《荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法》計算題

1、四、計算題（50分) 設(shè)標(biāo)準(zhǔn)地貌為空曠地面，標(biāo)準(zhǔn)高度為10m，條件下測得的風(fēng)速變化指數(shù)，梯度風(fēng)高，基本風(fēng)壓。計算某市中心，高度為25m處的風(fēng)壓。（10分）解： 根據(jù)非標(biāo)準(zhǔn)條件下風(fēng)壓的換算公式： （2分）已知： ，將高度為25m處的風(fēng)壓換算成該地貌標(biāo)準(zhǔn)高度處的風(fēng)壓則 ： （1） （2分）又根據(jù)非標(biāo)準(zhǔn)地貌的風(fēng)壓換算公式： （2分）已知：，將該地貌處得基本風(fēng)壓換算成標(biāo)準(zhǔn)地貌的基本風(fēng)壓。則： （2分） （1）（2）代入（1）得 （1分）答：上海市中心某地的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓為0.68KN/m2 。 四 計算題（50分）2.已知一矩形平面鋼筋多層建筑，位于城市中心，建筑高度45m，平面沿高度保持不變，迎風(fēng)面寬B2

2、0m地面粗糙度指數(shù)，基本風(fēng)壓按地面粗糙度指數(shù)的地貌，離地面10m高風(fēng)速確定的基本風(fēng)壓為，風(fēng)振系數(shù)沿高度不變?yōu)?，求建筑物底部彎矩。（?biāo)準(zhǔn)地貌的梯度風(fēng)高為350m；該城市梯度風(fēng)高為400m，建筑物沿高度劃分為三段計算）（20分）15m15m15m20m解： 2矩形結(jié)構(gòu)，風(fēng)載體形系數(shù)； 1 1 1風(fēng)壓高度變化系數(shù) 2 3 2 2 2 4二 計算分析（共計30分）：3 假定鋼梁承受確定性的彎矩，鋼梁截面的塑性抵抗矩和屈服強(qiáng)度都是隨機(jī)變量，已知其分布類型和統(tǒng)計參數(shù)：抵抗矩W：正態(tài)分布，屈服強(qiáng)度f：正態(tài)分布，用中心點(diǎn)法和驗算點(diǎn)法計算鋼梁的可靠指標(biāo)b（本題14分）解：功能函數(shù)為：抗力列式，或應(yīng)力列式1）中心

3、點(diǎn)法（1）取用抗力列式，可知可靠指標(biāo)（2）應(yīng)力列式，可知可靠指標(biāo)可見中心點(diǎn)法采用不同的功能函數(shù)形式計算結(jié)果不同。2）驗算點(diǎn)法抗力列式選用：均為正態(tài)分布，不須進(jìn)行當(dāng)量轉(zhuǎn)換，于是在新坐標(biāo)系中，極限狀態(tài)方程為：，第一次迭代，用平均值代入，于是有：，求出b，計算過程如下表所示。迭代步Xibb1fW0-0.894-0.4473.74（舍棄52.2）3.742fW3.74-0.940-0.3423.71（舍棄65.41）-0.033fW3.71-0.944-0.3293.71（同上舍棄方法）0.00由上表可以看出，采用驗算點(diǎn)法兩步即可達(dá)到收斂。（四）計算題3.已知一矩形平面鋼筋多層建筑如圖1，位于城市中心

4、，建筑高度27m，平面沿高度保持不變，迎風(fēng)面寬B40m地面粗糙度指數(shù) ，基本風(fēng)壓按地面粗糙度指數(shù)的地貌 ，離地面10m高風(fēng)速確定的基本風(fēng)壓為 ，風(fēng)振系數(shù)沿高度不變?yōu)?，求建筑物底部彎矩。（標(biāo)準(zhǔn)地貌的梯度風(fēng)高為350m；該城市梯度風(fēng)高為400m，建筑物沿高度劃分為三段計算）9m9m9m40m圖1解題思路：解： 矩形結(jié)構(gòu)，風(fēng)載體形系數(shù) ； 風(fēng)壓高度變化系數(shù) 四、計算題（共30分）2設(shè)一構(gòu)件安全等級為二級。已知抗力R和荷載效應(yīng)S均服從正態(tài)分布，統(tǒng)計參數(shù)為：R =907.2kN，R =136 kN；S =544.3kN，S =113.4 kN。極限狀態(tài)方程為：R-S=0。求:結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)？該結(jié)構(gòu)構(gòu)件能

