第二节 建筑结构平衡的技术

★ 考点预测

1.力的三要素包括：大小、方向和作用点。

2.物体的平衡状态包括：静止状态和等速直线运动状态。

3.力的平衡条件：ΣX=0，ΣY=0，ΣM=0。

4.桁架结构假设：（1）桁架的节点是铰接；（2）每个杆件的轴线是直线；（3）荷载及支座反力都作用在节点上。

5.剪力图和弯矩图。

6.防止结构倾覆要求：引起倾覆的力矩M（倾）应小于抵抗倾覆的力矩M（抗），可取M（抗）≥（1.2～1.5）M（倾）。

7.震级和烈度。

震级是按照地震本身强度而定的等级标准，衡量某次地震的大小，一次地震只有一个震级。

烈度是指某一地区的地面及建筑物遭受一次地震影响的强弱程度，和该地距震中距离、地震大小、震源深浅等多种因素有关。抗震设防烈度是结构抗震设防的依据。

8.我国规范抗震设防基本思想：大震不倒、中震可修、小震不坏。

9.抗震构造措施。

（1）砌体结构：设置钢筋混凝土构造柱；设置钢筋混凝土圈梁与构造柱连接；加强墙体连接；保持楼板和梁的支撑长度和可靠连接；加强楼梯间整体性等。

（2）框架结构：强柱、强节点、强锚固；控制配筋率，限制配筋直径；加长锚固长度，加密箍筋等。

（3）设置必要防震缝。

10.常见建筑结构体系及其应用，如表1-6所示。

★ 答疑教室

1.建筑装饰装修对建筑结构有什么主要影响？

答：（1）增加的装饰装修荷载应控制在允许范围内，必要时要对结构承载能力进行验算。

（2）涉及主体和承重结构改动时，必须保证建筑物的结构安全和主要使用功能。

（3）严禁违反设计文件擅自改动建筑主体、承重结构或主要使用功能，严禁擅自拆改水、暖、电、燃气、通信等配套设施。

2.抗震结构概念设计的含义是什么？

答：概念设计就是根据以往地震灾害的经验和科学研究的成果进行抗震设防的设计，提高建筑物总体上的抗震能力。主要包括：选择有利于抗震的场地；建筑物形状尽量规则简单；质量中心和刚度中心尽可能靠近；抗震结构体系技术上先进且经济上合理；选择抗震性能好的材料；保证结构整体性和延性；构件间有可靠的连接以满足抗震要求。

3.常见建筑结构体系有哪些？其适用情况如何？

答：（1）混合结构体系，多用于住宅、办公楼、教学楼建筑中。

（2）框架结构体系，多用于小高层大空间建筑。

（3）剪力墙体系，多用于小开间住宅和旅馆等。

（4）框架—剪力墙结构，多用于10层～20层的建筑。

（5）筒体结构，多用于30层～50层的房屋。

（6）桁架结构体系，多用于单层厂房的屋顶。

（7）网架结构，多用于体育馆、展览馆等超大空间公用建筑。

（8）拱式结构，多用于大跨度建筑，如桥梁、大型体育馆等。

（9）悬索结构，多用于桥梁。

（10）薄壁空间结构，多用于大跨度的屋盖结构，如展览馆、俱乐部、飞机库等。

★ 真题趋势

1.房屋建筑筒中筒结构的内筒，一般由（）组成。【2012】

A.电梯间和设备间

B.楼梯间和卫生间

C.设备间和卫生间

D.电梯间和楼梯间

【答案】D

【解析】筒体结构可分为框架—核心筒结构、筒中筒和多筒结构等，筒中筒结构的内筒一般由电梯间、楼梯间组成。内筒与外筒由楼盖连接成整体，共同抵抗水平荷载及竖向荷载。

2.楼盖和屋盖采用钢筋混凝土结构，而墙和柱采用砌体结构建造的房屋属于（）体系建筑。【2012】

A.混合结构

B.框架结构

C.剪刀墙

D.桁架结构

【答案】A

【解析】混合结构房屋一般是指楼盖和屋盖采用钢筋混凝土或钢木结构，而墙和柱采用砌体结构建造的房屋，大多用在住宅、办公楼、教学楼建筑中。因为砌体的抗压强度高而抗拉强度很低，所以住宅建筑最适合采用混合结构，一般在6层以下。

