荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法課后思考題答案

1、.荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法習(xí)題解答1荷載與作用1.1 什么是施加于工程結(jié)構(gòu)上的作用？荷載與作用有什么區(qū)別？結(jié)構(gòu)上的作用是指能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應(yīng)的各種原因的總稱(chēng), 包括直接作用和間接作用。引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用效應(yīng)的原因有兩種, 一種是施加于結(jié)構(gòu)上的集中力和分布力, 例如結(jié)構(gòu)自重 , 樓面的人群、家具、設(shè)備, 作用于橋面的車(chē)輛、人群, 施加于結(jié)構(gòu)物上的風(fēng)壓力、水壓力、土壓力等, 它們都是直接施加于結(jié)構(gòu),稱(chēng)為直接作用。另一種是施加于結(jié)構(gòu)上的外加變形和約束變形, 例如基礎(chǔ)沉降導(dǎo)致結(jié)構(gòu)外加變形引起的力效應(yīng) , 溫度變化引起結(jié)構(gòu)約束變形產(chǎn)生的力效應(yīng), 由于地震造成地面運(yùn)動(dòng)致使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生慣性力引起的作用效應(yīng)等。它們都是間接

2、作用于結(jié)構(gòu), 稱(chēng)為間接作用。 荷載 僅指施加于結(jié)構(gòu)上的直接作用；而 作用 泛指使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生力、變形的所有原因。1.2 結(jié)構(gòu)上的作用如何按時(shí)間變異、空間位置變異、結(jié)構(gòu)反應(yīng)性質(zhì)分類(lèi)？結(jié)構(gòu)上的作用按隨時(shí)間變化可分永久作用、可變作用和偶然作用；按空間位置變異可分為固定作用和自由作用；按結(jié)構(gòu)反應(yīng)性質(zhì)可分為靜態(tài)作用和動(dòng)態(tài)作用。1.3 什么是荷載的代表值？它們是如何確定的？荷載代表值是考慮荷載變異特征所賦予的規(guī)定量值, 工程建設(shè)相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)給出了荷載四種代表值：標(biāo)準(zhǔn)值 , 組合值 , 頻遇值和準(zhǔn)永久值。荷載可根據(jù)不同設(shè)計(jì)要求規(guī)定不同的代表值, 其中荷載標(biāo)準(zhǔn)值是荷載的基本代表值 , 其它代表值都可在標(biāo)準(zhǔn)值的基

3、礎(chǔ)上考慮相應(yīng)的系數(shù)得到。23 / 302.1 成層土的自重應(yīng)力如何確定？2重 力 作 用地面以下深度 z 處的土體因自身重量產(chǎn)生的應(yīng)力可取該水平截面上單位面積的土柱體的重力, 對(duì)于均勻土自重應(yīng)力與深度成正比, 對(duì)于成層土可通過(guò)各層土的自重應(yīng)力求和得到。2.2 土壓力有哪幾種類(lèi)別？土壓力的大小及分布與哪些因素有關(guān)？根據(jù)擋土墻的移動(dòng)情況和墻后土體所處應(yīng)力狀態(tài), 土壓力可分為靜止土壓力、主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力三種類(lèi)別。土的側(cè)向壓力的大小及分布與墻身位移、填土性質(zhì)、墻體剛度、地基土質(zhì)等因素有關(guān)。2.3 試述靜止土壓力、主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力產(chǎn)生的條件？比較三者數(shù)值的大??？當(dāng)擋土墻在土壓力作用下, 不產(chǎn)

4、生任何位移或轉(zhuǎn)動(dòng), 墻后土體處于彈性平衡狀態(tài), 此時(shí)墻背所受的土壓力稱(chēng)為靜止土壓力 , 可用 e0 表示。當(dāng)擋土墻在土壓力的作用下, 向離開(kāi)土體方向移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), 作用在墻背上的土壓力從靜止土壓力值逐漸減少 , 直至墻后土體出現(xiàn)滑動(dòng)面?；瑒?dòng)面以上的土體將沿這一滑動(dòng)面向下向前滑動(dòng), 在滑動(dòng)楔體開(kāi)始滑動(dòng)的瞬間 , 墻背上的土壓力減少到最小值, 土體應(yīng)力處于主動(dòng)極限平衡狀態(tài), 此時(shí)作用在墻背上的土壓力稱(chēng)為主動(dòng)土壓力 , 可用 ea 表示。當(dāng)擋土墻在外力作用下向土體方向移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), 墻體擠壓墻后土體 , 作用在墻背上的土壓力從靜止土壓力值逐漸增大, 墻后土體也會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)面, 滑動(dòng)面以上土體將沿滑動(dòng)方

5、向向上向后推出, 在滑動(dòng)楔體開(kāi)始隆起的瞬間, 墻背上的土壓力增加到最大值, 土體應(yīng)力處于被動(dòng)極限平衡狀態(tài)。此時(shí)作用在墻背上的土壓力稱(chēng)為被動(dòng)土壓力, 可用 ep 表示。在相同的墻高和填土條件下, 主動(dòng)土壓力小于靜止土壓力, 而靜止土壓力又小于被動(dòng)土壓力, 即：eae 0ep2.4 如何由朗金土壓力理論導(dǎo)出土的側(cè)壓力計(jì)算方法？郎金土壓力理論假定土體為半空間彈性體, 擋土墻墻背豎直光滑 , 填土面水平且無(wú)附加荷載, 根據(jù)半空間土體的應(yīng)力狀態(tài)和極限平衡條件導(dǎo)出了土壓力計(jì)算方法。當(dāng)填土表面受有連續(xù)均布荷載或局部均布 荷載 , 擋土墻后有成層填土或填土處有地下水時(shí), 還應(yīng)對(duì)側(cè)向土壓力進(jìn)行修正。2.5 試述

6、填土表面有連續(xù)均布荷載或局部均布荷載時(shí)土壓力的計(jì)算？當(dāng)擋土墻后填土表面有連續(xù)均布荷載q 作用時(shí) , 可將均布荷載換算成當(dāng)量土重, 其土壓力強(qiáng)度比無(wú)均布荷載時(shí)增加一項(xiàng)qka 即可。墻底的土壓力強(qiáng)度為： 土壓力作用點(diǎn)在梯形的重心。(qh )ka , 實(shí)際的土壓力分布圖為梯形abcd 部分；當(dāng)填土表面承受有局部均布荷載時(shí), 通?？刹捎媒品椒ㄌ幚? 從局部均布荷載的兩端o 點(diǎn)及 m點(diǎn)作兩條輔助線oa 和 mc, 且與水平面成45/ 2 角。認(rèn)為a 點(diǎn)以上和 c 點(diǎn)以下的土壓力都不受地面荷載影響 ,ac 間的土壓力按均布荷載對(duì)待, 對(duì)墻背產(chǎn)生的附加土壓力強(qiáng)度為qka ,ac 墻面上的土壓力分布如圖所示

7、。mc填土表面有連續(xù)均布荷載填土表面有局部均布荷載2.6 試述民用建筑樓面活荷載的取值方法？2民用建筑樓面活荷載在樓面上的位置是任意布置的, 為方便起見(jiàn) , 工程設(shè)計(jì)時(shí)一般可將樓面活荷載處理為等效均布荷載, 均布活荷載的量值與房屋使用功能有關(guān), 根據(jù)樓面上人員活動(dòng)狀態(tài)和設(shè)施分布情況, 在調(diào)查和統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上 , 劃分檔次 , 確定取值。1活動(dòng)的人較少 , 如住宅、旅館、醫(yī)院、教室等, 活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值可取2.0kn/m 。2活動(dòng)的人較多且有設(shè)備, 如食堂、餐廳在某一時(shí)段有較多人員聚集, 辦公樓的檔案室、資料室2可能堆積較多文件資料, 活荷載標(biāo)準(zhǔn)值可取2.5kn/m 。223活動(dòng)的人很多且有較重的設(shè)

