大工15秋《高层建筑结构》大作业参考答案

大工15秋《高层建筑结构》大作业及要求题目一：底部剪力法计算题某钢筋混凝土框架结构，地上十层，高度为40m。房屋所在地区的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组，Ⅳ类场地。已知该楼的基本自振周期11.0sT，经计算已知每层楼屋面的永久荷载标准值为12000kN，每层楼面和屋面的活荷载标准值均为2000kN。要求：确定该楼各层的水平地震作用值EKF。解：1、该楼高度40米，且各层的质量和刚度沿高度分布较均匀，可采用底部剪力法。2、根据抗震设计规范，知设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g。设计地震分组为第一组。3、查表水平地震影响系数最大值特征周期阻尼比衰减指数4、各楼层的重力荷载代表值结构的总重力荷载代表值5、地震影响系数6、顶部附加地震作用系数08.0maxsTg65.005.09.0iiGkNGkNG923.012000130005.020000.11200010KNGGEeq109650)20005.012000130009(85.085.0sTsTg65.0110543.008.00.1)0.165.0()(9.0max21TTgsTsTg91.065.04.14.11106.002.0108.002.008.01Tn7、结构总水平地震作用标准值8、主体结构水平地震作用标准值题目二：结构扭转效应计算题某一结构的第j层平面图，如下图所示。图中除标明各轴线间距离外，还给出了各片结构沿x方向和y方向的抗侧移刚度D值，已知沿y向作用总剪力5000kNyV，求考虑扭转后，各片结构的剪力。kNGFeqEK59541096500543.0190.065954357(1)(1)59543575597(123456789100.923)4216.9236559725.836928.8216.92nnEKiiiEKniiEKniiiiiFFkNGHFFGHFkNGHGGGiFGkNFkNFkNFkNFkNFkNFkNFkNF2.10348.254.20688.256.309128.258.412168.250.516208.252.619248.254.722288.256.825328.2512345678'x'y'O812345yV18yD81681525xD152530888888题目三：简述剪力墙在房屋设计中应如何布置？答：剪力墙的布置应符合以下要求：（1）剪力墙应双向或多向布置，宜拉通对齐，不同方向的剪力墙宜分别联结在一起，避免仅单向有墙的结构布置形式。当剪力墙双向布置且互相联结时，纵墙（横墙）可以作为横墙（纵墙）的翼缘，从而提高其承载力和刚度。（2）地震区，宣将剪力墙设计成高宽比H/B较大的墙，因为低矮的墙。（H/B1.5）的破坏属剪切脆性破坏，抗震性能差。因此，当剪力墙较长时，可用楼板（无连梁）或跨高比不小于6的连梁将其分为若干个独立的墙段，每个独立墙段可以是实体墙、整体小开口墙、联肢墙或壁式框架，每个独立的墙段的H／B不宜小于2，且墙肢长度不宜大于8m.当房屋高度不是很大，为使整个剪力墙结构的房屋刚度适当，除抗震等级为一级的结构外，也可采用大部分由短肢剪力墙组成的剪力墙结构，短肢剪力墙是指墙肢截面高度与截面厚度之比为5—8且墙厚不小于200mm的剪力墙，这种剪力墙因高宽比较大，其延性和耗能能力均比普通墙好，因而近年来得到广泛的应用。（3）错洞墙及洞口布置不合理的剪力墙，受力和抗震性能较差，因此剪力墙的门窗洞口宜上下对齐，成列布置，形成明确的墙肢和连梁。抗震设计时，一、二、三级抗震等级的剪力墙不宜采用错洞墙，当必须采用错洞墙时，洞口错开距离沿横向及竖向都不宜小于2m.为避免剪力墙墙肢刚度不均匀及墙肢过弱，要求墙肢截面高度与厚度之比不宜小于4.（4）剪力墙宜自上到下连续布置，不宜突然中断，避免刚度突变。（5）控制剪力墙平面外的弯矩，当剪力墙与墙平面外方向的楼面梁相连接，且梁高大于墙厚时，可至少采取下列的一个措施：1）沿梁方向设置与粱相连的剪力墙，以抵抗平面外弯矩。2）宜在墙与梁相交处设置扶壁柱。扶壁柱宜按计算确定截面及配筋。3）应在墙与粱相交处设置暗柱，并宜按计算确定配筋。4）当与剪力墙相连的楼面梁为钢梁时，剪力墙内宜设置型钢。