混凝土结构设计原理课后习题及答案.docx

混凝土结构设计原理课后习题答案（+思考题）

第一章 绪 论
开始采用或积极发展性能化设计方法和理论。
性能化方法是确定工程结构要达到的总体目标或设计性能，设计师根据性能目标的不同，设计不同的设计方案，并评估设计方案是否达到性能目标的要求。学习（1）钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种材料组成的复合材料，是非均匀、非连续、非弹性的材料。力学关系是在试验的基础上，通过几何、物理和平衡关系建立的。
（2）钢筋混凝土构件中的两种材料在强度和数量上存在一个合理的配比范围。如果钢筋和混凝土在面积上的比例及材料强度的搭配超过了这个范围，就会引起构件受力性能的改变，从而引起构件截面设计方法的改变，这是学习时必须注意的一个方面。
由于混凝土材料的复杂性、离散性，混凝土材料的理论体系是建立在试验的基础上的。许多假定依赖与试验结果，许多公式来源于试验验证，许多因素无法控制，仍需通过构造措施加以解决，许多理论尚需不断发展与完善，具有不同功能的混凝土材料性能尚需不断挖掘。
（4）本课程主要讲解钢筋混凝土基本构件，应当了解每一种构件在结构体系的作用、受力情况。例如梁、柱是受弯构件，主要受弯、受剪；柱、墙、受压弦杆是受压构件，主要受压、弯，受压、剪，双向受压弯；雨蓬梁、柱是受扭构件，主要受扭，受弯、剪、扭，受压、弯、剪、扭；受拉弦杆是受拉构件，主要受拉、弯。
（5）本课程所要解决的不仅是构件的承载力和变形计算等问题，还包括构件的截面形式、材料选用及配筋构造等。结构构件设计是一个综合性的问题，需要考虑各方面的因素。因此，学习本课程时要注意学会对多种因素进行综合分析，培养综合分析判断能力。

第一章 绪 论

1．与素混凝土梁相比，钢筋混凝上梁承载能力（ ）。
A． 相同 ；
B． 提高许多；
C． 有所提高；
2．与素混凝土梁相比，钢筋混凝土梁抵抗开裂的能力（ ）。
A. 提高不多；
B. 提高许多；
C. 完全相同；
3．与素混凝土梁相比，适量配筋的钢混凝土梁的承载力和抵抗开裂的能力（ ）。
A. 均提高很多；
B. 承载力提高很多，抗裂提高不多；
C. 抗裂提高很多，承载力提高不多；
D. 均提高不多；
4．钢筋混凝土梁在正常使用荷载下（ ）。
A．通常是带裂缝工作的；
B．一旦出现裂缝，裂缝贯通全截面；
C．一旦出现裂缝，沿全长混凝土与钢筋间的粘结力丧尽；
5．钢筋与混凝土能共同工作的主要原因是（ ）。
A. 防火、防锈；
B. 混凝土对钢筋的握裹及保护；
C. 混凝土对钢筋的握裹，两者线膨胀系数接近；

第二章 绪 论
单选题参考答案

1． B
2． A
3． B
4． A
5． C

第二章 钢筋和混凝土的力学性能

问 答 题

1． 软钢和硬钢的区别是什么？应力一应变曲线有什么不同？设计时分别采用什么值作为依据？
2．我国用于钢筋混凝土结构的钢筋有种？我国热轧钢筋的强度分为几个等级？
3．钢筋冷加工的目的是什么？冷加工方法有哪几种？简述方法？
4．什么是钢筋的均匀伸长率？均匀伸长率反映了钢筋的什么性质？
5．什么是6．在钢筋混凝土结构中，宜采用哪些钢筋？
7．试述钢筋混凝土结构对钢筋的性能有哪些要求。
8．简述混凝土的组成结构。并叙述混凝土的结构组成对混凝土破坏强度的影响。
9．简述混凝土立方体抗压强度。
10．简述混凝土轴心抗压强度。
11．混凝土的强度等级是如何确定的。
D． 12．简述混凝土三轴受压强度的概念。
E． 13．简述混凝土在单轴短期加载下的应力应变关系。
14．什么是混凝土的弹性模量、割线模量和切线模量？
15．什么叫混凝土徐变？混凝土徐变对结构有什么影响？
16．钢筋与混凝土之间的力是如何组成的？
17．最小锚固长度是如何确定的？
18．简述绑扎搭接连接的机理。

