八類工程設(shè)計常見問題解答手冊一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題（5題，每題6分）題目1內(nèi)容：某多層住宅樓，地基土層為雜填土，下臥層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，設(shè)計要求地基承載力特征值不小于180kPa。若采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深1.5m，基礎(chǔ)寬度1.2m，地基土重度18kN/m3，地下水位在地面下0.5m處。試問：（1）基礎(chǔ)底面尺寸至少應(yīng)為多少才能滿足承載力要求？（2）若基礎(chǔ)埋深改為2.0m，其他條件不變，地基承載力是否必然提高？說明理由。題目2內(nèi)容：某框架結(jié)構(gòu)教學(xué)樓，標(biāo)準(zhǔn)層層高3.6m，抗震設(shè)防烈度8度，設(shè)計地震分組第二組。主梁截面250mm×600mm，采用C30混凝土，縱向受拉鋼筋采用HRB400級。在距梁端1.5m處作用有集中荷載200kN（含自重），試計算該梁的受彎承載力設(shè)計值，并判斷是否滿足要求。題目3內(nèi)容：某高層建筑地下室墻體，墻厚250mm，承受上部傳來彎矩設(shè)計值150kN·m/m，剪力設(shè)計值200kN/m。墻體采用C25混凝土，HRB335級鋼筋。若采用雙排鋼筋網(wǎng)片配置，試確定合理配筋方案。題目4內(nèi)容：某工業(yè)廠房排架柱，承受軸心壓力N=1200kN，彎矩M=180kN·m，剪力V=50kN。柱截面400mm×400mm，采用對稱配筋，混凝土強度等級C40，鋼筋HRB500級。試計算該柱的配筋面積。題目5內(nèi)容：某懸臂梁結(jié)構(gòu)，梁長6m，端部承受集中荷載20kN，支座處有水平荷載15kN。若采用簡支梁計算撓度，與實際撓度相比可能產(chǎn)生多大誤差？說明影響誤差的主要因素。二、給排水設(shè)計問題（6題，每題6分）題目1內(nèi)容：某住宅樓層數(shù)6層，每戶用水量標(biāo)準(zhǔn)為180L/(人·d)，小時變化系數(shù)2.0，晝夜變化系數(shù)3.0。若設(shè)計秒流量按最大時用水量的50%計算，試確定市政給水管網(wǎng)提供的最小服務(wù)水壓。題目2內(nèi)容：某商場超市地面面積為5000㎡，地面清潔用水量標(biāo)準(zhǔn)為2L/(㎡·d)，管網(wǎng)允許流速1.0m/s。若采用DN100給水管，管內(nèi)水力坡度0.003，試計算管內(nèi)流量。題目3內(nèi)容：某住宅樓排水立管，樓層高度3m，每層設(shè)置伸頂通氣，管徑DN110。若排水設(shè)計流量為15L/s，管道充滿度h/D=0.5，試計算立管水頭損失。題目4內(nèi)容：某市政污水管道，管徑DN1200，設(shè)計充滿度ε=0.7，設(shè)計流速1.2m/s，管道坡度0.005。若某點實測水深1.2m，問該點是否在正常流態(tài)范圍內(nèi)？題目5內(nèi)容：某小區(qū)雨水口布置間距要求不大于20m，地面徑流系數(shù)0.6，設(shè)計暴雨強度q=3L/(s·㎡)。若雨水口進水口寬度0.6m，試計算單個雨水口設(shè)計流量。題目6內(nèi)容：某消防水池有效容積3000m3，消防用水量20L/s，補水時間要求不大于24小時。若市政供水管徑DN150，供水壓力0.2MPa，問是否滿足消防水池補水要求？三、暖通空調(diào)設(shè)計問題（6題，每題6分）題目1內(nèi)容：某辦公建筑冬季空調(diào)計算溫度18℃，室內(nèi)人員密度20人/㎡，每人散熱量95W，散濕量0.15L/(人·h)。若室內(nèi)空氣濕度要求相對濕度50%，露點溫度不高于12℃，試計算標(biāo)準(zhǔn)層所需冷負(fù)荷。題目2內(nèi)容：某商場空調(diào)系統(tǒng)，總冷負(fù)荷1200kW，采用風(fēng)機盤管+新風(fēng)系統(tǒng)。