8、備, 如禮堂、劇場(chǎng)、影院、體育館看臺(tái)人員可能十分擁擠, 無(wú)固定座位時(shí)可取 3.5kn/m ；有固定座位時(shí)可取3.0kn/m 。24活動(dòng)的人很集中 , 有時(shí)很擁擠或有較重的設(shè)備, 如商店、展覽廳既有擁擠的人群, 又有較重的物品, 活荷載標(biāo)準(zhǔn)值可取3.5kn/m 。5人員活動(dòng)的性質(zhì)比較劇烈, 如健身房、舞廳由于人的跳躍、翻滾會(huì)引起樓面瞬間振動(dòng), 通常把2樓面靜力荷載適當(dāng)放大來(lái)考慮這種動(dòng)力效應(yīng), 活荷載標(biāo)準(zhǔn)值可取4.0kn/m ;6儲(chǔ)存物品的倉(cāng)庫(kù), 如藏書(shū)庫(kù)、檔案庫(kù)、貯藏室等, 柜架上往往堆滿(mǎn)圖書(shū)、檔案和物品, 活荷載標(biāo)22準(zhǔn)值可取 5.0kn/m 。采用無(wú)過(guò)道的密集書(shū)柜時(shí), 活荷載標(biāo)準(zhǔn)值取為12.

9、0kn/m 。227有大型的機(jī)械設(shè)備 , 如建筑物的通風(fēng)機(jī)房、電梯機(jī)房, 活荷載標(biāo)準(zhǔn)值可取6.0kn/m 7.5kn/m 。8在禮堂、影劇院、教室、辦公樓等場(chǎng)所, 散場(chǎng)、散會(huì)或下課之后, 樓梯、走廊、和門(mén)廳等處人2流集中 , 擁擠堵塞 , 停留時(shí)間較長(zhǎng) , 其樓面活荷載取值應(yīng)大于相鄰房間的荷載值0.5kn/m ?；谏鲜龇椒?, 荷載規(guī)給出了民用建筑樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值及其組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值系數(shù) , 設(shè)計(jì)時(shí)可直接取用所給數(shù)值。2.7當(dāng)樓面面積較大時(shí), 樓面均布活荷載為什么要折減？民用建筑的樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值是建筑物正常使用期間可能出現(xiàn)的最大值, 當(dāng)樓面面積較大時(shí) ,作用在樓面上的活荷載

10、不可能同時(shí)布滿(mǎn)全部樓面, 在計(jì)算樓面梁等水平構(gòu)件樓面活荷載效應(yīng)時(shí), 若荷載承載面積超過(guò)一定的數(shù)值, 應(yīng)對(duì)樓面均布活荷載予以折減。同樣 , 樓面荷載最大值滿(mǎn)布各層樓面的機(jī)會(huì)更小, 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí) , 對(duì)于墻、柱等豎向傳力構(gòu)件和基礎(chǔ)應(yīng)按結(jié)構(gòu)層數(shù)予以折減。2.8工業(yè)建筑樓面均布活荷載是如何確定的？工業(yè)建筑樓面上荷載的分布形式不同, 生產(chǎn)設(shè)備的動(dòng)力性質(zhì)也不盡相同, 安裝在樓面上的生產(chǎn)設(shè)備是以局部荷載形式作用于樓面, 而操作人員、 加工原料、 成品部件多為均勻分布； 另外, 不同用途的廠房 ,工藝設(shè)備動(dòng)力性能各異, 對(duì)樓面產(chǎn)生的動(dòng)力效應(yīng)也存在差別。為方便起見(jiàn) , 常將局部荷載折算成等效均布荷載 , 并乘以

11、動(dòng)力系數(shù)將靜力荷載適當(dāng)放大, 來(lái)考慮機(jī)器上樓引起的動(dòng)力作用。2.9如何將樓面局部荷載換算為樓面等效均布活荷載？板面等效均布荷載按板分布彎矩等效的原則確定, 即簡(jiǎn)支板在實(shí)際的局部荷載作用下引起的絕對(duì)最大彎矩 , 應(yīng)等于該簡(jiǎn)支板在等效均布荷載作用下引起的絕對(duì)最大彎矩。單向板上局部荷載的等效均布活荷載 qe , 可按下式計(jì)算：qe8 m max2。式中： l為板的跨度； b 為板上荷載的有效分布寬度；mmax 為簡(jiǎn)bl支單向板的絕對(duì)最大彎矩, 按設(shè)備的最不利布置確定, 設(shè)備荷載應(yīng)乘以動(dòng)力系數(shù)。2.10 屋面活荷載有哪些種類(lèi)？如何取值？房屋建筑的屋面分為上人屋面和不上人屋面, 上人屋面應(yīng)考慮可能出現(xiàn)的

12、人群聚集, 活荷載取值較大；不上人屋面僅考慮施工或維修荷載, 活荷載取值較小。屋面設(shè)有屋頂花園時(shí) , 尚應(yīng)考慮花池砌筑、苗圃土壤等重量。 屋面設(shè)有直升機(jī)停機(jī)坪時(shí), 則應(yīng)考慮直升機(jī)總重引起的局部荷載和飛機(jī)起降時(shí)的動(dòng)力效應(yīng)。機(jī)械、冶金、水泥等行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中有大量排灰產(chǎn)生, 易在廠房及鄰近建筑屋面形成積灰荷載,設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)加以考慮。2.11 什么情況下會(huì)產(chǎn)生屋面積灰荷載？影響屋面積灰荷載取值有哪些因素？冶金、 鑄造、 水泥等行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中有大量排灰產(chǎn)生, 易于在廠房及其鄰近建筑屋面堆積, 形成積灰荷載。當(dāng)房屋離灰源較近, 且位于不利風(fēng)向下的屋面天溝、凹角和高低跨處, 常形成嚴(yán)重的灰堆現(xiàn)象。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)

13、考慮屋面積灰情況, 合理確定積灰荷載, 以保證結(jié)構(gòu)的安全性。影響積灰厚度的主要因素有除塵裝置的使用、清灰制度的執(zhí)行、風(fēng)向和風(fēng)速、煙囪高度、屋面坡度和屋面擋風(fēng)板等。2.12 計(jì)算挑檐、雨蓬承載力時(shí), 如何考慮施工、檢修荷載？設(shè)計(jì)屋面板、檁條、鋼筋混凝土挑檐、雨蓬和預(yù)制小梁時(shí), 除了考慮屋面均布活荷載外, 還應(yīng)驗(yàn)算在施工、檢修時(shí)可能出現(xiàn)在最不利位置上, 由人和工具自重形成的集中荷載。屋面板、檁條、鋼筋混凝土挑檐和預(yù)制小梁, 施工或檢修集中荷載應(yīng)取1.0kn, 并應(yīng)作用在最不利位置處進(jìn)行驗(yàn)算；計(jì)算挑檐、雨蓬承載力時(shí), 應(yīng)沿板寬每隔 1.0m 取一個(gè)集中荷載；在驗(yàn)算挑檐、雨蓬傾覆時(shí), 應(yīng)沿板寬每隔 2