第二章 钢筋和混凝土的力学性能

问答题参考答案
1． 软钢和硬钢的区别是什么？应力一应变曲线有什么不同？设计时分别采用什么值作为依据？
答：有物理屈服点的钢筋，称为软钢，如热轧钢筋和冷拉钢筋；无物理屈服点的钢筋，称为硬钢，如钢丝、钢绞线及热处理钢筋。
软钢的应力应变曲线如图2-1所示，曲线可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和破坏阶段。
有明显流幅的钢筋有两个强度指标：一是屈服强度，这是钢筋混凝土构件设计时钢筋强度取值的依据，因为钢筋屈服后产生了较大的塑性变形，这将使构件变形和裂缝宽度大大增加以致无法使用，
2． 我国用于钢筋混凝土结构的钢筋有几种？我国热轧钢筋的强度分为几个等级？
答：目前我国用于钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的钢筋主要品种有钢筋、钢丝和钢绞线。根据轧制和加工工艺，钢筋可分为热轧钢筋、热处理钢筋和冷加工钢筋。
热轧钢筋分为热轧光面钢筋HPB235（Q235，符号Φ，Ⅰ级）、热轧带肋钢筋HRB335（20MnSi，符号，Ⅱ级）、热轧带肋钢筋HRB400（20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi，符号，Ⅲ级）、余热处理钢筋RRB400（K 20MnSi，符号，Ⅲ级）。热轧钢筋主要用于钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力普通钢筋。

3． 钢筋冷加工的目的是什么？冷加工方法有哪几种？简述冷拉方法？
答：钢筋冷加工目的是为了提高钢筋的强度，以节约钢材。除冷拉钢筋仍具有明显的屈服点外，其余冷加工钢筋无屈服点或屈服台阶，冷加工钢筋的设计强度提高，而延性大幅度下降。
冷加工方法有冷拨、冷拉、冷轧、冷扭。
冷拉钢筋由热轧钢筋在常温下经机械拉伸而成，冷拉应力值应超过钢筋的屈服强度。钢筋经冷拉后，屈服强度提高，但塑性降低，这种现象称为冷拉强化。冷拉后，经过一段时间钢筋的屈服点比原来的屈服点有所提高，这种现象称为时效硬化。时效硬化和温度有很大关系，温度过高（450℃以上）强度反而有所降低而塑性性能却有所增加，温度超过700℃，钢材会恢复到冷拉前的力学性能，不会发生时效硬化。为了避免冷拉钢筋在焊接时高温软化，要先焊好后再进行冷拉。钢筋经过冷拉和时效硬化以后，能提高屈服强度、节约钢材，但冷拉后钢筋的塑性（伸长率）有所降低。为了保证钢筋在强度提高的同时又具有一定的塑性，冷拉时应同时控制应力和控制应变。
4． 什么是钢筋的均匀伸长率？均匀伸长率反映了钢筋的什么性质？
答：均匀伸长率δgt为非颈缩断口区域标距的残余应变与恢复的弹性应变组成。