若風(fēng)機盤管負(fù)擔(dān)80%冷負(fù)荷，新風(fēng)量按每人30m3/h計算，人數(shù)3000人，試確定新風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量。題目3內(nèi)容：某酒店客房空調(diào)，設(shè)計冷負(fù)荷5000W，采用臥式暗機。若制冷劑為R410A，系統(tǒng)COP=3.0，試計算所需制冷量。題目4內(nèi)容：某數(shù)據(jù)中心機房，計算機設(shè)備顯熱負(fù)荷500kW，潛熱負(fù)荷200kW，要求室內(nèi)溫度24℃±2℃，濕度50%±10%。若采用精密空調(diào)，試計算所需冷量。題目5內(nèi)容：某工業(yè)廠房通風(fēng)，每小時換氣次數(shù)要求6次，廠房體積2000m3。若采用自然通風(fēng)，室外溫度30℃，室內(nèi)溫度25℃，問是否滿足換氣要求？（空氣密度按1.2kg/m3計）題目6內(nèi)容：某辦公建筑空調(diào)水系統(tǒng)，冷水機組供回水溫度7/12℃，末端盤管供回水溫度12/7℃。若系統(tǒng)總冷負(fù)荷1000kW，試計算所需水泵軸功率。（假設(shè)水泵效率80%）四、電氣設(shè)計問題（7題，每題6分）題目1內(nèi)容：某住宅樓共6層，每層建筑面積800㎡，設(shè)計電流密度按10mA/cm2計算，照明功率密度15W/㎡，插座功率密度10W/㎡。若照明負(fù)荷需按需要系數(shù)0.9計算，插座負(fù)荷按同時系數(shù)0.6計算，試計算總計算負(fù)荷。題目2內(nèi)容：某商場配電系統(tǒng)，總計算負(fù)荷800kW，功率因數(shù)要求0.9，采用10kV/0.4kV變配電所。若變壓器效率95%，試計算所需變壓器容量。題目3內(nèi)容：某高層寫字樓電梯系統(tǒng)，共設(shè)置8部客梯，每部額定載重1000kg，運行速度2m/s。若電梯負(fù)荷電流按額定電流的1.25倍計算，試確定電梯主電源回路所需斷路器容量。題目4內(nèi)容：某醫(yī)院手術(shù)室配電，要求雙路電源末端自動切換，負(fù)荷電流40A。若采用BZT型自投裝置，試問切換時間應(yīng)控制在多少范圍內(nèi)？題目5內(nèi)容：某工廠變配電所，10kV進線電壓波動范圍±5%，若母線電壓要求為10kV±2%。問該系統(tǒng)電壓損失是否滿足要求？題題6內(nèi)容：某數(shù)據(jù)中心UPS系統(tǒng)，負(fù)荷功率500kW，后備時間要求1小時。若UPS效率92%，試計算所需電池容量（以kWh計）。題目7內(nèi)容：某住宅樓防雷接地系統(tǒng)，要求接地電阻不大于1Ω。若土壤電阻率100Ω·m，采用2根φ50×5鍍鋅鋼管接地極，埋深0.8m，試計算接地電阻值。五、消防設(shè)計問題（6題，每題6分）題目1內(nèi)容：某倉庫建筑高度15m，防火分區(qū)面積2000㎡。若采用濕式自動噴水滅火系統(tǒng)，試確定作用面積和噴水強度要求。題目2內(nèi)容：某高層寫字樓，標(biāo)準(zhǔn)層面積1500㎡，層高4m。若室內(nèi)消火栓系統(tǒng)設(shè)計流量40L/s，試計算所需水泵配置功率。題目3內(nèi)容：某商場地下室，建筑面積3000㎡。若采用預(yù)作用自動噴水滅火系統(tǒng)，試確定火災(zāi)探測器的布置間距要求。題目4內(nèi)容：某醫(yī)院病房樓，建筑高度25m。若采用氣體滅火系統(tǒng)，試確定防護區(qū)域設(shè)計參數(shù)要求。題目5內(nèi)容：某工廠乙類廠房，占地面積5000㎡。若采用泡沫滅火系統(tǒng)，試確定泡沫液儲存量要求。題目6內(nèi)容：某學(xué)校體育館，建筑面積2000㎡。若采用火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，試確定探測器類型和布置密度要求。六、市政工程設(shè)計問題（6題，每題6分）題目1內(nèi)容：某城市道路紅線寬度40m，車行道寬度20m，雙向4車道。若設(shè)計車速40km/h，試計算最小平曲線半徑。題目2內(nèi)容：某市政給水管道，管徑DN1200，設(shè)計流量0.3m3/s，管材為球墨鑄鐵管。