14、.5 3.0m 的取一個(gè)集中荷載 , 集中荷載的位置作用于挑檐、雨蓬端部。2.13 試述公路橋梁汽車(chē)荷載的等級(jí)和組成？車(chē)道荷載的計(jì)算圖式和標(biāo)準(zhǔn)值？公路橋梁汽車(chē)荷載分為公路級(jí)和公路級(jí)兩個(gè)級(jí)別, 分別由車(chē)道荷載和車(chē)輛荷載組成。橋梁結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算采用車(chē)道荷載, 車(chē)道荷載由均布荷載和集中荷載組成。橋梁結(jié)構(gòu)的局部加載、涵洞、橋臺(tái)和擋土墻土壓力等的計(jì)算采用車(chē)輛荷載。車(chē)輛荷載和車(chē)道荷載的作用不得疊加。車(chē)道荷載是個(gè)虛擬荷載 , 它的荷載標(biāo)準(zhǔn)值qk 和pk 是在不同車(chē)流密度、 車(chē)型、 車(chē)重的公路上 , 對(duì)實(shí)際汽車(chē)車(chē)隊(duì)車(chē)重和車(chē)間距的測(cè)定和效應(yīng)分析得到。車(chē)道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)滿(mǎn)布于使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號(hào)影響

15、線上；集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值只作用于相應(yīng)影響線中一個(gè)最大影響線峰值處。車(chē)道荷載的計(jì)算圖式見(jiàn)圖2.28 。公路級(jí)車(chē)道荷載的均布荷載的標(biāo)準(zhǔn)值為qk10.5kn/m ；集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值按以下的規(guī)定選?。簶蛄河?jì)算跨徑小于或等于5m,pk180kn；橋梁計(jì)算跨徑等于或大于50m 時(shí),pk360kn；橋梁的計(jì)算跨徑在5m50m之間時(shí) ,pk 值采用直線插求得。計(jì)算剪力的效應(yīng)時(shí), 上述集中荷載的標(biāo)準(zhǔn)值pk 應(yīng)乘以 1.2 的系數(shù)。公路級(jí)車(chē)道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值qk 和集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值用。pk 按公路 級(jí)車(chē)道荷載的0.75 倍采車(chē)道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)滿(mǎn)布于使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號(hào)影響線上；集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值只作用于相應(yīng)

16、影響線中一個(gè)最大影響線峰值處。圖 2.28 車(chē)道荷載的計(jì)算圖式2.14 車(chē)道荷載為什么要沿橫向和縱向折減？橋梁設(shè)計(jì)時(shí)各個(gè)車(chē)道上的汽車(chē)荷載都是按最不利位置布置的, 多車(chē)道橋梁上的汽車(chē)荷載同時(shí)處于最不利位置可能性隨著橋梁車(chē)道數(shù)的增加而減小。在計(jì)算橋梁構(gòu)件截面產(chǎn)生的最大效應(yīng)力、位移時(shí), 應(yīng)考慮多車(chē)道折減。當(dāng)橋涵設(shè)計(jì)車(chē)道數(shù)等于或大于2 時(shí), 由汽車(chē)荷載產(chǎn)生的效應(yīng)應(yīng)進(jìn)行折減。大跨徑橋梁隨著橋梁跨度的增加橋梁上實(shí)際通行的車(chē)輛達(dá)到較高密度和滿(mǎn)載的概率減小, 應(yīng)考慮計(jì)算跨徑進(jìn)行折減。2.15 城市橋梁在設(shè)計(jì)中如何考慮作用于橋面的車(chē)輛荷載取值？我國(guó)城市橋梁的荷載設(shè)計(jì), 依據(jù)城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)cjj77-98

17、, 該標(biāo)準(zhǔn)適用于城市新建、 改建的永久性橋梁與涵洞、高架道路及承受機(jī)動(dòng)車(chē)的結(jié)構(gòu)物的荷載設(shè)計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)中采用兩級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn), 即城-a 級(jí)、城 -b 級(jí)。城 -a 級(jí)汽車(chē)荷載適用于快速路及主干路。城-b 級(jí)汽車(chē)荷載適用于次干路及支路。2.16 橋梁設(shè)計(jì)時(shí) , 人行道上的人群荷載如何考慮？22公路橋規(guī)人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值按下列規(guī)定采用：當(dāng)橋梁計(jì)算跨徑小于或等于50m 時(shí), 人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值為 3.0kn/m；當(dāng)橋梁計(jì)算跨徑等于或大于150m 時(shí), 人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.5 kn/m；當(dāng)橋梁計(jì)算跨徑在250m 150m之間時(shí) , 可由線性插得到人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值。對(duì)跨徑不等的連續(xù)結(jié)構(gòu), 以最大計(jì)算跨徑為準(zhǔn)。人群荷載在橫

18、向應(yīng)布置在人行道的凈寬度, 在縱向施加于使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利荷載效應(yīng)的區(qū)段。公路橋梁人行道板局部構(gòu)件可以一塊板為單元, 按標(biāo)準(zhǔn)值4.0kn/m 的均布荷載作用在一塊板上進(jìn)行力計(jì)算。計(jì)算人行道欄桿時(shí), 作用在欄桿立柱頂上的水平推力標(biāo)準(zhǔn)值取0.75kn/m ；作用在欄桿扶手上的豎向力標(biāo)準(zhǔn)值取 1.0kn/m 。我國(guó)城市人口密集, 人行交通繁忙 , 城市橋梁人群荷載的取值較公路橋梁規(guī)定的要大。對(duì)于人行道板2的人群荷載應(yīng)按 5kn/m 的均布荷載或 1.5kn 的豎向集中荷載分別計(jì)算, 并作用在一塊構(gòu)件上 , 取其受力不利者。對(duì)于梁、桁架、拱及其他大跨結(jié)構(gòu)的人群荷載, 需根據(jù)加載長(zhǎng)度及人行道寬來(lái)確定, 可

19、按下列公式2計(jì)算 , 且人群荷載在任何情況下不得小于2.4kn/m 。2.17 廠房吊車(chē)縱向和橫向水平荷載如何產(chǎn)生？其取值如何確定？吊車(chē)縱向水平荷載是由吊車(chē)的大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)在啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)引起的水平慣性力, 慣性力為運(yùn)行重量與運(yùn)行加速度的乘積, 此慣性力通過(guò)制動(dòng)輪與鋼軌間的摩擦傳給廠房結(jié)構(gòu)。吊車(chē)水平荷載取決于制動(dòng)輪的輪壓和它與鋼軌間的滑動(dòng)摩擦系數(shù), 該摩擦系數(shù)一般取0.10 。因此 , 吊車(chē)縱向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值, 應(yīng)按作用在一邊軌道上所有剎車(chē)輪的最大輪壓之和的10%采用。吊車(chē)橫向水平荷載是當(dāng)小車(chē)吊有額定最大起重量時(shí), 小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)啟動(dòng)或剎車(chē)所引起的水平慣性力,它通過(guò)小車(chē)制動(dòng)輪與橋架軌道之間的摩擦力傳

20、給大車(chē), 等分于橋架兩端, 分別由大車(chē)兩側(cè)的車(chē)輪平均傳至吊車(chē)梁上的軌道, 再由吊車(chē)梁與柱的聯(lián)接鋼板傳給排架。吊車(chē)橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按下式取值：t=q+q1；式中： q為吊車(chē)的額定起吊重量；q1 為橫行小車(chē)的重量； g 為重力加速度；為橫向水平荷載系數(shù)。橫向水平荷載系數(shù)對(duì)于軟鉤吊車(chē) , 當(dāng)額定起重量不大于100kn 時(shí), 橫向水平荷載系數(shù)應(yīng)取0.12 ； 當(dāng)為 160500kn 時(shí), 應(yīng)取 0.10 ；當(dāng)不小于 750kn 時(shí), 應(yīng)取 0.08 。硬鉤吊車(chē)橫向水平荷載系數(shù)取為0.20 。2.18 廠房設(shè)有多臺(tái)吊車(chē)時(shí) , 如何考慮吊車(chē)荷載組合？當(dāng)廠房設(shè)有多臺(tái)吊車(chē)時(shí), 考慮到各臺(tái)吊車(chē)同時(shí)聚集在同一

