当前位置:首页 >> 工学 >>

高层建筑结构思考题及参考答案--2010


高层建筑结构讲义---复习思考题

Ch1 绪论 1. 高层建筑与多层建筑如何界定? 2. 高层建筑结构特点如何? 3.高层建筑采用的结构可分为哪些类型?各有何特点? 4. 谈谈你对高层建筑的发展趋势有何见解? 5. 结合世界第一高楼迪拜塔的建造实例, 说明设计超高层建筑要处理哪些与设计一般建 筑不同的问题,并说明解决这些问题的方法。 (此题将在课堂讨论) 提示:a) 请观看参考视频,迪拜塔[有 7 个视频]; b) 可上网检索, c) 可提供电子打印稿。 6.观看参考视频以后,关于迪拜塔有几个问题 a) 安全电梯是那一年由谁发明的。 它的发明对建筑及建筑业有哪些影响?迪拜塔计有 多少部电梯,最大一部电梯可承载多少人? b) 在超高层出现前,传统建筑可建最大高度是多少? c)) 迪拜塔在散热方面,除了安装室内空调系统之外,还采取了什么特殊措施?,请 具体说明之。 d) 美国世贸中心有 417m,, 施工速度极快,是得益于哪项新施工技术的应用?最后达 到几天盖一层? e) 迪拜塔几天建一层?请详细介绍迪拜塔泵送混凝土的工艺。 f) 世界第 1 高楼(2009 年)迪拜塔在抗风方面的设计有何特点? g) 世界第 1 高楼(2009 年)迪拜塔在人流疏散方面的设计与其它建筑有何不同? Ch2 结构选型与结构布置 1.何谓结构体系?高层建筑中常用的结构体系有哪些?各有何特点和适用范围? 2. 《高层建筑混凝土结构技术规程》将高层建筑分为了哪两级? 3. 《建筑抗震设计规范》 (GB5001—2001)根据建筑使用功能的重要性,将建筑抗震设 防类别分为哪四个抗震设防类别? 4.何谓“概念设计”?什么情况下还要正确运用“概念设计”?哪些方面须用概念设 计的方法加以正确处理? 5.结构平面布置与结构竖向布置有哪些要求? 6.基础设计的一般原则有哪些? 7.高层建筑结构平面布置的一般原则是什么? 8. 简述房屋建筑平面不规则和竖向不规则的类型。 9. 在什么情况下设置防震缝、伸缩缝和沉降缝? 10.防震缝、伸缩缝、沉降缝的特点和要求是什么?
高层建筑结构-----复习题参考答案 1 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

Ch1 绪论

1. 高层建筑与多层建筑如何界定? 我国《民用建筑设计通则》(JGJ37-87)规定,

文档顶端

10 层及 10 层以上的住宅建筑以及高度超过 28m的公共建筑和综合性建筑为高层建 筑;高度超过 100m 时,不论是住宅建筑还是公共建筑,一律称为超高层建筑。 我国《高层建筑混凝土结构技术规程》规定:≥10 层或 H>28m 的建筑物为高层;H >100m 的建筑物均为超高层。

2.高层建筑结构的特点如何?

文档顶端

答:高层建筑结构要抵抗竖向和水平荷载,在地震区,还要抵抗地震作用。在较低的建 筑结构中,往往竖向荷载控制着结构设计;随着建筑高度的增大,水平荷载效应逐渐增 大;在高层建筑结构中,水平荷载和地震作用却起着决定性作用。因此,在高层建筑结 构设计时,不仅要求结构具有足够的强度,而且还要求有足够的刚度,使结构在水平荷 载作用下产生的位移限制在一定的范围内,以保证建筑结构的正常使用和安全。 另外,相对于低层建筑而言,高层建筑相对较柔,因此在地震区,高层建筑结构应 具有足够的延性。也就是说,在地震作用下,结构进入弹塑性阶段后,仍具有抵抗地震 作用的足够的变形能力,不致倒塌。这样可以在满足使用条件下能达到既安全又经济的 设计要求。 综上所述,对于高层建筑结构,抵抗水平力的设计是个关键,应该很好地理解上述 特点,使所设计的结构具有足够的强度、刚度和良好的抗震性能,还要尽可能地提高材 料利用率,降低材料消

3.高层建筑采用的结构可分为哪些类型?各有何特点?

文档顶端

答:高层建筑采用的结构可分为钢筋混凝土结构、钢结构、钢-钢筋混凝土组合结 构等类型。 钢筋混凝土结构具有造价较低、取材丰富、并可浇筑各种复杂断面形状,而且强度 高、刚度大、耐火性和延性良好,结构布置灵活方便,可组成多种结构体系等优点,因 此,在高层建筑中得到广泛应用。当前,我国的高层建筑中钢筋混凝土结构占主导地位 钢结构具有强度高、构件断面小、自重轻、延性及抗震性能好等优点;钢构件易于 工厂加工,施工方便,能缩短现场施工工期。近年来,随着高层建筑建造高度的增加,
高层建筑结构-----复习题参考答案 2 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

以及我国钢产量的大幅度增加,采用钢结构的高层建筑也不断增多。 更为合理的高层建筑结构为钢和钢筋混凝土相结合的组合结构和混合结构。 这种结 构可以使两种材料互相取长补短,取得经济合理、技术性能优良的效果。 组合结构是用钢材来加强钢筋混凝土构件的强度,钢材放在构件内部,外部由钢筋 混凝土做成,成为钢骨(或型钢)混凝土构件,也可在钢管内部填充混凝土,做成外包 钢构件,成为钢管混凝土。前者可充分利用外包混凝土的刚度和耐火性能,又可利用钢 骨减小构件断面和改善抗震性能,现在应用较为普遍。例如:北京的香格里拉饭店就采 用了钢骨混凝土柱。 混合结构是部分抗侧力结构用钢结构,另一部分采用钢筋混凝土结构(或部分采用 钢骨混凝土结构) 。多数情况下是用钢筋混凝土做筒(剪力墙) ,用钢材做框架梁、柱。

4. 谈谈你对高层建筑的发展趋势有何见解? 文档顶端 1).新材料的开发和应用:高强度混凝土(C100) ;高强、可焊性好的厚钢板;耐火钢材; FR钢(耐候钢)*耐候钢是指在恶劣环境条件下(主要是指腐蚀较强的环境),具有较强工 作性能的钢材。 2).高度会突破:超过1000m的超高层 钢材建筑已成为反映一个国家或城市科技实力和建设水平的指标之一。 3).组合结构增多: 钢和混凝土的组合结构抗震性能好、耐火耐蚀,优于全钢、全混凝土结构。 钢筋混凝土结构:高层建筑的主要结构体系 组合结构:超高层建筑的主要结构体系/ 4)..新型结构形式应用增多 巨型框架 、桁架筒体、多束筒体…… 5). 耗能减震技术发展 减震技术有被动耗能减震和主动减震两种。前者有耗能支撑,带竖缝耗能剪力墙, 被动调谐质量阻尼器以及安装各种被动耗能的油阻尼器等;后者是计算机控制的,通过 安装在结构上的各种驱动装置和传感器,与计算机系统相连接,对结构反应进行实时分 析,发出信号驱动装置对结构施加作用,减小结构反应。 5. 结合世界第一高楼迪拜塔的建造实例, 说明设计超高层建筑要处理哪些与设计一般建 筑不同的问题,并说明解决这些问题的方法。 (此题将在课堂讨论) 文档顶端 提示:a) 请观看参考视频,迪拜塔[有 7 个视频]; b) 可上网检索, c) 可提供电子打印稿。 答:设计超高层建筑要处理与设计一般建筑不同的问题主要有以下几方面: a) 更加注意结构体系的选择与合理问题; 超高层一般是筒体或多束筒,或为巨形框架等特殊结构体系;
高层建筑结构-----复习题参考答案 3 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

b) 对电梯要求更高 电梯的数量更多; 电梯的运行速度要求更高 电梯速度高,要求制动系统更先进. c) 要求更先进的施工技术 施工速度要求高。施工组织要求更严格,配合更求提高。构件组装化,集约化 更强。 若采用钢筋混凝土,因建筑可建高度大大提高,则泵送混凝土技术要求高。 d) 抗风问题更加突出 在体型上因为要更好地抗风,沿竖向多变,使风对建筑的合力最小,对建筑沿 竖向的设计提出更高要求。达到此目的一般要做风洞试验。 玻璃幕的密封性要求提高,抗风压能力要求提高。 e) 抗震要求更高; f) 人流疏散要求更高。 6.观看参考视频以后,关于迪拜塔有几个问题 文档顶端 a) 安全电梯是那一年由谁发明的。 它的发明对建筑及建筑业有哪些影响?迪拜塔计有 多少部电梯,最大一部电梯可承载多少人? 安全电梯是 1885 年由艾力沙.欧提斯发明的; 安全电梯的发明对建筑及建筑业有非常大的影响,首先,由于竖向交通的解决,建 筑的可建高度大大提高。土地的价值计算由于建筑高度的增加而必须重新估算;对于高 层,由于有电梯,使得单体建筑各层的价值大小座次发生根本的改变。例如,高层的顶 层或顶部几层最受欢迎而最昂贵。因为越高,空气越好,视野更开阔,无噪音很安静。 迪拜塔计有 53 部电梯,最大一部电梯可承载 46 人。 b) 在超高层出现前,传统建筑可建最大高度是多少? 80m. c)) 迪拜塔在散热方面,除了安装室内空调系统之外,还采取了什么特殊措施?,请 具体说明之。 玻璃采用了高科技,外层涂有一层金属物,反射阳光,防紫外线,玻璃内层涂有一 层银,可防沙子辐射的红外线,从而达到隔热效果。 d) 美国世贸中心有 417m,, 施工速度极快,是得益于哪项新施工技术的应用?最后达 到几天盖一层? 美国世贸中心有 417m,, 施工速度极快,是得益于袋鼠起重机的使用,最后达到 1 周 两层。 e) 迪拜塔几天建一层?请详细介绍迪拜塔泵送混凝土的工艺。 迪拜塔 3 天建一层?迪拜塔泵送混凝土的工艺是这样的,泵送混凝土不能过稀,
高层建筑结构-----复习题参考答案 4 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

虽然稀些有利于泵送,但砼密实度不能保证,影响最终强度,另外,过稀的砼硬化时间 会加长,从而影响施工速度。若泵送砼过稠,由于超高层高度很高,泵送时间较长,则 在泵送过程中易于凝结,严重影响泵送。迪拜塔是晚上浇钢筋砼,泵送混凝土内掺高科 技化学制剂以解决这个问题。 泵送混凝土可达 570m, 160 层, 泵送时间达 40 分种, 另外。 超高层的泵送砼技术中还有一个较关键的问题,就是石子与输送管壁的摩擦较严重,要 避免出现把管壁摩破的问题。 f) 世界第 1 高楼(2009 年)迪拜塔在抗风方面的设计有何特点? 风在建筑物表面会形成涡流,在体型上因为要更好地抗风,沿竖向多变,使风对建筑 的合力最小,为验证这一设计目的,做风洞试验。 g) 世界第 1 高楼(2009 年)迪拜塔在人流疏散方面的设计与其它建筑有何不同? 沿高度设了 9 个紧急避难室; 对于疏散楼梯间,有较为先进的排烟送风系统。 /20091016/