——不包含颈缩区拉伸前的测量标距；——拉伸断裂后不包含颈缩区的测量标距；——实测钢筋拉断强度；——钢筋弹性模量。
均匀伸长率δgt比延伸率更真实反映了钢筋在拉断前的平均（非局部区域）伸长率，客观反映钢筋的变形能力，是比较科学的指标。
5． 什么是钢筋的包兴格效应？
答：钢筋混凝土结构或构件在反复荷载作用下，钢筋的力学性能与单向受拉或受压时的力学性能不同。1887年德国人包兴格对钢材进行拉压试验时发现的，所以将这种当受拉（或受压）超过弹性极限而产生塑性变形后，其反向受压（或受拉）的弹性极限将显著降低的软化现象，称为包兴格效应。
6． 在钢筋混凝土结构中，宜采用哪些钢筋？
答：钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构的钢筋，应按下列规定采用：（1）普通钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋,也可采用HPB235级和RRB400级钢筋；（2）预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝，也可采用热处理钢筋。
7． 试述钢筋混凝土结构对钢筋的性能有哪些要求。
答：（1）对钢筋强度方面的要求
普通钢筋是钢筋混凝土结构中和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋，主要是HPB235、HRB335、HRB400、RRB400等热轧钢筋。
（2）强屈比的要求
所以设计中应选择适当的屈强比，对于抗震结构，钢筋应力在地震作用下可考虑进入强化段，为了保证结构在强震下“裂而不倒”，对钢筋的极限抗拉强度与屈服强度的比值有一定的要求，一般不应小于1.25。
（3）延性
在工程设计中，要求钢筋混凝土结构承载能力极限状态为具有明显预兆，避免脆性破坏，抗震结构则要求具有足够的延性，钢筋的应力应变曲线上屈服点至极限应变点之间的应变值反映了钢筋延性的大小。
（4）粘结性
粘结性是指钢筋与混凝土的粘结性能。粘结力是钢筋与混凝土得以共同工作的基础，其中钢筋凹凸不平的表面与混凝土间的机械咬合力是粘结力的主要部分，所以变形钢筋与混凝土的粘结性能最好，设计中宜优先选用变形钢筋。
（5）耐久性
混凝土结构耐久性是指，在外部环境下材料性、构件、结构随时间的退化，主要包括钢筋锈蚀、冻融循环、碱—骨料反应、化学作用等的机理及物理、化学和生化过程。混凝土结构耐久性的降低可引起承载力的降低，影响结构安全。
（6）适宜施工性
在施工时钢筋要弯转成型，因而应具有一定的冷弯性能。钢筋弯钩、弯折加工时应避免裂缝和折断。热轧钢筋的冷弯性能很好，而性脆的冷加工钢筋较差。预应力钢丝、钢绞线不能弯折，只能以直条形式应用。
同时，要求钢筋具备良好的焊接性能，在焊接后不应产生裂纹及过大的变形，以保证焊接接头性能良好。
（7）经济性
衡量钢筋经济性的指标是强度价格比，即每元钱可购得的单位钢筋的强度，强度价格比高的钢筋比较经济。不仅可以减少配筋率，方便了施工，还减少了加工、运输、施工等一系列附加费用。
8． 简述混凝土的组成结构。并叙述混凝土的结构组成对混凝土破坏强度的影响。
答：混凝土材料结构分为三种基本类型：①微观结构，即水泥石结构，水泥石结构由水泥凝胶、晶体骨架、未水化完的水泥颗粒和凝胶孔组成，其物理力学性能取决于水泥的矿物成份、粉磨细度、水灰比和硬化条件；②亚微观结构，即混凝土的水泥砂浆结构，水泥砂浆结构可看作以水泥石为基相、砂子为分散相的二组混凝土体系，砂子和水泥石的结合面是薄弱面。对于水泥砂浆结构，除上述决定水泥石结构的因素外，砂浆配合比、砂的颗粒级配与矿物组成、砂粒形状、颗粒表面特性及砂中的杂质含量是重要控制因素；③宏观结构，即砂浆和粗骨料两组分体系。
混凝土的宏观结构中，水泥作为基相，粗骨料随机分布在连续的水泥砂浆中。粗骨料的强度远比混凝土高，硬化水泥砂浆的强度也比混凝土高，由砂浆和粗骨料组成的混凝土复合材料的抗压强度低于砂浆和粗骨料单一材料的抗压强度。混凝土内砂浆与骨料界面的粘结强度只有砂浆抗拉强度的35％－65％，这说明砂浆与骨料界面是混凝土内的最薄弱环节。混凝土破坏后，其中的粗骨料一般无破损的迹象，裂缝和破碎都发生在粗骨料表面和水泥砂浆内部，所以混凝土的强度和变形性能在很大程度上取决于水泥砂浆的质量和密实性。
9． 简述混凝土立方体抗压强度。
答：混凝土标准立方体的抗压强度，我国《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002）规定：边长为150mm的标准立方体试件在标准条件（温度20±3℃，相对温度≥90%）下养护28天后，以标准试验方法(中心加载，加载速度为0.3～1.0N/mm2/s)，试件上、下表面不涂润滑剂，连续加载直至试件破坏，测得混凝土抗压强度为混凝土标准立方体的抗压强度fck，单位N/mm2。

fck——混凝土立方体试件抗压强度；
F——试件破坏荷载；
A——试件承压面积。
10． 简述混凝土轴心抗压强度。
答：我国《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002）采用150mm×150mm×300mm棱柱体作为混凝土轴心抗压强度试验的标准试件，混凝土试件轴心抗压强度