21、柱圍的可能性較小, 各臺(tái)吊車(chē)同時(shí)處于最不利位置且同時(shí)滿(mǎn)載的概率更小。在計(jì)算吊車(chē)豎向荷載時(shí), 單跨廠房設(shè)計(jì)時(shí)最多考慮2 臺(tái)吊車(chē)；多跨廠房最多只考慮 4 臺(tái)吊車(chē)。在計(jì)算吊車(chē)水平荷載時(shí), 不論單跨還是多跨廠房最多只考慮2 臺(tái)吊車(chē)。2.19 什么叫基本雪壓？它是如何確定的？雪壓是指單位水平面積上的雪重, 雪壓值的大小與積雪深度和積雪密度有關(guān)?；狙菏窃诳諘缙教沟牡孛嫔?, 積雪分布均勻的情況下 , 經(jīng)統(tǒng)計(jì)得到的 50 年一遇的最大雪壓。屋面的雪荷載由于受到屋面形式、 積雪漂移等因素的影響 , 往往與地面雪荷載不同, 需要考慮一換算系數(shù)將地面基本雪壓換算為屋面雪荷載。2.20 我國(guó)的基本雪壓分布有哪些

22、特點(diǎn)？ 我國(guó)基本雪壓分布呈如下特點(diǎn)：1北部是我國(guó)突出的雪壓高值區(qū)。該地區(qū)雪量豐富 , 加上溫度低 , 積雪可以保持整個(gè)冬季不溶化,新雪覆老雪 , 形成了特大雪壓。2東北地區(qū)冬季多降雪天氣, 同時(shí)氣溫較低 , 有利于積雪。因此大興安嶺及長(zhǎng)白山區(qū)是我國(guó)另一個(gè)雪壓高值區(qū)。3長(zhǎng)江中下游及淮河流域是我國(guó)稍南地區(qū)一個(gè)雪壓高值區(qū)。該地區(qū)冬季積雪情況很不穩(wěn)定, 有些年份一冬無(wú)積雪 , 而有些年份遇到寒潮南下, 冷暖氣流僵持 , 即降大雪。但積雪期較短。4川西、滇北山區(qū)的雪壓也較高, 該地區(qū)海拔高 , 氣溫低 , 濕度大 , 降雪較多而不易溶化。但該地區(qū)氣溫相對(duì)較高 , 積雪不多。5華北及西北大部地區(qū), 冬季溫

23、度雖低 , 但空氣干燥。水汽不足 , 降雪量較少。南嶺、武夷山脈以南、冬季氣溫高 , 很少降雪 , 基本無(wú)積雪。2.21 試述風(fēng)對(duì)屋面積雪的漂移作用及其對(duì)屋面雪荷載取值的影響？風(fēng)對(duì)雪的漂積作用是指下雪過(guò)程中, 風(fēng)會(huì)把部分將要飄落或者已經(jīng)漂積在屋面上的雪吹移到附近地面或鄰近較低的屋面上, 對(duì)于平屋面和小坡度屋面, 風(fēng)對(duì)雪的漂移作用會(huì)使屋面上的雪壓一般比鄰近地面上的雪壓要小；對(duì)于雙坡屋面、高低跨屋面, 迎風(fēng)面吹來(lái)的雪往往在背風(fēng)一側(cè)屋面上漂積, 引起屋面不平衡雪荷載。風(fēng)對(duì)積雪的漂移影響可通過(guò)屋面積雪分布系數(shù)加以考慮。3水 作 用3.1 靜水壓強(qiáng)具有哪些特征？如何確定靜水壓強(qiáng)？靜水壓力是指靜止液體對(duì)其

24、接觸面產(chǎn)生的壓力, 具有兩個(gè)特性： 一是靜水壓強(qiáng)垂直于作用面, 并指向作用面部；二是靜止液體中任一點(diǎn)處各方向的靜水壓強(qiáng)均相等, 與作用的方位無(wú)關(guān)。確定靜水壓強(qiáng)時(shí)常以大氣壓強(qiáng)為基準(zhǔn)點(diǎn), 靜水壓強(qiáng)與水深呈線性關(guān)系, 隨水深按比例增加； 水壓力作用在結(jié)構(gòu)物表面法線方向, 水壓力分布與受壓面形狀有關(guān)。如果受壓面為垂直平面, 已知底部深度h, 則可按 ph 求得底部壓強(qiáng) , 再作頂部和底部壓強(qiáng)連線便可得到擋水結(jié)構(gòu)側(cè)向壓強(qiáng)分布規(guī)律。3.2 試述等速平面流場(chǎng)中 , 流體受阻時(shí)邊界層分離現(xiàn)象及繞流阻力的產(chǎn)生？某一流速為v 的等速平面流場(chǎng) , 流線是一互相平行的水平線, 在該流場(chǎng)中放置一個(gè)固定的圓柱體, 流線在

25、接近圓柱體時(shí)流動(dòng)受阻, 在到達(dá)圓柱體表面a 點(diǎn)時(shí) , 該流線流速減至為零 , 壓強(qiáng)增到最大。繼續(xù)流來(lái)的流體質(zhì)點(diǎn)在a 點(diǎn)較高壓強(qiáng)作用下, 沿圓柱面兩側(cè)向前流動(dòng) , 即從 a 點(diǎn)開(kāi)始形成邊界層流動(dòng)。 在圓柱面 a 點(diǎn)到 b 點(diǎn)區(qū)間 , 邊界層流動(dòng)處于加速減壓狀態(tài)。過(guò)了b 點(diǎn)流線擴(kuò)散 , 邊界層流動(dòng)呈現(xiàn)相反態(tài)勢(shì), 處于減速加壓狀態(tài) , 繼續(xù)流來(lái)的流體質(zhì)點(diǎn)脫離邊界向前流動(dòng), 出現(xiàn)邊界層分離現(xiàn)象。置于河流中的橋墩邊界層分離現(xiàn)象, 還會(huì)導(dǎo)致橋墩繞流阻力, 繞流阻力是結(jié)構(gòu)物在流場(chǎng)中受到流動(dòng)方向上的流體阻力, 繞流阻力由摩擦阻力和壓強(qiáng)阻力兩部分組成。邊界層分離3.3 實(shí)際工程中為什么常將橋墩、閘墩設(shè)計(jì)成流線型

26、？在實(shí)際工程中 , 為減小繞流阻力 , 常將橋墩、 閘墩設(shè)計(jì)成流線型, 以縮小邊界層分離區(qū) , 達(dá)到降低阻力的目的。3.4 試述波浪傳播特征及推進(jìn)過(guò)程？波浪是液體自由表面在外力作用下產(chǎn)生的周期性起伏波動(dòng), 其中風(fēng)成波影響最大。在海洋深水區(qū) , 波浪運(yùn)動(dòng)不受海底摩阻力影響, 稱(chēng)為深水推進(jìn)波；波浪推進(jìn)到淺水地帶, 海底對(duì)波浪運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩阻力, 波長(zhǎng)和波速縮減 , 波高和波陡增加, 稱(chēng)淺水推進(jìn)波；當(dāng)淺水波向海岸推進(jìn), 達(dá)到臨界水深 , 波峰發(fā)生破碎 , 破碎后的波重新組成新的水流向前推移, 而底層出現(xiàn)回流 , 這種波浪稱(chēng)為擊岸波；擊岸波沖擊岸灘, 對(duì)海邊水工建筑施加沖擊作用 , 即為波浪荷載。3.5

