砌体结构课后习题答案1~~3(8页).doc

-第一章第二章第三章第四章 砌体结构课后习题答案13-第 8 页第五章 绪论1. 砌体、块体、砂浆这三者之间有何关系？答：由块体和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要受力构件的结构称为砌体结构。它是砖砌体、砌块砌体和石砌体结构的统称。2. 哪项措施使砌体结构在地震区的应用得以复兴？答：1950年以来，各工业发达国家对砌体结构进行了研究与改进，块体向高强、多孔、薄壁、大块等方向发展，最重要的是发展了配筋砌体，才使砌体结构能用于地震区，使砌体结构得到了复兴。3. 砌体的基本力学特征是什么？答：抗压强度很高，抗拉强度却很低。因此，砌体结构构件主要承受轴心压力或小偏心压力，而很少受拉或受弯。4. 砌体结构的优缺点对于其应用有何意义？答：砌体结构的主要优点是：1）容易就地取材。砖主要用粘土烧制；石材的原料是天然石；砌块可以用工业废料矿渣制作，来源方便，价格低廉。2）砖、石或砌块砌体具有良好的耐火性和较好的耐久性。3）砌体砌筑时，不需要模板和特殊的施工设备。在寒冷地区，冬季可用冻结法砌筑，不需要特殊的保温措施。4）砖墙和砌块墙体有良好的隔声、隔热和保温性能。并有良好的耐火性和耐久性，所以既是较好的承重结构，也是较好的维护结构。砌体结构的缺点是：1）与钢和混凝土相比，砌体的强度较低，因而构件的截面尺寸较大，材料用量多，自重大。2）砌体的砌筑基本上是手工方式，施工劳动量大。3）砌体的抗拉强度和抗剪强度都很低，因而抗震性能较差，在使用上受到一定的限制；砖、石的抗拉强度也不能充分发挥。4）粘土砖需要用粘土制造，在某些地区过多占用农田，影响农业生产。5. 与其他结构形式相比，砌体结构的发展有何特点？答：相对于其他结构形式，砌体结构的设计理论发展得较晚，还有不少问题有待进一步研究。随着社会和科学技术的进步，砌体结构也需要不断发展才能适应社会的要求。砌体结构的发展方向如下：1）使砌体结构适应可持续性发展的要求2）发展高强、轻质、高性能的材料3）采用新技术、新的结构体系和新的设计理论第六章 砌体结构的设计原则1. 极限状态设计法与破坏阶段设计法、容许应力设计法的主要区别是什么？答：极限状态设计法考虑荷载的不确定性以及材料强度的变异性，将概率论引入结构的设计，可以定量估计所设计结构的可靠水平。2. 砌体结构的功能要求是什么？试述极限状态的种类和意义？答：砌体结构在规定的设计使用年限内应满足以下功能要求：安全性、适用性、耐久性；建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068-2001）将结构的极限状态分为两大类：承载能力极限状态和正常使用极限状态。前者对应于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。后者对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项限值。3. 现行砌体结构设计规范的承载力设计公式中如何体现房屋安全等级不同或房屋的设计使用期不同的影响？答：在计算公式中引入了结构重要性系数，对安全等级为一级或设计使用年限为50年以上的结构构件，不应小于1.1；对安全等级为二级或设计使用年限为50年的结构构件，不应小于1.0；对安全等级为三级或设计使用年限为15年的结构构件，不应小于0.9。4. 现行砌体结构设计规范的承载力设计公式中如何体现施工技术、施工管理水平等对结构可靠度的影响？答：在计算公式中引入了砌体结构材料性能分项系数，在确定该项系数时，引入了施工质量控制等级的概念。一般情况下，宜按施工控制等级为B级考虑，取用1.6；当为C级时，取为1.8。5. 结构功能函数的含义是什么？答：结构的状态方程可描述为Z=g（X1，X2，X3，Xn），当Z>0时，结构处于可靠状态；当Z<0时，结构处于失效状态；当Z=0时，结构处于极限状态。6. 极限状态的种类有哪些？其意义如何？答：承载能力极限状态和正常使用极限状态。前者对应于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。