理论教育 高厚比验算的重要性及其应用

高厚比验算的重要性及其应用

时间:2023-10-05 理论教育 版权反馈
【摘要】:墙、柱的高厚比过大,虽然强度计算满足要求,但可能在施工砌筑阶段因过度的偏差倾斜鼓肚等现象以及施工和使用过程中出现的偶然撞击、振动等因素造成丧失稳定。在砌体结构构件设计计算中需要在验算构件承载力以前预先加以考虑,并在很大程度上根据高厚比的验算确定墙厚和柱的截面尺寸。用验算墙柱高厚比的方法对受压构件进行稳定验算,这是保证砌体结构在施工阶段和使用阶段稳定性的重要构造措施。

高厚比验算的重要性及其应用

高厚比β系指墙、柱某一方向的计算高度H0与相应方向边长h的比值,β=H0/h。验算高厚比的目的是防止施工过程和使用阶段中的墙、柱出现过大的挠曲,轴线偏差和丧失稳定。墙、柱的高厚比过大,虽然强度计算满足要求,但可能在施工砌筑阶段因过度的偏差倾斜鼓肚等现象以及施工和使用过程中出现的偶然撞击、振动等因素造成丧失稳定。同时还考虑到使用阶段在荷载作用下墙柱应具有的刚度,不应发生影响正常使用的过大变形。也可以认为它是保证墙柱正常使用极限状态的构造规定。在砌体结构构件设计计算中需要在验算构件承载力以前预先加以考虑,并在很大程度上根据高厚比的验算确定墙厚和柱的截面尺寸。

墙、柱高厚比验算是要使所设计墙、柱的高厚比β值小于或等于允许高厚比[β]值。

真题 【3.1.12】 (1998年考题)

下列何项论述是不正确的?

(A)高厚比验算时,墙、柱的高厚比系指墙、柱的计算高度H与墙厚或矩形截面柱边长h的比值

(B)墙、柱的高厚比与墙、柱的承载力计算有关

(C)墙、柱的高厚比验算是砌体结构设计的重要组成部分

(D)高厚比验算是保证砌体结构构件稳定性的重要构造措施之一

【答案】 (A)

【解答】

(1)根据《砌体结构设计规范》6.1.1条,978-7-111-49250-4-Chapter03-19.jpgh指墙厚或矩形柱与H0相对应的边长。故(A)不正确。

(2)根据《砌体结构设计规范》5.1.1条,公式中φ为“高厚比β和轴向力的偏心距e对受压构件承载力的影响系数”。故(B)项正确。

(3)用验算墙柱高厚比的方法对受压构件进行稳定验算,这是保证砌体结构在施工阶段和使用阶段稳定性的重要构造措施。所以(C)正确。

(4)验算高厚比的目的是防止施工过程和使用阶段中的墙、柱出现过大的挠曲,轴线偏差和丧失稳定,在《砌体结构设计规范》中属于第6章构造要求部分。所以(D)正确。

(一)《砌体结构设计规范》规定

《砌体结构设计规范》规定:

6.1.1 墙、柱的高厚比应按下式验算:

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式中 H0——墙、柱的计算高度;

h——墙厚或矩形柱与H0相对应的边长;

μ1——自承重墙允许高厚比的修正系数;

μ2——有门窗洞口墙允许高厚比的修正系数;

[β]——墙、柱的允许高厚比,应按表6.1.1采用。

注:1.墙、柱的计算高度应按本规范第5.1.3条采用;

2.当与墙连接的相邻两墙间的距离sμ1μ2[β]h时,墙的高度可不受本条限制。

6.1.1 墙、柱的允许高厚比[β]值

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(二)高厚比

《砌体结构设计规范》规定:

2.1.25 砌体墙、柱高厚比ration of height to sectional thickness of wall or column

砌体墙、柱的计算高度与规定厚度的比值。规定厚度对墙取墙厚,对柱取对应的边长,对带壁柱墙取截面的折算厚度。

真题 【3.1.13】 (1999年二级试题)

某单层、单跨、无吊车车间,采用MU10砖、M5混合砂浆砌筑的独立不粉刷砖柱,承重柱截面尺寸为490mm×620mm,柱间不设支撑,该车间的空间工作性能为弹性方案。试指出如图3.1.12所示的砖柱,高厚比验算时排架方向和垂直排架方向的高厚比β1β2,应为下列何项数值?

