一级注册结构工程师专业考试疑问解答1

19 Building Structure 注册考试园地 We learn we go 一级注册结构工程师专业考试疑问解答（一） ——混凝土结构和桥梁部分 张庆芳，申兆武/ 石家庄铁道大学 【问题 1】《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010） （以下简称《混凝土规范》）的 6.2.3 条、6.2.4 条， 如何理解？ 答：笔者认为，应从以下几个方面把握： （1）弯矩作用平面内截面对称的偏心受压构件， 同一主轴方向的杆件两端弯矩M1和M2是指已考虑侧 移影响的按结构弹性 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 确定的组合弯矩设计值，其 值对框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构及筒体 结构中的偏心受压构件，可采用《混凝土规范》附录 B 按近似计算偏压构件侧移二阶效应的增大系数法确 定（见 B.0.1~B.0.3条内容），也可采用其他方法确定。 而构件截面设计时应采用控制截面的弯矩设计值 M，因此还要考虑构件挠曲时，轴向压力产生的附加 弯矩影响，即需要考虑 P-δ效应。 对于排架结构柱，则只需利用 B.0.4 条考虑二阶 效应影响。 （2）对于M1/M2≤0.9且 N/(fcA)≤0.9的偏心受压 构件，若满足 lc/i≤34-12 M1/ M2的限值，可不考虑轴 向压力在弯矩作用平面内产生的附加弯矩影响，此规 定是根据分析结果并参考国外规范给出。其含义类似 于 2002年版的《混凝土规范》7.3.10条注的内容。 （3）所谓“弯矩作用平面内截面对称”，与规范 D.2.1条、D.2.2条中的“对称于弯矩作用平面的截面” 应是同一个意思，但后者比较容易理解。例如，T 形 截面承受绕强轴 x轴的弯矩。 （4）杆端弯矩强调“同一主轴方向”，本质是保 证M1和M2在同一个平面内。 （5）如图 1所示，杆件的弯曲可能是“单曲率弯 曲”也可能是“双曲率弯曲”。M1/M2 根据是否“单 曲率弯曲”取正负号，其值在-1和+1之间。 1 2 1 2 1 2 1 2 （a）单曲率弯曲 （b）双曲率弯曲 图 1 杆件的弯曲形式 （6）lc为杆件的计算长度，可近似取偏心受压构 件相应主轴方向上下支撑点间的距离。相当于按照 M1和M2弯矩作用平面内的杆件几何长度取值。 （7）在 6.2.4条中之所以使用 M2而不是 M1，是 因为M2的绝对值较大。此外，6.2.4条中的M2在单独 使用时，不考虑正负号，相当于取绝对值（见公式 6.2.4-1）。 （8）与美国混凝土规范 ACI318-08 比较可知， 《混凝土规范》给出的 Cm 计算公式只适用于“无横 向荷载”的情况。当杆件作用有横向荷载时，取 Cm=1.0。该规定可供结构工程师参考。 （9）对于“双曲率弯曲”， Cmηns可能小于 1.0， 这时应取为 1.0，相当于构件的最大弯矩出现在杆端。 【问题 2】《混凝土规范》6.2.14条的本质是什么？ 答：受弯构件正截面受弯承载力计算中，若计入 纵向普通受压钢筋，则混凝土受压区高度应满足 x≥ 2a’条件。若不满足此条件，为偏安全地简化计算，取 x=2a’，可得以纵向普通受压钢筋为取矩中心的截面弯 矩承载力公式（6.2.14），从而可避免确定纵向普通受 压钢筋的应力计算，且能保证计算结果偏于安全（因 为 x<2a’时，受压钢筋的应力按受弯构件平面变形假 定可能处于受拉区，但应力很小，而计算中不予考虑 其有利作用）。 【问题 3】《混凝土规范》的 6.2.20 条规定了柱子的 计算长度， 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 6.2.20-1 中的“排架方向”指的是哪一 个方向？另外，计算 l0时需注意哪些问题？ 答：对于如图 2所示的排架结构，“排架方向” 指的是 y轴方向，也就是说在压力作用下，柱将“沿” 排架方向发生挠度，即绕 z 轴 产生弯曲。通常，绕 z 轴的计 算长度记作 l0z，也就是说，脚 标表 示的是“绕”。惯性矩 Ix （Iy）、回转半径 ix（iy）均是 图 2 排架与坐标轴关系示意 这种表示方法。 对于 l0还需注意以下问题： （1）表 6.2.20-1下的注 2，应理解为：对于有吊 车房屋的排架柱，其下柱的计算长度在计算中不考虑 吊车荷载参与组合的情况，按无吊车房屋排架柱查表， 所采用的 H为从基础顶面算起的柱子全高。