 0=0.62×460＝285.2mm 满足要求。

第三章 受弯构件正截面承载力计算习题及作业一、思考题1、 试述少筋梁、适筋梁和超筋梁的破坏特征，在设计中如何控制梁的破坏形态。

2、 什么是有效截面高度、相对受压区高度、界限相对受压区高度、最小配筋率和最大配筋率？3、 梁的截面高度、截面宽度与哪些因素有关,设计中通常如何选取？4、 梁中共有几种钢筋，其作用分别是什么？5、 受弯构件计算中采用了几个基本假定,这些基本假定是什么?如何理解?6、 单筋矩形截面梁的计算方法是什么？对矩形截面受弯构件而言，为提高其受弯承载力，可采取的措施有多少种？其中最有效的是哪种？7、 何时采用双筋截面梁？双筋截面梁的计算方法是什么？双筋截面梁有少筋或超筋问题吗?如何在设计中进行控制？8、 T 形截面形成的原因？如何计算T 形截面最小配筋率，为什么? 9、 T 形截面的计算方法是什么？工程中何时采用T 形截面进行计算?10、翼缘在受拉区的T 形截面对承载力有无影响?工程中还有无应用价值？若有价值何时采用？二、作业题1、某办公楼一钢筋混凝土简支梁，梁的计算跨度m l 2.50 ，承受均布线荷载，其中可变荷载标准值为8m kN /,永久荷载标准值为9.5m kN /(不包括梁的自重），拟采用C30混凝土和HRB335级钢筋，结构安全等级为二级，环境类别为一类.钢筋混凝土容重为25m kN /3。

试设计该构件所需的纵向钢筋面积，并选配钢筋.2、某办公楼一矩形截面简支梁,截面尺寸为200X450mm 2，计算跨度4。

5m ，承受均布荷载设计值为79kN/m （含自重).结构安全等级为二级，环境类别为一类。

混凝土强度等级C30，钢筋采用HRB500级。

A 、试设计该梁？B 、若该梁已经配有HRB500级受压钢筋320，受拉钢筋需要多少？3、已知梁截面尺寸为b ×h ＝250×500mm,混凝土强度等级C30，纵向钢筋级别为HRB335，受压区配有216钢筋，受拉区配有625钢筋，试求该梁能够承受的极限弯矩是多少？4、一T 形截面梁,截面尺寸如图，混凝土强度等级C30，钢筋级别为HRB400,结构安全等级为二级,环境类别为一类.试按以下三种弯矩设计值M ，分别设计纵向受拉钢筋面积。

第三章思考题3.1 房屋结构设计时应考虑那些荷载或作用？P52，P56答：主要考虑竖向荷载（自重、楼屋面活荷载等）和水平作用（风荷载和地震作用等）。

3.2 房屋建筑结构的竖向荷载如何取值？进行竖向荷载作用下的内力计算时，是否要考虑活荷载的不利布置？P52答：对永久荷载，采用标准值作为代表值；对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值；对偶然和在应按建筑结构使用的特点确定其代表值。

一般情况下可不考虑活荷载的最不利布置，但如果楼面活荷载大于4kN/2m 时，其不利分布对梁弯矩的影响会比较明显，应予考虑。

3.3 结构承受的风荷载与哪些因素有关？P56答：由k z s z 0=w βμμω，可知结构承受的风荷载与基本风压、风荷载体型系数、风压高度变化系数和高度z 处的风振系数有关。

其中，基本风压与地区有关；风压高度系数与高度有关、也与地貌及周围环境有关；风荷载体形系数与建筑物的体型与尺寸有关、也与周围环境和地面粗糙度有关；风振系数与地面类别、结构阻尼比和地面尺寸有关。

3.4 房屋结构风荷载计算时，基本风压、结构体型系数和高度变化系数应分别如何取值？(P56)答：基本风压系以当地比较空旷平坦地面上离地10m 高统计所得的50年一遇10min 平均最大风速0v （m/s ）为标准，按200/1600w v =确定的风压值。

按《荷规》附录E 中附表E.5给出的50年重现期的风压采用，但不得小于0.3kN/2m 。

结构体形系数取值如下： 1） 圆形平面建筑取0.8.2）0.8 1.2/s μ=+3） 高宽比H/B 不大于4的矩形、方形、十字形平面建筑取1.3. 4） 下列建筑取1.4:（A ） V 型、Y 型、弧形、双十字形、井字形平面建筑； （B ） L 型、槽型和高宽比H/B 大于4的十字形平面建筑；（C ） 高宽比H/B 大于4，长宽比L/B 不大于1.5的矩形、鼓型平面建筑 5） 在需要更细致进行风荷载计算的情况下，风荷载体形系数可按《高规》附录B 采用，或由风洞试验确定。

第三章建筑结构设计⽅法课后习题详解第3章建筑结构设计⽅法3.1 思考题3-1 结构在规定的使⽤年限内应满⾜哪些功能要求？答：建筑结构在规定的设计使⽤年限内，应满⾜安全性、适⽤性和耐久性三项功能要求。

