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2013年3月份《结构设计原理》课程考试 模拟试卷答案
考试形式：闭卷 试卷类型：B
一、单项选择题（本大题共5小题，每小题2分，共10分）
1． C 2． A 3． B 4． D 5． B
二、判断题（本大题共5小题，每小题2分，共10分）
1． A 2． B 3． A 4． A 5． B
三、填空题（本大题共10个空，每空2分，共20分）
1．安全性、适用性、耐久性
2．结构处于可靠状态、结构处于失效状态
3．8h f 、40mm
4．降低
5．倾覆破坏、挑梁承载力破坏
四、名词解释（本大题1小题，共5分）
承载力极限状态
答：承载力极限状态是指结构或构件达到最大承载力， （2分）
或达到不适于继续承载的变形的状态， （1分）
也可以理解为结构或结构构件发挥允许的最大承载功能时的状态。 （2分）
五、简答题（本大题1小题，共10分）
轴心受压柱的柱头一般采用什么形式？柱头的构造应满足什么原则？
答：柱头可分为铰接与刚接两种形式，轴心受压柱与梁的连接应采用铰接，因为如果采用刚接将对柱产生弯矩，使柱成为压弯构件（5分）
柱头的构造原则是：传力可靠并符合柱身计算简图所做的假定，构造简单，便于安装，做到设计可靠，省料和省工。（5分）
六、计算题（本大题共3小题，每小题15分，共45分）
1、某办公楼楼面采用预应力混凝土七孔板，安全等级定为二级。板长3.6m ，计算跨度3.48m ，板宽1.2m ，板自重2.12kN /m ，后浇混凝土层厚40mm ，板底抹灰层厚20mm ，可变荷载1.6kN /m ，准永久值系数φqi 为0.5，试计算按承载力极限状态和正常使用极限状态设计时的截面弯矩设计值。（预制混凝土板的自重为25kN /m ，板底抹灰的自重20kN /m ，γ0=1.0，γG =1.2，γQ 1=1.4）
解：永久荷载标准值计算如下：
自重 2.12kN /m
40mm 后浇层 25×0.04=1kN /m
20mm 板底抹灰层 20×0.02=0.4kN /m
22223322 3.52kN /m （2分）
沿板长每延米均布荷载标准值为
G k =1.2×3.52=4.224kN /m （1分）
可变荷载每延米标准值为
Q 1k =1.2×1.6=1.92kN /m （1分）
简支板在均布荷载作用下的弯矩为
M =(1/8)ql 2 （1分）
荷载效应系数为
C G =C Q 1=(1/8)l 2=(1/8)⨯3.482=1.51 （2分）
因只有一种可变荷载，所以
M =γ0(γG C G G k +γQ 1C Q 1Q 1k ) （1分）
已知：γ0=1.0，γG =1.2，γQ 1=1.4，C G =C Q 1=1.51， （1分） 由上述计算可知：G k =4.224，Q 1k =1.92得：
按承载能力极限状态设计时，按可变荷载效应控制的组合弯矩设计值为
M =γ0(γG C G G k +γQ 1C Q 1Q 1k ) =1.0(1.2⨯1.51⨯4.224+1.4⨯1.51⨯1.92) =11.7kN ⋅m （2分） 按正常使用极限状态设计时弯矩设计值
按荷载的标准组合时为
M =C G G k +C Q 1Q 1k =1.51⨯4.224+1.51⨯1.92=9.28kN ⋅m （2分）
按荷载的准永久组合时
M =C G G k +φqi C Q 1Q 1k =1.51⨯4.224+0.5⨯1.51⨯1.92=7.83kN ⋅m （2分）
2、验算下图所示的柱与牛腿间摩擦型高强螺栓连接是否安全，螺栓M20，10.9级，摩擦面的抗滑移系数μ=0.5，高强螺栓的设计预拉力P =155kN 。
解：（1）分析螺栓群承受的荷载。螺栓群形心O 处的内力有：
33N =⨯300=180kN （1分） 55
44b 、 剪力V =N =⨯300=240kN （1分） 55a 、 轴心拉力T =
