高层建筑结构思考题

1.高层建筑的定义。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.和普通多层建筑相比，高层建筑结构设计有何特点。水平荷载和地震作用是设计主要因素；结构侧移成为主要控制指标；轴向变形和剪切变形不可忽略；延性成为结构设计的重要指标；结构材料用量明显增加。3．高层建筑为何对侧移限制要求严格？防止主体结构及填充墙、装修等非结构构件的开裂与损坏，电梯轨道变形；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，甚至引起倒塌。4．高层建筑的主要结构类型和优缺点。（1）框架结构：优：布置灵活，能获得大空间，也可按需做成小房间；施工方便；较经济；计算理论比较成熟；在一定高度范围内造价较低。缺：侧向刚度小，侧移大；对支座不均匀沉降敏感。（2）剪力墙结构：优：承载力和侧向刚度均很大，侧移小；室内墙面平整。缺：结构自重较大，吸收地震能量大；平面布置局限性大，较难获得大空间；施工较麻烦，造价高。（3）框架-剪力墙结构：由框架和剪力墙组成的结构体系，具有两种结构的优点，既能形成较大的使用空间，又具有较好的抵抗水平荷载的能力，因而使用广泛。（4）筒体结构：是空间结构，抵抗水平作用的能力更大，因而特别适合超高层。5．高层建筑各类结构的受力变形特点。（1）框架结构：层数不多时，轴力和轴向变形较小；层数多时，轴力和轴向变形较大，轴向变形将使得内力和变形发生改变。在水平荷载下，会产生较大的水平位移，一部分是框架结构的整体弯曲变形，另一部分是剪切变形。（2）剪力墙结构：在水平荷载作用下，剪力墙可视为竖向悬臂伸梁，其水平位移由弯曲变形和剪切变形组成。在高层结构建筑中，框架柱的变形以剪切变形为主，而剪力墙的变形以弯曲变形为主，其位移曲线呈弯曲形，特点是结构层间位移随楼层的增高而增加。（3）框架-剪力墙结构：在同一层中由于刚性楼板的作用，两者的变形协调一致。剪力墙较大的侧向刚度使得他分担了大部分的水平剪力，这对减小截面的梁柱尺寸，改善框架的受力状态和内力分布非常有利。框架所承受的水平剪力较小且分布均匀，因此柱子的断面尺寸和配筋都比较均匀。越靠近底部剪力墙所承受的剪力也就越大，这有利于控制框架的变形；而结构上部，框架的水平位移又比剪力墙的位移小，剪力墙还承受框架约束的负剪力。6．高层建筑设计中如何避免不规则结构（1）结构平面布置时，需考虑抵抗水平和竖向荷载，平面宜简单、规则、对称，刚度和承载力分布均匀，减少偏心，不应采用严重不规则平面布置。（2）结构竖向布置，竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收，结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用竖向布置严重不规则结构。（3）立面设计时，应优先考虑几何形状和楼层刚度变化均匀的建筑形式，避免建筑物竖向结构刚度、承载力和质量突变，以及错层和夹层。7．在高层建筑设计中，为何要对房屋的高宽比进行控制？高宽比对房屋结构的刚度、整体稳定、承载力和经济合理性有重大影响，设计时应对其进行控制。8．变形缝的种类有哪些，高层建筑中对变形缝的要求是什么，应采取怎样的措施实现？变形缝是指：伸缩缝、沉降缝、防震缝。（1）伸缩缝：a.伸缩缝只设置在上部结构，基础可不设伸缩缝；b.伸缩缝处宜做双柱，伸缩缝最小宽度为50mm；c.伸缩缝与结构平面布置有关，结构平面布置不好时，可能导致房屋开裂。（2）沉降缝：a.防止地基不均匀或房屋层数高度相差很大引起房屋开裂而设的缝，沉降等不但要将上部断开，也要将基础断开。b.一般场合，当差异沉降小于5mm时，其影响较小，可忽略不计；当已知或预知差异沉降量大于10mm时，必须计其影响，并采取相应的构造加强措施。c.当高层建筑与裙房之间不设置沉降缝时，宜在裙房一侧设置后浇带。d.不设置沉降缝的措施：采用端承桩基础；主楼与裙房用不同形式的基础；先施工主楼后施工裙房。