3-2 随机变量的平均值、标准差有何统计上的意义？答：A、随机变量的平均值表明随机变量取值的集中程度、整体⽔平或波动中⼼。

B、标准差和变异系数均表明随机变量取值的分散程度或波动⼤⼩。

当平均值相同时，可直接⽤标准差⽐较两个或多个随机变量取值的分散程度；当平均值不相同时，只能⽤变异系数（相对标准差）进⾏⽐较。

3-3 结构的功能函数如何表达？实际⼯程中结构功能可能会出现哪些情况？答：A、Z=g（R，S）=R—S，上式中R和S是随机变量，函数Z也是随机变量。

B、实际⼯程结构功能可能会出现以下三种情况： Z>0，结构处于可靠状态；Z<0，结构处于失效状态；Z=0，结构处于极限状态。

3-4 正态分布的随机变量，以µf(1-1.645δf)为基准，实际取值不低于该基准值的概率（也即保证率）为多少？答：实际取值不低于该基准值的概率P（X>u—1.645σ）=1—F（u-1.645σ）=1—Ф（—1.645）=1-(0.04947+0.05050)/2=0.95。

即不低于95%。

3-5 荷载效应和作⽤效应有什么区别？答：A、荷载效应是由直接作⽤（荷载）引起的内⼒、变形和裂缝等效应。

Ｂ、作⽤效应是由作⽤引起的结构或结构构件的反应，⽤S表⽰，例如内⼒（轴⼒、弯矩、剪⼒、扭矩等）变形和裂缝宽度等。

3-6 安全等级为⼆级的建筑结构构件，延性破坏的⽬标可靠指标应为多少？答：查表P29也可知为3.2.3-7 结构的可靠概率和失效概率之间有什么关系？答：Ａ、可靠概率Ps即可靠度，它与失效概率P f之和为1，可靠概率上升，失效概率下降；可靠概率下降失效概率上升，知道其中任何⼀个，另⼀个也就确定了。

3-8 承载能⼒极限状态和正常使⽤极限状态的含义是什么？答：A、结构或结构构件达到最⼤承载能⼒或不适合于继续承载的变形时的状态。

第一章绪论地震按其成因分为哪几种类型？按其震源的深浅又分为哪几种类型？构造地震、火山地震、陷落地震和诱发地震。

深浅：构造地震可分为浅源地震（d<60km）、中源地震(60 –300km)，深源地震(>300km)什么是地震波？地震波包含了哪几种波？各种地震波各自的传播特点是什么？对地面和建筑物的影响如何？地震波：地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量。

是一种弹性波，分为体波（地球内部传播）、面波（地球表面传播）。

体波：分为纵波（p波）：在传播过程中，其介质质点的振动方向与波的前进方向一致。

特点是：周期短，振幅小；影响：它使地面发生上下振动，破坏性较弱。

橫波（s波）：在传播过程中，其介质质点的振动方向与波的前进方向垂直。

特点是：周期长，振幅大。

影响：它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强，。

面波：分为洛夫波（L波）：传播时将质点在与波前进方向相垂直的水平方向上作蛇形运动。

影响：其波长大、振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。

地震波的传播速度：纵波＞横波＞面波橫波、面波：地面震动猛烈、破坏作用大。

地震波在传播过程中能量衰减：地面振动减弱、破坏作用逐渐减轻。

地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。

地震发生时，震源区的介质发生急速的破裂和运动，这种扰动构成一个波源。

由于地球介质的连续性，这种波动就向地球内部及表层各处传播开去，形成了连续介质中的弹性波。

什么地震震级？什么是地震烈度和基本烈度？什么是抗震设防烈度？地震震级：表示地震本身强度或大小的一种度量指标。

地震烈度：指某一地区的地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。

基本烈度：在一定时期内（一般指50年），某地区可能遭遇到的超越某一概率的最大地震烈度。

抗震设防烈度：就是指指地面及房屋等建筑物受地震破坏的程度。

什么是多遇地震和罕遇地震？多遇地震一般指小震，50年可能遭遇的超越概率为63％的地震烈度值。

罕遇地震一般指大震，50年超越概率2％～3％的地震烈度。

1201212(...)cos cos cos n nz z s s sn W a a a B B B βμμμμω=+++第三章3.1 计算总风荷载和局部风荷载的目的是什么？二者计算有何异同？答：(1)总风荷载是建筑物各表面承受风作用力的合力，是沿高度变化的分布荷载，计算总风荷载的目的是为了计算抗侧力结构的侧移及各构件内力。

局部风荷载是用于计算结构局部构件或围护构件与主体的连接。

(2)二者的异同：二者都用下列公式计算但计算局部风荷载的时候采用的是部风荷载体型系数。

3.2 对图3-13结构的风荷载进行分析。

图示风的作用下，各建筑立面的风是吸力还是压力？是什么方向？结构的总风荷载是哪个方向？如果要计算与其成90°方向的总风荷载，其大小与前者相同吗？为什么？3.3 计算一个框架-剪力墙结构的总风荷载。

