第二節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)平衡的技術(shù)

★ 考點(diǎn)預(yù)測(cè)

1.力的三要素包括：大小、方向和作用點(diǎn)。

2.物體的平衡狀態(tài)包括：靜止?fàn)顟B(tài)和等速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

3.力的平衡條件：ΣX=0，ΣY=0，ΣM=0。

4.桁架結(jié)構(gòu)假設(shè)：（1）桁架的節(jié)點(diǎn)是鉸接；（2）每個(gè)桿件的軸線是直線；（3）荷載及支座反力都作用在節(jié)點(diǎn)上。

5.剪力圖和彎矩圖。

6.防止結(jié)構(gòu)傾覆要求：引起傾覆的力矩M（傾）應(yīng)小于抵抗傾覆的力矩M（抗），可取M（抗）≥（1.2～1.5）M（傾）。

7.震級(jí)和烈度。

震級(jí)是按照地震本身強(qiáng)度而定的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，衡量某次地震的大小，一次地震只有一個(gè)震級(jí)。

烈度是指某一地區(qū)的地面及建筑物遭受一次地震影響的強(qiáng)弱程度，和該地距震中距離、地震大小、震源深淺等多種因素有關(guān)。抗震設(shè)防烈度是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的依據(jù)。

8.我國規(guī)范抗震設(shè)防基本思想：大震不倒、中震可修、小震不壞。

9.抗震構(gòu)造措施。

（1）砌體結(jié)構(gòu)：設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱；設(shè)置鋼筋混凝土圈梁與構(gòu)造柱連接；加強(qiáng)墻體連接；保持樓板和梁的支撐長度和可靠連接；加強(qiáng)樓梯間整體性等。

（2）框架結(jié)構(gòu)：強(qiáng)柱、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)錨固；控制配筋率，限制配筋直徑；加長錨固長度，加密箍筋等。

（3）設(shè)置必要防震縫。

10.常見建筑結(jié)構(gòu)體系及其應(yīng)用，如表1-6所示。

★ 答疑教室

1.建筑裝飾裝修對(duì)建筑結(jié)構(gòu)有什么主要影響？

答：（1）增加的裝飾裝修荷載應(yīng)控制在允許范圍內(nèi)，必要時(shí)要對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力進(jìn)行驗(yàn)算。

（2）涉及主體和承重結(jié)構(gòu)改動(dòng)時(shí)，必須保證建筑物的結(jié)構(gòu)安全和主要使用功能。

（3）嚴(yán)禁違反設(shè)計(jì)文件擅自改動(dòng)建筑主體、承重結(jié)構(gòu)或主要使用功能，嚴(yán)禁擅自拆改水、暖、電、燃?xì)狻⑼ㄐ诺扰涮自O(shè)施。

2.抗震結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的含義是什么？

答：概念設(shè)計(jì)就是根據(jù)以往地震災(zāi)害的經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)研究的成果進(jìn)行抗震設(shè)防的設(shè)計(jì)，提高建筑物總體上的抗震能力。主要包括：選擇有利于抗震的場地；建筑物形狀盡量規(guī)則簡單；質(zhì)量中心和剛度中心盡可能靠近；抗震結(jié)構(gòu)體系技術(shù)上先進(jìn)且經(jīng)濟(jì)上合理；選擇抗震性能好的材料；保證結(jié)構(gòu)整體性和延性；構(gòu)件間有可靠的連接以滿足抗震要求。

3.常見建筑結(jié)構(gòu)體系有哪些？其適用情況如何？

答：（1）混合結(jié)構(gòu)體系，多用于住宅、辦公樓、教學(xué)樓建筑中。

（2）框架結(jié)構(gòu)體系，多用于小高層大空間建筑。

（3）剪力墻體系，多用于小開間住宅和旅館等。

（4）框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，多用于10層～20層的建筑。

（5）筒體結(jié)構(gòu)，多用于30層～50層的房屋。

（6）桁架結(jié)構(gòu)體系，多用于單層廠房的屋頂。

（7）網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，多用于體育館、展覽館等超大空間公用建筑。

（8）拱式結(jié)構(gòu)，多用于大跨度建筑，如橋梁、大型體育館等。

（9）懸索結(jié)構(gòu)，多用于橋梁。

（10）薄壁空間結(jié)構(gòu)，多用于大跨度的屋蓋結(jié)構(gòu)，如展覽館、俱樂部、飛機(jī)庫等。

★ 真題趨勢(shì)