后者对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项限值。7. 失效概率、可靠指标的意义是什么？两者的关系如何？答：可靠指标失效概率越大，越小；反之，越大。8. 砌体承载能力极限状态设计公式中分项系数是按什么原则确定的？答：为确定各分项系数，对给定的荷载和材料强度，以及相应的任何一组分项系数，按照前一节介绍的理论，可以计算出以该分项系数表示的极限状态设计公式所反映的可靠度。定义一测度函数，以此来衡量不同分项系数的设计公式所反映的可靠度和结构构件承载力极限状态的目标可靠指标的接近度。其中，最接近的一组分项系数就是所要求的规范设计公式中的分项系数。9. 荷载的标准值、设计值是什么？两者的关系如何？答：标准值：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设计值：荷载代表值与荷载分项系数的乘积10. 砌体材料的标准值、设计值是什么？两者的关系如何？答：砌体的强度标准值：；砌体材料的设计值：11. 何为设计使用期？答：设计规定的结构或结构构件不需要进行大修即可按预定目的使用的年限12. 在确定砌体材料强度的设计值时，如果构件的截面尺寸过小，如何取值？答：2时，2时，为其截面面积加0.8.这是考虑截面较小的砌体构件，局部碰损或缺陷对强度影响较大而采取的调整系数，此时，构件截面面积以m2计。第七章 砌体材料及其力学性能1. 砌体有哪些种类？对块体与砂浆有何基本要求？答：无筋砌体，配筋砌体，预应力砌体；为了保证砌体的受力性能和整体性，块体应相互搭接，砌体中的竖向灰缝应上、下错开；为保证配筋砌块砌体的工程质量、整体受力性能，应采用高粘结、工作性能好和强度高的专用砂浆及高流态、低收缩和高强度的专用灌孔混凝土。2. 轴心受压砌体破坏的特征如何？影响砌体抗压强度的因素有哪些？答：砌体轴心受压从加荷开始到破坏，大致经历三个阶段：1）当砌体加载达极限荷载的50%70%时，单块砖内产生细小裂缝。此时若停止加载，裂缝亦停止扩展。2）当加载达极限荷载的80%90%时，砖内的有些裂缝连通起来，沿竖向贯通若干皮砖。此时，即使不再加载，裂缝仍会继续扩展，砌体实际上已接近破坏。3）当压力接近极限荷载时，砌体中裂缝迅速扩展和贯通，将砌体分成若干个小柱体，砌体最终因被压碎或丧失稳定而破坏；影响砌体抗压强度的因素：1）块体的物理力学性能2）砂浆的物理力学性能3）砌筑质量4）试件的尺寸和形状、试件的龄期、加载方式、块体的搭砌方式等3. 如何解释砌体抗压强度远小于块体的强度等级而又大于砂浆强度等级较小时的砂浆强度等级？答：1）砌体中的砖处于复合受力状态。由于砖的表面本身不平整，再加之铺设砂浆的厚度很不均匀，水平灰缝也不很饱满，造成单块砖在砌体内并不是均匀受压，而是处于同时受压、受弯、受剪甚至受扭的复合受力状态。由于砖的抗拉强度很低，一旦拉应力超过砖的抗拉强度，就会引起砖的开裂。2）砌体中的砖受有附加水平拉应力。由于砖和砂浆的弹性模量及横向变形系数的不同，砌体受压时要产生横向变形，当砂浆强度较低时，装的横向变形比砂浆小，在砂浆粘着力与摩擦力的影响下，砖将阻止砂浆的横向变形，从而使砂浆受到横向压力，砖就受到横向拉力。由于砖内出现了附加拉应力，便加快了砖裂缝的出现。3）竖向灰缝处存在应力集中。由于竖向灰缝往往不饱满以及砂浆收缩等原因，竖向灰缝内砂浆和砖的粘结力减弱，使砌体的整体性受到影响。因此，在位于竖向灰缝上、下端的砖内产生横向拉应力和剪应力的集中，加快砖的开裂。4. 砌体受压、受拉、受弯和受剪时，破坏形态如何？答：受压破坏：砌体分成若干个小柱体，最终因被压碎或丧失稳定而破坏受拉破坏：1）沿竖向及水平灰缝的齿缝截面破坏2）沿块体和竖向灰缝截面破坏3）沿通缝截面破坏受弯破坏：1）沿齿缝截面破坏2）沿块体和竖向灰缝截面破坏3）沿通缝截面破坏受剪破坏：1）沿通缝截面破坏2）沿阶梯形截面破坏5. 水平灰缝和竖向灰缝对砌体的设计强度影响如何？答：由于竖向灰缝往往不饱和以及砂浆收缩等原因，竖向灰缝内砂浆和砖的粘结力减弱，使砌体的整体性受到影响；当水平灰缝的砂浆饱满度为73%时，砌体强度即可达到规定的强度指标；水平灰缝的厚度愈高，砌体强度愈低。