高层结构复习思考题及答案

1第1章绪论1．我国对高层建筑结构是如何定义的？《高规》将10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑，以及房屋高度大于24m的其他高层民用建筑混凝土结构房屋，称之为高层。2．高层建筑结构的受力及变形特点是什么？设计时应考虑哪些问题？（1）水平荷载对结构的影响大，侧移成为结构设计的主要控制目标之一；（2）楼盖结构整体性要求高;（3）高层建筑结构中的构建的多种变形影响大；（4）结构受到动力荷载作用时的动力效应大；（5）扭转效应大；（6）必须重视结构的整体稳定和抗倾覆问题；（7）当建筑物高度很大时，结构内外与上下温差过大而产生的温度内力和温度位移也是高层建筑结构的一种特点。4．为什么要限制结构在正常情况下的侧移？何谓舒适度？高规采用何种限制来满足舒适度要求？限制侧移主要原因：防止主题结构及填充墙、装修等非结构构件的开裂与损坏；同时过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使用；过大的侧移还会使结构产生较大的附加内力。人体对居住在高楼内的舒适程度。通过限制振动加速度满足舒适度要求。5．什么是结构的重力二阶效应？高层建筑为什么要进行稳定性验算？如何进行框架结构的整体稳定验算？框架结构在水平荷载作用下将产生侧移，如果侧移量比较大，由结构重力荷载产生的附加弯矩也将较大，危及结构的安全与稳定。这个附加弯矩称之为重力二阶效应。有侧移时，水平荷载会产生重力二阶效应，重力二阶效应过大会导致结构发生整体失稳破坏。故要进行稳定性验算。满足下式要求，式中n为结构总层数，否则将认为结构不满足整体稳定性要求。结构满足稳定性要求，且可不考虑重力二阶效应的影响。可以认为结构满足稳定性要求但应考虑重力二阶效应对水平力作用下结构内力和位移的不利影响10nijijiDGh≥20nijijiDGh≥2010nnjiijijijiGhDGh＞＞2第2章高层建筑结构体系与布置1.何为结构体系？高层建筑结构体系大致有哪几类？选定结构体系主要考虑的因素有哪些？所谓高层建筑建筑的结构体系是指结构抵抗外部作用的构件类型及组成方式。框架结构；剪力墙结构；框架-剪力墙结构；筒体结构；巨体结构。因素：建筑高度；抗震设防类别；设防烈度；场地类型；结构材料和施工技术；经济效益；3.在抗震结构中为什么要求平面布置简单、规则、对称，竖向布置刚度均匀？怎样布置可以使平面内刚度均匀，减小水平荷载引起的扭转？沿竖向布置可能出现哪些刚度不均匀的情况？高层建筑结构平面、竖向不规则有哪些类型？（1）因为大量宏观震害标明，布置不对称，刚度不均匀的结构会产生难以计算和处理得地震作用（如应力集中，扭曲等）引起的严重后果，建筑平面尺寸过长，如建筑，在蒜辫方向不仅侧向变形加大，而且会产生两端不同步的地震运动，价赔偿的楼板在平面既有扭转又有挠曲，与理论计算结果误差较大。节后具有良好的整体性是高层建筑结构平面布置的关键。结构竖向布置要求到刚度均匀而连续，避免刚度突变和薄弱层造成震害。（2）建筑平面的长宽比不宜过大，一般小于6为宜，建筑平面的突出部分，长度应尽可能小，平面凹进时，应保证楼板宽度足够大。布置抗侧力结构式，应使结构均匀分布令荷载，作用线通过结构刚度中心，以减小扭转的影响。（3）平面：扭转不规则；凹凸不规则；楼板局部不规则。竖向：侧向刚度不规则；竖向抗侧力构件不连续；楼层承载力突变。5.框架-筒体结构与框筒结构有何异同？何谓框筒结构的剪力滞后现象？（1）框架-筒体结构与框筒不是同一个概念。后者指的是由密柱深梁组成的空腹筒（空间），一般作为结构单元；而前者是由框架和筒体（核心筒）结构单元组成的结构，其中的框架与筒体是平行的受力单元。（2）剪力滞后现象：对于框筒结构，在翼缘框架中，远离腹板框架的各柱轴力愈来愈小；在腹板框架中，远离翼缘框架各柱轴力的递减速度比按直线规律递减的要快。上述现象称之为剪力滞后第5章高层建筑结构的近似计算方法框架部分1.