27、如何對(duì)直立式防波堤進(jìn)行立波波壓力、遠(yuǎn)破波波壓力和近破波波壓力的計(jì)算？波浪作用力不僅與波浪本身特征有關(guān), 還與結(jié)構(gòu)物形式和海底坡度有關(guān)。對(duì)于作用于直墻式構(gòu)筑物上的波浪分為立波、遠(yuǎn)堤破碎波和近堤破碎波三種波態(tài)。在工程設(shè)計(jì)時(shí), 應(yīng)根據(jù)基床類(lèi)型、水底坡度、浪高及水深判別波態(tài), 分別采用不同公式計(jì)算波浪作用力。我國(guó)港工規(guī)分別給出了立波波壓力、遠(yuǎn)破波波壓力和近破波波壓力計(jì)算方法, 先求得直墻各轉(zhuǎn)折點(diǎn)壓強(qiáng), 將其用直線連接 , 得到直墻壓強(qiáng)分布 ,即可求出波浪壓力, 計(jì)算時(shí)尚應(yīng)考慮墻底波浪浮托力。3.6 冰壓力有哪些類(lèi)型？冰壓力按其作用性質(zhì)不同, 可分為靜冰壓力和動(dòng)冰壓力。靜冰壓力包括冰堆整體推移的靜壓力,

28、 風(fēng)和水流作用于大面積冰層引起的靜壓力以及冰覆蓋層受溫度影響膨脹時(shí)產(chǎn)生的靜壓力；另外冰層因水位上升還會(huì)產(chǎn)生豎向作用力。動(dòng)冰壓力主要指河流流冰產(chǎn)生的沖擊作用。3.7 冰堆整體推移靜壓力計(jì)算公式是如何導(dǎo)出的？由于水流和風(fēng)的作用 , 推動(dòng)大面積浮冰移動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生靜壓力, 可根據(jù)水流方向和風(fēng)向, 考慮冰層面積來(lái)計(jì)算：p( p1p2p3 ) sinp4 sin 式中： p作用于結(jié)構(gòu)物的正壓力n；2浮冰冰層面積, 一般采用歷史上最大值；p1水流對(duì)冰層下表面的摩阻力pa, 可取為 0.5v 2 ,svs 為冰層下的流速 ;p2水流對(duì)浮冰邊緣的作用力, 可取為度,在河中不得大于兩倍河寬；50 hslv 2

29、, h 為冰厚 ,l為冰層沿水流方向的平均長(zhǎng)p3由于水面坡降對(duì)冰層產(chǎn)生的作用力,等于 920hi , i 為水面坡降；p4風(fēng)對(duì)冰層上表面的摩阻力, p4= vf, vf 為風(fēng)速 , 采用歷史上有冰時(shí)期和水流方向基本一致的最大風(fēng)速；結(jié)構(gòu)物迎冰面與冰流方向間的水平夾角；結(jié)構(gòu)物迎冰面與風(fēng)向間的水平夾角。3.8 冰蓋層受到溫度影響產(chǎn)生的靜壓力與哪些因素有關(guān)？冰蓋層溫度上升時(shí)產(chǎn)生膨脹, 若冰的自由膨脹變形受到壩體、橋墩等結(jié)構(gòu)物的約束 , 則在冰蓋層引起膨脹作用力。冰場(chǎng)膨脹壓力隨結(jié)構(gòu)物與冰覆蓋層支承體之間的距離大小而變化, 當(dāng)冰場(chǎng)膨脹受到橋墩等結(jié)構(gòu)物的約束時(shí) , 則在橋墩周?chē)霈F(xiàn)最大冰壓力, 并隨著離橋墩

30、的距離加大而逐漸減弱。冰的膨脹壓力與冰面溫度、升溫速率和冰蓋厚度有關(guān), 冰壓力沿冰厚方向基本上呈上大下小的倒三角形分布 , 可認(rèn)為冰壓力的合力作用點(diǎn)在冰面以下1/3 冰厚處。3.9 如何根據(jù)能量原理導(dǎo)出船只撞擊力近似計(jì)算公式？在通行較大的噸位的船只或有漂流物的河流中, 需考慮船只或漂流物對(duì)橋梁墩臺(tái)的撞擊力, 撞擊力可根據(jù)能量相等原則采用一個(gè)等效靜力荷載表示撞擊作用。公路橋規(guī)假定船只或排筏作用于墩臺(tái)上有效動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為撞擊力所做的功, 按等效靜力導(dǎo)出撞擊力f 的近似計(jì)算公式。設(shè)船只或排筏的質(zhì)量為m, 駛近墩臺(tái)的速度為v, 撞擊時(shí)船只或排筏的縱軸線與墩臺(tái)面的夾角為如圖所示 , 其動(dòng)能為：1 mv2

31、212m( vsin)21m( v cos2) 2 假定船只或排筏可以順墩臺(tái)面自由滑動(dòng), 則船只或排筏給予墩臺(tái)的動(dòng)能僅有前一項(xiàng), 即：0e1 m(v sin) 22在碰撞瞬間 , 船身以一角速度繞撞擊點(diǎn)a 旋轉(zhuǎn) , 其動(dòng)能為：ee 0是船只在碰撞過(guò)程中, 由于船體結(jié)構(gòu)、防撞設(shè)備、墩臺(tái)等的變形吸收一部分能量而考慮的折減系數(shù),按下式計(jì)算：11(d) 2r式中 r水平面上船只對(duì)其質(zhì)心g的回轉(zhuǎn)半徑 m；d質(zhì)心 g與撞擊點(diǎn) a 在平行墩臺(tái)面方向的距離m。撞擊時(shí)受力圖在碰撞過(guò)程中 , 通過(guò)船只把傳遞給墩臺(tái)的有效動(dòng)能 e全部轉(zhuǎn)化為碰撞力 f所作的靜力功 , 即在碰撞過(guò)程中 , 船只在碰撞點(diǎn)處的速度由 v 減

32、至零 , 而碰撞力由零增至 f。設(shè)撞擊點(diǎn) a 沿速度 v 的方向的總變位 墩臺(tái)或防撞設(shè)備、 地基、船體結(jié)構(gòu)等的綜合彈性變形 為 , 材料彈性變形系數(shù)為 c單位力所產(chǎn)生的變形 , 則有fc 根據(jù)功的互等定理, 有：1f 2e fc22由式 2、 3和 4, 可得w (v sin2 g)2f 2c272f w(vsin) gc82令及 mw代入上式 , 得：gfv sinm c9式中 f船只或排筏撞擊力kn；動(dòng)能折減系數(shù)；v 船只或排筏撞擊墩臺(tái)速度m/s ；船只或排筏撞擊方向與墩臺(tái)撞擊點(diǎn)切線的夾角；m 船只或排筏質(zhì)量t ；w船只或排筏重力knc彈性變形系數(shù), 包括船只或排筏及橋梁墩臺(tái)的綜合彈性變形

33、在, 一般順橋軸方向取0.0005,橫橋軸方向取 0.0003 。3.10 試述浮托力產(chǎn)生的原因及考慮的方法？水浮力為作用于建筑物基底面的由下向上的水壓力, 當(dāng)基礎(chǔ)或結(jié)構(gòu)物的底面置于地下水位以下, 在其底面產(chǎn)生浮托力 , 浮托力等于建筑物排開(kāi)同體積的水重力。地表水或地下水通過(guò)土體孔隙的自由水溝通并傳遞水壓力。 浮托力的大小取決于土的物理特性, 當(dāng)?shù)叵滤軌蛲ㄟ^(guò)土的孔隙溶入到結(jié)構(gòu)基底, 且固體顆粒與結(jié)構(gòu)基底之間接觸面很小時(shí), 可以認(rèn)為土中結(jié)構(gòu)物處于完全浮力狀態(tài)。浮托力作用可根據(jù)地基的透水程度, 按照結(jié)構(gòu)物喪失的重量等于它所排除的水重這一原則考慮：1對(duì)于透水性土 , 應(yīng)計(jì)算水浮力；對(duì)于非透水性土,

