高层建筑结构设计复习试题(含答案)

1高层建筑结构设计名词解释1.高层建筑：10层及10层以上或房屋高度大于28m的建筑物。2.房屋高度：自室外地面至房屋主要屋面的高度。3.框架结构：由梁和柱为主要构件组成的承受竖向和水平作用的结构。4.剪力墙结构：由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构。5.框架—剪力墙结构：由框架和剪力墙共同承受竖向和水平作用的结构。6.转换结构构件：完成上部楼层到下部楼层的结构型式转变或上部楼层到下部楼层结构布置改变而设置的结构构件，包括转换梁、转换桁架、转换板等。7.结构转换层：不同功能的楼层需要不同的空间划分，因而上下层之间就需要结构形式和结构布置轴线的改变，这就需要在上下层之间设置一种结构楼层，以完成结构布置密集、墙柱较多的上层向结构布置较稀疏、墙术较少的下层转换，这种结构层就称为结构转换层。（或说转换结构构件所在的楼层）8.剪重比：楼层地震剪力系数，即某层地震剪力与该层以上各层重力荷载代表值之和的比值。9.刚重比：结构的刚度和重力荷载之比。是影响重力P效应的主要参数。10.抗推刚度（D）：是使柱子产生单位水平位移所施加的水平力。11.结构刚度中心：各抗侧力结构刚度的中心。12.主轴：抗侧力结构在平面内为斜向布置时，设层间剪力通过刚度中心作用于某个方向，若结构产生的层间位移与层间剪力作用的方向一致，则这个方向称为主轴方向。13.剪切变形：下部层间变形（侧移）大，上部层间变形小，是由梁柱弯曲变形产生的。框架结构的变形特征是呈剪切型的。14.剪力滞后：在水平力作用下，框筒结构中除腹板框架抵抗倾复力矩外，翼缘框架主要是通过承受轴力抵抗倾复力矩，同时梁柱都有在翼缘框架平面内的弯矩和剪力。由于翼缘框架中横梁的弯曲和剪切变形，使翼缘框架中各柱轴力向中心逐渐递减，这种现象称为剪力滞后。15.延性结构：在中等地震作用下，允许结构某些部位进入屈服状态，形成塑性铰，这时结构进入弹塑性状态。在这个阶段结构刚度降低，地震惯性力不会很大，但结构变形加大，结构是通过塑性变形来耗散地震能量的。具有上述性能的结构，称为延性结构。16.弯矩二次分配法：就是将各节点的不平衡弯矩，同时作分配和传递，第一次按梁柱线刚度分配固端弯矩，将分配弯矩传递一次（传递系数C=1/2），再作一次分配即结束。21．我国对高层建筑结构是如何定义的？答：我国《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2002)规定：10层及10层以上或房屋高度大于28m的建筑物称为高层建筑，此处房屋高度是指室外地面到房屋主要屋面的高度。2．高层建筑结构有何受力特点？答：高层建筑受到较大的侧向力(水平风力或水平地震力)，在建筑结构底部竖向力也很大。在高层建筑中，可以认为柱的轴向力与层数为线性关系，水平力近似为倒三角形分布，在水平力作用卞，结构底部弯矩与高度平方成正比，顶点侧移与高度四次方成正比。上述弯矩和侧移值，往往成为控制因素。另外，高层建筑各构件受力复杂，对截面承载力和配筋要求较高。4．高层建筑结构的竖向承重体系和水平向承重体系各有哪些？答：高层建筑结构的竖向承重体系有框架、剪力墙、框架—剪力墙、筒体、板柱—剪力墙以及一些其他形式如：悬挂式结构，巨型框架结构和竖向桁架结构。高层建筑结构的水平承重体系有现浇楼盖体系（包括肋梁楼盖体系、密肋楼盖体系、平板式楼盖体系、无粘结预应力现浇平扳)、叠合楼盖体系、预制板楼盖体系和组合楼盖体系。5．简述高层建筑结构布置的一般原则。答：高层房屋平面宜简单、规则、对称，尽量减少复杂受力和扭转受力，尽量使结构抗侧刚度中心、建筑平面形心、建筑物质量中心重合，以减少扭转。高层建筑，其平面形状可以是方形、矩形和圆形，也可以采用L形、T形、十字形和Y形。但平面尺寸要满足有关规范要求。高层结构房屋竖向的强度和刚度宜均匀、连续，无突变。避免有过大的外挑和内收，避免错层和局部夹层，同一楼层楼面标高尽量统一，竖向结构层间刚度上下均匀，加强楼盖刚度，以加强连接和力的传递。同时，建筑物高宽比要满足有关规定，并按要求设置变形缝。