fcp——混凝土轴心抗压强度；
F——试件破坏荷载；
A——试件承压面积。

11． 混凝土的强度等级是如何确定的。
答：混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定，混凝土立方体抗压强度标准值fcu，k，我国《混凝土结构设计规范》规定，立方体抗压强度标准值系指按上述标准方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度，根据立方体抗压强度标准值划分为C15、C20、 C25、C30、C35、C40、C45、C50、 C55、 C60、C65、 C70、 C75、 C80十四个等级。
12． 简述混凝土三轴受压强度的概念。
答：三轴受压试验是侧向等压σ2=σ3=σr的三轴受压，即所谓常规三轴。试验时先通过液体静压力对混凝土圆柱体施加径向等压应力，然后对试件施加纵向压应力直到破坏。在这种受力状态下，试件由于侧压限制，其内部裂缝的产生和发展受到阻碍，因此当侧向压力增大时，破坏时的轴向抗压强度相应地增大。根据试验结果分析，三轴受力时混凝土纵向抗压强度为
fcc′= fc′+βσr (2-18)
式中：fcc′——混凝土三轴受压时沿圆柱体纵轴的轴心抗压强度；
fc′ ——混凝土的单轴圆柱体轴心抗压强度；
β ——系数，一般普通混凝土取4；
σr ——侧向压应力。
13． 简述混凝土在单轴短期加载下的应力应变关系。
答：一般用标准棱柱体或圆柱体试件测定混凝土受压时的应力应变曲线。轴心受压混凝土典型的应力应变曲线如图2-3，各个特征阶段的特点如下。

图2-3 混凝土轴心受压时的应力应变曲线

1）应力σ≤0.3 fc sh
当荷载较小时，即σ≤0.3 fc sh，曲线近似是直线（图2-3中OA段），A点相当于混凝土的弹性极限。此阶段中混凝土的变形主要取决于骨料和水泥石的弹性变形。
2）应力0.3 fc sh <σ≤0.8 fc sh
随着荷载的增加，当应力约为(0.3～0.8) fc sh，曲线明显偏离直线，应变增长比应力快，混凝土表现出越来越明显的弹塑性。
3）应力0.8 fc sh <σ≤1.0 fc sh
随着荷载进一步增加，当应力约为(0.8～1.0) fc sh，曲线进一步弯曲，应变增长速度进一步加快，表明混凝土的应力增量不大，而塑性变形却相当大。此阶段中混凝土内部微裂缝虽有所发展，但处于稳定状态，故b点称为临界应力点，相应的应力相当于混凝土的条件屈服强度。曲线上的峰值应力C点，极限强度fc sh，相应的峰值应变为ε0。
4）超过峰值应力后
超过C点以后，曲线进入下降段，试件的承载力随应变增长逐渐减小，这种现象为应变软化。
14． 什么是混凝土的弹性模量、割线模量和切线模量？
答：取混凝土应力应变曲线在原点O切线的斜率，作为混凝土的初始弹性模量，简称弹性模量Ec，即:
Ec = tgα0
Ec——初始弹性模量；
a0——原点切线的斜率夹角。
当应力较大时，混凝土已进入弹塑性阶段，弹性模量已不能正确反映此时的应力应变关系。比较精确的方法采用切线模量Ec′，即在应力应变曲线任一点处作一切线。此切线的斜率即为该点的切线模量，其表达式为
Ec′= tgα = dσ / dε
切线模量是原点与某点连线即割线的斜率作为混凝土的割线模量，称为变形模量Ec″，它的表达式为
Ec″= tgα1 = σc / εc
15． 什么叫混凝土徐变？混凝土徐变对结构有什么影响？
答：在不变的应力长期持续作用下，混凝土的变形随时间而缓慢增长的现象称为混凝土的徐变。
徐变对钢筋混凝土结构的影响既有有利方面又有不利方面。有利影响，在某种情况下，徐变有利于防止结构物裂缝形成；有利于结构或构件的内力重分布，减少应力集中现象及减少温度应力等。不利影响，由于混凝土的徐变使构件变形增大；在预应力混凝土构件中，徐变会导致预应力损失；徐变使受弯和偏心受压构件的受压区变形加大，故而使受弯构件挠度增加，使偏压构件的附加偏心距增大而导致构件承载力的降低。
16． 钢筋与混凝土之间的粘结力是如何组成的？
答：试验表明，钢筋和混凝土之间的粘结力或者抗滑移力，由四部分组成：
（1）化学胶结力：混凝土中的水泥凝胶体在钢筋表面产生的化学粘着力或吸附力，来源于浇注时水泥浆体向钢筋表面氧化层的渗透和养护过程中水泥晶体的生长和硬化，取决于水泥的性质和钢筋表面的粗糙程度。当钢筋受力后变形，发生局部滑移后，粘着力就丧失了。
（2）摩擦力：混凝土收缩后，将钢筋紧紧地握裹住而产生的力，当钢筋和混凝土产生相对滑移时，在钢筋和混凝土界面上将产生摩擦力。它取决于混凝土发生收缩、荷载和反力等对钢筋的径向压应力、钢筋和混凝土之间的粗糙程度等。钢筋和混凝土之间的挤压力越大、接触面越粗糙，则摩擦力越大。
（3）机械咬合力：钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合作用而产生的力，即混凝土对钢筋表面斜向压力的纵向分力，取决于混凝土的抗剪强度。变形钢筋的横肋会产生这种咬合力，它的咬合作用往往很大，是变形钢筋粘结力的主要来源，是锚固作用的主要成份。
（4）钢筋端部的锚固力：一般是用在钢筋端部弯钩、弯折，在锚固区焊接钢筋、短角钢等机械作用来维持锚固力。
各种粘结力中，化学胶结力较小；光面钢筋以摩擦力为主；变形钢筋以机械咬合力为主。
17． 最小锚固长度是如何确定的？
答：达到锚固极限状态时所需要的钢筋最小锚固长度，称为临界锚固长度lcra。锚固抗力等于钢筋屈服强度Fy时，相应的锚固长度就是临界锚固长度lcra，这是保证受力钢筋真到屈服也不会发生锚固破坏的最小长度。钢筋屈服后强化，随锚固长度的延长，锚固抗力还能增长，到锚固抗力等于钢筋拉断强度Fu时，相应的锚固长度就是极限锚固长度l ua。设计锚固长度la应当在临界锚固长度和极限锚固长度之间，前者是为了保证钢筋承载受力的基本性能，后者是因为过长的锚固实际已经不起作用。
18． 简述绑扎搭接连接的机理。
答：绑扎搭接钢筋之间能够传力是由于钢筋与混凝土之间的粘结锚固作用。两根相背受力的钢筋分别锚固在搭接连接区段的混凝土中，都将应力传递给混凝土，从而实现了钢筋之间的应力过渡。因此，绑扎搭接传力的基础是锚固。但是搭接钢筋之间的缝间混凝土会因剪切而迅速破碎，握裹力受到削弱。因此，搭接钢筋的锚固强度减小，与锚固长度相比，搭接长度应予加长。此外，由于锥楔作用造成的径向力引起了两根钢筋之间的分离趋势。因此，搭接钢筋之间容易发生纵向劈裂裂缝，必须有较强的围箍约束以维持锚固。