1.房屋建筑筒中筒結(jié)構(gòu)的內(nèi)筒，一般由（）組成。【2012】

A.電梯間和設(shè)備間

B.樓梯間和衛(wèi)生間

C.設(shè)備間和衛(wèi)生間

D.電梯間和樓梯間

【答案】D

【解析】筒體結(jié)構(gòu)可分為框架—核心筒結(jié)構(gòu)、筒中筒和多筒結(jié)構(gòu)等，筒中筒結(jié)構(gòu)的內(nèi)筒一般由電梯間、樓梯間組成。內(nèi)筒與外筒由樓蓋連接成整體，共同抵抗水平荷載及豎向荷載。

2.樓蓋和屋蓋采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而墻和柱采用砌體結(jié)構(gòu)建造的房屋屬于（）體系建筑。【2012】

A.混合結(jié)構(gòu)

B.框架結(jié)構(gòu)

C.剪刀墻

D.桁架結(jié)構(gòu)

【答案】A

【解析】混合結(jié)構(gòu)房屋一般是指樓蓋和屋蓋采用鋼筋混凝土或鋼木結(jié)構(gòu)，而墻和柱采用砌體結(jié)構(gòu)建造的房屋，大多用在住宅、辦公樓、教學(xué)樓建筑中。因?yàn)槠鲶w的抗壓強(qiáng)度高而抗拉強(qiáng)度很低，所以住宅建筑最適合采用混合結(jié)構(gòu)，一般在6層以下。

3.加強(qiáng)多層砌體結(jié)構(gòu)房屋抵抗地震能力的構(gòu)造措施有（）。【2012】

A.提高砌體材料的強(qiáng)度

B.增大樓面結(jié)構(gòu)厚度

C.設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱

D.加強(qiáng)樓梯間的整體性

E.設(shè)置鋼筋混凝土圈梁并與構(gòu)造柱連接起來

【答案】CDE

【解析】多層砌體房屋結(jié)構(gòu)材料脆性大，抗拉、抗剪能力低，抵抗地震的能力差。可采取的抗震措施為：（1）設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱，減少墻身的破壞，并改善其抗震性能，提高延性；（2）設(shè)置鋼筋混凝土圈梁，與構(gòu)造柱連接起來，增強(qiáng)了房屋的整體性，改善了房屋的抗震性能，提高了抗震能力；（3）加強(qiáng)墻體的連接，樓板和梁應(yīng)有足夠的支承長度和可靠連接；（4）加強(qiáng)樓梯間的整體性等。

4.為控制裝修對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響，正確的做法有（）。【2012】

A.裝修時(shí)不能自行改變?cè)瓉淼慕ㄖ褂霉δ?/p>

B.新的裝修構(gòu)造做法產(chǎn)生的荷載值不能超過原有樓面結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)值

C.經(jīng)原設(shè)計(jì)單位的書面有效文件許可，即可在原有承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件上開洞鑿孔

D.裝修時(shí)不得自行拆除任何承重構(gòu)件

E.裝修施工中可以臨時(shí)在建筑樓板上堆放大量建筑裝修材料

【答案】ABCD

【解析】在裝修對(duì)結(jié)構(gòu)的影響及對(duì)策中，裝修時(shí)不能自行改變?cè)瓉淼慕ㄖ褂霉δ堋Ｈ缬斜匾淖儠r(shí)，應(yīng)該取得原設(shè)計(jì)單位的許可，A正確。在進(jìn)行樓面和屋面裝修吋，新的裝修構(gòu)造做法產(chǎn)生的荷載值不能超過原有建筑裝修構(gòu)造做法荷載值，B正確。在裝修施工中，不允許在原有承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件上開洞鑿孔，降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力。如果實(shí)在需要，應(yīng)該經(jīng)原設(shè)計(jì)單位的書面有效文件許可，方可施工，C正確。裝修時(shí)，不得自行拆除任何承重構(gòu)件，或改變結(jié)構(gòu)的承重體系，D正確。裝修施工時(shí)，不允許在建筑內(nèi)樓面上堆放大量建筑材料，E錯(cuò)誤。