1．防震缝、伸缩缝和沉降缝在什么情况下设置？在高层建筑中，特别是抗震结构中，怎么处理好这三种维？下列情况宜设防震缝：（1）平面各项尺寸超限而无加强措施。（2）房屋有较大错层。（3）各部分结构的刚度或荷载相差悬殊而又未采取有效措施。2．为什么抗震结构的延性要求不通过计算延性比来实现？抗震结构都要设计成延性结构，主要是通过设计具有足够延性的构件来实现。由于地震（大小、时间、地点等）的不确定性，计算参数也难于确定，在地震作用下构件达到的值很难通过计算得到。值则和截面内力性质，构件材料，配筋方式及配筋数量等许多因素有关，也不宜定量计算。因此在工程设计中不用来验算延性要求，而是以结构的抗震等级代替延性要求。不同抗震等级的结构构件有不同的配筋要求。也即在抗震结构中，结构和构件的延性要求是通过抗震构造措施来实现的。33．多高层建筑结构的基础有哪些形式？如何选择？答：多、高层建筑的基础类型有单独基础、条形基础、十字交叉条形基础、片筏基础、箱形基础和桩基础等。基础类型的选择与场地工程地质及水文地质条件、房屋的使用要求及荷载大小、上部结构对不均匀沉降的适应程度以及施工条件等因素有关。在京开幕下单独基础适用于上部结构荷载较小或地基条件较好的情况；条形基础通常沿柱列布置，它将上部结构较好地连成整体，可减少差异沉降量；十字交叉条形基础比条形基础更加增强基础的整体性，它适用于地基土质较差或上部结构的荷载分布在纵横两方向都很不均匀的房屋；当地基土质较差，采用条形基础也不能满足地基的承载力和上部结构容许变形的要求，或当房屋要求基础具有足够的刚度以调节不均匀沉降时，可采用片筏基础；若上部结构传来的荷载很大，需进一步增大基础的刚度以减少不均匀沉降时，可采用箱形基础；桩基础也是多、高层建筑常用的一种基础形式，它适用于地基的上层土质较差、下层土质较好，或上部结构的荷载较大以及上部结构对基础不均匀沉降很敏感的情况。4．确定建筑结构基础埋深时应考虑哪些问题？答：(1)建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础的形式和构造；(2)作用在地基上的荷载大小和性质；(3)工程地质和水文地质条件；(4)相邻建筑物的基础埋深；(5)地基土冻胀和融陷的影响。5．简述片筏基础设计的主要内容。答：片筏基础是多、高层房屋中常用的一种基础形式，有平板式和肋梁式两类。设计内容包括确定基础尺寸、基底反力计算和地基承载力验算、基础内力和配筋计算、构造要求等。具体内容略。1．高层建筑结构设计时应考虑哪些荷载或作用?答：高层建筑和高耸结构主要承受竖向荷载、风荷载和地震作用等。与多层建筑有所不同，由于高层建筑的竖向力远大于多层建筑，在结构内可引起相当大的内力；同时由于高层建筑的特点，水平荷载的影响显著增加。2．对高层建筑结构进行竖向荷载作用下的内力计算时，是否要考虑活荷载的不利布置?答：对高层建筑，在计算活荷载产生的内力时，可不考虑活荷载的最不利布置。这是因为目前我国钢筋混凝土高层建筑单位面积的重量大约为12～14kN／m2(框架、框架—剪力墙结构体系)和14～16kN／m2(剪力墙、简体结构体系)，而其中活荷载平均值约为2.0kN／m2左右，仅占全部竖向荷载15％左右，所以楼面活荷载的最不利布置对内力产生的影响较小；另一方面，高层建筑的层数和跨数都很多，不利布置方式繁多，难以一一计算。为简化计算，可按活荷载满布进行计算，然后将梁跨中弯矩乘以1.1—1.2的放大系数。5．计算地震作用的底部剪力法适用于什么情况？答：高度不超过40m，以剪切变形为主，刚度与质量沿高度分布比较均匀的建筑物，可采用底部剪力法计算地震作用。46．何谓反应谱？底部剪力法和振型分解反应谱法在地震作用计算时有何异同？答：根据大量的强震记录，求出不同自振周期的单自由度体系地震最大反应，取这些反应的包线，称为反应谱。以反应谱为依据进行抗震设计，则结构在这些地震记录为基础的地震作用下是安全的，这种方法称为反应谱法。利用反应谱，可很快求出各种地震干扰下的反应最大值，因而此法被广泛应用。以反应谱为基础，有两种实用方法。