高层建筑结构-----复习题参考答案

5

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

Ch2 高层结构体系与结构布置

返回

1.何谓结构体系?高层建筑中常用的结构体系有哪些?各有何特点和适用范围? 答:结构体系是指结构抵抗外部作用的构件总体组成的方式。在高层建筑中,抵抗 水平力成为确定和设计结构体系的的关键问题。高层建筑中常用的结构体系有框架、剪 力墙、框架-剪力墙、筒体以及它们的组合。 (1)框架结构体系是由梁、柱构件通过节点连接构成,既承受竖向荷载,也承受 水平荷载的结构体系。这种体系适用于多层建筑及高度不大的高层建筑。 框架结构的优点是建筑平面布置灵活, 可以做成有较大空间的会议室、 餐厅、 车间、 营业室、教室等。需要时,可用隔断分隔成小房间,或拆除隔断改成大房间,因而使用 灵活。外墙用非承重构件,可使立面设计灵活多变。 框架结构可通过合理的设计,使之具有良好的抗震性能。但由于高层框架侧向刚度 较小,结构顶点位移和层间相对位移较大,使得非结构构件(如填充墙、建筑装饰、管 道设备等)在地震时破坏较严重,这是它的主要缺点,也是限制框架高度的原因,一般 控制在 10~15 层。 框架结构构件类型少,易于标准化、定型化;可以采用预制构件,也易于采用定型 模板而做成现浇结构,有时还可以采用现浇柱及预制梁板的半现浇半预制结构。现浇结 构的整体性好,抗震性能好,在地震区应优先采用。 (2)剪力墙结构体系 剪力墙结构体系是利用建筑物墙体承受竖向与水平荷载, 并作为建筑物的围护及房 间分隔构件的结构体系。 剪力墙在抗震结构中也称抗震墙。它在自身平面内的刚度大、强度高、整体性好, 在水平荷载作用下侧向变形小,抗震性能较强。在国内外历次大地震中,剪力墙结构体 系表现出良好的抗震性能,且震害较轻。因此,剪力墙结构在非地震区或地震区的高层 建筑中都得到了广泛的应用。在地震区 15 层以上的高层建筑中采用剪力墙是经济的, 在非地震区采用剪力墙建造建筑物的高度可达 140m。目前我国 10~30 层的高层住宅大 多采用这种结构体系。剪力墙结构采用大模板或滑升模板等先进方法施工时,施工速度 很快,可节省大量的砌筑填充墙等工作量。 剪力墙结构的墙间距不能太大,平面布置不灵活,难以满足公共建筑的使用要求; 此外,剪力墙结构的自重也比较大。为满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共

高层建筑结构-----复习题参考答案

6

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

房间,以及在住宅底层布置商店和公共设施的要求,可将剪力墙结构底部一层或几层的 部分剪力墙取消,用框架来代替,形成底部大空间剪力墙结构和大底盘、大空间剪力墙 结构;标准层则可采用小开间或大开间结构。当把底层做成框架柱时,成为框支剪力墙 结构。这种结构体系,由于底层柱的刚度小,上部剪力墙的刚度大,形成上下刚度突变, 在地震作用下底层柱会产生很大的内力及塑性变形,致使结构破坏较重。因此,在地震 区不允许完全使用这种框支剪力墙结构,而需设有部分落地剪力墙。 (3)框架-剪力墙结构体系 框架-剪力墙结构体系是在框架结构中布置一定数量的剪力墙所组成的结构体系。 由于框架结构具有侧向刚度差,水平荷载作用下的变形大,抵抗水平荷载能力较低的缺 点,但又具有平面布置较灵活、可获得较大的空间、立面处理易于变化的优点;剪力墙 结构则具有强度和刚度大,水平位移小的优点与使用空间受到限制的缺点。将这两种体 系结合起来,相互取长补短,可形成一种受力特性较好的结构体系-框架-剪力墙结构体 系。剪力墙可以单片分散布置,也可以集中布置。 框架-剪力墙结构体系在水平荷载作用下的主要特征: 1)受力状态方面,框架承受的水平剪力减少及沿高度方向比较均匀,框架各层的 梁、柱弯矩值降低,沿高度方向各层梁、柱弯矩的差距减少,在数值上趋于接近。 2)变形状态方面,单独的剪力墙在水平荷载作用下以弯曲变形为主,位移曲线呈 弯曲型;而单独的框架以剪切变形为主,位移曲线呈剪切型;当两者处于同一体系,通 过楼板协同工作,共同抵抗水平荷载,框架-剪力墙结构体系的变形曲线一般呈弯剪型。 由于上述变形和受力特点,框架-剪力墙结构的刚度和承载力较框架结构都有明显 的提高,在水平荷载作用下的层间变形减小,因而减小了非结构构件的破坏。在我国, 无论在地震区还是非地震区的高层建筑中,框架-剪力墙结构体系得到了广泛的应用。 (4)筒体结构体系 筒体结构为空间受力体系。筒体的基本形式有三种:实腹筒、框筒及桁架筒。用剪 力墙围成的筒体称为实腹筒。 在实腹筒的墙体上开出许多规则的窗洞所形成的开孔筒体 称为框筒,它实际上是由密排柱和刚度很大的窗裙梁形成的密柱深梁框架围成的筒体。 如果筒体的四壁是由竖杆和斜杆形成的桁架组成,则成为桁架筒;如果体系是由上述筒 体单元所组成,称为筒中筒或组合筒。通常由实腹筒做内部核心筒,框筒或桁架筒做外 筒。筒体最主要的受力特点是它的空间受力性能。无论哪一种筒体,在水平力作用下都

高层建筑结构-----复习题参考答案

7

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

可以看成固定于基础上的箱形悬臂构件, 它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载 力,并具有很好的抗扭刚度。因此,该种体系广泛应用于多功能、多用途,层数较多的 高层建筑中。

2. 《高层建筑混凝土结构技术规程》将高层建筑分为了哪两级?

返回

答: 《高层建筑混凝土结构技术规程》 ,对各种结构体系的高层建筑最大适用高度做 出了规定。规程中将高层建筑分为了两级,即常规高度的高层建筑(A 级)和超限高层 建筑(B 级) 。

3. 《建筑抗震设计规范》根据建筑使用功能的重要性,将建筑抗震设防类别分为哪四个 抗震设防类别? 返回

答: 《建筑抗震设计规范》根据建筑使用功能的重要性,将建筑抗震设防类别分为 甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。 甲类建筑为属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑; 乙类建筑为属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑; 丙类建筑属于甲、乙、丁类建筑以外的一般建筑; 丁类建筑属于抗震次要建筑。

4.何谓“概念设计”?什么情况下还要正确运用“概念设计”?哪些方面须用概念设 计的方法加以正确处理? 返回

答: “概念设计”是指对一些难以做出精确计算分析,或在某些规程中难以具体规 定的问题,应该由设计人员运用概念进行判断和分析,以便采取相应的措施,做到比较 合理地进行结构设计。 理论与实践均表明,一个先进而合理的设计,不能仅依靠力学分析来解决。因为对 于较复杂的高层建筑,某些部位无法用解析方法精确计算;特别是在地震区,地震作用 的影响因素很多,要求精确计算是不可能的。因此,不能仅仅依赖于“计算设计” ,还 要正确运用“概念设计” 。 须用概念设计的方法加以正确处理的方面:结构平面布置、结构竖向布置、变形缝 的设置、基础设计。

高层建筑结构-----复习题参考答案

8

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

结构概念设计是保证结构具有优良抗震性能的一种方法。概念设计包含极为广泛 的内容,选择对抗震有利的结构方案和布置,采取减少扭转和加强抗扭刚度的措施,设 计延性结构和延性结构构件,分析结构薄弱部位,并采取相应的措施,避免薄弱层过早 破坏,防止局部破坏引起连锁效应,避免设计静定结构,采取二道防线措施等等。应该 说,从方案、布置、计算到构件设计、构造措施每个设计步骤中都贯穿了抗震概念设计 内容。

5.结构平面布置与结构竖向布置有哪些要求? 答: (1)结构平面布置

返回

高层建筑的开间、 进深尺寸和选用的构件类型应符合建筑模数, 以利于建筑工业化。 在一个独立的结构单元内,宜使结构平面形状和刚度均匀对称。需要抗震设防的高层建 筑,其平面布置应符合下列要求: 1)平面宜简单、规则、对称、减少偏心; 2)平面长度 L 不宜过长,突出部分长度 l 不宜过长, L 、 l 值宜满足教材表 1-3 的 要求; 3)不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。 (2)结构竖向布置 高层建筑中控制侧向位移常常成为结构设计的主要控制因素。而且随着高度增加, 倾覆力矩也相应迅速增大。 因此, 高层建筑的高宽比 H / B 不宜过大。 一般将高宽比 H / B 控制在 5~6 以下, H 是指建筑物地面到檐口高度, B 是指建筑物平面的短方向总宽。 当设防烈度在 8 度以上时, H / B 限制应更严格一些。 高层建筑的竖向体型宜规则、均匀,避免有过大的外挑和内收,这些应遵循《高层 规程》中的具体规定。

6.基础设计的一般原则有哪些? 答:基础设计的一般原则:

返回

(1)上部结构的特点是选择基础设计方案的重要因素。基础设计时要把地基、基 础和上部结构当成一个整体来考虑:当上部结构刚度和整体性较差,地基软弱,且不均 匀时,基础刚度应适当加强;当上部结构刚度和整体性较好,荷载分布较均匀,地基也 比较坚硬时,则基础刚度可适当放宽。 (2)一般情况下,地基的土质均匀,承载力高、沉降量小时,可以采取天然地基
高层建筑结构-----复习题参考答案 9 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

和竖向刚度较小的基础;反之,则应采用人工地基或竖向刚度较大的整体式基础。 (3)单独基础和条形基础整体性差,竖向刚度小,不容易调整各部分地基的差异 沉降,除非将基础搁置在未风化或微风化岩层上,否则不宜在高层建筑中应用。在层数 较少的裙房中应用时,也需在单独柱基之间沿纵、横两个方向增设拉梁,以抵抗可能产 生的地基差异沉降。 (4)当采用桩基时,应尽可能采用单根、单排大直径桩或扩底墩,使上部结构的 荷载直接由柱或墙传至桩顶;基础底板因受力很小而可以做得较薄,如果采用多根或多 排小直径桩,基础底板就会受到较大弯矩和剪力,从而使板厚增大。 (5)箱形基础及筏式基础是高层建筑结构常用的形式。 (6)在地震区,为保证整体结构的稳定性,减小由基础变形引起的上部结构倾斜, 基础埋深不能太小。在天然地基或复合地基上,基础埋深不宜小于建筑物高度的 1/15。 如果采用桩基,则从桩顶算起,基础埋深不宜小于建筑物高度的 1/18。在非地震区,基 础的埋深可适当减小。 此外,无论何种形式的基础,均不宜直接置于可液化土层上。

7.高层建筑结构平面布置的一般原则是什么? 答:一独立结构单元的结构布置应满足以下要求: (1)简单、规则、均匀、对称。 (2)承重结构应双向布置,偏心小,构件类型少。 (3)平面长度和突出部分应满足规范要求,凹角处宜采用加强措施。 (4)施工简便,造价省。

返回

8. 简述房屋建筑平面不规则和竖向不规则的类型。

返回

答: 《规范》列举了三种平面不规则和三种竖向不规则类型,并要求对不规则结构的水 平地震作用和内力进行调整等。 平面不规则类型包括扭转不规则、楼板凹凸不规则和楼板局部不连续。 竖向不规则类型包括侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续和楼层承载力突变。