简述分层法和迭代法的计算要点及步骤。分层法：要点1）除底层以外其他各层柱的线刚度均乘0.9的折减系数，2）除底层以外其他各层柱的弯矩传递系数取为三分之一。3迭代法：步骤1）求各杆固端和节点不平衡弯矩；2）求节点处每一杆件的分配系数；3）按公式迭代；4）将固端弯矩、二倍近端角变弯矩以及远端角变弯矩相加，得杆件最终杆端弯矩。2．D值的物理意义是什么？影响因素有哪些？具有相同截面的边柱和中柱的D值是否相同？具有相同截面及柱高的上层柱与底层柱的D值是否相同（假定混凝土弹性模量相同）？物理意义：对反弯点法中柱的侧向刚度和反弯点高度的计算方法做了改进。影响因素：具有相同截面的边住和中柱的D值不相同，因为边柱只有一根梁约束，中柱有两根梁约束；、具有相同截面及柱高的上层柱与底层柱的D值不相同，因为底层柱底端固定。3．一框架结构，假定楼盖的平面内刚度无穷大，用D值法分配层间剪力。先将层间剪力分配给每一榀平面框架，再分配到各框架的每根柱；或者用每根柱的D值与层间全部柱的∑D的比值将层间剪力直接分配给每根柱。这两种方法的计算结果是否相同？为什么？相同；D值法分配剪力时，作了两个基本假设：1）忽略在水平荷载作用下柱的轴向变形及剪切变形，柱的剪力只与弯曲变形产生的水平位移有关。2）梁的轴向变形很小，可以忽略，因而同一楼层处柱端位移相等。故可以不同于反弯点法先将层间剪力分配给每一榀平面框架，可直接分配给每根柱。因此使用以上两种方法计算结果相同。4．水平荷载作用下框架柱的反弯点位置与哪些因素有关？试分析反弯点位置的变化规律与这些因素的关系。在均布竖向荷载和水平集中力作用下框架的弯矩图形状如何？梁柱线刚度比、上下层横梁的线刚度比，上下层层高的变化等因素。5．水平荷载作用下框架结构的侧移由哪两部分组成？各有何特点？梁柱杆件弯曲变形和柱的轴向变形。剪力墙部分2．试述剪力墙结构在水平荷载作用下的平面协同工作的假定和计算方法。（1）楼板在自身平面内刚度为无穷大，在平面外刚度为零。4（2）各榀剪力墙在自身平面内的刚度取决于剪力墙本身，在平面外刚度为零。（3）当力的作用线通过该结构的刚度中心时，楼板只产生侧移，不产生扭转。3.什么是剪力墙的等效刚度？假定相同水平荷载侧向位移相同则认为竖向悬臂构件与剪力墙具有相同刚度故可采用竖向悬臂构件的刚度作为剪力墙的等效刚度4．简述剪力墙在水平荷载下的分析方法及适用对象。在水平荷载作用下，各片剪力墙承受的水平荷载可按结构平面协同工作分析5．怎样计算整体墙和整体小开口墙的底层总弯矩和总剪力及顶点侧移？整体小开口6．怎样计算整体小开口墙的内力和位移？当有个别小墙肢产生局部弯曲时，墙肢弯矩如何调整？墙肢的弯矩5墙肢的剪力墙肢的轴力连梁内力个别调整7．如何确定整体小开口墙的等效刚度？如何计算其顶点位移？8．剪力墙根据洞口大小、位置等共分为那几类？其判别条件是什么？整截面墙、整体小开口墙、联肢墙、壁式框架整体性系数、墙肢惯性矩比In/I9．剪力墙分类的判别主要考虑哪两个方面？试说明整截面墙、整体小开口墙、联肢墙、壁式框架和独立悬臂墙的受力特点。第一个判别条件各墙肢间的整体性，第二个判别条件是沿墙肢高度方向是否会出现反弯点0ΔjjjMMM6受力特点：书P98-99整截面墙，如同竖向悬臂构件，截面正应力呈直线分布，沿墙的高度方向弯矩图既不发生突变也不出现反弯点，变形曲线以弯曲型为主。独立悬臂墙，每个墙肢相当于一个悬臂墙，墙肢轴力为零，各墙肢自身截面上的正应力呈直线分布。弯矩图既不发生突变也无反弯点，变形曲线以弯曲型为主。整体小开口墙，水平荷载产生的弯矩主要由墙肢的轴力负担，墙肢弯矩较小，弯矩图有突变，但基本上无反弯点，截面正应力接近于直线分布，变形曲线仍以弯曲型为主双肢墙（联肢墙），连梁对墙肢有一定的约束作用，仅在一些楼层，墙肢局部弯矩较大，整个截面正应力已不再呈直线分布，变形曲线为弯曲型壁式框架，其弯矩图不仅在楼层处有突变，而且在大多数楼层中都出现反弯点，变形曲线呈整体剪切型。10．采用连续连杆法进行联肢墙内力和位移分析时的基本假定是什么？