第一部分 建筑工程技术
第一章 建筑结构与构造
第一节 建筑结构工程的可靠性
★考点预测
1.结构的可靠性包括：安全性、适用性和耐久性。
2.两种极限状态包括：承载能力极限状态（安全性）和正常使用极限状态（适用性）。
3.杆件的受力形式包括：拉伸、压缩、弯曲、剪切和扭转。
4.材料强度包括：抗拉强度、抗压强度和抗剪强度。
5.细长压杆临界力公式：
，l0为压杆计算长度。压杆支座一端固定一端自由时，l0=2l；两端固定时，l0=0.5l；一端固定一端铰支时，l0=0.7l；两端铰支时，l0=l。
6.混凝土受弯受拉构件的裂缝控制分为三个等级：
（1）构件不出现拉应力；
（2）构件虽有拉应力，但不超过混凝土的抗拉强度；
（3）允许出现裂缝，但裂缝宽度不超过允许值。
7.耐久性含义：是指结构在规定的工作环境中，在预期的使用年限内，在正常维护条件下不需进行大修就能完成预定功能的能力。正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应达到的使用年限。
8.结构设计使用年限，如表1-1所示。
表1-1 结构设计使用年限
★ 答疑教室
1.如何正确理解结构的功能要求？
答：安全性：在正常施工和正常使用的条件下，如厂房平时受自重、吊车、风、雪等荷载作用时，能够承受各种荷载和变形而不发生破坏，在地震、爆炸等偶然事件发生后，容许有损失，但应保持结构的整体稳定而不发生倒塌。
适用性：在正常使用时，结构应具有良好的工作性能。如，吊车梁变形过大，烟囱的倾斜度过大都会影响正常使用。
耐久性：在正常维护的条件下，结构应能在预期的使用年限内满足各项功能要求，所以要防止混凝土的过度老化、钢筋的锈蚀等。
安全性、适用性和耐久性概括称为结构的可靠性。
2.承载能力极限状态的概念和重要性是什么？
答：承载能力极限状态是对应于结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。这一极限状态关系到结构全部或部分的破坏或倒塌，会导致人员的伤亡或严重的经济损失，所以对所有结构和构件必须按承载力极限状态进行计算，施工时应严格保证施工质量，以满足结构的安全性。
3.影响梁的位移的因素有哪些？
答：（1）荷载，与位移成正比。
（2）材料的弹性模量E，与位移成反比。
（3）截面惯性矩I，与位移成反比。
（4）跨度，跨度的n次方与位移成正比，此因素影响最大。
4.混凝土结构的耐久性有哪些要求？
答：（1）保护层厚度。保护层厚度关系到构件的承载力和实用性，而且对结构构件的耐久性有决定性的影响。其值应符合规定的最小值要求。
（2）水灰比、水泥用量的一些要求。最大水灰比、最小水泥用量、最低混凝土强度等级、最大氯离子含量以及最大含碱量，按照耐久性的要求应符合规定。
★ 真题趋势
1.一般环境中，要提高混凝土结构的设计使用年限，对混凝土强度等级和水胶比的要求是（）。【2011】
A.提高强度等级，提高水胶比
B.提高强度等级，降低水胶比
C.降低强度等级，提高水胶比
D.降低强度等级，降低水胶比
【答案】B
【解析】从一般环境中混凝土材料与钢筋最小保护层厚度表中可以看出，要提高混凝土结构的设计使用年限，就要提高混凝土强度等级，降低水胶比。
2.某受压杆件，在支座不同、其他条件相同的情况下，其临界力最小的支座方式是（）。【2011】
A.两端铰支
B.一端固定，一端铰支
C.两端固定
D.一端固定，一端自由
【答案】D
【解析】因为不同支座情况的临界力的计算公式为：
，l0称压杆的计算长度。当柱的一端固定一端自由时，l0=2l；两端固定时，l0=0.5l；一端固定一端铰支时，l0=0.7l；两端铰支时，l0=l。经计算可得。
3.有一悬臂梁，受力如图1-1所示，q=1kN/m，EI=2×1011N·mm2，l=2m，则梁端B最大位移f 是（）mm。【2009】
图1-1 悬臂梁受力图
A.5
B.10
C.15
D.20
【答案】B