（3）防震缝：地震地区为防止房屋或结构单元在发生地震时相互碰撞而设置的缝下列情况宜设防震缝：a.平面长度和外伸长度超出了规程限值而又没有采取加强措施时；b.各部分结构刚度相差很远，采用不同材料和不同结构体系时；C.各部分质量相差很大；d.各部分有较大错层时。9．风荷载的计算中包括哪几项参数，各参数的使用条件是什么wk=βz·μs·μz·wo风荷载标准值wk;基本风压wo：取当地50年一遇、10m高度上的10min平均风压值来确定高度z处的风压高度变化系数μz：取决于粗糙度指数，目前将粗糙度指数等级分为ABCD四类风荷载提醒系数μs：表示不同体型建筑物表面风力的大小高度z处的风振系数βz：高层建筑物高度大于30m、高宽比大于1.5m时。反之取1.010．高层建筑荷载效应组合的表达式（无地震作用组合，考虑地震作用组合）二者的差别是什么？无地震作用：Sd＝γGSGk＋γLψQγQSQk＋ψwγwSwk考虑地震作用：S＝γGSGE＋γEhSEhk＋γEvSEvk＋ψwγwSwk区别：（1）非抗震设计时，竖向荷载和风荷载参与组合（2）抗震设计时：设防烈度6~8度，竖向荷载、风荷载和水平地震作用参与组合；设防烈度9度，竖向荷载、风荷载、水平地震作用和竖向地震作用参与组合；只有当建筑高度大于60m时，才考虑风与地震产生的效应11．高层建筑设计的内容一般有哪些？方案设计；构件尺寸估算；计算简图及荷载计算；内力计算；内力组合；构件截面设计；节点构造；12．框架结构设计中，框架布置方案有哪些，各有何特点？（1）横向框架承重。特点：横向刚度大，利于抵抗横向水平力，纵向连系梁尺寸可以较小，利于室内采光和通风。（2）纵向框架承重。特点：纵向刚度大，利于调整纵向地基不均匀沉降，横向连系梁尺寸可以较小，利于设备管线穿行并可得到较高的室内净空。（3）纵横向框架承重。特点：双向刚度大，适用于柱网平面为方形或楼面荷载较大的情况。13．框架结构设计中，梁柱截面怎样初步确定，根据什么原则？H=（1/10~1/18)L0B=(1/2~1/3)主梁=（1/10-1/14)L0次梁（1/14-1/18)L0梁净跨与截面高度之比不宜小于4。梁的截面宽度不宜小于梁截面高度的1/4，也不宜小于200mm。柱1）矩形截面柱的边长，非抗震设计时不宜小于250mm，抗震设计时，四级不宜小于300mm，一、二、三级时不宜小于400mm；圆柱直径，非抗震和四级抗震设计时不宜小于350mm，一、二、三级时不宜小于450mm。2)柱剪跨比宜大于23）柱截面高宽比不宜大于314．钢筋混凝土柱的轴压比？为何要对轴压比进行限制？轴压比是指：柱考虑地震作用组合的轴压力设计值与柱全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积的比值。限制原因：1）轴压比过大的话就要通过加大柱的面积来减小轴压比以满足规范限制2）轴压比低的柱延性比较好，地面破坏程度远小于轴压比高的柱子，以此设计了轴压比上限，以保证柱子的延性，提高抗震性能15．为了考虑楼板的增强作用，在计算框架梁的抗弯刚度时作何假定？当楼板与梁的钢筋相互交织且混凝土又同时浇灌时，楼板相当于梁的翼缘，梁的截面抗弯刚度比矩形梁增大，宜考虑梁受压翼缘的有利影响。16．分层法计算框架结构的竖向荷载，其基本假定是什么？1）在竖向荷载作用下，框架侧移小，可以忽略不计。2）每层梁上的荷载对其他各层梁上的影响很小，可以忽略不计。因此，每层梁上的荷载只在该层梁及与该层梁相连的柱上分配和传递17．分层法的原理和计算步骤？分层法的计算简图。原理同16题。计算步骤：1)计算各杆线刚度2）用弯矩分配法计算（顶层，中层，底层，柱端弯矩叠加，不平衡弯矩进行一次分配，得框架弯矩总图）18．为了改善由于分层法计算的误差，做何修正？（1）传递系数由1/2改为1/3（2）除了底层外，其余各柱的线刚度应乘以0.9的系数（3）若节点弯矩不平衡，可将节点不平衡弯矩在进行一次分配，但不传递19．反弯点法用来计算多层框架结构的水平荷载作用，基本假定是什么？反弯点法假定1.出底层外隔层上下注的两端转角相同，反弯点的位置固定不变，2.