c 、 弯矩M =T ⋅e =180⨯7.0/2=630kN ⋅cm （1分）
（2）计算螺栓受力
a 、在拉力及弯矩作用下，最上排螺栓受力为最不利。 （2分）
一个螺栓所受的拉力为：
N t =T M ⋅y 1180630⨯(6.5+7.0/2) +=+=36.5kN （2分） 222n 2y i 82[2⨯3.5+2⨯(3.5+6.5) ]
一个螺栓所受的剪力为：
N v =V 240==30kN （2分） n 8
b 、摩擦型高强螺栓的承载力设计值计算
一个高强螺栓受拉承载力设计值：N t b =0.8P =0.8⨯155=124kN （2分）
b 一个高强螺栓受剪承载力设计值：N v =0.9n f ⋅μ⋅P =0.9⨯1⨯0.5⨯155=69.75kN （2分）
c 、验算连接
高强螺栓同时承受拉力和剪力，其连接强度
N v N t 3036.5+=+=0.72
3、一混凝土小型空心砌块砌体独立柱，截面尺寸400mm ⨯600mm 柱的计算高度为3.6m ，柱承受轴向压力标准值N k =200kN （其中永久荷载效应为140kN ，已包括柱自重）。该柱用MU10混凝土小型空心砌块和Mb5混合砂浆砌筑，试验算该柱受压承载力。（已知混凝土小型空心砌块和Mb5混合砂浆砌筑时，f =2.22Mpa ，本题中的承载力影响系数ϕ=0.872）
解：
可变荷载效应与恒荷载效应之比ρ=60/140=0.429，故为可变荷载控制的组合 （2分） N =1.2⨯140+1.4⨯60=252kN （2分）
A =0.4⨯0.6=0.24m 2
故γa =0.7+A =0.7+0.24=0.94 （2分）
β=γβH 0=1.1⨯3.6/0.4=9.9>3 （2分） h
由题中可知，ϕ=0.872，f =2.22Mpa （2分）
γa ϕfA =0.94⨯0.872⨯2.22⨯106⨯0.24=436.7kN >252kN （2分）
所以该柱受压承载力满足要求。 （1分）
机 密★启用前
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2013年3月份《结构设计原理》课程考试 模拟试卷答案
考试形式：闭卷 试卷类型：B
一、单项选择题（本大题共5小题，每小题2分，共10分）
1． C 2． A 3． B 4． D 5． B
二、判断题（本大题共5小题，每小题2分，共10分）
1． A 2． B 3． A 4． A 5． B
三、填空题（本大题共10个空，每空2分，共20分）
1．安全性、适用性、耐久性
2．结构处于可靠状态、结构处于失效状态
3．8h f 、40mm
4．降低
5．倾覆破坏、挑梁承载力破坏
四、名词解释（本大题1小题，共5分）
承载力极限状态
答：承载力极限状态是指结构或构件达到最大承载力， （2分）
或达到不适于继续承载的变形的状态， （1分）
也可以理解为结构或结构构件发挥允许的最大承载功能时的状态。 （2分）
五、简答题（本大题1小题，共10分）
轴心受压柱的柱头一般采用什么形式？柱头的构造应满足什么原则？
答：柱头可分为铰接与刚接两种形式，轴心受压柱与梁的连接应采用铰接，因为如果采用刚接将对柱产生弯矩，使柱成为压弯构件（5分）
柱头的构造原则是：传力可靠并符合柱身计算简图所做的假定，构造简单，便于安装，做到设计可靠，省料和省工。（5分）
六、计算题（本大题共3小题，每小题15分，共45分）
1、某办公楼楼面采用预应力混凝土七孔板，安全等级定为二级。板长3.6m ，计算跨度3.48m ，板宽1.2m ，板自重2.12kN /m ，后浇混凝土层厚40mm ，板底抹灰层厚20mm ，可变荷载1.6kN /m ，准永久值系数φqi 为0.5，试计算按承载力极限状态和正常使用极限状态设计时的截面弯矩设计值。（预制混凝土板的自重为25kN /m ，板底抹灰的自重20kN /m ，γ0=1.0，γG =1.2，γQ 1=1.4）
解：永久荷载标准值计算如下：