【解析】梁端B最大位移
f。
4.同一长度的压杆，截面积及材料均相同，仅两端支承条件不同，则（）杆的临界力最小。【2007】
A.两端铰支
B.一端固定，一端自由
C.一端固定，一端铰支
D.两端固定
【答案】B
【解析】临界力最小，计算长度最大。
5.受压杆在下列支承情况下，若其他条件相同，临界力最大的是（）。【2006】
A.一端固定，一端自由
B.一端固定，一端铰支
C.两端固定
D.两端铰支
【答案】C
【解析】临界力最大，计算长度最小。
6.受压物件，两端铰支，临界力为50kN，若将物件改为两端固定，则其临界力为（）kN。【2005】
A.50
B.100
C.1500
D.200
【答案】D
【解析】两端铰支，计算长度为l。两端固定，计算长度为0.5l。2倍关系，临界力计算公式中是计算长度的平方，故为4倍关系。
7.普通房屋的正常设计使用年限为（）年。【2007】
A.10
B.25
C.50
D.100
【答案】C
【解析】解答本题如表1-2所示。
表1-2 房屋的设计使用年限
★ 强化自测
一、单选题
1.结构杆件在规定的荷载作用下，不因材料强度发生破坏的要求，称为（）要求。
A.刚度
B.强度
C.柔度
D.稳定性
2.杆件中压杆的计算长度l0与压杆的支承情况有关，当两端固定时，l0 =（）。
A.2l
B.0.5l
C.0.7l
D.l
3.关于压杆稳定，正确的说法是（）。
A.杆件短粗容易失稳
B.杆件细长容易失稳
C.杆件弹性模量大容易失稳
D.杆件截面的惯性矩大容易失稳
4.同一长度的压杆，截面积及材料均相同，仅两端支承条件不同，则（）杆的临界力最小。
A.两端铰支
B.一端固定，一端自由
C.一端固定，一端铰支
D.两端固定
5.裂缝控制主要针对混凝土梁（受弯构件）及受拉构件。裂缝控制可分为（）个等级。
A.二
B.三
C.四
D.五
6.安全性、适用性和耐久性概括为结构的（）。
A.可靠度
B.安全度
C.可靠性
D.技术性
7.验算结构发生倾覆破坏时，应该选择（）进行验算。
A.承载力极限状态
B.正常使用极限状态
C.从A、B状态中任选一种极限状态
D.以上都不需要验算
8.临时性结构的设计使用年限是（）。
A.5
B.15
C.25
D.30
9.正常使用极限状态不包括（）。
A.控制振幅
B.控制倾覆
C.控制裂缝
D.控制变形
10.普通房屋的正常设计使用年限为（）年。
A.10
B.25
C.50
D.100
二、多选题
11.下列属于混凝土结构的裂缝控制等级的为（）。
A.构件不受任何力
B.构件不出现拉应力
C.构件虽有拉应力，但不超过混凝土的抗拉强度
D.允许出现裂缝，但裂缝宽度不超过允许值
E.允许出现裂缝，裂缝宽度无限制
12.两端铰接的压杆，临界力与（）成正比。
A.弹性模量
B.压杆长度
C.压力
D.弯矩
E.截面惯性矩
13.正常使用极限状态包括（）等。
A.构件在正常使用条件下产生过度变形，影响正常使用或建筑外观
B.构件过早产生裂缝或裂缝发展过宽
C.动力荷载作用下结构或构件产生过大的振幅
D.结构构件因强度超过而破坏
E.反复荷载作用下连接发生疲劳破坏
14.结构达到承载力极限状态包括（）。
A.构件强度破坏
B.结构倾覆
C.结构滑移
D.在反复荷载下构件发生疲劳破坏
E.构件产生裂缝
15.结构的功能要求包括（）。
A.安全性
B.经济性
C.耐久性
D.适用性
E.美观性
16.下列关于混凝土结构环境的叙述，正确的是（）。
A.一类环境是指室内正常环境
B.一类环境是指室内潮湿环境
C.四类环境是指海水环境
D.三类环境是指严寒地区的露天环境
E.三类环境是指受自然的侵蚀性物质影响的环境
17.关于简支梁变形大小的影响因素，下列各项中表述正确的有（）。
A.跨度越大，变形越大
B.截面的惯性矩越大，变形越大
C.截面积越大，变形越小
D.材料弹性模量越大，变形越大
E.外荷载越大，变形越大
【答案及解析】