底层柱返完点距离下端为2/3层高，距离上段位1/3层高3.其余各层柱的反弯点在柱的中点20．反弯点法的原理和计算框架内力的步骤？要求计算到每一个杆件的弯矩、剪力和柱的轴力步骤：1.确定个柱反弯点位置2.分层取脱离体计算各反弯点处剪力3.先求柱端弯矩，在节点平衡求梁端弯矩，当为中间节点时，按量的相对线刚度分配节点除柱端不平衡弯矩21．D值法相比反弯点法，做了哪些修正，引起这些误差的根本原因是什么？修正：对1.柱的抗侧刚度和2.柱的反弯点位置进行修正。根本原因：反弯点法没有考虑节点转动的影响，受梁柱刚度比，层高不同等因素的影响节点是转动的22．从D值的表达式中可经看出，框架柱的抗侧移刚度与哪些因素有关？1.取决于柱两端的支承情况及两端被嵌固的程度2、底层柱是否等高或是否为复式框架有关3.节点转动的大小即梁柱线刚度比大小23．D值法中反弯点位置和哪些因素有关，如何确定？反弯点位置与下列因素有关：1.梁的线刚度2.上层h和本层h之比3.下层h和本层h之比。如何确定：梁的线性刚度降低，反弯点位置上升；上层h上升，反弯点位置上升；下层h上升，反弯点位置下降24．框架结构的侧移计算的目的？如何计算？如何计算：框架层间侧移等于该层的总剪力除以该层所有柱的抗侧刚度之和。每一层的层间侧移值求出以后，就可以计算各层楼板标高处的侧移值和框架的定点侧移值，各层楼板标高出的侧移值是该层及其以下各层层间侧移之和。顶点侧移是所有各层层间侧移之和目的：框架结构在正常使用条件下的变形验算要求各层侧移值与该层的层高之比ΔU/H不宜超过1/550的限制。25．一般情况下，框架柱和框架梁的控制截面和最不利组合有哪些？框架梁的控制截面：左端支座截面，跨中截面和右端支座截面框架柱的控制截面：柱顶截面和柱底截面框架梁最不利组合：1.只做界面可能的最不利负弯矩-Mmax2.只做界面最可能的最不利剪力Vmax框架柱最不利组合：1.Mmax及相应的轴力N和剪力V2.-Mmax及相应的轴力N和剪力V3.Nmax及相应的弯矩M和剪力V4.Nmin及相应的弯矩m和剪力v5.Vmax及相应的弯矩M和轴力N26．梁端弯矩调幅的概念，调幅的原因？调幅后应满足什么条件？概念：简单来说，弯矩调幅就是让支座处弯矩减少，跨中弯矩增大，通过增大跨中配筋，减少支座配筋，避免支座节点处配筋太密原因：1.考虑塑性内力充分布，因为在梁端形成塑性较之后，任然具有一定的承载能力，因而可调幅让两端弯矩调小一点，而增大梁跨中弯矩。2.两端弯矩减小后，可以让梁柱节点的配筋减少，不会因配筋过密而无法浇筑捣实混领土。27．为什么要对恒载和活载作用下的梁端弯矩进行调幅？水平荷载是否也需要调幅？因为《混凝土高层规范》规定，弯矩调幅只对竖向荷载作用下的内力进行，切在内力组合之前，恒荷载和活荷载都属于竖向荷载且都参与荷载效应组合，故对恒载和活载作用下的梁端弯矩进行调幅，水平荷载不参与调幅。28．何谓延性？框架结构延性设计的原则？延性：在强烈的地震作用下，当结构构件进入屈服阶段后具有较强的变形能力，吸收地震产生的能量，并维持一定承载力。设计原则：强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件，强压若拉，强锚固29．剪力墙结构计算的平面化假定是什么？如何将具体的剪力墙结构转换成不同方向的平面结构，每片剪力墙分担多少水平力？1.假定：1楼盖的自身平面内的刚度为无限大2各片剪力墙在其平面内的刚度较大，忽略其平面外刚度2.当房屋沿平面和沿高度方向比较规整时，可将纵横两个方向墙体分别按平面结构进行计算，每一个方向的总水平荷载可以按各片剪力墙的等效刚度分配，然后进行单片剪力墙计算30．剪力墙的分类判别式是什么，据此条件分为几类？剪力墙分为四类：1，整截面剪力墙2.整体小开口剪力墙3.双肢多肢剪力墙4.壁纸框架分类判别：1.当剪力墙空洞面积与墙面面积之比不大于0.5切孔洞净距及孔洞至墙边的距离大于孔洞长边为整截面剪力墙2.档ɑ≥10且IN/I≤§时，为整体小开口墙3.档ɑ≥10且in/i§时，为壁式框架4.档ɑ10，且