9.在什么情况下设置防震缝、伸缩缝和沉降缝? 答:不规则结构设防震缝
高层建筑结构-----复习题参考答案 10 2009.12

返回

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

平面长度和高度超过一定限值时设伸缩缝 主体结构与裙房高度与重量相差悬殊时,或分段二次施工,或地基差异原因设置沉降 缝。 10.防震缝、伸缩缝、沉降缝的特点和要求是什么? 答:防震缝从基础至建筑顶部断开,防震缝应有一定的宽度。 伸缩缝从基础以上设置,若为抗震结构,伸缩缝的宽度不小于防震缝的宽度。 沉降缝将建筑物的两部分从顶层到基础全部断开。 沉降缝的宽度应符合防震缝最小宽度 的要求。 /20091016/ 返回

高层建筑结构-----复习题参考答案

11

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

Ch3 荷载与地震作用 1.作用于高层房屋的荷载有哪两种?在地震区与非地震区分别是由哪些荷载起控制作 用? 2.什么是风荷载? 3.什么是基本风压值 w0 、风载体型系数 ? s 、风压高度变化系数 ? z 、风振系数 ? z 4.什么是地震波?分为哪两类? 5.什么是地震的震级?根据震级可将地震划分为哪几级? 6.什么是地震烈度? 7.什么是基本烈度?建筑抗震设防类别分为哪几类?抗震设防标准的依据是什么? 8.抗震设计总思路是什么?什么是“三水准”的抗震设防目标与二阶段设计法? 9.什么是地震作用?地震作用与一般静载荷有何不同?我国和其他许多国家的抗震设 计规范都采用什么理论来确定地震作用? *10.什么是反应谱理论?为什么被各国工程界所广泛采用? *11.什么是地震系数 k 、动力系数 ? 、地震影响系数?《抗震规范》就是以什么作为 抗震设计依据的,其值如何确定? 12. 多自由度弹性体系的水平地震作用及其地震内力可采用什么方法求得?底部剪力法 的适用条件如何? 13.底部剪力法的基本思路? 14.什么是“鞭端效应”?采用底部剪力法时《抗震规范》是如何规定的? 15. 《抗震规范》中地震影响系数 ? 的含义是什么? 16.三水准设防原则,二阶段设计方法的具体内容是什么? 17.怎样确定地震作用? 18.各类抗震设防类别建筑的抗震设防标准应符合哪些要求? 19. 什么是小震、中震和大震。 20 .延性和延性比是什么?为什么抗震结构要具有延性?

高层建筑结构-----复习题参考答案

12

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

1.作用于高层房屋的荷载有哪两种?在地震区与非地震区分别是由哪些荷载起控制作 用?返回 答:作用于高层房屋的荷载有两种:竖向荷载与水平荷载,竖向荷载包括结构自重 和楼(屋)盖上的均布荷载,水平荷载包括风荷载和地震作用。 在多层房屋中,往往以竖向荷载为主,但也要考虑水平荷载的影响,特别是地震作 用的影响。随着房屋高度的增加,水平荷载产生的内力越来越大,会直接影响结构设计 的合理性、经济性,成为控制荷载。因此在非地震区,风荷载和竖向荷载的组合将起控 制作用,而在地震区,则往往是地震作用与竖向荷载组合起控制作用。

2.什么是风荷载?返回 答:风受到地面上各种建筑物的阻碍和影响,风速会改变,并在建筑物表面上形成压力 或吸力,这种风力的作用称为风荷载。

3.什么是基本风压值 w0 、风载体型系数 ? s 、风压高度变化系数 ? z 、风振系数 ? z 返回 答: (1)基本风压值 w0 基本风压值 w0 系以当地比较空旷平坦地面上离地 10m 高统计所得的重现期为 50 年
2 一遇 10min 平均最大风速 v0 (m/s)为标准,按 w0 = v 0 /1600 确定的风压值。它应根据

现行《荷载规范》中“全国基本风压分布图”采用,但不得小于 0.3 kN/㎡。 (2)风载体型系数 ? s 风载体型系数 ? s 是指实际风压与基本风压的比值。 它描述的是建筑物表面在稳定风 压作用下静态压力的分布规律,主要与建筑物的体型与尺度有关,也与周围环境和地面 粗糙度有关。当风流经建筑物时,对建筑物不同部位会产生不同的效果,即产生压力和 吸力。 (3)风压高度变化系数 ? z 风压高度变化系数 ? z ,应根据地面粗糙度类别按《荷载规范》确定。 (4)风振系数 ? z

高层建筑结构-----复习题参考答案

13

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

风对建筑结构的作用是不规则的,通常把风作用的平均值看成稳定风压(即平均风 压) ,实际风压是在平均风压上下波动的。平均风压使建筑物产生一定的侧移,而波动 风压使建筑物在平均侧移附近振动。对于高度较大、刚度较小的高层建筑,波动风压会 产生不可忽略的动力效应,使振幅加大,在设计中必须考虑。目前采用加大风载的办法 来考虑这个动力效应,在风压值上乘以风振系数 ? z 。

?z ? 1?

??? z ?z

ν ---脉动影响系数,由粗糙度,H/B 查表 3.5(B 为顺风向宽度) ξ ---脉动增大系数,由w0· 12 和粗糙度查表3.4 T T1---结构基本自振周期 框架: T1=(0.08~0.1)NS 框-剪: T1=(0.06~0.08)NS 剪力墙: T1=(0.05~0.06)NS Φ z---振型系数,对质量和刚度沿高分布比较均匀的弯剪型结构,近似取Hi/H。 *4.什么是地震波?分为哪两类? 答:当震源岩层发生断裂、错动时,岩层所积蓄的变形能突然释放,它以波的形式 从震源向四周传播,这种波就称为地震波。地震波按其在地壳传播的位置不同,可将其 分为体波和面波。

5.什么是地震的震级?根据震级可将地震划分为哪几级?返回 答:地震的震级是衡量一次地震释放能量大小的等级,震级 M 可用公式表达如下:
M ? log A

(2-1)

式中 A 即是上述标准地震记录仪在距震中 100km 处记录到的最大振幅。例如,在距震中 100km 处 标 准 地 震 记 录 仪 记 录 到 的 最 大 振 幅 A =100mm=100000 ? m , 则
M ? log A ? log10 5 ? 5 ,即这次地震为 5 级。

震级差一级,能量就要差 32 倍之多。根据震级可将地震划分为:微震(2 级以下, 人一般感觉不到, 只有仪器才能记录到) 有感地震 , (2~4 级) 破坏性地震 , (5 级以上) , 强烈地震(7 级以上) 。
高层建筑结构-----复习题参考答案 (共 72 页)

14

2009.12

高层建筑结构讲义---复习思考题

6.什么是地震烈度? 答:地震烈度是指地震时在一定地点振动的强烈程度。对于一次地震,表示地震大 小的震级只有一个,但它对不同地点的影响程度是不一样的。返回

7.什么是基本烈度?建筑抗震设防类别分为哪几类?抗震设防标准的依据是什么? 答:基本烈度:一个地区的基本烈度是指该地区今后 50 年时期内,在一般场地条件 下可能遭遇超越概率为 10%的地震烈度。 根据建筑使用功能的重要性,现行《抗震规范》将甲类、乙类、丙类、丁类建筑。 抗震设防标准的依据是设防烈度。 《抗震规范》附录 A 给出了我国主要城镇抗震设 防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组。在一般情况下可采用基本烈度。
返回

8.抗震设计总思路是什么?什么是“三水准”的抗震设防目标与二阶段设计法? 答:抗震设计总思路是:在建筑物使用寿命期间,对不同频度和强度的地震,建筑 物应具有不同的抵抗力。即对一般较小的地震,由于其发生的可能性较大,因此要求防 止结构破坏,这在技术上、经济上是可以做到的;强烈地震发生的可能性较小,而且如 果遭遇到强烈地震,要求做到结构不损坏,在经济上不合理,因此允许结构破坏,但在 任何情况下,不应导致建筑物倒塌。 《抗震规范》结合我国目前的经济能力,提出了“三水准”的抗震设防目标: 第一水准:当遭受到多遇的低于本地区设防烈度的地震(简称“小震” )影响时, 建筑一般应不受损坏或不需修理仍能继续使用。 第二水准: 当遭受到本地区设防烈度影响时,建筑可能有一定的损坏,经一般修 理或不修理仍能继续使用。 第三水准:当遭受到高于本地区设防烈度的罕遇地震(简称“大震” )时,建筑不 致倒塌或发生危及生命的严重破坏。 在进行建筑结构抗震设计时,原则上应满足三水准抗震设防目标的要求,在具体做 法上,为简化计算, 《抗震规范》采用二阶段设计法,即: 第一阶段设计: 按小震作用效应和其他荷载效应的一定组合验算结构构件的承载能 力以及构件的弹性变形,以满足第一水准抗震设防目标的要求。

高层建筑结构-----复习题参考答案

15

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

第二阶段设计:在大震作用下验算结构薄弱层(部位)的弹塑性变形,以满足第三 水准的抗震设防目标的要求。 《抗震规范》以一定的抗震构造措施保证结构满足第二水准抗震设防目标的要求。 上述“三水准,二阶段”的抗震设防目标可概括为“小震不坏,中震可修,大震不 倒” 。

9.什么是地震作用?地震作用与一般静载荷有何不同?我国和其他许多国家的抗震设 计规范都采用什么理论来确定地震作用?返回 答:地震所释放出来的能量,以地震波的形式向四周扩散,地震波到达地面后引起 地面运动,使地面上原来处于静止的建筑物受到动力作用而产生强迫振动。在振动过程 中,作用在结构上的惯性力就是地震作用。因此,地震作用可以理解为一种能反映地震 影响的等效作用。 地震作用与一般静载荷不同,它不仅取决于地震烈度大小,而且与建筑物的动力特 性(结构的自振周期、阻尼)有密切关系,而一般静荷载与结构的动力特性无关,可以 独立地确定。例如,屋面的雪载只与当地的气候条件有关;楼面的使用荷载只取决于房 间的用途等等。因此,确定地震作用比确定一般静荷载要复杂得多。 目前,我国和其他许多国家的抗震设计规范都采用反应谱理论来确定地震作用。

*10.什么是反应谱理论?为什么被各国工程界所广泛采用?返回 答:这种计算理论是根据地震时地面运动的实测纪录,通过计算分析所绘制的加速 度(在计算中通常采用加速度相对值)反应谱曲线为依据的。所谓加速度反应谱曲线, 就是单质点弹性体系在一定地震作用下,最大反应加速度与体系自振周期的函数曲线。 如果已知体系的自振周期, 那么利用加速度反应谱曲线或相应公式就可以很方便地确定 体系的反应加速度,进而求出地震作用。 应用反应谱理论不仅可以解决单质点体系的地震反应计算问题,而且,在一定假设 条件下,通过振型组合的方法还可以计算多质点体系的地震反应。 反应谱理论已经成为当前抗震设计中的主要理论,因为它方法简单,便于掌握,所 以为各国工程界所广泛采用。

高层建筑结构-----复习题参考答案

16

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

*11.什么是地震系数 k 、动力系数 ? 、地震影响系数?《抗震规范》就是以什么作为 抗震设计依据的,其值如何确定?返回 答: (1)地震系数 k 地震系数 k 是地震动峰值加速度与重力加速度之比,即
k? ??g x
max

g

也就是以重力加速度为单位的地震动峰值加速度。显然,地面加速度愈大,地 震的影响就愈强烈,即地震烈度愈大。所以,地震系数与地震烈度有关,都是地震 强烈程度的参数。 (2)动力系数 动力系数 ? 是单质点弹性体系在地震作用下反应加速度与地面最大加速度之比,即

??