若管頂覆土深度1.5m，地面設(shè)計標(biāo)高+0.3m，試計算管道埋設(shè)深度。題目3內(nèi)容：某城市污水管道，管徑DN1600，設(shè)計充滿度ε=0.65，設(shè)計流速1.0m/s。若管道坡度0.008，試計算管內(nèi)流量。題目4內(nèi)容：某城市雨水口布置間距要求不大于30m，地面徑流系數(shù)0.7，設(shè)計暴雨強度q=5L/(s·㎡)。若雨水口進水口寬度0.8m，試計算單個雨水口設(shè)計流量。題目5內(nèi)容：某城市廣場綠化灌溉，需水量標(biāo)準(zhǔn)為2L/(㎡·d)，管網(wǎng)允許流速1.5m/s。若采用DN100給水管，管內(nèi)水力坡度0.004，試計算管內(nèi)流量。題目6內(nèi)容：某城市道路交叉口，交通量高峰小時為1800pcu/h，采用環(huán)形交叉口設(shè)計。若轉(zhuǎn)彎半徑要求不小于15m，試計算所需中心島直徑。七、結(jié)構(gòu)計算問題（5題，每題6分）題目1內(nèi)容：某簡支梁，跨徑6m，承受均布荷載q=10kN/m（含自重）。若采用C30混凝土，HRB400級鋼筋，試計算梁的跨中最大彎矩和支座最大剪力。題目2內(nèi)容：某懸臂梁，長度3m，自由端承受集中荷載P=20kN。若采用C25混凝土，HRB335級鋼筋，試計算梁的最大彎矩和最大剪力。題目3內(nèi)容：某框架柱，截面400mm×400mm，承受軸心壓力N=1000kN，彎矩M=150kN·m（繞強軸）。若采用C40混凝土，HRB500級鋼筋，試計算柱的配筋面積。題目4內(nèi)容：某剪力墻，截面厚度200mm，高度6m，承受水平剪力V=500kN。若采用C30混凝土，試計算墻肢所需配筋面積。題目5內(nèi)容：某板式樓梯，樓層高度3m，踏步尺寸300mm×150mm。若采用C25混凝土，試計算樓梯板的荷載和彎矩。八、設(shè)計規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)問題（6題，每題6分）題目1內(nèi)容：某住宅建筑抗震設(shè)防烈度8度，設(shè)計地震分組第三組。若建筑高度25m，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，試問其抗震等級應(yīng)為多少？題目2內(nèi)容：某醫(yī)院手術(shù)室，潔凈度要求為10000級。若采用紫外線消毒，試問紫外線強度應(yīng)達到多少？題目3內(nèi)容：某學(xué)校教室，照明功率密度要求不大于11W/㎡。若采用LED照明，試問光效應(yīng)達到多少流明/瓦？題目4內(nèi)容：某城市道路，設(shè)計車速60km/h，試問最小豎曲線半徑應(yīng)是多少？題目5內(nèi)容：某消防水池，有效容積5000m3。若采用消防水泵，試問啟泵信號應(yīng)如何設(shè)置？題目6內(nèi)容：某建筑屋面防水等級為II級，使用年限15年。若采用高聚物改性瀝青防水卷材，試問其厚度應(yīng)達到多少？答案與解析一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題答案題目1（1）基礎(chǔ)底面尺寸至少應(yīng)為：b≥N/(f?·γ?·d)=1200kN/(180kPa×18kN/m3×1.5m)=4.44m2。取b=4.5m×1.5m。（2）不必然提高。若基礎(chǔ)埋深增加導(dǎo)致地下水位上升，有效負(fù)埋深減小，抗浮力可能反而降低。題目2M=200kN×1.5m=300kN·m。抗彎承載力：M=γsAsfy(As=As')。取γs=0.7，fy=360N/mm2，解得As=541mm2。滿足要求。題目3M=150kN·m/m，V=200kN/m，h=250mm。取as=35mm。彎矩：M=0.85bh?2fc(As-as)+As'fc(0.5bh?)。剪力：V=0.7fcbx+0.85fyvAsv。解得As=452mm2，As'=152mm2。題目4N=1200kN，M=180kN·m。軸壓比η=N/(fcA)=0.36。取As=As'=785mm2。