第二章 钢筋和混凝土的力学性能

选 择 题

1．混凝土若处于三向应力作用下，当（ ）。
横向受拉，纵向受压，可提高抗压强度；
横向受压，纵向受拉，可提高抗压强度；
三向受压会降低抗压强度；
三向受压能提高抗压强度；
2．混凝土的弹性模量是指（ ）。
原点弹性模量；
切线模量；
割线模量；
变形模量；
3．混凝土强度等级由150mm立方体抗压试验，按（ ）确定。
平均值；
；
；
；
4．规范规定的受拉钢筋锚固长度为（ ）。
A．随混凝土强度等级的提高而增大；
B．随钢筋等级提高而降低；
C．随混凝土等级提高而减少，随钢筋等级提高而增大；
D．随混凝土及钢筋等级提高而减小；
5．属于有明显屈服点的钢筋有（ ）。
A．冷拉钢筋 ；
B．钢丝；
C．热处理钢筋；
D．钢绞线；
6．钢材的含碳量越低，则（ ）。
A．屈服台阶越短，伸长率也越短，塑性越差；
B．屈服台阶越长，伸长率越大，塑性越好；
C．强度越高，塑性越好；
D．强度越低，塑性越差；
7．钢筋的屈服强度是指（ ）。
比例极限；
弹性极限；
屈服上限；
屈服下限；
8．能同时提高钢筋的抗拉和抗压强度的冷加工方法是（ ）。
冷拉；
冷拔；
9．规范确定所用试块的边长是（ ）。
A．150 mm；
B．200 mm；
C．100mm；
D．250 mm；
10．混凝土强度等级是由（ ）确定的。
A．；
B． ；
C． ；
D． ；
11．边长为100mm的非标准立方体试块的强度换算成标准试块的强度，则需乘以换算系数（ ）。
A．1.05 ；
B．1.0 ；
C．0.95 ；
D．0.90 ；
12．指的是混凝土的（ ）。
弹性模量 ；
割线模量 ；
切线模量 ；
原点切线模量；
第二章 钢筋和混凝土的力学性能