Sa
??

xg
max

也就是质点最大反应加速度对地面最大加速度放大的倍数。 (3)地震影响系数 为了简化计算,将上述地震系数 k 和动力系数 ? 的乘积用 a 来表示,并称为地震影 响系数。
a ? k?

地震影响系数 a 就是单质点弹性体系在地震时最大反应加速度(以重力加速度 g 为 单位) 。另一方面,若将式(2-27)写成 a ? FEk / G ,则可以看出,地震影响系数乃是作用 在质点上的地震作用与结构重力荷载代表值之比。 《抗震规范》就是以地震影响系数 a 作为抗震设计依据的,其数值应根据烈度、场 地类别、设计地震分组以及结构自振周期和阻尼比确定。

12. 多自由度弹性体系的水平地震作用及其地震内力可采用什么方法求得?底部剪力法 的适用条件如何?返回 答: 多自由度弹性体系的水平地震作用及其地震内力可采用振型分解反应谱法或底
高层建筑结构-----复习题参考答案 (共 72 页)

17

2009.12

高层建筑结构讲义---复习思考题

部剪力法求得。 底部剪力法的适用条件:当结构高度不超过 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,可采用底部剪力法。

13.底部剪力法的基本思路?返回 答:底部剪力法是先计算出作用于结构的总水平地震作用,也就是作用于结构底部 的剪力,然后将总水平地震作用按一定的规律分配给各质点。

14.什么是“鞭端效应”?采用底部剪力法时《抗震规范》是如何规定的?返回 答:震害表明,突出屋面的屋顶间(电梯机房、水箱房) 、女儿墙、烟囱等,它们 的震害比下面主体结构严重。这是由于出屋面的这些建筑的质量和刚度突然变小,地震 反应随之加大的缘故。在地震工程中,把这种现象称为“鞭端效应” 。 采用底部剪力法时, 《抗震规范》规定,对这些结构的地震作用效应,宜乘以增大 系数 3,此增大部分不应往下传递。 15. 《抗震规范》中地震影响系数 ? 的含义是什么?返回 答:将地震系数 k 和动力系数 ? 以其乘积 ? 表示, ? 就称为地震影响系数。

? ? k?
这样,地震力可以写成

(1)

FEK ? ?G
因为
..

(2)

? ? k? ?

xg
max

Sa
..

g

?

xg
max

Sa g

(3)

所以,地震影响系数 ? 就是单质点弹性体系在地震时最大反应加速度(以重力加速 度 g 为单位) ;另一方面,如将(2)式写成 ? ? FEK / G ,则可以看出,地震影响系数 。 乃是作用与质点上的地震作用与结构重力荷载代表值之比。

16.三水准设防原则,二阶段设计方法的具体内容是什么?返回
高层建筑结构-----复习题参考答案 18 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

答:第一水准:当遭受到多遇的低于本地区设防烈度的地震(简称“小震” )影响 时,建筑一般应不受损坏或不需修理仍能继续使用。 第二水准:当遭受到本地区设防烈度的地震(简称“中震” )影响时,建筑可能有 一定损坏,经一般修理或不经修理仍能继续使用。 第三水准:当遭受到高于本地区设防烈度的罕遇地震(简称“大震” )影响时,建 筑不至于倒塌或发生危及生命的严重破坏。 第一阶段设计: 按小震作用效应和其他荷载效应的基本组合验算结构构件的承载能 力,以及在小震作用下验算结构的弹性变形,以满足第一水准抗震设防目标的要求。 第二阶段设计:在大震作用下验算结构的弹塑性变形,以满足第三水准抗震设防目 标的要求。 概括起来, “三水准,二阶段”抗震设防目标的通俗说法是: “小震不坏,中震可修, 大震不倒” 。

17.怎样确定地震作用?返回 答:前在我国广泛采用反映应力谱理论来确定地震作用。其中以加速度反应谱应用 最多。所谓加速度反应谱,就是单质点弹性体系在一定的地面运动作用下,最大反应加 速度(一般用相对值)与体系自振周期的变化曲线。如果已知体系的自振周期,利用反 应谱曲线和计算公式,就可以很方便的确定体系的反应加速度,进而求出地震作用。 应用反应谱理论不仅可以解决单质点体系的地震反应计算问题,而且可以通过振型 分解法还可以计算多质点体系的地震反应。 在工程上, 除应用反应谱计算结构地震作用外, 对于高层建筑和特别不规则建筑等, 还可以采用时程分析法来计算结构的地震反应。这个方法先选定地震地面加速度图,然 后用数值积分方法求解运动方程,算出每一个时间增量的结构反应,如位移,速度和加 速度反应。

18.各类抗震设防类别建筑的抗震设防标准应符合哪些要求?返回 答:各类抗震设防类别建筑的抗震设防标准,应符合下列要求: (1) 甲类建筑 地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求,其值应按批准的

地震安全性评价结果确定;抗震措施,当抗震设防烈度为 6~8 度时,应符合本地区抗震
高层建筑结构-----复习题参考答案 (共 72 页)

19

2009.12

高层建筑结构讲义---复习思考题

设防烈度提高一度的要求,当为 9 度时,应符合比 9 度抗震设防更高的要求。 (2) 乙类建筑 地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求;抗震措施,一般

情况下,当抗震设防烈度为 6~8 度时,应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求,当 为 9 度时,应符合比 9 度抗震设防更高的要求。对较小的乙类建筑,当其结构改用抗震 性能较好的结构类型时,应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施。 (3)丙类建筑 (4)丁类建筑 地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度的要求 一般情况下,地震作用仍应符合本地区抗震设防烈度的要求;抗震

措施,应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低,但抗震设防烈度为 6 度时不应降 低。 抗震设防烈度为 6 度时,除《抗震规范》有具体规定外,对乙、丙、丁类建筑可不 进行地震作用计算。

19.什么是小震、中震和大震。返回 答:小震指该地区 50 年内超越概率约为 63%的地震烈度,即众值烈度,又称为多遇地 震。 中震指该地区 50 年内超越概率约为 10%的地震烈底, 又称基本烈度或设防烈度。大 震指该地区 50 年内超越概率约为 2%的地震烈度,又为称为罕遇地震. 20.延性和延性比是什么?为什么抗震结构要具有延性?返回 答: :延性是指构件和结构屈服后,具有承载力不降低或基本不降低、且有足够塑性变 形能力的一种性能。 构件延性比:对于钢筋混凝土构件,当受拉钢筋屈服后,进入塑性状态,构件刚度降低, 随着变形迅速增加,构件承载力略有增大,当承载力开始降低,就达到极限状态。延性 比是极限变形与屈服变形的比值。 结构延性比:对于一个钢筋混凝土结构,当某个杆件出现塑性铰时,结构开始出现塑性 变形,但结构刚度只略有降低;当塑性铰达到一定数量以后,结构也会出现“屈服现象” 即结构进入塑性变形迅速增大而承载力略微增大的阶段,是“屈服”后的塑性阶段。结构 的延性比通常是指达到极限时顶点位移与屈服时顶点位移的比值。
高层建筑结构-----复习题参考答案 20 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

高层建筑结构-----复习题参考答案

21

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

第四章 框架结构内力与位移计算 1.框架结构计算简图是如何确定的? 答:框架结构计算简图的确定: 一般情况下,框架结构忽略结构纵向和横向之间的空间联系,忽略各构件的抗扭作 用,将框架结构简化为沿横方向和纵方向的平面框架,承受竖向荷载和水平荷载,进行 内力和位移计算。 结构设计时一般取中间有代表性的一榀横向框架进行分析,若作用于纵向框架上的 荷载各不相同,则必要时应分别进行计算。 框架结构的节点在常见的现浇钢筋混凝土结构中,梁和柱内的纵向受力钢筋都将穿 过节点或锚入节点区,这时节点应简化为刚接节点;对于现浇钢筋混凝土柱与基础的连 接形式,一般也设计成固定支座,即为刚性连接。 作用于框架结构上的荷载有竖向荷载和水平荷载两种。竖向荷载包括结构自重及楼 (屋)面活荷载,一般为分布荷载,有时也有集中荷载。水平荷载包括风荷载和水平地 震作用,一般均简化成节点水平集中力。

2. 简述在确定框架的某一榀平面框架计算简图时,荷载传递与计算是怎样的? 答:1)与框架平面相垂直方向框架梁荷载简化为节点荷载,当梁有偏心时应计算偏心 弯矩。 2) ,由板传到框架梁上荷载化为线荷载,此线荷为三角形或梯形荷载,也可简化为 矩形荷载。 3)当框架梁上有次梁时,次梁传来荷载为集中荷载。 4)恒荷与活荷分别进行清理。

3.框架结构在竖向荷载作用下内力计算采用什么方法?其基本假定与计算步骤如何? 答:框架结构在竖向荷载作用下的内力计算分层法。弯矩二次分配法,迭代法。 分层法的基本假定: (1)在竖向荷载作用下,不考虑框架的侧移; (2)每层梁上的荷载对其他各层梁的影响可忽略不计。 分层法的计算步骤:
高层建筑结构-----复习题参考答案 22 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

(1)计算单元的确定 根据计算假定,计算时先将各层梁及其上下柱所组成的框架作为一个独立的计算单 元,而按无侧移的框架进行计算(上下柱的远端均假设为固定端) 。 (2)各杆件弯矩的计算 一般用结构力学中的弯矩分配法,分别计算每个单层框架中梁与柱的弯矩。 在用弯矩分配法计算各杆件的弯矩之前,应先计算各杆件在节点处的弯矩分配系数 及传递系数。对底层基础处,可按原结构确定其支座形式,若为固定支座,传递系数为 1/2;若为铰支座,传递系数为 0。至于其余柱端,在分层计算时,假定上下柱的远端为 固定端,而实际上,上下柱端在荷载作用下会产生一定转角,是弹性约束端。对这一问 题,可在计算分配系数时,用调整柱的线刚度来考虑支座转动影响。因此,对这类柱子 的线刚度应乘一个折减系数 0.9,相应的传递系数为 1/3。 (3)弯矩汇总 分层计算所得的梁的弯矩即为最后的弯矩,由于每一层柱属于上、下两层,因此每 一根柱的弯矩需由上、下两层计算所得的弯矩值叠加得到。 (4)不平衡弯矩的再分配 叠加后的弯矩图为原框架的近似弯矩图,由于柱为上、下两层之和,因此叠加后的 弯矩图往往在框架节点处不平衡,一般相差很小,若欲进一步修正,则可将这些不平衡 力矩再进行一次弯矩分配。

4.在进行框架内力计算时,框架梁的线刚度计算如何简化? 梁惯性矩先按矩形截面计算,然后,对于中间框架,放大两倍,边框架放大 1,5 倍。

5.简述在竖向荷载作用下框架结构内力计算分层法的要点? 答:1)按要求计算梁柱线刚度,柱线刚度应折减。梁惯性矩简化计算。 2)计算节点内力分配系数; 3)N 层框架分成 N 个单层框架; 4)各个单层框架分别按弯矩分配法计算梁、柱内力; 5)柱的近端向远端传递弯矩系数除底层为 1/2 外,其它层为 1/3 6)框架内力:按各单层框架计算的框架梁内力即为框架的框架梁内力。 按各单层框架计算的框架柱内力,各柱端的弯矩应进行“近端+
高层建筑结构-----复习题参考答案 23 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