题目四：为什么框架—剪力墙结构中的剪力墙布置不宜过分集中？框架—剪力墙结构中剪力墙的布置要求是什么？1、剪力墙结构的定义由墙体承受全部水平作用和竖向荷载的结构体系成为剪力墙结构体系。一般情况下，剪力墙结构均做成落地形式，但是由于建筑功能及其他方面的要求，部分剪力墙可能不能落地，如下图3所示，即为此类部分框支剪力墙结构。图3部分框支剪力墙结构立面布置示意图剪力墙结构按照施工方法的不同，可以分为以下三种：（1）剪力墙全部现浇的结构；（2）全部用预制墙板装配而成的剪力墙结构；（3）部分现浇、部分为预制装配的剪力墙结构。2、剪力墙结构的侧向位移在承受水平力作用时，剪力墙相当于一根悬臂深梁，其水平位移由弯曲变形和剪切变形两部分组成，在高层建筑结构中，框架柱的变形以剪切变形为主，剪力墙的变形以弯曲变形为主，其位移曲线呈弯曲性，特点是结构层间位移随楼层的增高而增加。3、剪力墙结构的优点相比框架结构来说，剪力墙结构的抗侧刚度大，整体性好，结构顶点水平位移和层间位移通常较小，经过恰当设计的剪力墙结构具有良好的抗震性能，结构的用钢量也较省。4、剪力墙结构的缺点由于剪力墙结构中采用了一定数量的墙体用以承担全部水平作用和竖向荷载，因此结构的平面布置相对不灵活，结构自重较大。框架—剪力墙结构1、框架—剪力墙结构的定义框架—剪力墙结构体系是把框架和剪力墙两种结构共同组合在一起形成的结构体系，竖向荷载由框架和剪力墙等竖向承重单体共同承担，水平荷载则主要由剪力墙这一具有较大刚度的抗侧力单元来承担。2、框架—剪力墙结构的侧向位移框架—剪力墙结构很好的综合了框架的剪切变形和剪力墙的弯曲变形的受力性能，它们的协同工作使各层层间变形趋于均匀，改善了纯框架或者纯剪力墙结构中上部和下部楼层层间变形相差较大的缺点。其变形特征如下图4所示。（a）计算简图（b）框架的变形（c）剪力墙的变形（d）框架剪力墙的变形图4框架—剪力墙结构在侧向力作用下协同工作时的变形特征总体说来，框架—剪力墙结构呈现弯—剪型变形：（1）下部楼层：剪力墙位移较小，框架位移较大，剪力墙拉着框架，弯曲型变形。（2）上部楼层：剪力墙位移较大，框架位移较小，框架拉着剪力墙，剪切型变形。3、框架—剪力墙结构的优点框架—剪力墙结构体系综合了框架和剪力墙结构的优点，并在一定程度上规避了两者的缺点，达到了扬长避短的目的，使得建筑功能要求和结构设计协调得比较好。它既具有框架结构平面布置灵活、使用方便的特点，又具有较大的刚度和较好的抗震能力。因此，在高层建筑用应用非常广泛，它与框架结构、剪力墙结构一起构成了目前最常用的三大常规结构。4、框架—剪力墙结构布置要点框架—剪力墙结构应设计成双向抗侧力体系。关键应该注意剪力墙的数量和位置。如果剪力墙布置数量多，则结构的抗侧刚度大，侧向变形小，布置难度大；如果剪力墙布置的数量少，则结构的抗侧刚度小，侧向变形大，对框架的抗震要求高。因此在进行框架—剪力墙结构设计时，对于剪力墙的布置，应注意以下一些要求：（1）抗震设计时使各主轴方向侧向刚度接近；（2）对称布置；（3）贯穿建筑全高；（4）布在周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化处、竖向荷载变化处；（5）平面形状凸凹较大时在突出部位的端部设置；（6）形成翼墙；（7）布置3片以上；（8）间距不宜过大；（9）不宜布置在长框架的两端。题目五：承载力验算和水平位移限制为什么是不同的极限状态？这两种验算在荷载效应组合时有什么不同？答：(1)高层建筑结构设计应保证结构在可能同时出现的各种外荷载作用下，各个构件及其连接均有足够的承载力。我国《建筑结构设计统一标准》规定构件按极限状态设计，承载力极限状态要求采用由荷载效应组合得到的构件最不利内力进行构件截面承载力验算。水平位移限制是正常使用极限状态，主要原因有：要防止主体结构开裂、损坏；防止填充墙及装修开裂、损坏；过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使用；过大的侧移会使结构产生附加内力（P-Δ效应）。(2)承载力验算是极限状态验算，在内力组合时，根据荷载性质的不同，荷载效应要乘以各自的分项系数和组合系数。对于水平位移限制验算，要选择不同方向的水平荷载（荷载大小也可能不同）分别进行内力分析，然后按不同工况分别组合。