(A)β1=15.73,β2=19.89 (B)β1=15.73,β2=16.58

(C)β1=13.11,β2=16.58 (D)β1=13.11,β2=19.89

【答案】 (B)

【解答】

(1)根据《砌体结构设计规范》5.1.3条,H=6.0+0.5=6.5m

(2)根据《砌体结构设计规范》表5.1.3,单层单跨,弹性方案,排架方向:H0=1.5H=1.5×6.5=9.75m

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(3)根据《砌体结构设计规范》表5.1.3及小注3,单层单跨,弹性方案,垂直排架方向:

H0=1.0H=1.0×1.25H=1.25×6.5m=8.125m

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故(B)正确。

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图 3.1.12

真题 【3.1.14】 (2004年一级考题,原题为连锁题中的一道子题,现改写为一道独立题)

某多层办公楼,其局部平面见图3.1.13,采用装配式钢筋混凝土空心板楼(屋)盖,刚性方案。结构重要性系数1.0。纵、横墙厚均为240mm,层高均为3.6m,墙体用MU10烧结普通砖、M7.5混合砂浆砌筑。

已知二层外纵墙A截面形心距翼缘边距离y1=169mm。试问,二层外纵墙A的计算受压承载力时的高厚比β值,与下列何项数值最为接近?

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图 3.1.13

(A)7.40 (B)8.60 (C)12.20 (D)15.50

【答案】 (B)

【解答】

(1)根据《砌体结构设计规范》式(5.1.22)求T形截面的折算厚度hT

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(2)根据《砌体结构设计规范》5.1.3条,H=3.6m。

(3)根据《砌体结构设计规范》表5.1.3,刚性方案s=9m〉2H=2×3.6=7.2m,H0=1.0H=3.6m。

(4)根据《砌体结构设计规范》5.1.2条和表5.1.2,γβ=1.0

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真题 【3.1.15】 (2010年二级考题,原题为连锁题中的一道子题,现改写为一道独立题)

某四层砌体结构房屋,平面尺寸如图3.1.14所示,采用预制钢筋混凝土楼盖。外墙厚度370mm,承重内墙厚度240mm,底层墙高为3.8m(墙底算至基础顶面),承重墙采用M5砂浆。试问,底层三开间处外纵墙计算受压承载力时的高厚比β,与下列何项数值最为接近?

(A)10 (B)12 (C)16 (D)24

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图 3.1.14

【答案】 (A)

【解答】

(1)根据《砌体结构设计规范》4.2.1条表4.2.1,预制钢筋混凝土楼盖,楼盖类别为1类,s=3.6×3=10.8m〈32m,属刚性方案。

(2)根据《砌体结构设计规范》5.1.3条:

H=3.8m,s=10.8m〉2H=2×3.8m=7.6m,H0=1.0H=3.8m

(3)根据《砌体结构设计规范》5.1.2条和表5.1.2:

γβ=1.0,978-7-111-49250-4-Chapter03-29.jpg,(A)正确。

真题 【3.1.16】~【3.1.18】 (2003年二级考题)

某砌体结构局部水平面尺寸如图3.1.15所示,采用装配式钢筋混凝土楼(屋)盖,一层室内为刚性地坪。室内地面标高±0.000,基础顶面标高-1.100m,底层层高3.40m,室内外高差600mm。隔断墙厚为120mm,墙高3.00m。墙体采用MU10烧结普通砖、M7.5混合砂浆砌筑;±0.000以下采用M7.5水泥砂浆。隔断墙采用M5砂浆砌筑。房屋底层的下端支点位置,取在室外地面下500mm处。

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图 3.1.15

真题 【3.1.16】 (2003年二级考题)

试问,Ⓓ轴线上的③⑤轴线间的外纵墙受压承载力时的高厚比β值,与下列何项数值最为接近?