5、否滿足規(guī)定的可靠度要求？（6分）解：3. 一平面為矩形高層建筑結(jié)構(gòu)，高度，迎風(fēng)面寬度，建造在市中心，地面粗糙度指數(shù)，設(shè)標(biāo)準(zhǔn)地貌為空曠平坦地面，基本風(fēng)壓，體形系數(shù)，風(fēng)壓高度變化系數(shù)，假設(shè)不考慮順風(fēng)向脈動風(fēng)的影響。求：順風(fēng)向風(fēng)產(chǎn)生的建筑底部彎矩？（12分）（注：沿高度將該結(jié)構(gòu)分成5段，每個區(qū)段10m高，取其中點(diǎn)位置的風(fēng)載值作為該區(qū)段的平均風(fēng)載值） 解：四 計算題（50分）1. 設(shè)有一單質(zhì)點(diǎn)體系，質(zhì)點(diǎn)重為100KN，體系自振周期為1.0秒，位于基本烈度8度區(qū)，體系所在地設(shè)計反應(yīng)譜特征周期Tg0.4s，設(shè)計反應(yīng)譜下降段指數(shù)為b=0.7，動力系數(shù)最大值，體系結(jié)構(gòu)設(shè)計基準(zhǔn)期為50年，求體系所受小震烈度的水

6、平地震作用。（10分）解：求地震系數(shù)。因小地震烈度比基本地震烈度小1.5度，則計算地震烈度為：I=8-1.56.5 1地震系數(shù)公式 k=0.1252I-7=0.12526.5-7=0.088 3根據(jù)我國建筑抗震設(shè)計規(guī)范，地震系數(shù)取平均值的85 1計算動力系數(shù)。因TTg，則 2地震作用為 32.已知一矩形平面鋼筋多層建筑，位于城市中心，建筑高度45m，平面沿高度保持不變，迎風(fēng)面寬B20m地面粗糙度指數(shù)，基本風(fēng)壓按地面粗糙度指數(shù)的地貌，離地面10m高風(fēng)速確定的基本風(fēng)壓為，風(fēng)振系數(shù)沿高度不變?yōu)?，求建筑物底部彎矩。（?biāo)準(zhǔn)地貌的梯度風(fēng)高為350m；該城市梯度風(fēng)高為400m，建筑物沿高度劃分為三段計算）（

7、20分）15m15m15m20m解： 2矩形結(jié)構(gòu)，風(fēng)載體形系數(shù)； 1 1 1風(fēng)壓高度變化系數(shù) 2 3 2 2 2 4二 計算分析（共計30分）：1 某結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計時可簡化成單質(zhì)點(diǎn)體系，如圖所示。已知該結(jié)構(gòu)位于設(shè)防烈度為7度的III類場地上，設(shè)計地震分組為第一組。集中質(zhì)量，結(jié)構(gòu)阻尼比，自振周期為1.64s，求多遇地震時水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值。（本題6分）解：根據(jù)已知條件，查書中表4-4、4-5得，水平地震影響系數(shù)最大值，特征周期，根據(jù)結(jié)構(gòu)阻尼比可知：g0.9，h10.02，h21.0，因，故于是水平地震作用2 某單跨工業(yè)廠房排架，有橋式吊車，A柱柱底在幾種荷載作用下的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為：恒載；風(fēng)荷載；吊

8、車豎向荷載；吊車水平荷載；屋面活荷載，求A柱柱底彎矩設(shè)計值（只考慮承載能力極限狀態(tài)）。（本題10分）解：根據(jù)題意，這里只考慮標(biāo)準(zhǔn)組合。1）永久荷載效應(yīng)控制的組合根據(jù)規(guī)范規(guī)定，當(dāng)考慮以豎向的永久荷載效應(yīng)控制的組合時，參與組合的荷載僅限于豎向荷載，于是有A柱柱底彎矩設(shè)計值為2）由可變荷載效應(yīng)控制的組合（1）風(fēng)荷載為第一可變荷載（2）吊車水平荷載為第一可變荷載（2）吊車豎向荷載為第一可變荷載可以看出，應(yīng)采用吊車水平荷載控制的組合作為彎矩設(shè)計值。3 假定鋼梁承受確定性的彎矩，鋼梁截面的塑性抵抗矩和屈服強(qiáng)度都是隨機(jī)變量，已知其分布類型和統(tǒng)計參數(shù)：抵抗矩W：正態(tài)分布，屈服強(qiáng)度f：正態(tài)分布，用中心點(diǎn)法和驗算點(diǎn)法計算鋼梁的可靠指標(biāo)b（本題14分）解：功能函數(shù)為：抗力列式，或應(yīng)力列式1）中心點(diǎn)法（1）取用抗力列式，可知可靠指標(biāo)（2）應(yīng)力列式，可知可靠指標(biāo)可見中心點(diǎn)法采用不同的功能函數(shù)形式計算結(jié)果不同。2）驗算點(diǎn)法抗力列式選用：均為正態(tài)分布，不須進(jìn)行當(dāng)量轉(zhuǎn)換，于是在新坐標(biāo)系中，極限狀態(tài)方程為：，第一次迭代，用平均值代入，于是有：，求出b，計算過程如下表所示