34、 可不考慮水浮力。若結(jié)構(gòu)物位于透水性飽和的地基上 , 可認(rèn)為結(jié)構(gòu)物處于完全浮力狀態(tài), 按 100%計(jì)算浮托力。2若結(jié)構(gòu)物位于透水性較差地基上, 如置于節(jié)理裂隙不發(fā)育的巖石地基上, 地下水滲入通道不暢 ,可按 50%計(jì)算浮托力。3若結(jié)構(gòu)物位于粘性土地基上 , 土的透水性質(zhì)難以預(yù)測(cè) , 對(duì)于難以確定是否具有透水性質(zhì)的土 , 計(jì)算基底應(yīng)力時(shí) , 不計(jì)浮力 , 計(jì)算穩(wěn)定時(shí) , 計(jì)入浮力。對(duì)于計(jì)算水浮力的水位 , 計(jì)算基底應(yīng)力用低水位 , 計(jì)算穩(wěn)定用設(shè)計(jì)水位。4地下水也對(duì)地下水位以下巖石、土體產(chǎn)生浮托力 , 基礎(chǔ)底面以下土的天然重度或是基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度應(yīng)取有效重度。5地下水位在基底標(biāo)高上下圍

35、漲落時(shí), 浮托力的變化有可能引起基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降, 應(yīng)考慮地下水位季節(jié)性漲落的影響。4風(fēng) 荷 載4.1. 基本風(fēng)壓是如何定義的？影響風(fēng)壓的主要因素有哪些？基本風(fēng)壓是在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件下得到的, 基本風(fēng)壓值是在空曠平坦的地面上, 離地面 10m 高, 重現(xiàn)期為 50 年的 10min 平均最大風(fēng)速。影響風(fēng)壓的主要因素有：1風(fēng)速隨高度而變化 , 離地表越近 , 摩擦力越大 , 因而風(fēng)速越小。2與地貌粗糙程度有關(guān), 地面粗糙程度高 , 風(fēng)能消耗多、風(fēng)速則低。3與風(fēng)速時(shí)距風(fēng)有關(guān) , 常取某一規(guī)定時(shí)間的平均風(fēng)速作為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。4與最大風(fēng)速重現(xiàn)期有關(guān), 風(fēng)有著它的自然周期 , 一般取年最大風(fēng)速記錄值為統(tǒng)計(jì)樣

36、本, 對(duì)于一般結(jié)構(gòu) , 重現(xiàn)期為 50 年；對(duì)于高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)及對(duì)風(fēng)荷載比較敏感的結(jié)構(gòu), 重現(xiàn)期應(yīng)適當(dāng)提高。當(dāng)實(shí)測(cè)風(fēng)速高度、時(shí)距、重現(xiàn)期不符合標(biāo)準(zhǔn)條件時(shí)可進(jìn)行基本風(fēng)壓換算。4.2. 試述風(fēng)速和風(fēng)壓之間的關(guān)系？風(fēng)速和風(fēng)壓之間的關(guān)系可由流體力學(xué)中的伯努利方程得到, 自由氣流的風(fēng)速產(chǎn)生的單位面積上的風(fēng)壓力為：w1v2v222g2式中 w 單位面積上的風(fēng)壓力kn/m 3空氣密度 t/m 3空氣單位體積重力kn/m 2g 重力加速度 m/s v 風(fēng)速 m/s 在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓情況下 ,= 0.012018kn/m3,g =9.80m/s, 可得：wv20.012018 v2v(kn/m 2 )222 g

37、29.801630在不同的地理位置, 大氣條件是不同的,和 g 值也不相同。通常取為：v2w1600(kn/m 2 )4.3. 山區(qū)及海洋風(fēng)速各有什么特點(diǎn)？應(yīng)當(dāng)如何考慮？山區(qū)地勢(shì)起伏多變 , 對(duì)風(fēng)速影響較為顯著 , 山區(qū)風(fēng)速有如下特點(diǎn)：山間盆地、谷地等閉塞地形, 由于四周高山對(duì)風(fēng)的屏障作用, 一般比空曠平坦地面風(fēng)速減小1025%,相應(yīng)風(fēng)壓要減小2040%。谷口、山口等開(kāi)敞地形 , 當(dāng)風(fēng)向與谷口或山口趨于一致時(shí), 氣流由開(kāi)敞區(qū)流入兩邊為高山的狹窄區(qū), 流區(qū)壓縮 , 風(fēng)速必然增大；風(fēng)速比一般空曠平坦地面增大1020%。山頂、山坡等弧尖地形, 由于風(fēng)速隨高度增加和氣流越過(guò)山峰時(shí)的抬升作用, 山頂和山

38、坡的風(fēng)速比山麓要大。對(duì)于山區(qū)的建筑物可根據(jù)不同地形條件給出風(fēng)荷載地形修正系數(shù), 在一般情況下 , 山區(qū)的基本風(fēng)壓可按相鄰平坦地區(qū)基本風(fēng)壓乘修正系數(shù)后采用。風(fēng)對(duì)海面的摩擦力小于對(duì)陸地的摩擦力, 所以海上風(fēng)速比陸地要大。另外, 沿海地帶存在一定的海陸溫差 , 促使空氣對(duì)流 , 使海邊風(fēng)速增大?；谏鲜鲈? 遠(yuǎn)海海面和海島的基本風(fēng)壓值大于陸地平坦地區(qū)的基本風(fēng)壓值 , 并隨海面或海島距海岸距離的增大而增大。根據(jù)沿海陸地與海面、海島上的同期觀測(cè)到的風(fēng)速資料對(duì)比 , 可得不同出海距離下遠(yuǎn)海海面和海島基本風(fēng)壓修正系數(shù)。4.4. 試述我國(guó)基本風(fēng)壓分布的特點(diǎn)？我國(guó)夏季受太平洋熱帶氣旋影響, 形成的臺(tái)風(fēng)多在東南

39、沿海登陸；冬季受西伯利亞和蒙古高原冷空氣侵入 , 冷鋒過(guò)境常伴有大風(fēng)出現(xiàn)。全國(guó)基本風(fēng)壓值分布呈如下特點(diǎn)：1東南沿海為我國(guó)大陸上最大風(fēng)壓區(qū)。這一地區(qū)面臨海洋, 正對(duì)臺(tái)風(fēng)的來(lái)向 , 臺(tái)風(fēng)登陸后環(huán)流遇山和陸地 , 摩擦力和阻塞力加大 , 臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度很快減弱 , 風(fēng)壓等值線從沿海向陸遞減很快。2西北、華北和東北地區(qū)的北部為我國(guó)大陸上風(fēng)壓次大區(qū)。這一地區(qū)的大風(fēng)主要由冬季強(qiáng)冷空氣入侵造成的 , 在冷鋒過(guò)境之處都有大風(fēng)出現(xiàn)。3青藏高原為風(fēng)壓較區(qū) , 主要是由于海拔高度較高所造成的。這一地區(qū)除了冷空氣侵襲造成大風(fēng)外, 高空動(dòng)量下傳也能造成大風(fēng)。4云貴高原和長(zhǎng)江中下游地區(qū)風(fēng)壓較小, 尤其是中部、 、湘西和鄂西為我