(A)12 (B)15 (C)18 (D)21

【答案】 (A)

【解答】

(1)根据《砌体结构设计规范》表4.2.1,装配式钢筋混凝土楼盖,楼盖类别1类,s=3.4×3=10.2m<32m,属刚性方案。

(2)根据《砌体结构设计规范》5.1.3条1款,H=3.4+0.6+0.5=4.5m。

(3)根据《砌体结构设计规范》表5.1.3,刚性方案:s=10.2m>2H=2×4.5=9m,H0=1.0H=4.5m。

(4)根据《砌体结构设计规范》表5.1.2和5.1.2条:

γβ=1.0,978-7-111-49250-4-Chapter03-31.jpg。(A)正确。

真题 【3.1.17】 (2003年二级考题)

试问Ⓑ轴线上的②④轴线间的纵墙受压承载力时的高厚比β值与下列何项数最为接近?

(A)18 (B)15 (C)12 (D)9

【答案】 (B)

【解答】

(1)根据《砌体结构设计规范》表4.2.1,s=3.4×2=6.8m〈32m,属刚性方案。

(2)根据《砌体结构设计规范》5.1.3条第1款,H=3.4+0.6+0.5=4.5m

(3)根据《砌体结构设计规范》表5.1.3,刚性方案:

2H=4.5×2=9m>s=6.8m>H=4.5m

H0=0.4s+0.2H=0.4×6.8+0.2×4.5=3.62m

(4)根据《砌体结构设计规范》表5.1.2和5.1.2条:

γβ=1.0,978-7-111-49250-4-Chapter03-32.jpg。故(B)正确。

真题 【3.1.18】 (2003年二级考题)

试问②轴线上的Ⓒ、Ⓓ轴线间的内隔墙高厚比β值,与下列何项数值最为接近?

提示:隔墙的顶端在施工中用斜放立砖,顶住梁底,且隔断墙与纵墙同时砌筑,可按周边拉结的隔墙考虑。

(A)18.5 (B)20.5 (C)23.5 (D)28.5

【答案】 (C)

【解答】

(1)根据《砌体结构设计规范》表4.2.1,s=5.6〈32m,属刚性方案。

(2)隔墙从室内地坪砌筑,故H=3.0m。

(3)根据《砌体结构设计规范》表5.1.3,刚性方案:

H=3.0m〈s=5.6m〈2H=2×3.0=6m,

H0=0.4s+0.2H=0.4×5.6+0.2×3=2.84m

(4)根据《砌体结构设计规范》表5.1.2和5.1.2条:

γβ=1.0,978-7-111-49250-4-Chapter03-33.jpg。故(C)正确。

真题 【3.1.19】 (2008年二级考题,原题为连锁题中的一道子题,现经改写,已成一道独立题)

某单跨无吊车仓库,跨度12m,如图3.1.16所示。承重砖柱截面尺寸为490mm×620mm,无柱间支撑,采用MU10普通黏土砖、M5混合砂浆砌筑,施工质量控制等级为B级。静力计算方案属刚弹性方案,室内设有刚性地坪。

假设砖柱(构件)高度H=5.3m,试问,排架方向砖柱的计算受压承载力时的高厚比与下列何项数值最为接近?

(A)8.5 (B)9.2

(C)10.3 (D)11.5

【答案】 (C)

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图 3.1.16

【解答】

(1)根据《砌体结构设计规范》表5.1.3,刚弹性方案、单跨、无吊车:

H0=1.2H=1.2×5.3=6.36m

(2)根据《砌体结构设计规范》5.1.2条和表5.1.2:

γβ=1.0,978-7-111-49250-4-Chapter03-35.jpg。(C)正确。

真题 【3.1.20】 (2008年二级考题,原题为连锁题中的一道子题,现改写为一道独立题)

某单层单跨无吊车房屋窗间墙,截面尺寸如图3.1.17所示;采用MU15蒸压粉煤灰砖、M5混合砂浆砌筑,施工质量控制等级为B级;计算高度为6m。图中x轴通过窗间墙体的截面中心,y1=179mm。

试问,该带壁柱墙的高厚比,与下列何项数值最为接近?