结构平面即图3-13的平面，16层，层高3m ，总高度为48m 。

由现行荷载规范上找出你所在地区的基本风压值，按50年重现期计算。

求出总风荷载合力作用线及其沿高度的分布。

3.4 地震地面运动特性用哪几个特征量来描述？结构破坏与地面运动特性有什么关系？答：(1)地震地面运动的特性可用三个量来描述：强度（由振幅值大小表示）、频谱和持续时间。

(2)结构破坏与地面运动特性有着密切的关系，主要表现在：强烈地震的加速度或速度幅值一般很大，但如果地震时间很短，对建筑物的破坏性可能不大；而有时地面运动的加速度或速度幅值并不太大，而地震波的卓越周期与结构的基本周期接近，或者振动时间很长，都可能对建筑物造成严重影响。

3.5 什么叫地震地面运动的卓越周期？卓越周期与场地有什么关系？卓越周期与场地特征周期有何关系？答：(1)地震地面运动的卓越周期是指地震功率谱中能量占主要部分的周期。

(2)卓越周期与场地的关系：硬土的卓越周期短；软土的卓越周期长。

(3)卓越周期T与特征周期Tg间的关系应理解为: 二者都是场地固有周期T0的不同预测值, 因预测方法不同而冠以不同的名称。

《建筑结构抗震设计》第三章课后习题答案一、问答题1.结构抗震设计计算有几种方法？各种方法在什么情况下采用？答：结构抗震设计计算方法有：底部剪力法、振型分解反应谱法、时程分析法。

⑴高度不超过40m ，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法；⑵除⑴外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱法；⑶特别不规则的建筑、甲类建筑和表3-10所列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算，可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。

2.什么是地震作用？什么是地震反应？答：地震作用：结构所受最大的地震惯性力。

地震反应：由地震动引起的结构内力、变形、位移及结构运动速度与加速度等统称为结构地震反应。

3.什么是地震反应谱？什么是设计反应谱？它们有何关系？答：地震反应谱：为便于求地震作用，将单自由度体系的地震最大绝对加速度反应与其自振周期T 的关系。

设计反应谱：地震反应谱是根据已发生的地震地面运动记录计算得到的，而工程结构抗震设计需考虑的是将来发生的地震对结构造成的影响。

工程结构抗震设计不能采用某一确定地震记录的反应谱，考虑到地震的随机性、复杂性，确定一条供设计之用的反应谱，称之为设计反应谱。

设计抗震反应谱和实际地震反应谱是不同的，实际地震反应谱能够具体反映1次地震动过程的频谱特性，而抗震设计反应谱是从工程设计的角度，在总体上把握具有某一类特征的地震动特性。

地震反应谱为设计反应谱提供设计依据。

4.计算地震作用时结构的质量或重力荷载应怎样取？答：质量：连续化描述（分布质量）、集中化描述（集中质量）。

进行结构抗震设计时，所考虑的重力荷载，称为重力荷载代表值。

结构的重力荷载分恒载（自重）和活载（可变荷载）两种。

活载的变异性较大，我国荷载规范规定的活载标准值是按50年最大活载的平均值加0.51.5倍的均方差确定的，地震发生时，活载不一定达到标准值的水平，一般小于标准值，因此计算重力荷载代表值时可对活载折减。

《建筑结构抗震设计》课后习题解答第1章绪论1、震级和烈度有什么区别和联系？震级是表示地震大小的一种度量，只跟地震释放能量的多少有关，而烈度则表示某一区域的地表和建筑物受一次地震影响的平均强烈的程度。

烈度不仅跟震级有关，同时还跟震源深度、距离震中的远近以及地震波通过的介质条件等多种因素有关。

一次地震只有一个震级，但不同的地点有不同的烈度。

2.如何考虑不同类型建筑的抗震设防？规范将建筑物按其用途分为四类：甲类（特殊设防类）、乙类（重点设防类）、丙类（标准设防类）、丁类（适度设防类）。

1 ）标准设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用，达到在遭遇高于当地抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏的抗震设防目标。

2 ）重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。

同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。

3 ）特殊设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施。

同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用。

4 ）适度设防类，允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低其抗震措施，但抗震设防烈度为6度时不应降低。

一般情况下，仍应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。

3.怎样理解小震、中震与大震？小震就是发生机会较多的地震，50年年限，被超越概率为63.2%；中震，10%；大震是罕遇的地震，2%。

4、概念设计、抗震计算、构造措施三者之间的关系？建筑抗震设计包括三个层次：概念设计、抗震计算、构造措施。

概念设计在总体上把握抗震设计的基本原则；抗震计算为建筑抗震设计提供定量手段；构造措施则可以在保证结构整体性、加强局部薄弱环节等意义上保证抗震计算结果的有效性。

他们是一个不可割裂的整体。