5.大跨度混凝土拱式結(jié)構(gòu)建（構(gòu)）筑物，主要利用了混凝土良好的（）。【2010】

A.抗剪性能

B.抗彎性能

C.抗拉性能

D.抗壓性能

【答案】D

【解析】拱式結(jié)構(gòu)的主要內(nèi)力為軸向壓力，可利用抗壓性能良好的混凝土建造大跨度的拱式結(jié)構(gòu)。

6.關(guān)于非抗震設(shè)計(jì)的框架結(jié)構(gòu)，不同部位震害程度的說法，正確的有（）。【2010】

A.柱的震害輕于梁

B.柱頂震害輕于柱底

C.角柱的震害重于內(nèi)柱

D.短柱的震害重于一般柱

E.填充墻處是震害發(fā)生的嚴(yán)重部位之一

【答案】CDE

【解析】框架結(jié)構(gòu)震害的嚴(yán)重部位多發(fā)生在框架梁柱節(jié)點(diǎn)和填充墻處；一般是柱的震害重于梁，柱頂?shù)恼鸷χ赜谥祝侵恼鸷χ赜趦?nèi)柱，短柱的震害重于一般柱。為此采取了一系列措施，把框架設(shè)計(jì)成延性框架，遵守以下原則：強(qiáng)柱、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)錨固，避免短柱，加強(qiáng)角柱，框架沿高度不宜突變，避免出現(xiàn)薄弱層，控制最小配筋率，限制配筋最小直徑等。構(gòu)造上采取受力筋錨固適當(dāng)加長，節(jié)點(diǎn)處箍筋適當(dāng)加密等措施。

7.如圖1-3所示，人字梯放置在光滑（忽略摩擦）地面上，頂端人體重量為P。關(guān)于繩子拉力與梯子和地面的夾角口、繩子位置h的關(guān)系的說法，正確的是（）。【2011】

A.α、h越大，繩子拉力越大

B.α、h越小，繩子拉力越大

C.α越大、h越小，繩子拉力越大

D.α越小、h越大，繩子拉力越大

【答案】D

【解析】假設(shè)梯子的總長度為l。根據(jù)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，取梯子的一半，則其頂端承受的力為P/2，根據(jù)結(jié)構(gòu)豎向受力的平衡，可知地面的豎向支撐力也為P/2。假設(shè)繩子的拉力為F，則根據(jù)結(jié)構(gòu)水平受力的平衡，梯子左右兩部分在頂端的水平壓力也為 F，根據(jù)梯子頂端所受彎矩的平衡，可以得到

故：，從式中可知α越小、h越大，繩子的拉力越大。

8.在非地震區(qū)，最有利于抵抗風(fēng)荷載作用的高層建筑平面形狀是（）。【2011】

A.圓形

B.正方形

C.十字形

D.菱形

【答案】A

【解析】平面為圓形的建筑比方形或矩形建筑，其風(fēng)壓可減小近40%。所以在高層建筑中，常看到圓形建筑。它不僅風(fēng)壓小，而且各向的剛度比較接近，有利于抵抗水平力的作用。

9.對(duì)作用于框架結(jié)構(gòu)體系的風(fēng)荷載和地震力，可簡化成（）進(jìn)行分析。【2011】

A.節(jié)點(diǎn)間的水平分布力

B.節(jié)點(diǎn)上的水平集中力

C.節(jié)點(diǎn)間的豎向分布力

D.節(jié)點(diǎn)上的豎向集中力

【答案】B

【解析】框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析通常是用計(jì)算機(jī)進(jìn)行精確分析。常用的手工近似法是：豎向荷載作用下用分層計(jì)算法；水平荷載作用下用反彎點(diǎn)法。風(fēng)荷載和地震力可簡化成節(jié)點(diǎn)上的水平集中力進(jìn)行分析。

10.以承受軸向壓力為主的結(jié)構(gòu)有（）。【2011】

A.拱式結(jié)構(gòu)

B.懸索結(jié)構(gòu)

C.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

D.桁架結(jié)構(gòu)

E.殼體結(jié)構(gòu)

【答案】AE

【解析】拱是一種有推力的結(jié)構(gòu)，它的主要內(nèi)力是軸向壓力；懸索結(jié)構(gòu)的主要承重結(jié)構(gòu)是受拉的鋼索；網(wǎng)架是由許多桿件按照一定規(guī)律組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，桿件主要承受軸向力，可能是拉力，也可能是壓力；桁架結(jié)構(gòu)由桿件組成，桿件只有軸向力，可能是拉力，也可能是壓力；殼體結(jié)構(gòu)屬于空間受力結(jié)構(gòu)，主要承受曲面內(nèi)的軸向壓力，彎矩很小。