(A)11.8 (B)12.7

(C)13.6 (D)14.5

【答案】 (C)

【解答】(www.daowen.com)

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图 3.1.17

(1)根据《砌体结构设计规范》5.1.2条,T形截面应当用折算厚度hT计算高厚比

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A=1200×240+250×370=380500mm2

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hT=3.5i=3.5×126.27=441.95mm

(2)根据《砌体结构设计规范》6.1.1条和6.1.2条:

978-7-111-49250-4-Chapter03-39.jpg,故(C)正确。

真题 【3.1.21】 (2011年一级考题,原题为连锁题中的一道子题,现改写为一道独立题)

某多层刚性方案砖砌体教学楼,其局部平面如图3.1.18所示。墙体厚度均为240mm,轴线均居墙中。室内外高差为0.3m,基础埋置较深且有刚性地坪。墙体采用MU15蒸压粉煤灰砖、M10混合砂浆砌筑,底层、二层层高均为3.6m;楼、屋面板采用现浇钢筋混凝土板。砌体施工质量控制等级为B级,结构安全等级为二级。截面形心到翼缘边的距离为150mm。试问,底层外纵墙墙A的高厚比,与下列何项数值最为接近?

(A)8.5 (B)9.7 (C)10.4 (D)11.8

【答案】 (D)

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图 3.1.18

【解答】

(1)根据《砌体结构设计规范》5.1.2条,T形截面计算高厚比时应用折算厚度hT=3.5i计算:

978-7-111-49250-4-Chapter03-41.jpg

A=(780×2)×240+490×240=492000mm4=4.9×105mm4

978-7-111-49250-4-Chapter03-42.jpg

hT=3.5i=3.5×106.43=372.5mm

(2)根据《砌体结构设计规范》5.1.3条第1款,H=3.6+0.3+0.5=4.4m。

(3)根据《砌体结构设计规范》表4.2.1,现浇钢筋混凝土楼面板,楼盖类别1类,s=3.3×3=9.9m<32m,属刚性方案。

(4)根据《砌体结构设计规范》表5.1.3,刚性方案,s=9.9m〉2H=2×4.4=8.8m,H0=1.0H=4.4m。

(5)根据《砌体结构设计规范》6.1.1条、6.1.2条,978-7-111-49250-4-Chapter03-43.jpg

(D)正确。

真题 【3.1.22】 (2008年一级考题,原题为连锁题中的一道子题,现改写为一道独立题)

某三层教学楼局部平、剖面如图3.1.19所示,各层平面布置相同,各层层高均为3.6m;楼、屋盖均为现浇钢筋混凝土板,房屋的静力计算方案为刚性方案。纵横墙厚度均为190mm,采用MU10级单排孔灌孔混凝土砌块、Mb7.5级混合砂浆砌筑,砌体施工质量控制等级为B级。已知一层带壁柱墙A对截面形心x轴的惯性矩I=1.00×1010mm4。试问,在计算受压承载力时一层带壁柱墙A的高厚比β值,与下列何项数值最为接近?

(A)6.7 (B)7.3 (C)7.8 (D)8.6

978-7-111-49250-4-Chapter03-44.jpg

图 3.1.19

【答案】 (C)

【解答】

(1)根据《砌体结构设计规范》5.1.2条,T形截面的折算厚度hT=3.5i

978-7-111-49250-4-Chapter03-45.jpg

(2)根据《砌体结构设计规范》5.1.3条,房屋底层构件的高度H,取一层楼板顶面到基础顶面的距离H=3600+600=4200mm。

(3)根据《砌体结构设计规范》表5.1.3,刚性方案:

横墙间距s=3200×3=9600mm>2H=8400mm,H0=H=4200mm。

(4)根据《砌体结构设计规范》5.1.2条,表5.1.2注:

γβ=1.0,978-7-111-49250-4-Chapter03-46.jpg。(C)正确。

真题 【3.1.23】~【3.1.24】 (2005年二级考题)

某三层砌体结构局部平、剖面如图3.1.20所示,各层平面布置相同,各层层高均为3.60m;楼、屋盖均为现浇钢筋混凝土板,静力计算方案为刚性方案。纵横墙厚度均为190mm,采用MU10级单排孔混凝土砌块、Mb7.5级混合砂浆砌筑,砌体施工质量控制等级为B级。

978-7-111-49250-4-Chapter03-47.jpg

图 3.1.20

真题 【3.1.23】 (2005年二级考题)

已知x轴通过墙A的整个截面形心。试问,带壁柱墙A对截面形心x轴的惯性矩I(mm4),应与下列何项数值最为接近?