6. 在哪些情况下，需对砌体强度设计值进行调整？为什么？答：GB50003规范规定，对下列情况的各类砌体，其砌体强度设计值应乘以调整系数：1） 有吊车房屋砌体，跨度不小于9m的梁下烧结普通砖砌体及跨度不小于7.5m的梁下烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖砌体和混凝土砌块砌体，其为0.9。这是考虑厂房受吊车动力影响而且柱的受力情况较为复杂而采取的降低抗力、保证安全的措施。2） 2时，2时，为其截面面积加0.8.这是考虑截面较小的砌体构件，局部碰损或缺陷对强度影响较大而采取的调整系数，此时，构件截面面积以m2计。3） 当砌体用水泥砂浆砌筑时，对烧结普通砖和烧结多孔砖砌体的抗压强度设计值，为0.9；对蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖砌体的抗压强度设计值，为0.8；对配筋砌体构件，当其中的砌体采用水泥砂浆砌筑时，仅对砌体的强度设计值乘以调整系数.4） 当施工质量控制等级为C级时，的比值。施工阶段砂浆尚未硬化的新砌砌体的强度和稳定性，可按砂浆强度为零进行验算。对于冬期施工采用掺盐砂浆法施工的砌体，砂浆强度等级按常温施工的强度等级提高一级时，砌体强度和稳定性可不验算。配筋砌体不得用掺盐砂浆法施工。7. 砌体的受压弹性模量是如何确定的？它有哪些影响因素？答：砌体的弹性模量E，是根据砌体受压时的应力-应变图确定的。根据对砌体变形的测量结果，砌体弹性特征值随砌块强度的增高和灰缝厚度的加大而降低，随料石厚度的增大和砂浆强度的提高而增大。8. 在确定砌体材料强度的设计值时，如果构件的截面尺寸过小将如何取值？答：2时，2时，为其截面面积加0.8.这是考虑截面较小的砌体构件，局部碰损或缺陷对强度影响较大而采取的调整系数，此时，构件截面面积以m2计。第四章砌体房屋结构的形式和内力分析1. 混合结构房屋有哪几种承载体系？各有何优缺点？答：横墙承重体系，纵墙承重体系，纵、横墙承重体系，底层框架或内框架承重体系横墙承重体系：1）纵墙的作用主要是维护、隔断以及与横墙拉结在一起，保证横墙的侧向稳定；对纵墙上设置门窗洞口的限制较少，外纵墙的立面处理比较灵活。2）横墙间距较小，一般为34.5m，纵、横墙及楼屋盖一起形成刚度很大的空间受力体系，整体性好。对抵抗沿横墙方向的水平作用（风、地震）较为有利，也有利于调整地基的不均匀沉降3）结构简单，施工方便，楼盖的材料用量较少，但墙体的用料较多。纵墙承重体系：1）横墙的设置主要是满足房间的使用要求，保证纵墙的侧向稳定和房屋的整体刚度。这使得房屋的划分比较灵活。2）由于纵墙承受的荷载较大，在纵墙上设置的门窗洞口的大小和位置都受到一定的限制。3）纵墙间距一般较大，横墙数量相对较小，房屋的空间刚度比横墙承重体系小。4）与横墙承重体系相比，楼盖的材料用量较多，墙体的材料用量较小。纵横墙承重体系：纵、横墙承重体系的平面布置比较灵活，既可使房间有较大的空间，也可有较好的空间刚度，适用于教学楼、办公楼及医院等建筑。内框架承重体系：1）可以有大的空间，且梁的跨度并不相应增大。2）由于横墙少，房屋的空间刚度和整体性较差。3）由于钢筋混凝土柱和砖墙的压缩性能不同，且柱基础和墙基础的沉降量也不易一致，故结构易产生不均匀的竖向变形。4）框架和墙的变形性能相差较大，在地震时易由于变形不协调而产生破坏。底层框架承重体系：底层刚度很小，往往是薄弱处，设计中需特别注意。2. 刚性、刚弹性、弹性三种静力计算方案有哪些不同点？答:刚性方案：相邻单元对计算单元的约束为无线刚性，刚性方案的楼、屋盖在水平方向可视为刚度很大的深梁，横墙的尺寸和构造可视为一刚度很大的悬臂深梁，则纵墙与楼屋盖相交处的水平位移是小到可以忽略不计的。在这种情况下，可认为楼、屋盖是此单元中纵墙的水平不动铰支承。弹性方案：相邻单元对计算单元的约束为零。在计算简图中，其中的水平轴力杆件为屋架或屋面大梁，其刚度可取为无穷大。刚弹性方案：整个房屋通过相邻单元对计算单元施加了一个弹性约束反力，计算简图如下3. 