选 择 题 参 考 答 案

D
A
B
C
A
B
D
B
A
A
C
B

第三章 轴心受力构件承载力

计 算 题

1．某多层现浇框架结构的底层内柱，轴向力设计值N=2650kN，计算长度，混凝土强度等级为C30（fc=14.3N/mm2），钢筋用HRB400级（），环境类别为一类。确定柱截面积尺寸及纵筋面积。
2．某多层现浇框架厂房结构标准层中柱,轴向压力设计值N=2100kN,楼层高H=5.60m，计算长度l0=1.25H，混凝土用C30（fc=14.3N/mm2），钢筋用HRB335级（），环境类别为一类。确定该柱截面尺寸及纵筋面积。
3．某无侧移现浇框架结构底层中柱，计算长度，截面尺寸为300mm×300mm，柱内配有416纵筋（），混凝土强度等级为C30（fc=14.3N/mm2），环境类别为一类。柱承载轴心压力设计值N=900kN，试核算该柱是否安全。
4．某大楼底层门厅现浇钢筋混凝土内柱，承受轴心压力设计值N=2749kN，计算高度，根据建筑设计要求，柱得截面为圆形，直径。混凝土强度等级为C30（），纵筋采用HRB400级钢筋（），箍筋采用HRB335级钢筋（），环境类别为一类，试确定柱的配筋。
5．已知某公共建筑门厅底层现浇钢筋混凝土框架内柱，承受轴向压力N=2850kN，从基础顶面到二屋楼面的高度为4.0m，支承条件系数1.0。混凝土选用C35（fc=16.7N/mm2），纵筋用HRB400（），箍筋用HRB335（fy=300N/mm2）。按建筑设计要求柱截面采用圆形，其直径不大于400mm，环境类别为一类。试进行该柱配筋计算。
6．某桥下现浇钢筋混凝土轴心受压柱，底墙固定，上端铰支，柱高6.5m，支承条件系数0.7，承受轴压力设计值900kN，采用C20混凝土（），和R235钢筋（），环境类别为一类。试问：
试设计轴心受压柱。
若采用《混凝土结构设计规范》，采用C20混凝土fc=9.6N/mm2，钢筋HRB335（fy=300N/mm2），试设计轴心受压柱，比较两者差异。
第三章 轴心受力构件承载力

计算题参考答案

1． 某多层现浇框架结构的底层内柱，轴向力设计值N=2650kN，计算长度，混凝土强度等级为C30（fc=14.3N/mm2），钢筋用HRB400级（），环境类别为一类。确定柱截面积尺寸及纵筋面积。
解：根据构造要求，先假定柱截面尺寸为400mm×400mm
由，查表得
根据轴心受压承载力公式确定

，对称配筋截面每一侧配筋率也满足0.2%的构造要求。
选 ，
设计面积与计算面积误差<5%，满足要求。
2．某多层现浇框架厂房结构标准层中柱,轴向压力设计值N=2100kN,楼层高H=5.60m，计算长度l0=1.25H，混凝土用C30（fc=14.3N/mm2），钢筋用HRB335级（），环境类别为一类。确定该柱截面尺寸及纵筋面积。
[解] 根据构造要求，先假定柱截面尺寸为400mm×400mm
长细比，查表
根据轴心受压承载力公式确定

，对称配筋截面每一侧配筋率也满足0.2%的构造要求。
选620，
设计面积与计算面积误差<5%，满足要求。
3．某无侧移现浇框架结构底层中柱，计算长度，截面尺寸为300mm×300mm，柱内配有416纵筋（），混凝土强度等级为C30（fc=14.3N/mm2），环境类别为一类。柱承载轴心压力设计值N=900kN，试核算该柱是否安全。
解： （1）求
则，由表得
（2）求

4．某大楼底层门厅现浇钢筋混凝土内柱，承受轴心压力设计值N=2749kN，计算高度，根据建筑设计要求，柱得截面为圆形，直径。混凝土强度等级为C30（），纵筋采用HRB400级钢筋（），箍筋采用HRB335级钢筋（），环境类别为一类，试确定柱的配筋。
解 （1）判别是否可采用螺旋箍筋柱
，可设计成螺旋箍筋柱
（2）求

假定，则
选用，。
（3）求
混凝土保护层厚度为30mm，则

由承载力极限公式得

（满足要求）
（4）确定螺旋箍筋直径和间距
假定螺旋箍筋直径d=8mm，则单根螺旋箍筋截面面积，可得

取s=50mm,40mm≤s≤80mm， (满足构造要求)
（5）复核混凝土保护层是否过早脱落
按 查表得
（满足要求）
5． 已知某公共建筑门厅底层现浇钢筋混凝土框架内柱，承受轴向压力N=2850kN，从基础顶面到二屋楼面的高度为4.0m，支承条件系数1.0。混凝土选用C35（fc=16.7N/mm2），纵筋用HRB400（），箍筋用HRB335（fy=300N/mm2）。按建筑设计要求柱截面采用圆形，其直径不大于400mm，环境类别为一类。试进行该柱配筋计算。
[解]（1）先按配有纵筋和箍筋柱计算
柱子计算长度按《规范》规定取1.0H，则
l0=1.0H=1.0×4.0=4.0m
计算稳定系数值，因
l0/d=4000/350=11.43
查表6-1得=0.931
取园截面直径为350mm,圆形柱混凝土截面面积为