(1)振型分解反应谱法此法是把结构作为多自由度体系，利用反应谱进行计算。对于任何工程结构，均可用此法进行地震分析。（2）底部剪力法对于多自由度体系，若计算地震反应时主要考虑基本振型的影响，则计算可以大大简化，此法为底部剪力法，是一种近似方法。利用这种方法计算时，也是要利用反应谱。它适用于高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构。用反应谱计算地震反应，应解决两个主要问题：计算建筑结构的重力荷载代表值；根据结构的自振周期确定相应的地震影响系数。7．在计算地震作用时，什么情况下采用动力时程分析法计算，有哪些要求？答：采用动力时程分析时，应按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于两组实际地震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符；地震波的持续时间不宜小于建筑结构基本自振周期的3～4倍，也不宜小于12s，时间间隔可取0.01s或0.02s；且按照每条时程曲线计算所得的结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的65％，多条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的80％。8．在什么情况下需要考虑竖向地震作用效应？答：8度及9度抗震设防时，水平长悬臂构件、大跨度结构以及结构上部楼层外挑部分要考虑竖向地震作用。8度和9度设防时竖向地震作用的标准值，可分别取该结构或构件承受的重力荷载代表值的10％和20％进行计算。9．什么是荷载效应组合？有地震作用组合和无地震作用组合表达式是什么？答：结构或结构构件在使用期间，可能遇到同时承受永久荷载和两种以上可变荷载的情况。但这些荷载同时都达到它们在设计基准期内的最大值的概率较小，且对某些控制截面来说；并非全部可变荷载同时作用时其内力最大。按照概率统计和可靠度理论把各种荷载效应按一定规律加以组合，就是荷载效应组合。《高层建筑混凝土结构设计规程》规定高层建筑结构的荷载效应和地震作用效应组合的表达式如下：10．高层建筑按空间整体工作计算时，要考虑哪些变形？（10分）梁的弯曲、剪切、扭转变形，必要时考虑轴向变形；（4分）柱的弯曲、剪切、轴向、扭转变形；（3分）墙的弯曲、剪切、轴向、扭转变形。（3分）511．为什么计算高层建筑结构在竖向荷载作用下的内力时可以不考虑活荷载的折减和活荷载的不利布置？在高层建筑中，恒荷载较大，占了总竖向荷载的85%以上。活荷载相对较小，所以在实际工程中，往往不考虑折减系数，按全部满荷载计算，有在设计基础时考虑折减系数的。在计算高层建筑结构竖向荷载下产生的内力时，可以不考虑活荷载的不利布置，按满布活荷载一次计算。因为高层建筑中，活荷载占的比例很小（住宅、旅馆、办公楼活荷载一般在1.5~2.5KN/㎡内，只占全部竖向荷载的10—15%），活荷载不同布置方式对结构内力产生的影响很小；再者，高层建筑结构是复杂的空间体系，层数、跨数很多，不利分布情况太多，各种情况都要计算工作量极大，对实际工程设计往往是不现实的。1．框架结构有哪些优缺点？梁、柱组成的框架作为建筑竖向承重结构，并同时抵抗水平荷载时，被称为框架结构体系。优点：建筑平面布置灵活，可做成需要大空间的会议室、餐厅、办公室等。缺点：抗侧刚度小，水平位移较大，故限制了建造高度。一般不宜超过50m。各种结构型式适用高度还与设防烈度有关。抗侧刚度主要取决于梁、柱的截面尺寸及层高。2．为何要限制剪压比？（10分）由试验可知，箍筋过多不能充分发挥钢箍作用（5分），因此，在设计时要限制梁截面的平均剪应力，使箍筋数量不至于太多，同时，也可有效防止裂缝过早出现，减轻混凝土碎裂程度（5分）。3．柱端箍筋加密区范围如何选取？（10分）抗震设计时，柱箍筋加密区的范围应符合下列要求：（1）底层柱的上端和其他各层柱的两端，应取矩形截面柱之长边尺寸（或圆形截面柱之半径）、柱净高之1/6和500mm三者之最大值范