★ 強(qiáng)化自測(cè)

一、單選題

1.簡支梁受均布荷載時(shí)的最大彎矩是（）。

A.跨中 ql2/8

B.跨中ql2/4

C.支座處ql2/8

D.支座處ql2/4

2.二力桿是指（）。

A.力作用于桿件的兩端并沿桿件的軸線

B.力作用于桿件的兩端并相互平行

C.力作用于桿件的中部并沿桿件的軸線

D.力作用于桿件的中部并相互平行

3.二力桿所受內(nèi)力有（）。

A.拉力、壓力

B.彎矩、拉力

C.剪力、彎矩

D.剪力、壓力

4.靜定桁架中各節(jié)點(diǎn)都假定為（）。

A.剛接

B.彈性連接

C.鉸接

D.焊接連接

5.下列屬于水平荷載的是（）。

A.結(jié)構(gòu)的自重

B.風(fēng)荷載

C.雪荷載

D.樓面活荷載

6.當(dāng)力的作用線通過矩心時(shí)，此時(shí)矩心處的力矩（）。

A.最大

B.最小

C.為零

D.不能確定

7.建筑物原有的樓面或?qū)用嫔系暮奢d傳到梁上可簡化為（）。

A.面荷載

B.線荷載

C.集中荷載

D.可變荷載

8.平面匯交力系的平衡條件是（）。

A.∑X=0

B.∑Y=0

C.∑X=0，∑Y=0

D.都不正確

9.裝修工程需要改變?cè)兄亟Y(jié)構(gòu)時(shí)，建設(shè)單位應(yīng)當(dāng)委托原（）進(jìn)行安全性核驗(yàn)。

A.監(jiān)理單位

B.總承包單位

C.設(shè)計(jì)單位

D.分包單位

10.一個(gè)地區(qū)的基本烈度是指（）。

A.該地區(qū)今后一定時(shí)間內(nèi)，在良好場地條件下可能遭遇的最大地震烈度

B.該地區(qū)今后一定時(shí)間內(nèi)，在良好場地條件下可能遭遇的最小地震烈度

C.該地區(qū)今后一定時(shí)間內(nèi)，在一般場地條件下可能遭遇的最大地震烈度

D.該地區(qū)今后一定時(shí)間內(nèi)，在一般場地條件下可能遭遇的最小地震烈度

11.有一伸臂梁受力及支承如圖1-4所示，則固端A的彎矩為（）kN·m。

A.2

B.3

C.6

D.9

12.有一連續(xù)梁，受力如圖1-5所示，則下列連續(xù)梁上的彎矩示意圖中，正確的是（）。

二、多選題

13.下列屬于直接作用的有（）。

A.活荷載

B.風(fēng)荷載

C.焊接變形

D.溫度變化

E.吊車荷載

14.下列荷載中屬于恒載的有（）。

A.土壓力

B.雪荷載

C.風(fēng)荷載

D.結(jié)構(gòu)自重

E.混凝土預(yù)應(yīng)力

15.某伸臂梁受力情況如圖1-6所示，其B點(diǎn)處的內(nèi)力為（）。

A.剪力為0

B.剪力為0.5P

C.B點(diǎn)處的支座反力為q/2L1+P（L1+L2）/L1

D.彎矩為PL2

E.彎矩為

16.力的三要素是指力的（）。

A.大小

B.平衡

C.作用點(diǎn)

D.約束

E.方向

17.力學(xué)上把物體相對(duì)于地球處于（）狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。

A.靜止?fàn)顟B(tài)

B.勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

C.加速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

D.勻速圓周運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

E.加速圓周運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

18.兩個(gè)力合成的結(jié)果可能是（）。

A.合力的大小大于任一力的大小

B.合力的大小小于任一力的大小

C.合力的大小介于二力大小之間

D.合力的結(jié)果不是唯一的

E.合力的結(jié)果是一個(gè)力矩或力偶矩

19.一般平面力系的平衡條件是（）。

A.∑M=0

B.∑力偶=0

C.∑力偶矩=0

D.∑X=0

E.∑Y=0

20.下列關(guān)于桁架說法正確的是（）。

A.桁架中的所有桿件都是二力桿

B.桁架中的所有桿件都是受彎構(gòu)件

C.桁架中的所有節(jié)點(diǎn)都是剛接節(jié)點(diǎn)

D.桁架中的所有節(jié)點(diǎn)都是鉸接節(jié)點(diǎn)