3.加强多层砌体结构房屋抵抗地震能力的构造措施有（）。【2012】

A.提高砌体材料的强度

B.增大楼面结构厚度

C.设置钢筋混凝土构造柱

D.加强楼梯间的整体性

E.设置钢筋混凝土圈梁并与构造柱连接起来

【答案】CDE

【解析】多层砌体房屋结构材料脆性大，抗拉、抗剪能力低，抵抗地震的能力差。可采取的抗震措施为：（1）设置钢筋混凝土构造柱，减少墙身的破坏，并改善其抗震性能，提高延性；（2）设置钢筋混凝土圈梁，与构造柱连接起来，增强了房屋的整体性，改善了房屋的抗震性能，提高了抗震能力；（3）加强墙体的连接，楼板和梁应有足够的支承长度和可靠连接；（4）加强楼梯间的整体性等。

4.为控制装修对建筑结构的影响，正确的做法有（）。【2012】

A.装修时不能自行改变原来的建筑使用功能

B.新的装修构造做法产生的荷载值不能超过原有楼面结构荷载设计值

C.经原设计单位的书面有效文件许可，即可在原有承重结构构件上开洞凿孔

D.装修时不得自行拆除任何承重构件

E.装修施工中可以临时在建筑楼板上堆放大量建筑装修材料

【答案】ABCD

【解析】在装修对结构的影响及对策中，装修时不能自行改变原来的建筑使用功能。如有必要改变时，应该取得原设计单位的许可，A正确。在进行楼面和屋面装修吋，新的装修构造做法产生的荷载值不能超过原有建筑装修构造做法荷载值，B正确。在装修施工中，不允许在原有承重结构构件上开洞凿孔，降低结构构件的承载能力。如果实在需要，应该经原设计单位的书面有效文件许可，方可施工，C正确。装修时，不得自行拆除任何承重构件，或改变结构的承重体系，D正确。装修施工时，不允许在建筑内楼面上堆放大量建筑材料，E错误。

5.大跨度混凝土拱式结构建（构）筑物，主要利用了混凝土良好的（）。【2010】

A.抗剪性能

B.抗弯性能

C.抗拉性能

D.抗压性能

【答案】D

【解析】拱式结构的主要内力为轴向压力，可利用抗压性能良好的混凝土建造大跨度的拱式结构。

6.关于非抗震设计的框架结构，不同部位震害程度的说法，正确的有（）。【2010】

A.柱的震害轻于梁

B.柱顶震害轻于柱底

C.角柱的震害重于内柱

D.短柱的震害重于一般柱

E.填充墙处是震害发生的严重部位之一

【答案】CDE

【解析】框架结构震害的严重部位多发生在框架梁柱节点和填充墙处；一般是柱的震害重于梁，柱顶的震害重于柱底，角柱的震害重于内柱，短柱的震害重于一般柱。为此采取了一系列措施，把框架设计成延性框架，遵守以下原则：强柱、强节点、强锚固，避免短柱，加强角柱，框架沿高度不宜突变，避免出现薄弱层，控制最小配筋率，限制配筋最小直径等。构造上采取受力筋锚固适当加长，节点处箍筋适当加密等措施。

7.如图1-3所示，人字梯放置在光滑（忽略摩擦）地面上，顶端人体重量为P。关于绳子拉力与梯子和地面的夹角口、绳子位置h的关系的说法，正确的是（）。【2011】

A.α、h越大，绳子拉力越大

B.α、h越小，绳子拉力越大

C.α越大、h越小，绳子拉力越大

D.α越小、h越大，绳子拉力越大

【答案】D

【解析】假设梯子的总长度为l。根据结构的对称性，取梯子的一半，则其顶端承受的力为P/2，根据结构竖向受力的平衡，可知地面的竖向支撑力也为P/2。假设绳子的拉力为F，则根据结构水平受力的平衡，梯子左右两部分在顶端的水平压力也为 F，根据梯子顶端所受弯矩的平衡，可以得到