40、國(guó)風(fēng)壓最小區(qū)域。5是我國(guó)風(fēng)壓最區(qū) , 主要受太平洋臺(tái)風(fēng)的影響；島主要受南海臺(tái)風(fēng)的襲擊, 故東岸偏南有較大風(fēng)壓；西沙群島受南海臺(tái)風(fēng)的影響, 風(fēng)力較大。4.5. 什么叫梯度風(fēng)？什么叫梯度風(fēng)高度？在離地表 300500m 大氣邊界層以上的高度 , 風(fēng)的流動(dòng)不受地面粗糙層的影響, 風(fēng)沿著等壓線以層流方式自由流動(dòng) , 稱(chēng)為梯度風(fēng)。梯度風(fēng)流動(dòng)的起點(diǎn)高度稱(chēng)為梯度風(fēng)高度。4.6. 影響大氣邊界層以下氣流流動(dòng)的因素有哪些？地球表面通過(guò)地面的摩擦對(duì)空氣水平運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻力, 從而使靠近地面的氣流速度減慢, 該阻力對(duì)氣流的作用隨高度增加而減弱, 只有在離地表 300500m 以上的高度 , 風(fēng)才不受地表粗糙層的影響能夠

41、以梯度風(fēng)速度流動(dòng)。不同地表粗糙度有不同的梯度風(fēng)高度, 地面粗糙度小 , 風(fēng)速變化快 , 其梯度風(fēng)高度比地面粗糙度大的地區(qū)為低；反之, 地面粗糙度越大 , 梯度風(fēng)高度將越高。4.7. 荷載規(guī)是如何劃分和度量地面粗糙度的？荷載規(guī)將地面粗糙度分為a、b、c、d 四類(lèi) , 分類(lèi)情況及相應(yīng)的地面粗糙度指數(shù)和梯度風(fēng)高度 ht 如下：a 類(lèi)指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū), 取 a =0.12, hta=300m；b 類(lèi)指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū), 取 b =0.16, htb=ht0=350m；c類(lèi)指有密集建筑群的城市市區(qū), 取 c =0.22, htc=400m；d類(lèi)

42、指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū), 取 d =0.30,h t0=450m。4.8. 試述風(fēng)壓高度變化系數(shù)的導(dǎo)出方法？根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果分析, 大氣邊界層平均風(fēng)速沿高度變化的規(guī)律可用指數(shù)函數(shù)來(lái)描述, 即：v( z )11v0z0式中v 任一高度z 處平均風(fēng)速；v0 標(biāo)準(zhǔn)高度處平均風(fēng)速；z 離地面任一高度m；z0 離地面標(biāo)準(zhǔn)高度 , 通常取為 10m,與地面粗糙度有關(guān)的指數(shù), 地面粗糙程度越大 ,越大。由風(fēng)壓與風(fēng)速的平方成正比, 再將 1式代入 , 可得：2wa ( z)v( z )2v2woa0z0式中 wa ( z) 任一地貌高度z 處風(fēng)壓；woa 任一地貌標(biāo)準(zhǔn)高度處風(fēng)壓。整理 2式 , 并將標(biāo)

43、準(zhǔn)高度z0=10m代入, 可得：wa ( z)woa( z ) 210設(shè)標(biāo)準(zhǔn)地貌下梯度風(fēng)高度為ht0, 粗糙度指數(shù)為0 , 基本風(fēng)壓值為 w0；任一地貌下梯度風(fēng)高度為hta。根據(jù)梯度風(fēng)高度處風(fēng)壓相等的條件, 由式可導(dǎo)出：w0 (h t0 ) 2 010woa( h ta ) 210woa( h t0 ) 210( 10 )20h taw0 將式代入 式, 可得任一地貌條件下 , 高度 z 處的風(fēng)壓：wa ( z)( h t0 )2 010( 10 ) 2h ta( z ) 2w 10zw0a0a上式中z 是任意地貌下的風(fēng)壓高度變化系數(shù), 應(yīng)按地面粗糙度指數(shù)和假定的梯度風(fēng)高度ht 確定 , 并隨

44、離地面高度 z 而變化。a將以上數(shù)據(jù)代入z 的表達(dá)式 6, 可得 a、b、c、d 四類(lèi)風(fēng)壓高度變化系數(shù)：za 類(lèi)：a1.379 ( z) 0.2410zb 類(lèi)：b1.000 ( z10)0.32zc 類(lèi)：c0.616 ( z10)0.44zd 類(lèi)：d0.318 ( z)0.6010據(jù)此 , 可制出風(fēng)壓高度變化系數(shù) z 的表格 , 供設(shè)計(jì)時(shí)查用。4.9. 簡(jiǎn)述矩形平面的單體建筑物風(fēng)流走向和風(fēng)壓分布？矩形平面的單體建筑受到風(fēng)的作用后 , 在其迎風(fēng)面大約 2/3 高度處 , 氣流有一個(gè)正面停滯點(diǎn) , 氣流從該停滯點(diǎn)向外擴(kuò)散分流。停滯點(diǎn)以上 , 一部分氣流流動(dòng)上升并越過(guò)建筑物頂面；停滯點(diǎn)以下 , 一部

45、分氣流向下流向地面 , 在緊靠地面處形成水平滾動(dòng) , 成為駐渦區(qū)；另一部分氣流則繞過(guò)建筑物兩側(cè)向背后流去。在鈍體建筑物的背后 , 由于屋面上部的剪切層產(chǎn)生的環(huán)流 , 形成背風(fēng)渦旋區(qū) , 渦旋氣流的風(fēng)向與來(lái)流風(fēng)相反, 在背風(fēng)面產(chǎn)生吸力。矩形平面的單體建筑物在風(fēng)的作用下 , 迎風(fēng)面由于氣流正面受阻產(chǎn)生風(fēng)壓力 , 側(cè)風(fēng)面和背風(fēng)面由于旋渦作用引起風(fēng)吸力。迎風(fēng)面的風(fēng)壓力在房屋中部最大 , 側(cè)風(fēng)面和背風(fēng)面的風(fēng)吸力在建筑物角部最大。側(cè)風(fēng)面-+-背風(fēng)面駐渦區(qū)停滯點(diǎn)旋渦區(qū)尾流區(qū)迎風(fēng)面-側(cè)風(fēng)面圖 4.13單體建筑物立面流線分布圖 4.12 風(fēng)壓在房屋平面上的分布4.10. 什么是風(fēng)載體型系數(shù)？它是如何確定的？建筑

46、物處于風(fēng)流場(chǎng)中, 風(fēng)力在建筑物表面上的分布是不均勻的, 風(fēng)作用在建筑物表面的不同部位將引起不同的風(fēng)壓值, 此值與來(lái)流風(fēng)壓之比稱(chēng)為風(fēng)載體型系數(shù)。風(fēng)載體型系數(shù)表示建筑物表面在穩(wěn)定風(fēng)壓作用下的靜態(tài)壓力分布規(guī)律, 主要與建筑物的體型和尺寸有關(guān)。目前要完全從理論上確定受風(fēng)力作用的任意形狀物體的壓力分布尚做不到, 一般均通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)確定風(fēng)載體型系數(shù)。4.11. 高層建筑為什么要考慮群體間風(fēng)壓相互干擾？如何考慮？高層建筑群房屋相互間距較近時(shí), 由于尾流作用 , 引起風(fēng)壓相互干擾, 對(duì)建筑物產(chǎn)生動(dòng)力增大效應(yīng),使得房屋局部風(fēng)壓顯著增大, 設(shè)計(jì)時(shí)可將單體建筑物的體型系數(shù)us乘以相互干擾增大系數(shù)加以考慮。4.12.