彎矩：M=0.85fcAs(0.5h-as)。解得As=615mm2?？偱浣顬?230mm2。題目5誤差取決于荷載類型。簡支梁計算撓度誤差可達30%。主要影響因素包括荷載分布、支座沉降、材料彈性模量變化等。二、給排水設(shè)計問題答案題目1最大時用水量：Qmax=180L/(人·d)×6×2×3=6480L/d=6.48m3/h。服務(wù)水壓：H=10+QmaxL/1000q=10+6.48×30/1000=10.2m。題目2流量：Q=5000㎡×2L/(㎡·d)×24h/d=240000L=0.24m3/s。管徑校核：Q=πv(D/2)2。解得v=1.26m/s。滿足要求。題目3水頭損失：i=V2/(2gD)×[1+3(1-ε)]=0.3L/s×0.3L/s/(2×9.8×0.11)×[1+3(1-0.5)]=0.06m?？偹^損失：Σh=iL=0.06×30=1.8m。題目4正常流態(tài)要求：h/D=ε。實測1.2/1.2=1>0.7。超充滿度運行，易發(fā)生水錘和沉積。題目5單個雨水口流量：q=0.6m×0.6m×3L/(s·㎡)=1.08L/s。滿足要求。題目6補水流量：Q=3000m3/24h×1000L/m3=1.25×10?L/h=34.7L/s。DN150供水能力約150L/s。滿足要求。三、暖通空調(diào)設(shè)計問題答案題目1冷負(fù)荷：Q=20人×95W/人+20人×0.15L/(人·h)×0.001kg/L×24h×1000J/kg=3800+72=3872W。取3880W。題目2新風(fēng)量：L=3000人×30m3/h=90m3/min=1.5m3/s。冷負(fù)荷：Q=1.5m3/s×1.2kg/m3×1kcal/(kg·℃)×(30-18)℃=504kcal/h=146W。題目3所需冷量：Q=5000W/(3.0)=1667W。實際制冷量大于所需冷量，需考慮室外機效率。題目4顯熱負(fù)荷：Qd=500kW。所需冷量：Q=Qd+Ql=500+200=700kW。題目5實際換氣量：V=2000m3×6=12000m3/h=3.33m3/s。小于設(shè)計換氣量，不滿足要求。題目6水泵功率：P=1000kW/(0.8×0.78)=1269kW。需考慮實際水泵效率。四、電氣設(shè)計問題答案題目1總計算負(fù)荷：P=800㎡×15W/㎡×0.9+800㎡×10W/㎡×0.6=18000W=18kW。Q=P(tanφ1+tanφ2)=11.3kVar。S=√P2+Q2=20.7kVA。題目2變壓器容量：S=Sd/(ηcosφ)=800kW/(0.95×0.9)=947kVA。選1000kVA變壓器。題目3電梯負(fù)荷電流：Ie=1000kg×2m/s/(9.8m/s2×1000N/kN×1.25)=1.61A。斷路器容量：≥Ie+In=1.61A+0.5A=2.11A。選10A斷路器。題目4切換時間：≤5s（醫(yī)療負(fù)荷要求≤0.5s，一般負(fù)荷≤5s）。題目5電壓損失：△U=5%-2%=3%。滿足要求。題目6電池容量：E=500kW×1h/(0.92×0.85)=679kWh。需考慮電池效率。題目7接地電阻：R=ρ/(2πL)ln(2L/r)=100Ω·m/(2×3.14×0.8m)ln(2×0.8/0.025)=6.8Ω。需補充接地極。五、消防設(shè)計問題答案題目1作用面積：≥160㎡。噴水強度：6L/min·㎡。題目2水泵功率：P=40L/s×10kPa×0.001kW/(L·s·kPa)=0.4kW。需考慮消防水泵功率儲備。題目3探測器間距：≤15m。題目4防護區(qū)域：面積≤600㎡。滅火劑濃度：≥6.5%。題目5泡沫液量：≥泡沫產(chǎn)生量×5%。產(chǎn)生量=5000㎡×2L/(㎡·h)×10h=100000L。題目6探測器類型：點型感煙、感溫。密度：點型探測器≤15點/100㎡。六、市政工程設(shè)計問題答案題目1最小平曲線半徑：R=0.07V2/s=0.07×402/3.6=31.1m。題目2管道埋深：H=1.5m-0.3m+1.2m=2.4m。題目3管內(nèi)流量：Q=πv(D/2)2=π×1.0m/s×(1.6m/2)2=3.97m3/s。題目4單個雨水口流量：q=0.8m×0.8m