连梁未知力z和z各表示什么？书P108-1091）每一楼层处的连梁简化为沿该楼层均匀连续分布的连杆。2）忽略连梁轴向变形，两墙肢同一标高水平位移相等。转角和曲率亦相同。3）每层连梁的反弯点在梁的跨度中央。4）沿竖向墙肢和连梁的刚度及层高均不变。连杆中点的剪力，轴力11．联肢墙的内力分布和侧移曲线有何特点？并说明整体工作系数对内力和位移的影响。12．与一般框架结构相比，壁式框架在水平荷载作用下的受力特点是什么？如何确定壁式框架的刚域尺寸。其弯矩图不仅在楼层处有突变，而且在大多数楼层中都出现反弯点，变形曲线呈整体剪切型。713．采用D值法进行内力和位移计算时，壁式框架与一般框架有何异同？.1梁柱杆端均有刚域，从而使杆件的刚度增大；2梁柱截面高度较大，需考虑杆件剪切变形影响。3柱刚度和反弯点高度虚应进行修正。4可采用一般的D值法进行简化计算。框架剪力墙部分1.试从变形和内力两方面分析框架和剪力墙是如何协同工作的？框架-剪力墙结构的计算简图可简化成哪两种体系？如何区分这两种体系？变形：在水平荷载作用下，单独剪力墙的变形曲线以弯曲变形为主；单独框架的变形曲线以整体剪切变形为主，而在框架-剪力墙结构中，其变形曲线介于弯曲型与整体剪切型之间。内力;首先，剪力墙单元的刚度比框架大得多，往往由剪力墙担负大部分外荷载；其次，框架与剪力墙二者分担荷载的比例并不是一个定值，它上下是变化的。由于框架和剪力墙存在协同工作，框-剪结构的侧移及内力分布都较为合理，沿高度方向各层层间位移较均匀,剪力墙下部承受的内力较大，而框架的剪力分布上下比较均匀，这有利于框架梁、柱构件设计。框架-剪力墙铰结体系、框架-剪力墙刚结体系按照剪力墙之间和剪力墙与框架之间有无连梁，或者根据连梁的相对刚度大小是否考虑这些连梁对剪力墙转动的结束作用2．框架-剪力墙结构计算简图中的总剪力墙、总框架和总连梁各代表实际结构中的哪些具体构件？各用什么参数表示其刚度特征？总剪力墙相当于一竖向悬臂弯曲构件,总框架相当于一竖向悬臂弯曲构件,总连梁相当于带刚域杆件。弯曲刚度、剪切刚度、等效剪切刚度5．什么是结构刚度特征值？它对结构的侧移及内力分配有何影响？壁式框架(图6.7.1(a))的梁柱轴线取连梁和墙肢各自截面的形心线。在梁柱相交的节点区，梁柱的弯曲刚度可认为无穷大而形成刚域，计算简图如图6.7.1（c），刚域的长度可按下式计算注：当按上式计算的刚域长度小于零时，可不考虑刚域的影响。8是反映总框架和总抗震墙相对刚度的重要参数，对于结构体系的受力变形性能、总框架和总抗震墙之间的剪力分配有很大影响内力影响：λ很小(剪力墙强)时，剪力墙几乎承担了全部剪力。λ很大(剪力墙弱)时，框架几乎承担了全部剪力。6．根据框架一剪力墙结构的协同工作分析所求出的总框架剪力Vf，为什么还要进行调整？什么时候调整？怎样调整？（可能出计算）原因：（1）在框-剪结构中，由于柱与剪力墙相比刚度小很多，楼层剪力主要由剪力墙来承担，框架柱内力很小，而框架作为抗震的第二道防线，过于单薄是不利的；（2）计算中采用了楼板刚性假定，但在框架-剪力墙中作为主要抗侧力构件的抗震墙间距较大，实际楼板有变形，结果框架部分的水平位移大于抗震墙，相应地，框架实际承受的剪力比计算值大；（3）在地震作用过程中，剪力墙开裂后框架承担的剪力比例将增加，剪力墙屈服后，框架将承担更大的剪力。由内力分析可知，框-剪结构中的框架，受力情况不同于纯框架，它下部楼层的计算剪力很小，底部接近于零，显然直接按计算的剪力进行配筋时不安全的，必须予以适当的调整，使框架具有足够的抗震能力。这种调整是为了保证框架安全的一种人为措施，所以调整后内力不再满足平衡条件调整：不满足Vf=0.2V0要求的楼层，其框架总剪力应按0.2V0和1.5Vf,max二者的较小值采用扭转近似计算部分（只考概念）1．什么是质量中心，风荷载的合力作用点与质心计算有什么不同？2．什么是刚心？各层刚心是否在同一位置？什么时候位置会发生变化？3．为什说很难精确计算扭转效应？有效减小结构扭转效