故：，从式中可知α越小、h越大，绳子的拉力越大。

8.在非地震区，最有利于抵抗风荷载作用的高层建筑平面形状是（）。【2011】

A.圆形

B.正方形

C.十字形

D.菱形

【答案】A

【解析】平面为圆形的建筑比方形或矩形建筑，其风压可减小近40%。所以在高层建筑中，常看到圆形建筑。它不仅风压小，而且各向的刚度比较接近，有利于抵抗水平力的作用。

9.对作用于框架结构体系的风荷载和地震力，可简化成（）进行分析。【2011】

A.节点间的水平分布力

B.节点上的水平集中力

C.节点间的竖向分布力

D.节点上的竖向集中力

【答案】B

【解析】框架结构的内力分析通常是用计算机进行精确分析。常用的手工近似法是：竖向荷载作用下用分层计算法；水平荷载作用下用反弯点法。风荷载和地震力可简化成节点上的水平集中力进行分析。

10.以承受轴向压力为主的结构有（）。【2011】

A.拱式结构

B.悬索结构

C.网架结构

D.桁架结构

E.壳体结构

【答案】AE

【解析】拱是一种有推力的结构，它的主要内力是轴向压力；悬索结构的主要承重结构是受拉的钢索；网架是由许多杆件按照一定规律组成的网状结构，杆件主要承受轴向力，可能是拉力，也可能是压力；桁架结构由杆件组成，杆件只有轴向力，可能是拉力，也可能是压力；壳体结构属于空间受力结构，主要承受曲面内的轴向压力，弯矩很小。

★ 强化自测

一、单选题

1.简支梁受均布荷载时的最大弯矩是（）。

A.跨中 ql2/8

B.跨中ql2/4

C.支座处ql2/8

D.支座处ql2/4

2.二力杆是指（）。

A.力作用于杆件的两端并沿杆件的轴线

B.力作用于杆件的两端并相互平行

C.力作用于杆件的中部并沿杆件的轴线

D.力作用于杆件的中部并相互平行

3.二力杆所受内力有（）。

A.拉力、压力

B.弯矩、拉力

C.剪力、弯矩

D.剪力、压力

4.静定桁架中各节点都假定为（）。

A.刚接

B.弹性连接

C.铰接

D.焊接连接

5.下列属于水平荷载的是（）。

A.结构的自重

B.风荷载

C.雪荷载

D.楼面活荷载

6.当力的作用线通过矩心时，此时矩心处的力矩（）。

A.最大

B.最小

C.为零

D.不能确定

7.建筑物原有的楼面或层面上的荷载传到梁上可简化为（）。

A.面荷载

B.线荷载

C.集中荷载

D.可变荷载

8.平面汇交力系的平衡条件是（）。

A.∑X=0

B.∑Y=0

C.∑X=0，∑Y=0

D.都不正确

9.装修工程需要改变原承重结构时，建设单位应当委托原（）进行安全性核验。

A.监理单位

B.总承包单位

C.设计单位

D.分包单位

10.一个地区的基本烈度是指（）。

A.该地区今后一定时间内，在良好场地条件下可能遭遇的最大地震烈度

B.该地区今后一定时间内，在良好场地条件下可能遭遇的最小地震烈度

C.该地区今后一定时间内，在一般场地条件下可能遭遇的最大地震烈度

D.该地区今后一定时间内，在一般场地条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图1-4所示，则固端A的弯矩为（）kN·m。