E.桁架上荷載都作用在節(jié)點(diǎn)上

【答案及解析】

1.A【解析】如圖1-7所示。

2.A【解析】力作用于桿件的兩端并沿桿件的軸線，稱為軸力。只有軸力的桿稱為二力桿。

3.A【解析】二力桿為只有軸力的桿件，軸力分拉力和壓力兩種。

4.C【解析】桁架為靜定桁架時(shí)，要進(jìn)行三點(diǎn)假設(shè)：（1）桁架的節(jié)點(diǎn)是鉸接；（2）每個(gè)桿件的軸線是直線，并通過鉸的中心；（3）荷載及支座反力都作用在節(jié)點(diǎn)上。

5.B【解析】按荷載作用方向，可將荷載分為水平荷載和垂直荷載。其中風(fēng)荷載、水平地震荷載等屬水平荷載；結(jié)構(gòu)自重、雪荷載、樓面活荷載屬垂直荷載。

6.C【解析】力矩=力×力臂，力臂是力矩中心點(diǎn)至力的作用線的垂直距離，當(dāng)力的作用線通過矩心時(shí)，力臂大小為零，則矩心處的力矩為零。

7.B【解析】建筑物原有的樓面或?qū)用嫔系母鞣N面荷載傳到梁上或條形基礎(chǔ)上時(shí)，可簡化為單位長度上的稱為線荷載。

8.C【解析】平面匯交力系的平衡條件是∑X=0和∑Y=0，二者需同時(shí)滿足。

9.C【解析】裝修時(shí)，不能自行改變結(jié)構(gòu)的承重體系，確實(shí)需要改變時(shí)，需要委托原設(shè)計(jì)單位進(jìn)行安全性核驗(yàn)。

10.C【解析】一個(gè)地區(qū)的基本烈度是指該地區(qū)今后一定時(shí)間內(nèi)，在一般場地條件下可能遭遇的最大地震烈度。

11.C【解析】M=P×X=3kN×2m=6kN·m

12.C【解析】本題考核的是連續(xù)梁的彎矩圖。連續(xù)梁，板的受力特點(diǎn)是：跨中有正彎矩，支座有負(fù)彎矩。

13.ABE【解析】引起結(jié)構(gòu)失去平衡或破壞的外部作用主要有：直接施加在結(jié)構(gòu)上的各種力，習(xí)慣上稱為荷載，如恒載、活荷載、積灰荷載、風(fēng)荷載等；第二類是間接作用，指在結(jié)構(gòu)上引起外加變形和約束變形的其他作用，如焊接變形、溫度變化、混凝土收縮等。

14.ADE【解析】恒載的特點(diǎn)是對(duì)結(jié)構(gòu)的永久作用，在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，荷載值的大小及其作用位置不隨時(shí)間的變化而變化，并且作用時(shí)間長。土壓力、結(jié)構(gòu)自重、混凝土預(yù)應(yīng)力均屬于恒載。

15.CD【解析】（1）列平衡方程，∑Y=0，可得出：YA+YB=P+qL1

（2）∑MA=0，可得出：（L1+L2）=YB·L1，所以YB=q/2L1+P（L1+L2）/L1

（3）B點(diǎn)處的彎矩為：PL2（以右邊為隔離體，列平衡方程，∑MA=0，可得出：MB= PL2）

16.ACE【解析】力的大小、力的方向和力的作用點(diǎn)的位置稱為力的三要素。

17.AB【解析】物體相對(duì)于地球處于靜止?fàn)顟B(tài)和勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，力學(xué)上把這兩種狀態(tài)統(tǒng)稱為平衡狀態(tài)。

18.ABC【解析】兩個(gè)力的合力結(jié)果是唯一的，大小介于兩個(gè)力的和與兩個(gè)力差之間，所以，可能大于任一力的大小，也可能小于任一力的大小，也可能介于二力大小之間。

19.ADE【解析】平面匯交力系的平衡條件是∑X=0和∑Y=0，一般平面力系的平衡條件還要加上力矩的平衡，所以，一般平面力系的平衡條件是：∑X=0，∑Y=0和∑M=0。

20.ADE【解析】桁架是由桿件組成的結(jié)構(gòu)體系。在進(jìn)行內(nèi)力分析時(shí)，節(jié)點(diǎn)一般假定為鉸接節(jié)點(diǎn)，荷載作用在節(jié)點(diǎn)上，桿件只有軸向力，為二力桿。