房屋空间性能影响系数的物理意义是什么？答：空间性能影响系数，其中为计算单元顶部的水平位移，为该单元在无弹簧时的水平位移。4. 刚性方案单层和多层房屋墙、柱的计算简图有何异同？答：单层刚性房屋墙体计算简图 多层刚性方案在竖向荷载作用下计算简图刚性方案单层房屋结构墙和柱的计算简图如上所示，对等截面的墙和柱，其自重只产生轴力。但对变截面阶形的墙和柱，上阶墙自重G1对下阶各截面产生弯矩M=G1e1。由于墙体自重在上部铰支撑的形成以前就已存在，故应按上端自由、底端固定的悬臂构件进行承载力验算；刚性方案多层房屋墙体：计算单元的选取与单层房屋相似，对于纵墙，在平面图上取有代表性的一段；对有门窗洞口的纵墙，其计算截面取窗间墙截面，即取最小截面处按等截面杆件计算。对于横墙，通常在平面图上取单位宽的一段。但在竖向荷载作用下，纵墙的计算简图还可以进一步简化，可近似认为，某一楼（屋）盖的偏心荷载传至下层时，都已成为均匀分布。另一方面，由于楼盖的梁或板搁置在墙内，使墙体的连续性和承受弯矩的能力受到削弱。因此，墙体在每层高度范围内，可近似地视作两端铰支的竖向构件。横墙的计算与纵墙相似。5.什么情况下不考虑风荷载的影响？答:1)洞口水平截面积不超过全截面面积的2/3；2）层高和总高不超过表4-32。6. 如何选取墙和柱的承载力验算控制截面？答：每层墙取和两个控制截面，截面位于该层墙体顶部大梁（或板）底面；截面位于该层墙体下部大梁（或板）底面稍上的截面，对于底层墙截面取基础顶面处的截面。构件的截面一般取窗间墙的截面并按等截面考虑，即在控制界面处均取窗间墙的截面。7. 弹性方案和刚性方案单层房屋在水平风荷载的作用下的内力计算步骤各是怎样的？有何异同？答：弹性方案：在水平荷载作用下，运用叠加原理，可按下图所示的方法计算。首先，在顶部加一水平连杆约束，算出其约束反力R及相应的结构内力。然后，去除约束并把反力R反向作用在顶部，算出相应的内力。最终的内力为上述两步内力的叠加。刚性方案：将风荷载简化为均布荷载q1和作用在顶部的集中荷载Fw。8. 在水平风荷载作用下，刚弹性方案多层房屋墙、柱内力计算步骤是怎样的？答：1）在各横梁处加水平连杆约束，求出相应的内力和各层的约束反力Ri，i=1，n，其中n为层数；2）把第i层的约束反力Ri反向后再乘以该层的空间性能影响系数后作用于结构（i=1，n），求出相应的内力；3）把上两步所求出的内力哦相叠加，就得到原结构的内力。习题4-1 某三层教学试验楼平面及外纵墙剖面见图4-49，采用装配式梁、板，梁L1 截面尺寸为b ×h = 200mm×500mm。顶层及二层墙厚为240mm，二层梁伸入墙内370mm。试计算顶层外纵墙控制截面处的最不利内力。已知荷载资料：1. 屋面荷载屋面恒载标准值（防水层、找平层、隔热层、空心板、抹灰等）：2屋面活载标准值：0.7 kN/m22. 楼面荷载楼面恒载标准值：2.94 kN/m2楼面活载标准值：2.0 kN/m2钢筋混凝土的容重取25kN/m2，双面粉刷的240 厚砖墙重为5.24 kN/m2，双面粉刷的370厚砖墙重为7.56 kN/m2，木窗自重为0.3 kN/m2，基本风压值0=0.40 kN/m2。采用块体强度为MU10，砂浆强度为M5。解：(1)确定静力计算方案s = 3200×4 =12800mm >2H = 8000mm，H0=H ，根据表4-2 可知该房屋属于刚性方案(2) 计算简图取两个控制截面，I-I 截面为墙上部梁下截面，II-II 截面为墙下部梁底上截面，取窗间墙截面进行承载力验算。A =1400×240 = 336000mm2图略(3) 荷载设计值计算风荷载可忽略不计屋面传来集中荷载：×××+××25×3)+×××=kN×××+××25×3)+××××=kN屋面传来集中荷载楼面传来集中荷载：×××+××25×3)+×2××=kN×××+××25×3)+××2××=kN楼面传来集中荷载顶层砖墙自重×(4××2.1)×+××0.3= kN女儿墙自重×××= kN楼板面至梁底砖墙自重可算可不算(4) 内力计算顶层MI=+22.64)×=kNmNI=6+=kNM=0N=6+=kN