远端”的弯矩叠架,即为框架的框架柱内力。 6.简述在竖向荷载作用下框架结构内力弯矩二次分配法的的要点? 答:先求梁的固端弯矩,在节点进行不平衡弯矩的分配与传递。弯矩分配是按节点 各杆弯矩分配系数进行弯矩反号分配一次,并按 1/2 传递系数进行传递。然后,各节点 把梁远端,柱远端传来弯矩求代数和后再在节点分配一次。最终的杆端弯矩应为固端弯 矩与分配弯矩之代数和。 因总共只进行了两次弯矩分配, 所以称为―弯矩的二次分配法‖。 弯矩二次分配法计算时,柱的线刚度不必折减。

7.简述在竖向荷载作用下框架结构内力计算迭代法的要点? 答:迭代公式如下:
M 'ik ? ? ?ik (? M Fi ?
i

1 ? M 'ki ) 2 i

M ' ik ------i 节点 ik 杆件 i 端(近端)转角弯矩;

?M
i

Fi

----i 节点的由荷载引起的不平衡固端弯矩,固端弯矩的代数和;

1 ? M 'ki 2 i

----i 节点所有杆件远端转角弯矩代数和之半; : iik ?ik ? ? iik 称为分配系数;
i

求任一节点处各杆的近端转角弯矩, 除与节点处不平衡固端弯矩有关外,就是与所 有节点相连杆的远端弯矩有关. 设某一节点初始远端弯矩为 0, 逐节点按上式进行杆端 转角弯矩的计算,在所有节点的所有杆端转角弯矩均有值之后,进行第二轮的计算,此 时上式中的远端弯矩已不是 0,故近端弯矩值与第一轮会有区别,从而形成迭代.上式 就是迭代公式.当循环数次之后,杆端转角弯矩值与上一轮相差具有足够的精度时,迭 代可以结束. 最终杆端弯矩按此式计算:
M ik ----最终杆端弯矩;

1 M ik ? M Fi ? M 'ik ? M ' ki 2

M Fi ------杆端固端弯矩;

M ' ik ------杆端最后一轮近端弯矩;
1 ' ------杆端最后一轮远端弯矩之半。 M ki 2

8.框架结构在水平荷载作用下的内力计算方法主要有哪几种?这几种计算方法有什么

高层建筑结构-----复习题参考答案

24

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

区别? 答:框架结构在水平荷载作用下的内力计算方法主要反弯点法和 D 值法及门架法。 这几种计算方法的计算步骤相同, 只是在确定各柱间剪力的分配比和确定各柱的反弯点 的位置时有所区别。 门架梁与前两种方法相比,不需先知道杆什的截面尺寸。同层剪力分配是按柱负荷 宽度占框架总宽比例进行分配。

9.框架结构在水平节点荷载作用下各层剪力如何计算? Vj=Pj+Pj+1+?+Pn

10.反弯点法的适用条件是什么?其计算过程如何? 答:反弯点法的适用条件为梁的线刚度 i b 与柱的线刚度 i c 之比大于 3。 其计算过程如下: (1)反弯点位置的确定:反弯点法假定:对于上部各层柱,反弯点在柱中点;对于 底层柱,由于柱脚为固定端,转角为零,但柱上端转角不为零,且上端弯矩较小,反弯 点上移,故取反弯点在距固定端 2/3 高度处。 (2) 柱的侧移刚度: 反弯点法中用侧移刚度 d 表示框架柱两端有相对单位侧移时柱 中产生的剪力,它与柱两端的约束情况有关。由于反弯点法中梁的刚度非常大,可近似 认为节点转角为零,则根据两端无转角但有单位水平位移时杆件的杆端剪力方程,最后 得

d?
为 柱 中 剪 力 , ?

V

?

?

12ic h2
为 层 高 。

式 中 , V

为 柱 层 间 位 移 , h

(3) 同一楼层各柱剪力的分配

根据力的平衡条件、 变形协调条件和柱侧移刚度的

定义,可以得出第 j 层第 i 根柱的剪力为:
Vij ? d ij ?

?F ? ? ? F ij ? m ? d ij
i ?1

式中, ? ij 为第 j 层各柱的剪力分配系数,m 为第 j 层柱子总数, ? F 为第 j 层以上所有 水平荷载的总和,即第 j 层由外荷载引起的总剪力。这里,需要特别强调的是, ? F 与 第 j 层所承担的水平荷载是有所区别的。
高层建筑结构-----复习题参考答案 25 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

由上式可以看出,在同一楼层内,各柱按侧移刚度的比例分配楼层剪力。 (4)柱端弯矩的计算 由于前面已经求出了每一层中各柱的反弯点高度和柱中剪

力,那么柱端弯矩可按下式计算:
柱下端弯矩 柱上端弯矩

M ij下 ? Vij ? l ij M ij上

? ? ? Vij ? ?h j ? l ij ??

式中, l ij 为第 j 层第 i 根柱的反弯点高度, h j 为第 j 层的柱高。 (5)梁端弯矩的计算 梁端弯矩可由节点平衡求出,如图 3 所示。

图 3 节点弯矩 对于边柱 对于中柱
M b ? M c上 ? M c下
M b左 ? ?M c上 ? M c下 ? ? M b右 ? ?M c上 ? M c下 ? ? ib左 ib左 ? ib右 ib右 ib左 ? ib右

式中, ib左 、 ib右 分别为左边梁和右边梁的线刚度。 (6)其他内力的计算 进一步,还可根据力的平衡条件,由梁两端的弯矩求出梁的

剪力;由梁的剪力,根据节点的平衡条件,可求出柱的轴力。 综上所述,反弯点法的要点,一是确定反弯点高度,一是确定剪力分配系数 ? ij 。

11.反弯点法有何缺点?为什么? 答:反弯点法缺点如下: (1)柱的抗侧刚度只与柱的线刚度及层高有关。 (2)柱的反弯点位置是个定值。
高层建筑结构-----复习题参考答案 26 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

因为:反弯点法在计算柱的抗侧刚度时,假定梁柱之间的线刚度比为无穷大。反弯 点法计算反弯点高度 y 时,假设柱上下节点转角相等。

12.在水平荷载作用下,各层同层柱反弯点处剪力如何分配(反弯点法,D 值法)?柱 端弯矩如何计算?在柱端弯矩计算出来后,梁端弯矩如何计算(边节点,中间节点) 。 (略)

13.对于不连通刚架,如何分清并联柱,串联柱。对于并联柱,抗侧刚度如何计算,对 于串联柱,抗侧刚度如何计算。 答:同层由梁相连的柱为并联柱;属不同层,柱首尾相连则为串联柱。 对于并联柱:抗侧刚度为所有各并联柱抗侧刚度之和; 对于串闻柱:抗侧度为各串联柱抗侧刚度倒数和的倒数。

14.D 值法相对于反弯点法,主要从哪两个方面做了修正?具体有何修正? 答:D 值法相对于反弯点法,主要从以下两个方面做了修正:修正柱的侧移刚度和 调整反弯点高度。 (1)修正柱的侧移刚度 节点转动影响柱的抗侧刚度,故柱的侧移刚度不但与往本身的线刚度和层高有关, 而且还与梁的线刚度有关。 考虑柱端的约束条件的影响, 修正后的柱侧移刚度 D 用下式 计算:
D ?? 12ic h2

(X-6)

式中, ? 为与梁、柱线刚度有关的修正系数,教材表 X-1 给出了各种情况下 ? 值的计算 公式。 由表 X-1 中的公式可以看到,梁、柱线刚度的比值愈大, ? 值也愈大。当梁、柱线 刚度比值为 ? 时, ? =1,这时 D 值等于反弯点法中采用的侧移刚度 d。 (2)修正反弯点的高度 各层柱的反弯点位置与柱两端的约束条件或框架在节点水平荷载作用下,该柱上、 下端的转角大小有关。影响柱两端转角大小的因素(影响柱反弯点位置的因素)主要有 三个:①该层所在的楼层位置,及梁、柱线刚度比;②上、下横梁相对线刚度比值;③
高层建筑结构-----复习题参考答案 27 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

上、下层层高的变化。当上、下层层高变骅时反弯点是如何移动的? 在 D 值法中,通过力学分析求出标准情况下的标准反弯点刚度比 y 0(即反弯点到柱 下端距离与柱全高的比值) ,再根据上、下梁线刚度比值及上、下层层高变化,对 y 0 进 行调整。因此,可以把反弯点位置用下式表达:
yh ? ? y 0 ? y1 ? y 2 ? y3 ? ? h

(X-8)

式中,y 为反弯点距柱下端的高度与柱全高的比值(简称反弯点高度比) 1 为考虑上、 ,y 下横梁线刚度不相等时引入的修正值,y2、y3 为考虑上层、下层层高变化时引入的修正 值,h 为该柱的高度(层高) 。 为了方便使用,系数 y0 、 y1 、 y 2 和 y 3 已制成表格,可通过查表的方式确定其数值。 15.在水平荷载作用下框架内力计算门架法的具体计算方法? 答:1).门架法适用条件 层数在25层以内; 高宽比不大于4;(限定框架为中等柔度) 2).基本假定 (1) 梁,柱的反弯点位于它们的中点; (2) 柱中点处的水平剪力按各柱支承框架梁的长度与框架总宽度之比进行分配. 3)计算过程: 与反弯点法相同。

16.多高层建筑结构水平位移限值的目的是什么? 答:高层建筑结构应具有必要的刚度,在正常使用条件下限制建筑结构层间位移的 主要目的为: 第一,保证主要结构基本处于弹性受力状态,对钢筋混凝土结构要避免混凝土墙或 柱出现裂缝;将混凝土梁等楼面构件的裂缝数量、宽度限制在规范允许范围之内。 第二,保证填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件的完好,避免产生明显损坏。因此, 《高规》第 4.6.3 条规定了按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比的限值。

17.框架在水平荷载作用下侧移的变形特点如何?其总的侧移如何计算? 答:框架结构侧移的变形特点:

高层建筑结构-----复习题参考答案

28

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

如果只考虑梁柱杆件弯曲产生的侧移,则侧移曲线的变形形状愈到底层,相邻两点 间的相对变形愈大,当 q 向右时,曲线凹向左。可称为剪切型变形曲线。 如果只考虑柱轴向变形形成的侧移,则侧移曲线的变形愈到顶层,变形愈大,当 q 向右时,曲线凹向右。可称为弯曲型变形曲线。 框架在水平荷载作用下的总侧移,可近似地看做由梁柱弯曲变形和柱的轴向变形所 引起侧移的叠加。总体上框架是剪切型的变形曲线。

18.框架在水平荷载作用下,由框架柱轴向变形引起的侧移什么条件下可忽略不计? 答:从计算框架柱轴向变形引起的侧移公式看出:当房屋越高(H 越大) ,宽度越窄 (B 越小)时,则由柱轴向力引起的变形就越大。根据计算,对于房屋高度 H 大于 50m 或房屋的高宽比 H/B 大于 4 的结构,其中由框架柱轴向变形引起的侧移约为由框架梁 柱弯曲变形而引起的侧移的 5%~11%,因此当房屋高度或高宽比 H/B 低于上述数值 时,由框架柱轴向变形引起的侧移可忽略不计。

19.简述框架抗震设计的基本原则并举例说明在设计要求上如何体现。 抗震设计的的基本原则:强柱弱梁,强剪弱弯,强节点,强锚固。 抗震设计基本原则在设计时的体现: “强柱弱梁”――一、二、三级框架的柱端弯矩,剪力均进行放大调整; “强剪弱弯”――一、二、三级框架的梁,剪力均进行放大调整; 框架梁柱的两端均设置箍筋加密区。 “强节点,强锚固”――一、二级框架节点进行节点抗剪验算,为了加强锚固,规范 明确规定了钢筋在不同节点锚固的构造要求。