47、 計(jì)算順風(fēng)向風(fēng)效應(yīng)時(shí) , 為什么要區(qū)分平均風(fēng)和脈動(dòng)風(fēng)？結(jié)構(gòu)順向的風(fēng)作用可分解為平均風(fēng)和脈動(dòng)風(fēng) , 平均風(fēng)的作用可通過(guò)基本風(fēng)壓反映 , 基本風(fēng)壓是根據(jù)10min 平均風(fēng)速確定的 , 雖然它已從統(tǒng)計(jì)的角度體現(xiàn)了平均重現(xiàn)期為 50 年的最大風(fēng)壓值 , 但它沒(méi)有反映風(fēng)速中的脈動(dòng)成分。脈動(dòng)風(fēng)是一種隨機(jī)動(dòng)力荷載, 風(fēng)壓脈動(dòng)在高頻段的峰值周期約為12min, 一般低層和多層結(jié)構(gòu)的自振周期都小于它 , 因此脈動(dòng)影響很小, 不考慮風(fēng)振影響也不致于影響到結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)安全性。而對(duì)于高聳構(gòu)筑物和高層建筑等柔性結(jié)構(gòu), 風(fēng)壓脈動(dòng)引起的動(dòng)力反應(yīng)較為明顯, 結(jié)構(gòu)的風(fēng)振影響必須加以考慮。4.13. 工程設(shè)計(jì)中如何考慮脈動(dòng)風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)

48、的影響？對(duì)于高聳構(gòu)筑物和高層建筑等柔性結(jié)構(gòu), 風(fēng)壓脈動(dòng)引起的動(dòng)力反應(yīng)較為顯著, 必須考慮結(jié)構(gòu)風(fēng)振影響。荷載規(guī)要求 , 對(duì)于結(jié)構(gòu)基本自振周期t1 大于 0.25s的工程結(jié)構(gòu) , 如房屋、屋蓋及各種高聳結(jié)構(gòu)； 以及對(duì)于高度大于30m且高寬比大于1.5 的高柔房屋 , 應(yīng)考慮風(fēng)壓脈動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的順風(fēng)向風(fēng)振。結(jié)構(gòu)風(fēng)振影響可通過(guò)風(fēng)振系數(shù)計(jì)算：v z , 式中脈動(dòng)增大系數(shù)可由隨機(jī)振動(dòng)理論導(dǎo)出, 此1zz時(shí)脈動(dòng)風(fēng)輸入達(dá)文波特davenport 建議的風(fēng)譜密度經(jīng)驗(yàn)公式, 也可查表確定。結(jié)構(gòu)振型系數(shù)z 可根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方法計(jì)算, 也可采用近似公式或查表確定。脈動(dòng)影響系數(shù)v 主要反應(yīng)風(fēng)壓脈動(dòng)相關(guān)性對(duì)結(jié)構(gòu)的影響 ,

49、 可通過(guò)隨機(jī)振動(dòng)理論分析得到, 為方便設(shè)計(jì)人員進(jìn)行工程設(shè)計(jì), 已制成表格 , 供直接查用。4.14. 結(jié)構(gòu)橫向風(fēng)振產(chǎn)生的原因是什么？建筑物或構(gòu)筑物受到風(fēng)力作用時(shí), 橫風(fēng)向也能發(fā)生風(fēng)振。橫風(fēng)向風(fēng)振是由不穩(wěn)定的空氣動(dòng)力作用造成的 , 它與結(jié)構(gòu)截面形狀和雷諾數(shù)有關(guān)。對(duì)于圓形截面, 當(dāng)雷諾數(shù)在某一圍時(shí) , 流體從圓柱體后分離的旋渦將交替脫落 , 形成卡門(mén)渦列 , 若旋渦脫落頻率接近結(jié)構(gòu)橫向自振頻率時(shí)會(huì)引起結(jié)構(gòu)渦激共振。4.15. 什么叫鎖定現(xiàn)象？在結(jié)構(gòu)產(chǎn)生橫向共振反應(yīng)時(shí), 若風(fēng)速增大 , 旋渦脫落頻率仍維持不變, 與結(jié)構(gòu)自振頻率保持一致, 這一現(xiàn)象稱(chēng)為鎖定。在鎖定區(qū), 旋渦脫落頻率是不變的。只有當(dāng)風(fēng)速

50、大于結(jié)構(gòu)共振風(fēng)速約1.3 倍時(shí) , 旋渦脫落才重新按新的頻率激振。4.16. 什么情況下要考慮結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向風(fēng)振效應(yīng)？如何進(jìn)行橫風(fēng)向風(fēng)振驗(yàn)算？6應(yīng)根據(jù)雷諾數(shù)re的不同情況進(jìn)行橫風(fēng)向風(fēng)振驗(yàn)算。當(dāng)雷諾數(shù)增加到 re 3.5 10 , 風(fēng)速進(jìn)入跨臨界圍時(shí) , 出現(xiàn)規(guī)則的周期性旋渦脫落, 一旦旋渦脫落頻率與結(jié)構(gòu)橫向自振頻率接近, 結(jié)構(gòu)將發(fā)生強(qiáng)烈渦激共振, 有可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞 , 危及結(jié)構(gòu)的安全性 , 必須進(jìn)行橫向風(fēng)振驗(yàn)算。22跨臨界強(qiáng)風(fēng)共振引起在z 高處振型 j 的等效風(fēng)荷載可由下列公式確定：wcz jj vcrzj / 12800j (kn/m )式中j 計(jì)算系數(shù)；zj 在 z 高處結(jié)構(gòu)的 j 振型系數(shù)

51、；j 第 j 振型的阻尼比。橫風(fēng)向風(fēng)振主要考慮的是共振影響 , 因而可與結(jié)構(gòu)不同振型發(fā)生共振效應(yīng)。對(duì)跨臨界的強(qiáng)風(fēng)共振 , 設(shè)計(jì)時(shí)必須按不同振型對(duì)結(jié)構(gòu)予以驗(yàn)算。一般認(rèn)為低振型的影響占主導(dǎo)作用。只需考慮前 4 個(gè)振型即可滿(mǎn)足要求。4.17. 公路橋規(guī)中是如何考慮橋梁橫向風(fēng)力作用的？公路橋規(guī)按靜力方法計(jì)算橫向風(fēng)力作用, 即考慮基本風(fēng)速、設(shè)計(jì)風(fēng)速重現(xiàn)期換算系數(shù)、風(fēng)載阻力系數(shù)、風(fēng)速高度變化修正系數(shù)、地形和地理?xiàng)l件系數(shù)以及陣風(fēng)風(fēng)速系數(shù)后, 按橫向風(fēng)壓乘以迎風(fēng)面積獲得橫向風(fēng)力。4.18 什么是橋梁靜力風(fēng)荷載的三分力系數(shù)？橋梁的靜力風(fēng)荷載一般采用三分力來(lái)描述, 即氣流流經(jīng)橋梁時(shí) , 由于截面表面的風(fēng)壓分布存在差別,上下表面壓強(qiáng)差的面積分就是橋梁所受的升力荷載, 而迎風(fēng)前后表面壓強(qiáng)差的面積分則是橋梁所受的風(fēng)阻力荷載 , 即通常所說(shuō)的橫風(fēng)向力；此外, 當(dāng)升力與阻力的合力作用點(diǎn)與橋梁截面的形心不一致時(shí), 還會(huì)產(chǎn)生對(duì)形心的扭矩。 三分力系數(shù)即是上述靜氣動(dòng)力系數(shù), 反映橋梁截面在均勻流中承受的靜風(fēng)荷載大小。該系數(shù)通常是