该规定可 y x 20 注册考试园地 Building Structure We learn we go 以与《砌体结构设计规范》（GB 50003—2011）（以 下简称《砌体规范》）的 5.1.4条对照理解。 （2）表 6.2.20-2中的层高 H，对于底层柱，为从 基础顶面到一层楼盖顶面的高度，即为计算层高，并 非建筑专业的首层层高。由于计算长度的选取属于力 学分析问题，因此，可以看到《砌体规范》中 H的选 取与此类似。 （3）所谓的“计算长度”，用于规范中单个的轴 心受压构件（或者偏心受压构件）计算，例如，确定 轴心受压构件的稳定系数 φ时用到 l0，确定排架柱考 虑二阶效应对弯矩的增大系数 ηs时用到 l0。对结构整 体进行力学分析时，并不采用该 l0。 【问题 4】《混凝土规范》9.2.12条关于钢筋混凝土梁 内折角处的配筋，需注意哪些问题？ 答：笔者认为，应注意以下几点： （1）折角处增设的全部箍筋截面积应依据 Ns＝ max（Ns1，Ns2）计算，箍筋布置范围为 s。 （2）由于 Ns为竖直方向，与配置在垂直于折梁 轴线箍筋受力肢方向不一致，故全部箍筋截面积应按 下式计算： sv yv sin 2 N A f   （3）设配置在同一截面内箍筋肢数为 n，配置于 折角一侧箍筋根数为 n1，则折角一侧需要配置在同一 截面内的单肢箍筋截面积为： sv sv1 12 A A n n   （4）箍筋布置范围 s=htan(3α/8)，注意这里的 h 不是折梁的截面高度，若令 H表示折梁截面高度，则 有 h=H/sin(α/2)。 【问题 5】对于剪力墙的计算，有以下疑问： （1）《混凝土规范》11.7.2条，剪力墙剪力设计 值 Vw由考虑地震组合的剪力墙剪力设计值 V 求出， 感觉似乎有些乱。 （2）《混凝土规范》11.7.4条，公式中的 Aw，A 没有找到符号说明，应如何理解？ （ 3）《混凝土规范》11.7.4 条规定剪跨比 λ=M/(Vh0)，M为与设计剪力值 V对应的弯矩设计值， 这里 M，V符号只是泛指呢，还是专指 11.7.2条公式 右边的M，V？因为调整前后都是设计值。 答：笔者认为，以上问题结合《高层建筑混凝土 结构技术规程》（JGJ 3—2010）（以下简称《高规》） 和《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）（以下 简称《抗规》）来理解会比较容易。 对于问题 1：《高规》7.2.6条和《抗规》6.2.8条 均有与《混凝土规范》11.7.2 条相同内容的规定，但 后者与前二者的 Vw及 V 位置相反，笔者认为三本规 范应该统一，以免造成结构工程师使用规范困难。经 比较可看出，《混凝土规范》11.7.2条中的 Vw是指经 过调整的考虑地震组合的剪力墙剪力设计值（相当于 《高规》7.2.6 条、《抗规》6.2.8 条中的 V），而 V 是未经调整的考虑地震组合的剪力墙剪力设计值（相 当于《高规》7.2.6条、《抗规》6.2.8条中的 Vw）。 对于问题 2：《高规》7.1.10条有对相同内容的规 定，可知，Aw为 T形或 I形截面剪力墙腹板的面积， 矩形截面时应取 A；A为剪力墙全截面面积。 对于问题 3：《高规》7.2.7条中给出的剪跨比公 式为 λ=Mc/(Vchw0)，Mc，Vc应取同一组合的、未按规 范有关规定调整的墙肢截面弯矩、剪力计算值，并取 墙肢上、下端截面计算的剪跨比的较大值。 【问题 6】关于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥 涵设计规范》JTG D62-2004（以下简称《公路混凝土 规范》）中的预应力混凝土梁正截面承载力计算，有 以下问题： （1）为什么会在受压区布置预应力钢筋 'pA ？ （2） 'pA 的应力为何是 pd p0f   ，是拉应力还是压 应力？ （3） p0  应该如何理解？ 答：对于第 1个问题：如果在梁的受拉区布置的 Ap过多，张拉 Ap时可能会导致梁的受压区（所谓受压 区是指在使用荷载作用下受压）产生较大的拉应力而 使混凝土开裂，故而，需要在受压区布置 'pA 。 第 2个问题可以这样理解：受荷前，由于预加力， ' pA 重 心 处 混 凝 土 已 经 产 生 的 压 缩 变 形 为 pc pc c/ E   。荷载作用后，受压区混凝土进一步受到 压缩，直至受压边缘的混凝土压应变达到极限变形 cu =0.0033，混凝土被压碎。此时，一般认为 'pA 重心 处混凝土的压应变为 0.002。这样，从加荷到最后破坏， ' pA 重心处混凝土的压缩变形增量为 pc0.002   。