20.框架抗震等级如何划分? 答:按抗震设防烈度及框架高度分为四级,例:7 度时,30m 以下为二级,以上为三 级,8 度 30m 以下为二级,30m 以上为一级。

21. 抗震设计时, 框架梁端截面、 梁跨中截面的混凝土受压区高度应满足什么要求? 沿框架梁全长顶面和底面的纵向钢筋配置有哪些规定和要求?为什么? 答: (1)抗震设计时,框架梁端截面的混凝土受压区高度应满足下列要求:
高层建筑结构-----复习题参考答案 29 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

一级抗震等级 二、三级抗震等级 梁跨中截面: 应符合下列要求: 一级抗震等级 二、三级抗震等级

x ? 0.25 h0

x ? 0.35 h0 x ? ? b h0

(2)框架梁的两端箍筋加密区范围内,底面和顶面纵向受力钢筋的截面面积比值,
As' As ? 0.5 As' As ? 0.3

(3)之所以作上述规定,是因为对强柱弱梁型框架,地震作用下将首先在框架梁的 端部出现塑性铰。由于梁的变形能力主要取决于梁端的塑性铰转动能力,从而需对梁端 混凝土相对受压区高度及配筋率加以限制,以保证框架梁有足够的曲率延性。此外,梁 端底面和顶面纵向钢筋的比值,同样对梁的变形能力有较大影响。梁底面的钢筋可增加 负弯矩时的塑性转动能力,还能防止在地震中梁底出现正弯矩时过早屈服或破坏过重, 影响承载力和变形能力的正常发挥。因此,规范中作出了上述规定。

22.框架梁、柱的截面尺寸如何估算? 框架梁:h 按(1/10-1/18)l 初估。宽度按(1/3-1/4)h 初估,且不小于 1/2 柱宽。 框架柱:按轴压比要求控制,轴力可按柱负荷面积初算。最小为 400X400

23. 在进行框架设计时,是如何体现强剪弱弯的? 答:1)二、三级框架的梁,剪力均进行放大调整; 2)框架梁柱的两端均设置箍筋加密区。 适筋梁或大偏压柱, 在截面破坏时可以达到较好的延性, 可以吸收和耗散地震能量, 使内力重分布得以充分发展; 而钢筋混凝土梁柱在受到较大剪力时, 往往呈现脆性破坏。 所以在进行框架梁、柱设计时,应使构件的受剪承载力大于其受弯承载力,使构件发生 延性较好的弯曲破坏,避免发生延性较差的剪切破坏,而且保证构件在塑性铰出现之后 也不过早剪坏,这就是“强剪弱弯”的设计原则,它实际上是控制构件的破坏形态。 震害表明,梁端、柱端震害严重,是框架梁、柱的薄弱部位。所以按照强剪弱弯原 则设计的箍筋主要配置在梁端、柱端塑性铰区,称为箍筋加密区。

24. 框架梁与柱剪力设计值是如何调整的? 答:梁剪力的调整: 非抗震设计和抗震设计时梁端箍筋加密区之外的梁截面,采用组合值;

高层建筑结构-----复习题参考答案

30

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

抗震设计时梁端箍筋加密区之内的梁截面,取下值:(6.2.4 条)

V ? ? vb

l M b ? M br ? VGb ln

?vb ? 1.3 ?vb ? 1.2
?vb ? 1.1

(一级抗震) (二级抗震) (三级抗震)

M 、M ? 考虑地震组合时,框架梁左、右端的弯矩设计值 VGb ? 梁在重力荷载代表值作用下,按简支梁分析的梁端截面的剪力设计值。
l b r b

V 的取值,主要是保证梁的抗剪能力大于其抗弯能力,不发生脆性破坏,即梁的设 计要遵循―强剪弱弯‖的原则。 柱剪力的调整: 一、二、三级框架柱两端和框支柱两端的箍筋加密区,应根据强剪弱弯的要求,采 用剪力增大系数确定剪力设计值,

? vc ? 柱剪力增大系数,一级取1.4,二级取1.2,三级取1.1
箍筋加密区以外的部位,取不利内力组合剪力计算值作为剪力设计值。

Vc ? ?vc ( M cb ? M ct ) / H

25. 一、二级框架节点设计剪力如何计算? 一级:
l ( M b ? M br ) ? hb 0 ? as' ? ?1 ? ? V j ? 1.35 hb 0 ? as' ? H c ? hb ? ? ?

二级: V j ? 1.2

l ( M b ? M br ) ? hb 0 ? a s' ?1 ? hb 0 ? a s' ? H c ? hb ?

? ? ? ?

式中:M 为节点左右梁端弯矩(求代数和) b 为节点两侧梁高的均值,hb0=hb-as; ,h Hc 柱高。

26. 框架梁、柱箍筋加密区的长度如何确定? 梁:二级,三级框架:梁端 1.5h,500 二者中选大者; 柱箍筋加密区范围 长柱箍筋加密区范围取柱净高的 1/6、柱截面高度 h、500mm 三者中的较大值。 短柱及角柱:沿柱子全高加密箍筋。

短柱:柱的长细比不大于 4 的柱子。 (由于它的线刚度大,在地震作用下会产生较大
高层建筑结构-----复习题参考答案 31 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

的剪力,容易产生斜向或交叉的剪切裂缝,其破坏是脆性的) 。

27. 框架柱的轴压比限值? 抗震等级: 框架柱: 一级; 0.7 二级; 三级; 0.8 0.9

28. 框架梁及柱的配筋率要求。 抗震设计框架梁最小配筋百分率(%) 抗震等级 一 支座 0.4 跨中 0.3 最大配筋控制: 一级抗震等级: 二 0.3 0.25 三、四 0.25 0.2

x ? 0.25h0
x ? 0.35h0
x ? ? b h0

二、三级抗震等级: 四级:

框架柱纵向钢筋最小配筋百分率 设 构件 非抗震 设计 中柱、边柱 角柱 框支柱 0.6 0.6 0.6 计 抗震设计 一级 1.0 1.2 1.2 二级 0.8 1.0 1.0 三级 0.7 0.9 四级 0.6 0.8 等 级

注:框架柱纵向钢筋一侧钢筋最小配筋百分率:0.2% 框架柱纵向钢筋最大配筋率: 非抗震;5% 抗震:4% 29.结构延性的作用如何? 答:结构延性的作用: (1)防止脆性破坏 由于钢筋混凝土结构或构件的脆性破坏是突发性的,没有预兆,所以为了保障人们 生命财产安全,除了对构件发生脆性破坏时的可靠指标有较高要求以外,还要保证结构
高层建筑结构-----复习题参考答案 32 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

或构件在破坏前有足够的变形能力。 (2)承受某些偶然因素的作用 结构在使用过程中可能会承受设计中未考虑到的偶然因素的作用,比如说,偶然的 超载、基础的不均匀沉降、温度变化和收缩作用引起的体积变化等。这些偶然因素会在 结构中产生内力和变形,而延性结构的变形能力,则可作为发生意外情况时内力和变形 的安全储备。 (3)实现塑性内力重分布 延性结构容许构件的某些临界截面有一定的转动能力,形成塑性铰区域,产生内力 重分布, 从而使钢筋混凝土超静定结构能够按塑性方法进行设计, 得到有利的弯矩分布, 从而使配筋合理,节约材料,而且便于施工。 (4)有利于结构抗震 在地震作用下, 延性结构通过塑性铰区域的变形, 能够有效地吸收和耗散地震能量, 同时,这种变形降低了结构的刚度,致使结构在地震作用下的反应减小,也就是使地震 对结构的作用力减小,因此延性结构具有较强的抗震能力。 30(可选).提高结构延性的措施有哪些? 答:根据震害以及近年来国内外试验研究资料,延性框架设计时应注意以下几点: (1) “强柱弱梁”设计原则—控制塑性铰的位置 在地震作用下,框架中塑性铰可能出现在梁上,也可能出现在柱上,但是不允许在 梁的跨中出铰。梁的跨中出铰将导致局部破坏(图 3) 。在梁端和柱端的塑性铰,都必须 具有延性,才能使结构在形成机构之前,结构可以抵抗外荷载并具有延性。

(a) 强柱弱梁型 图 3 框架局部破坏

(b) 强梁弱柱型

图 4 框架破坏机构图

由图 4 可以看出,在框架结构中,塑性铰出现的位置或顺序不同,将使框架结构产 生不同的破坏形式。图 4(b)所示是一个强梁弱柱型结构,所以塑性铰首先出现在柱中, 当某薄弱层柱的上下端均出现塑性铰时,该层就成为几何可变体系,而引起上部结构的 倒塌。这种结构破坏时只跟最薄弱层柱的强度和延性性能有关,而与其它各层梁柱的承 载能力和耗能能力均没有发挥作用。 4(a)是一个强柱弱梁型结构, 图 塑性铰首先出现在 梁中,当部分梁端甚至全部梁端均出现塑性铰时,结构仍能继续承受外荷载,而只有当
高层建筑结构-----复习题参考答案 33 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

柱子底部也出现塑性铰时,结构才达到破坏。由此可知,柱中出现塑性铰,不易修复而 且容易引起结构倒塌;而塑性铰出现在梁端,却可以使结构在破坏前有较大的变形,吸 收和耗散较多的地震能量,因而具有较好的抗震性能。震害调查发现:凡是具有现浇楼 板的框架,由于现浇楼板大大加强了梁的强度和刚度,地震破坏都发生在柱中,破坏较 严重;而没有楼板的构架式框架,裂缝出在梁中,破坏较轻,从而也证实强梁弱柱引起 的结构震害比较严重。 此外,梁的延性远大于柱的延性。这是因为柱是压弯构件,较大的轴压比将使柱的 延性下降,而梁是受弯构件,比较容易实现高延性比要求。 因此,较合理的框架破坏机制应是梁比柱的塑性屈服尽可能早发生和多发生,底层 柱柱根的塑性铰较晚形成,各层柱子的屈服顺序应错开,不要集中在某一层。这种破坏 机制的框架,就是强柱弱梁型框架。 (2)梁柱的延性设计 要使结构具有延性,就必需保证框架梁柱有足够的延性,而梁柱的延性是以其截面 塑性铰的转动能力来度量的。因此框架结构抗震设计的关键是梁柱塑性铰设计。为此, 应遵循: 1) “强剪弱弯”设计原则——控制构件的破坏形态 适筋梁或大偏压柱, 在截面破坏时可以达到较好的延性, 可以吸收和耗散地震能量, 使内力重分布得以充分发展; 而钢筋混凝土梁柱在受到较大剪力时, 往往呈现脆性破坏。 所以在进行框架梁、柱设计时,应使构件的受剪承载力大于其受弯承载力,使构件发生 延性较好的弯曲破坏,避免发生延性较差的剪切破坏,而且保证构件在塑性铰出现之后 也不过早剪坏,这就是“强剪弱弯”的设计原则,它实际上是控制构件的破坏形态。 2)梁、柱剪跨比限制 剪跨比反映了构件截面承受的弯矩与剪力的相对大小。它是影响梁、柱极限变形能 力的主要因素之一,对构件的破坏形态有很重要的影响。 比如,柱的剪跨比 ? ? M (M、V 分别是截面承受的弯矩、剪力值,hc 为柱截面

Vhc

高度) 。试验研究发现,剪跨比λ ≥2 的柱属于长柱,只要构造合理,通常发生延性好的 弯曲破坏;当剪跨比 1.5≤λ <2 的柱为短柱,柱子将发生以剪切为主的破坏,当提高混 凝土强度等级或配有足够的箍筋时,也可能发生具有一定延性的剪压破坏;而当剪跨比 λ <1.5 时为极短柱,柱的破坏形态是脆性的剪切斜拉破坏,几乎没有延性,设计中应当 避免。 在一般框架结构中,柱内弯矩以地震作用产生的弯矩为主,所以可近似假定反弯点 在柱高的中点,从而有柱端弯矩 M ? V ?
Hn M Hn ,即 ( Hn 是柱的净高) ,代入 ? 2 V 2 H 1 Hn 得 。 因此框架柱的分类又可用长细比表示为: n ? 4 时为长柱; ? ? M Vh 中, ? ? 2 hc hc c
34 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构-----复习题参考答案

高层建筑结构讲义---复习思考题

3?