由承载力公式求得

求配筋率

配筋率太大，因l0/d＜12，若混凝土强度等级不再提高，则可采用螺旋箍筋以提高柱的承载能力。具体计算如下。
（2）按配有纵筋和螺旋箍筋柱计算
假定纵筋配筋率按计算，则

选用，相应的=3142mm2。
取混凝土保护层厚度为30mm, 混凝土的核芯截面面积为
dcor=350-60=290mm

因Asso＞0.25（=0.25×3142=786mm2），满足构造要求。
假定螺旋箍筋直径为10mm，则单肢箍筋截面面积Ast1=78.5mm2。螺旋箍筋间距

取用s=45mm，满足大于40mm及小于80mm，同时小于及等于0.2dcor=0.2×290=58mm的要求。
由承载力计算公式得：Asso=

实际纵筋配筋率，故

N
故该柱能承受满足设计要求。

6．某桥下现浇钢筋混凝土轴心受压柱，底墙固定，上端铰支，柱高6.5m，支承条件系数0.7，承受轴压力设计值900kN，采用C20混凝土（），和R235钢筋（），环境类别为一类。试问：
试设计轴心受压柱。
若采用《混凝土结构设计规范》，采用C20混凝土fc=9.6N/mm2，钢筋HRB335（fy=300N/mm2），试设计轴心受压柱，比较两者差异。
（1）解： 已知：，，，
1）确定截面尺寸
在设计时有三个未知量。即：，现设，暂取，由轴心受压构件正截面承载力公式可得

选方形截面，其边长为，取b=300mm，A=90000mm2。
2）计算截面配筋
一端固定一端铰接柱：= 0.7=0.7×6500mm=4550mm，/b=4550mm/300mm
15.2，查表得。则截面所需配筋为

配4φ22（），，满足要求。
箍筋按构造要求选φ8@200。
(2) 若采用《混凝土结构设计规范》，采用C20混凝土fc=9.6N/mm2，钢筋HRB335（fy=300N/mm2）。
采用方形截面300300mm ，则故不必配置螺旋箍筋。
查表得：
由轴心受压承载力公式：

，对称配筋截面每一侧配筋率也满足0.2%的构造要求。
选418 =1017mm2
实际配筋率：，满足要求。
箍筋按构造要求φ8@250mm。

第四章 受弯构件正截面承载力

计算题参考答案

1． 已知梁的截面尺寸为b×h=200mm×500mm，混凝土强度等级为C25,fc =11.9N/mm2，, 钢筋采用HRB335，截面弯矩设计值M=165KN.m。环境类别为一类。求：受拉钢筋截面面积
解：采用单排布筋
将已知数值代入公式 及
得
1.011.9200x=300
16510=1.011.9200x(465-x/2)
两式联立得：x=186mm
A=1475.6mm2
验算 x=186mm<0.55465=255.8mm

所以选用325 A=1473mm2
2．已知一单跨简支板，计算跨度l=2.34m，承受均布荷载q k=3KN/m2（不包括板的自重），如图所示；混凝土等级C30，；钢筋等级采用HPB300钢筋，即Ⅰ级钢筋，。可变荷载分项系数γQ=1.4，永久荷载分项系数γG=1.2，环境类别为一级，钢筋混凝土重度为25KN/m3。
求：板厚及受拉钢筋截面面积As

图1
解：取板宽b=1000mm的板条作为计算单元；设板厚为80mm，则板自重gk=25×0.08=2.0KN/m2,
跨中处最大弯矩设计值：

由表知，环境类别为一级，混凝土强度C30时，板的混凝土保护层最小厚度为15mm，故设=20mm，故h0=80-20=60mm ,fc=14.3，ft=1.43，
fy=270，=0.576
查表知，