由于 粘结， 'pA 受到同样大小的压缩，钢筋中的预应力降低 为 pc p(0.002 )E  。若以压为正，拉为负，则受压预应 力钢筋 'pA 的最终应力 'p 为： ' p = con pc p( ) (0.002 )l E        将 pc pc c Ep p cE E E    、 代入上式，并按钢筋 抗压强度取值定义，取 pd p0.002f E  ，则上式可以变 形为： pd con Ep pc pd p0[ ]lf f              21 Building Structure 注册考试园地 We learn we go 对先张法构件来说， Ep pc   相当于弹性压缩损失 ' 4l 。 至于 'pA 的应力是拉应力还是压应力，需要看 pd p0f   的取值，《公路混凝土规范》中将 'pA 的应力 标为压，也就是以压为正，拉为负；而《混凝土规范》 中，将 'pA 的应力标为拉，按照 p0 pdf   取值，那就是 以拉为正，压为负。但两者本质上是一样的。 问题 3 情况稍微复杂些。为说明 p0  ，先解释一 下 p0 ，二者的区别只在于 p0 是对于 pA 而言的，位于 受拉区。而解释 p0 ，从预应力混凝土轴心受拉构件 入手比较容易。如下： 对于先张法构件，完成两批预应力损失之后承受 外荷载之前为初始状态，此时，预应力钢筋的有效预 应力为 pe con E pcl       ，而混凝土则受压，应力 为 pc 。若承受一逐渐增大的轴心拉力，则某时刻必 然会使混凝土的应力为零（称作“消压”），混凝土的 应力由 pc 变为零，变化量为 pc 。相应地，预应力钢 筋应力（拉应力）则会在原来基础上增大 E pc  ，成 为 p0 ＝ con l  。 对于后张法构件，初始时刻，预应力钢筋的有效 预应力为 pe con l    ，混凝土受压，应力为 pc 。 消压时，预应力钢筋应力会在原来基础上增大 αEσpc， 于是成为 p0 ＝ con E pcl     。 如果为预应力混凝土受弯构件，情况与上面类似， 只不过，截面上混凝土的应力会因位置不同而不同， 因此，需要指明一个位置然后才能谈应力的变化，这 个位置取在预应力钢筋合力点处，可保证钢筋应力与 混凝土应力之间只差一个 αE倍。 必须指出，以上对 σp0 的分析是基于《混凝土规 范》的（该规范中，6 项预应力损失中不包括混凝土 弹性压缩引起的损失），由于《公路混凝土规范》中 将混凝土弹性压缩引起的损失记作 σl4，σl4=αEσpc，故 按照该规范的规定，先张法时，应是 σp0=σcon-σl+σl4， 这相当于将 σl中包含的 σl4减去后再加上；对于后张法 构件，则为 σp0=σcon-σl+αEσpc。 【问题 7】《公路混凝土规范》的 6.5.2条为受弯构件 的刚度计算，有如下的疑惑： （1）“开裂截面换算截面” 与“全截面换算截面” 如何理解？ （2）开裂截面换算截面惯性矩 Icr、全截面换算 截面惯性矩 I0如何计算？ （3）在计算混凝土塑性影响系数 γ时，γ=2S0/W0， S0取全截面换算截面重心轴以上（或以下）部分面积 对换算截面重心轴的面积矩，到底如何选择“以上” 还是“以下”？ 答：（1）用材料力学的方法对钢筋混凝土构件进 行应力计算，其前提条件之一是，截面应为单一材料， 因此，通常将钢筋“换算”成混凝土，形成“换算截 面”。其具体方法是：将钢筋截面积乘以 αE（αE为钢 筋和混凝土的弹性模量之比），并放置在钢筋重心处。 换算截面有开裂截面换算截面与全截面换算截面 之分，二者的区别是，前者不考虑受拉区混凝土的贡 献。今以矩形截面为例说明，如图 3所示，（b）图为 开裂截面换算截面，（c）图为全截面换算截面。 b h h 0 b x b AsαEs AsαEsAs h/ 2 x 0 （a） （b） （c） 图 3 换算截面示意 （2）现以矩形截面为例说明 Icr、I0的计算方法。 如图 3所示，Icr依据图 3（b）的开裂截面换算截 面算出，I0依据图 3（c）的全截面换算截面算出。 对于开裂截面换算截面，利用求截面形心的方法 求受压区高度 x，可得： x＝ 2 Es s 0 Es s 1 2 bx A h bx A     于是解出： Es s 0 Es s 2 [ 1 1] A bh x b A      从而： 3 2 cr Es s 0 1 ( ) 3 I bx A h x   对于全截面换算截面，利用求截面形心的方法求 受压区高度 x0，可得： x0＝ 2 Es s 0 Es s 1 ( 1) 2 ( 1) bh A h bh A       式中之所以出现 αEs-1 是由于要减去钢筋所占用 的混凝土截面积 As。 