(A)8533×106 (B)11480×106 (C)11440×106 (D)10520×106

【答案】 (C)

【解答】

(1)求墙A的截面形心978-7-111-49250-4-Chapter03-48.jpg

(2)求壁柱墙A的截面对截面形心的惯性矩

978-7-111-49250-4-Chapter03-49.jpg

(C)正确。

真题 【3.1.24】 (2005年二级考题)

假定底层带壁柱墙A对截面形心x轴的回转半径i=175mm。试问,底层带壁柱墙A在计算受压承载力时的高厚比β值,应与下列何项数值最为接近?

(A)7.5 (B)8.0 (C)8.5 (D)8.8

【答案】 (A)

【解答】

(1)根据《砌体结构设计规范》5.1.2条,T形截面的折算厚度hT=3.5ihT=3.5×175=612.5mm。

(2)根据《砌体结构设计规范》5.1.3条,房屋底层构件的高度H,取一层楼板顶面的基础顶面的距离,H=3600+600=4200mm。

(3)根据《砌体结构设计规范》表5.1.2,刚性方案:

横墙间距s=3200×3=9600mm〉2H=8400mm,H0=1.0H=4200mm。

(4)根据《砌体结构设计规范》表5.1.2,混凝土砌块高厚比修正系数γβ=1.1。

(5)根据《砌体结构设计规范》5.1.2条,978-7-111-49250-4-Chapter03-50.jpg

(A)正确。

(三)无筋砌体的允许高厚比[β]

《砌体结构设计规范》规定:

6.1.1 墙、柱的高厚比应按下式验算:

978-7-111-49250-4-Chapter03-51.jpg

[β]——墙、柱的允许高厚比,应按表6.1.1采用。

6.1.1 墙、柱的允许高厚比[β]值

978-7-111-49250-4-Chapter03-52.jpg

真题 【3.1.25】 (2011年一级考题)

关于砌体结构的设计,有下列四项论点:

Ⅰ.某六层刚性方案砌体结构房屋,层高均为3.3m,均采用现浇钢筋混凝土楼板,外墙洞口水平截面面积约为全截面面积的60%,基本风压为0.6kN/m2,外墙静力计算时可不考虑风荷载的影响;

Ⅱ.通过改变砌块强度等级可以提高墙、柱的允许高厚比;

Ⅲ.在蒸压粉煤灰砖强度等级不大于MU20、砂浆强度等级不大于M10的条件下,为增加砌体抗压承载力,提高砖的强度等级一级比提高砂浆强度等级一级效果好;

Ⅳ.厚度180mm,上端非自由端,无门窗洞口的自承重墙体,允许高厚比修正系数为1.32。

试问,以下何项组合是全部正确的?

(A)Ⅰ、Ⅲ (B)Ⅱ、Ⅲ (C)Ⅲ、Ⅳ (D)Ⅱ、Ⅳ

【答案】 (C)

【解答】

(1)根据《砌体结构设计规范》第4.2.6条,房屋总高度3.3×6=19.6m〉18m,超过表4.2.6的w0=0.6kN/m2限制,(Ⅰ)不正确。

(2)根据《砌体结构设计规范》表6.1.1,表中没有砌块强度等级的参数,(Ⅱ)不正确。

(3)根据《砌体结构设计规范》3.2.1条表3.2.13,取为MU15的砖和M5的砂浆,f=1.83MPa,把MU15砖改为MU20,仍为M5砂浆,f=2.12MPa,砖仍为MU15,砂浆改为M7.5,f=2.07MPa<2.12MPa,(Ⅲ)正确。