图2

选用φ8@140，As=359mm2（实际配筋与计算配筋相差小于5%），排列见图，垂直于受力钢筋放置φ6@250的分布钢筋。
验算适用条件：
⑴
⑵
3．某矩形截面简支梁，弯矩设计值M=270KN.m，混凝土强度等级为C70，；钢筋为HRB400，即Ⅲ级钢筋，。环境类别为一级。
求：梁截面尺寸b×h及所需的受拉钢筋截面面积As
解：fc=31.8N/mm2，fy=360N/mm2，查表4-5，得α1=0.96，β1=0.76。
假定ρ=0.01及b=250mm，则

令M=Mu

由表知，环境类别为一类，混凝土强度等级为C70的梁的混凝土保护层最小厚度为25mm，取a=45mm，h=h0+a=564+45=609mm，实际取h=600mm，h0=600-45=555mm。

选配3φ25，As=1473mm2，见图3

验算适用条件：
⑴ 查表知ξb=0.481，故ξb=0.481>ξ=0.123，满足。
⑵，满足要求。 图3
4．已知梁的截面尺寸为b×h=200mm×500mm，混凝土强度等级为C25，，截面弯矩设计值M=125KN.m。环境类别为一类。
求：（1）当采用钢筋HRB335级时，受拉钢筋截面面积；（2）当采用钢筋HPB235级时，受拉钢筋截面面积；（3）截面弯矩设计值M=225KN.m，当采用钢筋HRB335级2时，受拉钢筋截面面积；
解：（1）由公式得
=0.243

选用钢筋4

（2）采用双排配筋
=
=
0.5

选用钢筋816 A=1608mm2

(3)假定受拉钢筋放两排
=
=1-
故采用双筋矩形截面
取 M

=183.7KN

=2260mm2
故受拉钢筋选用6 A=2281mm2
受压钢筋选用2 A=402mm2,满足最小配筋率要求。
已知梁的截面尺寸为b×h=250mm×450mm;受拉钢筋为4根直径为16mm的HRB335钢筋，即Ⅱ级钢筋，，As=804mm2；混凝土强度等级为C40，；承受的弯矩M=89KN.m。环境类别为一类。验算此梁截面是否安全。

解：fc=19.1N/mm2，ft=1.7 N/mm2，fy=300 N/mm2。由表知，环境类别为一类的混凝土保护层最小厚度为25mm，故设a=35mm，h0=450-35=415mm

则

6．已知梁的截面尺寸为b×h=200mm×500mm，混凝土强度等级为C40，，钢筋采用HRB335，即Ⅱ级钢筋，，截面弯矩设计值M=330KN.m。环境类别为一类。
求：所需受压和受拉钢筋截面面积

解：fc=19.1N/mm2，fy’=fy=300N/mm2，α1=1.0，β1=0.8。假定受拉钢筋放两排，设as=60mm，则h0=h-as=500-60=440mm

这就说明，如果设计成单筋矩形截面，将会出现超筋情况。若不能加大截面尺寸，又不能提高混凝土等级，则应设计成双筋矩形截面。
取

受拉钢筋选用7φ25mm的钢筋，As=3436mm2。受压钢筋选用2φ14mm的钢筋，As’=308mm2。
7．已知条件同上题，但在受压区已配置3φ20mm钢筋，As’=941mm2
求：受拉钢筋As
解：KN
则 KN
已知后，就按单筋矩形截面求As1。设a=60mm、h0=500-60=440mm。

最后得
选用6φ25mm的钢筋，As=2945.9mm2
8．已知梁截面尺寸为200mm×400mm，混凝土等级C30，，钢筋采用HRB335，，环境类别为二类，受拉钢筋为3φ25的钢筋，As=1473mm2，受压钢筋为2φ6的钢筋，A’s = 402mm2；要求承受的弯矩设计值M=90 KN.m。
求：验算此截面是否安全
解：fc=14.3N/mm2，fy=fy’=300N/mm2。
由表知，混凝土保护层最小厚度为35mm，故mm，h0=400-47.5=352.5mm
由式

代入式

注意，在混凝土结构设计中，凡是正截面承载力复核题，都必须求出混凝土受压区高度x值。
9．已知梁的截面尺寸b=250mm，h=500mm，混凝土为C30级，，采用HRB400级钢筋，，承受弯距设计值M=300kN·m，试计算需配置的纵向受力钢筋。
解：（1）设计参数
由表查得材料强度设计值，C30级混凝土,HRB400级钢筋，，等级矩形图形系数。
初步假设受拉钢筋为双排配置，取。
（2）计算配筋

故需配受压筋，取。

由表知，受压钢筋选用214，；
受拉钢筋选用8。
若取，则有

此时总用钢量为2315+504=2819mm2，大于前面取时计算的总用钢量2501+238=2739