从而： 3 2 2 2 0 0 s 0 0 Es s 0 0 1 ( ) ( ) ( ) 12 2 h I bh bh x A h x A h x       上式中前两项为混凝土对自身轴的惯性矩和移轴公 式，第 3项为钢筋占用混凝土位置导致的减小量。 对于 T形截面，当考虑开裂截面换算截面时，中 和轴可能位于翼缘或者腹板内。可先假定中和轴位于 22 注册考试园地 Building Structure We learn we go 翼缘内，从而可按照上述的矩形截面计算方法求得 x 值，若 x≤ 'fh ，表明假定正确，计算所得 x值可以接受； 若 x> 'fh ，表明假定错误，需要按中和轴位于腹板内重 新计算 x。于是有： x＝ 2 ' ' ' f f f Es s 0 ' ' f f Es s 1 ( ) / 2 2 ( ) bx b b h h A h bx b b h A          求解得到： 2x A B A   ' ' Es s f f( )A b b hA b     ， ' ' 2 Es s 0 f f2 ( )( )A h b b hB b     T 形截面考虑全截面换算截面时，中和轴按照求 解截面重心的原理得到，如下： ' ' ' f f f Es s 0 ' ' f f Es s / 2 ( ) / 2 ( 1) ( ) ( 1) bh h b b h h A h x bh b b h A               （3）对于弹塑性材料组成的梁，例如钢梁，截面 塑性抵抗矩为截面重心轴以上、以下部分面积对重心 轴的面积矩之和，而且，可以证明，该两部分的面积 矩相等。因此，这里计算 S0时取换算截面重心轴以上 部分可以，以下部分也可以，数值是相等的。 另外，需要注意的是，规范公式（6.5.2-1）印刷 有误，应为： 0 2 2 cr cr 0 s s cr 1 B B M M B M M B                   依据为该条的条文说明。 【注】更多内容，请关注 2012年版《一级注册结构工程师专业考试 历 年试题·疑问解答·专题聚焦》（中国建筑工业出版社）一书。 作者简介：张庆芳，副教授，硕士，一级注册结构工程师，“中华钢结 构论坛”注册考试栏目版主。Email：zqfok@126.com。 申兆武，工学博士，毕业于同济大学地下系，一级注册结构工程师。 Email：szw56789@yahoo.com.cn。 广州南沙体育馆屋盖钢结构获第七届空间结构优秀工程金 奖综合奖（华南理工大学建筑设计研究院，广州协安建设工 程有限公司，浙江东南网架股份有限公司) 南沙体育馆是2010年广州亚运会武术及体育舞蹈比赛 馆，位于广州市南沙区黄阁镇坦尾村。造型酷似太极，体现 了中国武术的意境，同时借鉴了富有肌理变化的“海螺”外壳 作为造型设计的意象。 该工程建筑面积为 3.0236万 m2，总共设有 8000余个 观众席。钢结构总用钢量为 1700t。馆内核心区屋盖结构采 用双重肋环-辐射形张弦梁结构体系，由内外两个肋环-辐射 形张弦梁结构（即中间结构和周边结构）叠合而成的直径 98m的屋盖结构，在国内为首次应用。中间结构为由 18榀 辐射布置的张弦梁组成，中间结构和周边结构采用铰接连接 的方式。 该工程屋盖钢结构施工可以归纳为双环贝雷架临时支 撑体系技术，环形钢结构对称跳装技术和预应力分层分级分 批同步对称张拉技术，并进行了同步监测。 江阴市体育中心体育场膜结构工程获第七届空间结构优秀 工程金奖综合奖（北京纽曼帝莱蒙膜建筑技术有限公司，江 阴市建筑设计研究院有限公司，浙江精工钢结构有限公司） 江阴市体育中心体育场位于江苏省江阴市东北部的体 育中心内，为江阴市的一个地标建筑。 江阴体育中心体育场看台罩棚的钢、膜结构沿体育场 主看台对称布置，由钢桁架、钢索和 PTFE膜材及聚碳酸酯 板组成梭状空间张拉体系。膜结构篷盖长约 270 米、宽约 260米，总覆盖面积约 20654m2。钢索用量约 76.6t，钢结构 用量约 1500t。12榀主桁架采用三角形吊索桁架，前后端通 过联系桁架连接在一起。PTFE膜面连接在主桁架上弦杆上， 由飞柱、钢索和膜组成的飞柱膜结构体系连接在主桁架之 间。该工程安装包括钢结构、钢索和膜的安装。钢结构的施 工采用工厂下料，现场组装后吊车吊装的方法。每个膜单元 应按着先边角、后中部、先短边、后长边的连接顺序连接好 四周固定边界，然后对每个膜单元下的飞柱进行顶升。