1.B【解析】结构杆件所用材料在规定的荷载作用下，材料发生破坏时的应力称为强度，要求不破坏的要求，称为强度要求。
2.B【解析】l0：计算长度，当一端固定一端自由时，取 l0=2l；两端固定时，l0=0.5l；一端固定一端铰支时，l0=0.7l；两端铰支时，l0=l。
3.B【解析】临界力的计算公式为
，临界力越小，越容易失稳。所以，杆件的长度越大，临界力越小，越容易失稳；杆件的惯性矩I越大，临界力越大，越不易失稳；杆件的弹性模量E越大，临界力越大，越不易失稳。
4.B【解析】要求考生掌握临界力公式。细长压杆的临界力公式，l0为压杆的计算长度。当柱的一端固定一端自由时，l0=2l，l为杆件的实际长度；两端固定时，l0=0.5l；一端固定一端铰支时，l0=0.7l；两端铰支时，l0=l。按题意，当柱的一端固定一端自由时，临界力最小。
5.B【解析】裂缝控制分为三个等级：（1）构件不出现拉应力；（2）构件虽有拉应力，但不超过混凝土的抗拉强度；（3）允许出现裂缝，但裂缝宽度不超过允许值。
6.C【解析】安全性、适用性和耐久性概括称为结构的可靠性。
7.A【解析】承载能力极限状态是对应于结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形，它包括结构构件或连接因强度超过而破坏，结构或其一部分作为刚体而失去平衡（如倾覆），在反复荷载下构件或连接发生疲劳破坏等。这一极限状态关系到结构全部或部分的破坏或倒塌，所以，验算结构发生倾覆破坏时，也应选择承载力极限状态进行验算。
8.A【解析】设计使用年限，如表1-3所示。
表1-3 临时性结构的设计使用年限
9.B【解析】极限状态通常可分为两类：承载力极限状态与正常使用极限状态。正常使用极限状态包括：构件在正常使用条件下产生过度变形，导致影响正常使用或建筑外观；构件过早产生裂缝或裂缝发展过宽；在动力荷载作用下结构或构件产生过宽大的振幅等。
10.C【解析】我国《建筑结构可靠度设计统一标准》提出了建筑结构的设计使用年限，如表1-4所示。
表1-4 建筑结构的设计使用年限
11.BCD【解析】裂缝控制分为三个等级：（1）构件不出现拉应力；（2）构件虽有拉应力，但不超过混凝土的抗拉强度；（3）允许出现裂缝，但裂缝宽度不超过允许值。
12.AE【解析】由临界力的计算公式为
可知，临界力与弹性模量和截面惯性矩成正比，与压杆长度成反比。
13.ABC【解析】建筑结构除了要保证安全外，还应满足适用性的要求，在设计中称为正常使用的极限状态。这种极限状态相应于结构或构件达到正常使用或耐久性的某项规定的限值，它包括构件在正常使用条件下产生过度变形，影响正常使用或建筑外观；构件过早产生裂缝或裂缝发展过宽；动力荷载作用下结构或构件产生过大的振幅等。超过这种极限状态会使结构不能正常工作，使结构的耐久性受影响。
14.ABCD【解析】承载力极限状态是对应于结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形，它包括结构构件或连接因强度超过而破坏，结构或其一部分作为刚体而失去平衡（如倾覆、滑移），在反复荷载下构件或连接发生疲劳破坏等。
15.ACD【解析】结构设计的主要目的是要保证所建造的结构安全适用，能够在规定的期限内满足各种预期的功能要求，并且要经济合理。具体来说，结构应具有安全性、适用性、耐久性的功能。16.AC【解析】解答本题如表1-5所示。
表1-5 混凝土结构环境的类别
17.ACE【解析】梁的变形主要是弯矩所引起的，叫弯曲变形。剪力所引起的变形很小，可以忽略不计。
通常我们都是计算梁的最大变形，如图1-2所示，悬臂梁端部的最大位移为f=ql 4/8EI。
图1-2 悬臂梁
从公式可以看出，影响位移的因素除荷载外，还有：
（1）材料性能：与材料的弹性模量E成反比；
（2）构件的截面：与截面的惯性矩I成反比；
（3）构件的跨度：与跨度l的n次方成正比，此因素影响最大。