(4)根据《砌体结构设计规范》6.1.3条1款,978-7-111-49250-4-Chapter03-53.jpg978-7-111-49250-4-Chapter03-54.jpg,(Ⅳ)正确。

1.墙的高度不受高厚比控制的条件

《砌体结构设计规范》规定:

6.1.1注2

2 当与墙连接的相邻两墙间的距离sμ1μ2[β]h时,墙的高度可不受本条限制。

真题 【3.1.26】 (2005年一级考题,原题为连锁题中的一道子题,现改写为一道独立题)

某三层砌体结构房屋,墙厚均为240mm,采用MU10烧结普通砖、M10混合砂浆砌筑,底层层高为4.5m。当采用图3.1.21所示的结构布置时,试问,按允许高厚比[β]确定的Ⓐ轴线二层承重外墙高度的最大值h2(m),应与下列何项数值最为接近?

978-7-111-49250-4-Chapter03-55.jpg

图 3.1.21

(A)5.5 (B)6.0 (C)6.3 (D)墙的最大高度不受稳定计算限制

【答案】 (D)

【解答】

(1)根据《砌体结构设计规范》表6.1.1,M10砂浆[β]=26。

(2)根据《砌体结构设计规范》6.1.1条,外纵墙为承重墙,μ1=1.0,外纵墙为无门窗洞口,μ2=1.0,h=240mm。

(3)根据《砌体结构设计规范》6.1.1条注2

h2=μ1μ2[β]h=1.0×1.0×26×0.24=6.24m〉smax=4.5m

“当sμ1μ2[β]h时,墙的高度可不受本条限制”,所以(D)正确。

2.毛石墙、柱的允许高厚比

《砌体结构设计规范》规定:

表6.1.1

注:1 毛石墙、柱的允许高厚比应按表中数值降低20%

【3.1.27】 毛料石柱高厚比

条件:截面尺寸为500mm×500mm的毛料石柱采用MU60毛料石、M5水泥石灰混合砂浆砌筑,柱计算高度H0=4.5m,作用在石柱上的轴力设计值为500kN。

要求:验算该柱高厚比。

【解答】

(1)根据《砌体结构设计规范》6.1.1条,978-7-111-49250-4-Chapter03-56.jpg

(2)根据《砌体结构设计规范》表6.1.1,M5混合砂浆[β]=16。

(3)根据《砌体结构设计规范》表6.1.1注1,[β]=16×0.8=12.8〉9,符合规范要求。

3.砂浆未硬化时的允许高厚比

《砌体结构设计规范》规定:

表6.1.1

3 验算施工阶段砂浆尚未硬化的新砌砌体构件高厚比时,允许高厚比对墙取14,对柱取11。

真题 【3.1.28】 (2002年一级考题,原题为连锁题中的一道子题,现改写为一道独立题)

某三层办公楼的一层平面如图3.1.22所示。采用钢筋混凝土空心板楼盖。纵、横承重墙厚均为240mm,砌筑用混合砂浆,强度等级为M5,底层墙高为4.6m(墙底算至基础顶面);隔断墙厚为120mm,M2.5混合砂浆砌筑,墙高3.6m。窗洞尺寸为1800mm×900mm。内墙门洞尺寸为1500mm×2100mm。

该楼正在施工且砂浆尚未硬化,试确定一楼外纵墙的μ1μ2[β]值最接近于下列何项数值?

(A)16 (B)15.74 (C)14 (D)13.12

【答案】 (C)

【解答】

(1)根据《砌体结构设计规范》表6.1.1注3,[β]=14。

(2)根据《砌体结构设计规范》6.1.1条,外纵墙为承重墙,μ1=1.0。

(3)根据《砌体结构设计规范》6.1.4条第2款,底层外纵墙高4.6m,窗洞高900mm,978-7-111-49250-4-Chapter03-57.jpg,因此μ2=1.0。

(4)μ1μ2[β]=1.0×1.0×14=14,(C)正确。

978-7-111-49250-4-Chapter03-58.jpg

图 3.1.22

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