Hn H ? 4 时为短柱; n ? 3 时为极短柱。 hc hc

因此,为保证柱子发生延性破坏,抗震设计时要求柱净高与截面长边尺寸之比宜大 于 4,若不满足,应在柱全高范围内加密箍筋。 类似地,对框架梁而言,则要求其净跨 ln 与截面高度 hb 之比不宜小于 4。当梁的跨 度较小而梁的设计内力较大时,宜首先考虑加大梁宽,这样虽然会增加梁的纵筋用量, 但对提高梁的延性却是十分有利的。 3)梁、柱剪压比限制 当构件的截面尺寸太小或混凝土强度太低时,按抗剪承载力公式计算的箍筋数量会 很多,则箍筋在充分发挥作用之前,构件将过早呈现脆性斜压破坏,这时再增加箍筋用 量已没有意义。因此,设计中应限制剪压比( V f c bh0 )即梁截面的平均剪应力,使箍 筋数量不至于太多,同时,也可有效地防止斜裂缝过早出现,减轻混凝土碎裂程度。这 实质上也是对构件最小截面尺寸的要求。 4)柱轴压比限制及其它措施 轴压比μ N 指柱有地震作用组合的柱轴压力设计值 N 与柱的全截面面积 Ac 和混凝土轴 心抗压强度设计值 fc 乘积的比值, ? N ? N f c Ac ? N f c bc hc (bc、hc 分别为柱截面的宽 度和高度) 。 试验研究表明,轴压比的大小,与柱的破坏形态和变形能力是密切相关的。随着轴 压比不同,柱将产生两种破坏形态:受拉钢筋首先屈服的大偏心受压破坏和破坏时受拉 钢筋并不屈服的小偏心受压破坏。而且,轴压比是影响柱的延性的重要因素之一,柱的 变形能力随轴压比增大而急剧降低(图 5) ,尤其在高轴压比下,增加箍筋对改善柱变形 能力的作用并不明显。所以,抗震设计中应限制柱的轴压比不能太大,其实质就是希望 框架柱在地震作用下,仍能实现大偏心受压下的弯曲破坏,使柱具有延性性质。

图 5 轴压比与延性比关系图 图 7 连续复合螺旋箍

图 6 芯柱尺寸示意图

框架柱在竖向荷载与地震作用下的轴压比宜满足表 1 的规定。若不满足,可加大截 面尺寸或提高混凝土强度等级。 表 1 柱轴压比限值 抗震等级
高层建筑结构-----复习题参考答案


35




2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

轴压比限值

0.7

0.8

0.9

在高层建筑中,底层柱往往承受很大的轴力,很难将轴压比限制在较低水平。为此,近 年来,国内外对改进柱的延性性能做了大量试验研究。试验表明,在矩形柱或圆形柱内 设置矩形核心柱(图 6) ,不但可以提高柱的受压承载力,还可以提高柱的变形能力。在 压、弯、剪作用下,当柱出现弯、剪裂缝,在大变形情况下芯柱可以有效地减小柱的压 缩, 保持柱的外形和截面承载力, 特别对于承受高轴压的短柱, 更有利于提高变形能力, 延缓倒塌。 5)箍筋 震害表明,梁端、柱端震害严重,是框架梁、柱的薄弱部位。所以按照强剪弱弯原 则设计的箍筋主要配置在梁端、柱端塑性铰区,称为箍筋加密区。 在塑性铰区配置足够的箍筋,可约束核心混凝土,显著提高塑性铰区混凝土的极限 应变值, 提高抗压强度, 防止斜裂缝的开展, 从而可充分发挥塑性铰的变形和耗能能力, 提高梁、柱的延性;而且钢箍作为纵向钢筋的侧向支承,阻止纵筋压屈,使纵筋充分发 挥抗压强度。所以规范规定,在框架梁端、柱端塑性铰区,箍筋必须加密。 此外,框架结构构件的延性与箍筋形式有关。例如,西安建筑科技大学和日本川铁 株式会社的研究表明,在其它条件相同的情况下,采用连续矩形复合螺旋箍比一般复合 箍筋可提高柱的极限变形角 25%。所以矩形截面柱采用连续矩形复合螺旋箍(图 7) ,可 大大提高其延性。 6)纵筋配筋率 试验表明:钢筋混凝土单筋梁的变形能力,随截面混凝土受压区相对高度 x/h0 的减 小而增大,而 x/h0 随着配筋率的增大、钢筋屈服强度的提高和混凝土强度等级的降低而 增大,延性性能降低。为此,规范对一、二、三级抗震等级框架梁的 x/h0 和 ρ 规定。同时,框架梁还应满足最小配筋率的要求。 而为了避免地震作用下框架柱过早地进入屈服阶段,增大屈服时柱的变形能力,提 高柱的延性和耗能能力,全部纵向钢筋的配筋率不应过小。 (3) “强节点弱构件”设计原则 由于节点区的受力状况非常复杂,所以在结构设计时只有保证各节点不出现脆性剪 切破坏,才能使梁、柱充分发挥其承载能力和变形能力。即在梁、柱塑性铰顺序出现完 成之前,节点区不能过早破坏。 实际设计中,为了保证框架结构的延性, 《抗震设计规范》是依据抗震等级对构件 本身不同性质的承载力或构件间的相对的承载力进行内力调整, 并依据规定的构造要求 来达到延性要求。内力调整系数,依据抗震等级不同而异:一级抗震等级以实际配筋为 基础进行内力调整;二、三级抗震等级是在设计内力的基础上进行调整。而构造要求,
max

作出了

高层建筑结构-----复习题参考答案

36

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

则根据不同的抗震等级,规定出截面形式、尺寸限制、材料规格、配筋率以及构造形式 等。 31.正截面受弯承载力计算为什么结构构件的抗震承载力设计值要除以承载力抗震 调整系数? 答:考虑到地震作用的时间很短,快速加载时,材料强度会有所提高,因此,抗震 设计时框架梁的截面承载力应除以承载力抗震调整系数 ? RE ,即 :
S ? R ? RE

式中: S—荷载效应组合的设计值; R—结构构件的抗震承载力设计值;
? RE 一承载力抗震调整系数,按教材表 2 采用。

32. 什么是强柱弱梁?是不是当柱子的截面大于梁的截面或柱子线刚度大于梁的线刚度 就是强柱弱梁?什么是强剪弱弯?设计中如何实现强剪弱弯? 答:控制梁、柱的相对承载力,使塑性铰首先在梁端出现,尽量避免或减少柱子中的塑 性铰, 底层柱柱根的塑性铰较晚形成, 各层柱子的屈服顺序应错开, 不要集中在某一层。 这就是强柱弱梁。 当柱子的截面大于梁的截面或柱子线刚度大于梁的线刚度均不是强柱弱梁。 在进行框架梁、柱设计时,应使构件的受剪承载力大于其受弯承载力,使构件发生 延性较好的弯曲破坏,避免发生延性较差的剪切破坏,而且保证构件在塑性铰出现之后 也不过早剪坏,这就是“强剪弱弯”的设计原则,它实际上是控制构件的破坏形态。 设计中,将剪力设计值乘以增大系数,实现强剪弱弯,推迟剪切破坏。 33.哪些截面是框架梁、柱的内力控制截面? 答:框架在恒载、楼面活荷载、屋面活荷载、风荷载作用下的内力求出以后,要计 算各主要截面可能发生的最不利内力。 这种计算各主要截面可能发生的最不利内力的工 作,称之为内力组合。 框架每一根杆件都有许许多多截面, 内力组合只需在每根杆件的几个主要截面进行。 这几个主要截面的内力求出后, 按此内力进行杆件的配筋便可以保证此杆件有足够的可 靠度。这些主要截面称之为杆件的控制截面。 每一根梁一般有三个控制截面:左端支座截面、跨中截面和右端支座截面。而每一 根柱一般只有两个控制截面:柱顶截面和柱底截面。

34.为什么钢筋混凝土框架梁的弯矩能作塑性调幅?如何进行调幅? 答:降低梁支座弯矩。提高延性。具体是支座弯矩给一定系数的折减。
高层建筑结构-----复习题参考答案 37 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

35.为什么梁铰机制比柱铰机制对抗震有利? 答:梁铰机制是指塑性铰出在梁端,除柱脚外,柱端无塑性铰;柱铰机制是指在同一层所 有柱的上\下端形成塑性铰.梁铰机制之所以优于柱铰机制是因为:梁铰分散在各层,即 塑性变形分散在各层,不至于形成倒塌机构,而柱铰集中在某一层,塑性变形集中在该层, 该层为柔软层或薄弱层,形成倒塌机构;梁铰的数量远多于柱铰的数量,在同样大小的塑 性变形和耗能要求下,对梁铰的塑性转动能力要求低,对柱铰的塑性转动能力要求高;梁 是受弯构件,容易实现大的延性和耗能能力.柱是压弯构件,尤其是轴压比大的柱,不容 易实现大的延性和耗能能力.实际工程设计中,很难实现完全梁铰机制,往往是既有梁铰 \又有柱铰的混合铰机制.设计中,需要通过加大柱脚固定端截面的承载力,推迟柱脚出 铰;通过"强柱弱梁",尽量减少柱铰.