A.2

B.3

C.6

D.9

12.有一连续梁，受力如图1-5所示，则下列连续梁上的弯矩示意图中，正确的是（）。

二、多选题

13.下列属于直接作用的有（）。

A.活荷载

B.风荷载

C.焊接变形

D.温度变化

E.吊车荷载

14.下列荷载中属于恒载的有（）。

A.土压力

B.雪荷载

C.风荷载

D.结构自重

E.混凝土预应力

15.某伸臂梁受力情况如图1-6所示，其B点处的内力为（）。

A.剪力为0

B.剪力为0.5P

C.B点处的支座反力为q/2L1+P（L1+L2）/L1

D.弯矩为PL2

E.弯矩为

16.力的三要素是指力的（）。

A.大小

B.平衡

C.作用点

D.约束

E.方向

17.力学上把物体相对于地球处于（）状态称为平衡状态。

A.静止状态

B.匀速直线运动状态

C.加速直线运动状态

D.匀速圆周运动状态

E.加速圆周运动状态

18.两个力合成的结果可能是（）。

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间

D.合力的结果不是唯一的

E.合力的结果是一个力矩或力偶矩

19.一般平面力系的平衡条件是（）。

A.∑M=0

B.∑力偶=0

C.∑力偶矩=0

D.∑X=0

E.∑Y=0

20.下列关于桁架说法正确的是（）。

A.桁架中的所有杆件都是二力杆

B.桁架中的所有杆件都是受弯构件

C.桁架中的所有节点都是刚接节点

D.桁架中的所有节点都是铰接节点

E.桁架上荷载都作用在节点上

【答案及解析】

1.A【解析】如图1-7所示。

2.A【解析】力作用于杆件的两端并沿杆件的轴线，称为轴力。只有轴力的杆称为二力杆。

3.A【解析】二力杆为只有轴力的杆件，轴力分拉力和压力两种。

4.C【解析】桁架为静定桁架时，要进行三点假设：（1）桁架的节点是铰接；（2）每个杆件的轴线是直线，并通过铰的中心；（3）荷载及支座反力都作用在节点上。

5.B【解析】按荷载作用方向，可将荷载分为水平荷载和垂直荷载。其中风荷载、水平地震荷载等属水平荷载；结构自重、雪荷载、楼面活荷载属垂直荷载。

6.C【解析】力矩=力×力臂，力臂是力矩中心点至力的作用线的垂直距离，当力的作用线通过矩心时，力臂大小为零，则矩心处的力矩为零。

7.B【解析】建筑物原有的楼面或层面上的各种面荷载传到梁上或条形基础上时，可简化为单位长度上的称为线荷载。

8.C【解析】平面汇交力系的平衡条件是∑X=0和∑Y=0，二者需同时满足。

9.C【解析】装修时，不能自行改变结构的承重体系，确实需要改变时，需要委托原设计单位进行安全性核验。

10.C【解析】一个地区的基本烈度是指该地区今后一定时间内，在一般场地条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】本题考核的是连续梁的弯矩图。连续梁，板的受力特点是：跨中有正弯矩，支座有负弯矩。

13.ABE【解析】引起结构失去平衡或破坏的外部作用主要有：直接施加在结构上的各种力，习惯上称为荷载，如恒载、活荷载、积灰荷载、风荷载等；第二类是间接作用，指在结构上引起外加变形和约束变形的其他作用，如焊接变形、温度变化、混凝土收缩等。

14.ADE【解析】恒载的特点是对结构的永久作用，在设计基准期内，荷载值的大小及其作用位置不随时间的变化而变化，并且作用时间长。土压力、结构自重、混凝土预应力均属于恒载。

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点处的弯矩为：PL2（以右边为隔离体，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点的位置称为力的三要素。

17.AB【解析】物体相对于地球处于静止状态和匀速直线运动状态，力学上把这两种状态统称为平衡状态。

18.ABC【解析】两个力的合力结果是唯一的，大小介于两个力的和与两个力差之间，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间。

19.ADE【解析】平面汇交力系的平衡条件是∑X=0和∑Y=0，一般平面力系的平衡条件还要加上力矩的平衡，所以，一般平面力系的平衡条件是：∑X=0，∑Y=0和∑M=0。

20.ADE【解析】桁架是由杆件组成的结构体系。在进行内力分析时，节点一般假定为铰接节点，荷载作用在节点上，杆件只有轴向力，为二力杆。