自重 2.12kN /m
40mm 后浇层 25×0.04=1kN /m
20mm 板底抹灰层 20×0.02=0.4kN /m
22223322 3.52kN /m （2分）
沿板长每延米均布荷载标准值为
G k =1.2×3.52=4.224kN /m （1分）
可变荷载每延米标准值为
Q 1k =1.2×1.6=1.92kN /m （1分）
简支板在均布荷载作用下的弯矩为
M =(1/8)ql 2 （1分）
荷载效应系数为
C G =C Q 1=(1/8)l 2=(1/8)⨯3.482=1.51 （2分）
因只有一种可变荷载，所以
M =γ0(γG C G G k +γQ 1C Q 1Q 1k ) （1分）
已知：γ0=1.0，γG =1.2，γQ 1=1.4，C G =C Q 1=1.51， （1分） 由上述计算可知：G k =4.224，Q 1k =1.92得：
按承载能力极限状态设计时，按可变荷载效应控制的组合弯矩设计值为
M =γ0(γG C G G k +γQ 1C Q 1Q 1k ) =1.0(1.2⨯1.51⨯4.224+1.4⨯1.51⨯1.92) =11.7kN ⋅m （2分） 按正常使用极限状态设计时弯矩设计值
按荷载的标准组合时为
M =C G G k +C Q 1Q 1k =1.51⨯4.224+1.51⨯1.92=9.28kN ⋅m （2分）
按荷载的准永久组合时
M =C G G k +φqi C Q 1Q 1k =1.51⨯4.224+0.5⨯1.51⨯1.92=7.83kN ⋅m （2分）
2、验算下图所示的柱与牛腿间摩擦型高强螺栓连接是否安全，螺栓M20，10.9级，摩擦面的抗滑移系数μ=0.5，高强螺栓的设计预拉力P =155kN 。
解：（1）分析螺栓群承受的荷载。螺栓群形心O 处的内力有：
33N =⨯300=180kN （1分） 55
44b 、 剪力V =N =⨯300=240kN （1分） 55a 、 轴心拉力T =
c 、 弯矩M =T ⋅e =180⨯7.0/2=630kN ⋅cm （1分）
（2）计算螺栓受力
a 、在拉力及弯矩作用下，最上排螺栓受力为最不利。 （2分）
一个螺栓所受的拉力为：
N t =T M ⋅y 1180630⨯(6.5+7.0/2) +=+=36.5kN （2分） 222n 2y i 82[2⨯3.5+2⨯(3.5+6.5) ]
一个螺栓所受的剪力为：
N v =V 240==30kN （2分） n 8
b 、摩擦型高强螺栓的承载力设计值计算
一个高强螺栓受拉承载力设计值：N t b =0.8P =0.8⨯155=124kN （2分）
b 一个高强螺栓受剪承载力设计值：N v =0.9n f ⋅μ⋅P =0.9⨯1⨯0.5⨯155=69.75kN （2分）
c 、验算连接
高强螺栓同时承受拉力和剪力，其连接强度
N v N t 3036.5+=+=0.72
3、一混凝土小型空心砌块砌体独立柱，截面尺寸400mm ⨯600mm 柱的计算高度为3.6m ，柱承受轴向压力标准值N k =200kN （其中永久荷载效应为140kN ，已包括柱自重）。该柱用MU10混凝土小型空心砌块和Mb5混合砂浆砌筑，试验算该柱受压承载力。（已知混凝土小型空心砌块和Mb5混合砂浆砌筑时，f =2.22Mpa ，本题中的承载力影响系数ϕ=0.872）
解：
可变荷载效应与恒荷载效应之比ρ=60/140=0.429，故为可变荷载控制的组合 （2分） N =1.2⨯140+1.4⨯60=252kN （2分）
A =0.4⨯0.6=0.24m 2
故γa =0.7+A =0.7+0.24=0.94 （2分）
β=γβH 0=1.1⨯3.6/0.4=9.9>3 （2分） h
由题中可知，ϕ=0.872，f =2.22Mpa （2分）
γa ϕfA =0.94⨯0.872⨯2.22⨯106⨯0.24=436.7kN >252kN （2分）
所以该柱受压承载力满足要求。 （1分）