36.为什么梁、柱构件应按“强剪弱弯”设计? 答:梁、柱剪切破坏是脆性破坏,延性小,力-变形滞回曲线“捏拢”严重,构件的耗 能能力差;而弯曲破坏为延性破坏,滞回曲线呈“梭形”或捏拢不严重,构件的耗能能 力大。因此,梁、柱构件应按”强剪弱弯“设计。 37. 影响水平荷载下柱反弯点位置的主要因素是什么? 答:柱反弯点位置与柱端转角有关,即与柱端约束有关。当两端固定时,或两端转角相 等时,反弯点在柱中点;当柱一端约束较小,即转角较大时,反弯点向该端靠近,极端 情况为一端铰接,弯矩为 0,即反弯点在铰接端,规律就是反弯点向约束较弱的一端靠 近。 具体来讲: 结构总层数、梁柱线刚度比、荷载形式、上层梁与下层梁刚度比、上下层层高比。

//

高层建筑结构-----复习题参考答案

38

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

第五章 剪力墙结构内力与位移计算 1.剪力墙结构体系的特点是什么? 答:剪力墙承受竖向荷载及水平荷载的能力都较大。其特点是整体性好,侧向刚度 大,水平力作用下侧移小,并且由于没有梁、柱等外露与凸出,便于房间内部布置。缺 点是不能提供大空间房屋,结构延性较差。 当地下室或下部一层、几层,需要大空间时(如商场、停车库等)即形成部分框支 剪力墙结构。在框架-剪力墙结构和剪力墙结构两种不同结构的过渡层必须设置转换层。 剪力墙结构由于承受竖向力、水平力的能力均较大,横向刚度大,因此可以建造比 框架结构更高、更多层数的建筑,但是只能以小房间为主的房屋,如住宅、宾馆、单身 宿舍。而宾馆中需要大空间的门厅、餐厅、商场等往往设置在另外的建筑单元中。 为了适用任何方向的水平力(或地震作用) ,因此对于矩形平面,剪力墙在纵横双向 均应设置;对于圆形平面,剪力墙应沿径向及环向设置;三角形平面,宜沿三个主轴方 向设置剪力墙。 剪力墙结构在水平力作用下侧向变形的特征为弯曲型。

2.剪力墙主要承受哪两类荷载? 答:剪力墙主要承受两类荷载:一类是楼板传来的竖向荷载,在地震区还应包括竖 向地震作用的影响;另一类是水平荷载,包括水平风荷载和水平地震作用。

3.剪力墙在水平荷载作用下计算时作了什么假定?有何实际意义? 答:剪力墙结构是一个比较复杂的空间结构,为了简化,剪力墙在水平荷载作用下 计算时,作如下假定: (1)楼板在其自身平面内的刚度极大,可视其为刚度无限大的刚性楼盖; (2) 剪力墙在其自身平面内的刚度很大, 而在其平面外的刚度又极小, 可忽略不计。 因此可以把空间结构化作平面结构处理,即剪力墙只承受在其自身平面内的水平荷载。 基于以上两个假定,剪力墙结构在水平荷载作用下可按各片剪力墙的等效抗弯刚度 分配水平力给各片剪力墙,然后分别进行内力和位移计算。同时,现行国家标准《高层 建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ3-2002)为考虑纵、横墙的共同工作,将纵墙的一部 分作为横墙的有效翼缘,横墙的一部分也可以作为纵墙的有效翼缘。

高层建筑结构-----复习题参考答案

39

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

4.什么是剪力墙的等效抗弯刚度? 答:剪力墙的等效刚度(或叫等效惯性矩)就是将墙的弯曲、剪切和轴向变形之后 的顶点位移,按顶点位移相等的原则,折算成一个只考虑弯曲变形的等效竖向悬臂杆的 刚度。

5.剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于什么? 答:剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙上的开洞情况。

6.剪力墙按受力特性的不同主要可分为哪几种?各有何受力特点? 答:剪力墙按受力特性的不同主要可分为整体剪力墙、小开口整体剪力墙、双肢墙 (多肢墙)和壁式框架等几种类型。 (1)整体剪力墙 无洞口的剪力墙或剪力墙上开有一定数量的洞口,但洞口的面积不超过墙体面积的 15%,且洞口至墙边的净距及洞口之间的净距大于洞孔长边尺寸时,可以忽略洞口对墙 体的影响,这种墙体称为整体剪力墙(或称为悬臂剪力墙) 。整体剪力墙的受力状态如 同竖向悬臂梁,截面变形后仍符合平面假定,因而截面应力可按材料力学公式计算,如 图 1(a)所示,变形属弯曲型。 (2)小开口整体剪力墙 当剪力墙上所开洞口面积稍大且超过墙体面积的 16%时,通过洞口的正应力分布已 不再成一直线, 而是在洞口两侧的部分横截面上, 其正应力分布各成一直线, 如图 1 (b) 所示。这说明除了整个墙截面产生整体弯矩外,每个墙肢还出现局部弯矩,因为实际正 应力分布,相当于在沿整个截面直线分布的应力之上叠加局部弯矩应力。但由于洞口还 不很大,局部弯矩不超过水平荷载的悬臂弯矩的 15%。因此,可以认为剪力墙截面变形 大体上仍符合平面假定,且大部分楼层上墙肢没有反弯点。内力和变形仍按材料力学计 算,然后适当修正。 在水平荷载作用下,这类剪力墙截面上的正应力分布略偏离了直线分布的规律,变 成了相当于在整体墙弯曲时的直线分布应力之上叠加了墙肢局部弯曲应力, 当墙肢中的 局部弯矩不超过墙体整体弯矩的 15%时,其截面变形仍接近于整体截面剪力墙,这种剪 力墙称之为小开口整体剪力墙。 (3)联肢剪力墙
高层建筑结构-----复习题参考答案 40 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

洞口开得比较大,截面的整体性已经破坏,横截面上正应力的分布远不是遵循沿一 根直线的规律,如图 1(c)所示。但墙肢的线刚度比同列两孔间所形成的连梁的线刚度 大得多,每根连梁中部有反弯点,各墙肢单独弯曲作用较为显著,但仅在个别或少数层 内,墙肢出现反弯点。这种剪力墙可视为由连梁把墙肢联结起来的结构体系,故称为联 肢剪力墙。其中,仅由一列连梁把两个墙肢联结起来的称为双肢剪力墙;由两列以上的 连梁把三个以上的墙肢联结起来的称为多肢剪力墙。 当剪力墙沿竖向开有一列或多列较大的洞口时,由于洞口较大,剪力墙截面的整体 性已被破坏,剪力墙的截面变形已不再符合平截面假设。这时剪力墙成为由一系列连梁 约束的墙肢所组成的联肢墙。开有一列洞口的联肢墙称为双肢墙,当开有多列洞口时称 之为多肢墙。 (4)壁式框架 洞口开得比联肢剪力墙更宽,墙肢宽度较小,墙肢与连梁刚度接近时,墙肢明显出 现局部弯矩,在许多楼层内有反弯点。剪力墙的内力分布接近框架,故称壁式框架。壁 式框架实质是介于剪力墙和框架之间的一种过渡形式,它的变形已很接近剪切型。只不 过壁柱和壁梁都较宽,因而在梁柱交接区形成不产生变形的刚域。 当剪力墙的洞口尺寸较大,墙肢宽度较小,连梁的线刚度接近于墙肢的线刚度时, 剪力墙的受力性能已接近于框架,这种剪力墙称为壁式框架。 图 1 为剪力墙墙体上洞口大小对剪力墙工作性能的影响。

图 1 剪力墙的分类

7.各类剪力墙内力与位移计算要点如何?(计算重点:整体墙,小开口墙, 壁式框架) 答:各类剪力墙内力与位移计算要点: 1) 整体剪力墙
高层建筑结构-----复习题参考答案 41 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

对于整体剪力墙,在水平荷载作用下,根据其变形特征(截面变形后仍符合平面假 定) ,可视为一整体的悬臂弯曲杆件,用材料力学中悬臂梁的内力和变形的基本公式进 行计算。 (1)内力计算 整体墙的内力可按上端自由,下端固定的悬臂构件,用材料力学公式,计算其任意 截面的弯矩和剪力。总水平荷载可以按各片剪力墙的等效抗弯刚度分配,然后进行单片 剪力墙的计算。 剪力墙的等效抗弯刚度(或叫等效惯性矩)就是将墙的弯曲、剪切和轴向变形之后 的顶点位移,按顶点位移相等的原则,折算成一个只考虑弯曲变形的等效竖向悬臂杆的 刚度。 (2)位移计算 整体墙的位移,如墙顶端处的侧向位移,同样可以用材料力学的公式计算,但由于 剪力墙的截面高度较大,故应考虑剪切变形对位移的影响。当开洞时,还应考虑洞口对 位移增大的影响。 2) 小开口整体剪力墙 小开口墙是指门窗洞口沿竖向成列布置,洞口的总面积虽超过墙总面积的 15%,但 仍属于洞口很小的开孔剪力墙。通过实验发现,小开口剪力墙在水平荷载作用下的受力 性能接近整体剪力墙,其截面在受力后基本保持平面,正应力分布图形也大体保持直线 分布,各墙肢中仅有少量的局部弯矩;沿墙肢高度方向,大部分楼层中的墙肢没有反弯 点。在整体上,剪力墙仍类似于竖向悬臂杆件。就为利用材料力学公式计算内力和侧移 提供了前提,再考虑局部弯曲应力的影响,进行修正,则可解决小开口剪力墙的内力和 侧移计算。 首先将整个小开口剪力墙作为一个悬臂杆件,按材料力学公式算出标高 z 处的总弯 矩 M FZ 、总剪力 VFZ 和基底剪力 V0 。 (图 2)

高层建筑结构-----复习题参考答案

42

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

图2

其次,将总弯矩分为两部分:1)产
' 体弯曲的总弯矩 M FZ (占总弯矩的 85%) ,

生 整 2)产

生局部弯曲的总弯矩(占 15%) 。

(1)墙肢弯矩计算
' 第 i 墙肢受到的整体弯曲的弯矩 M Zi

为: (1)
图 3 小开口整体剪力墙内力图

' ' M Zi ? M FZ

Ii I ? 0.85 M FZ i I I

式中

I i ——墙肢 i 的惯性矩;

I——剪力墙整个截面的惯性矩 第 i 墙肢受到的局部弯曲的弯矩 M ' 'Zi
' M ' ' Zi ? M FZ

Ii ? 0.15 M FZ I

?I

Ii

i

第 i 墙肢受到的弯矩 M Zi

M Zi ? 0.85 M FZ

Ii ? 0.15 M FZ I

?I

Ii

i

(2)墙肢剪力计算 墙肢剪力,底层按墙肢截面面积分配;其余各层墙肢剪力,可按材料力学公式计算 截面面积和惯性矩比例的平均值分配剪力,第 i 墙肢分配到的剪力 VZi 可近似地表达为:
? A I ? 1 V Zi ? V FZ ? i ? i ? ??A ?I ? 2 i i ? ?
高层建筑结构-----复习题参考答案 43 2009.12

(2)

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

式中, Ai 为墙肢截面面积。 (3)顶点位移计算 考虑到开孔后刚度的削弱,应将整体墙的水平位移计算结果乘 1.20。 3) 双肢剪力墙 联肢墙由于门窗洞口尺寸较大,墙截面上的正应力不再成直线分布,其受力和变形 发生了变化,墙肢的线刚度比连梁的线刚度大得多,每根连梁中部有反弯点,各墙肢单 独弯曲作用较显著,仅在少数层内墙肢出现反弯点,故需采用相应方法分析。 墙面上开有一排洞口的墙称双肢墙;当开有多排洞口时,称多肢墙。 双肢墙由于连系梁的连结,而使双肢墙结构在内力分析时成为一个高次超静定的问 题。为了简化计算,一般可用解微分方程的办法(连续连杆法)计算。 (1)基本假定 a)将每一楼层处的连系梁简化为均匀连续分布的连杆,见图 4;

图 4 双肢剪力墙计算图 b)忽略连系梁的轴向变形,即假定两墙肢在同一标高处的水平位移相等; c)假定两墙肢在同一标高处的转角和曲率相等,即变形曲线相同; d)假定各连系梁的反弯点在该连系梁的中点; f)认为双肢墙的层高 h、惯性矩 I 1 、 I 2 ;截面积 A1 、 A2 ;连系梁的截面积 Al 和惯 性矩 I l 等参数,沿墙高度方向均为常数。 根据以上假定,可得双肢墙的计算简图,如图 4(b)所示。

高层建筑结构-----复习题参考答案

44

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

(2)内力及侧移计算 将连续化后的连续梁沿中线切开,见图 4(c) ,由于跨中为反弯点,故切开后在截 面上只有剪力集度 V(z)及轴力集度 N l ?z ? 。根据外荷载、V(z)及 N l ?z ? 共同作用下, 沿 V(z)方向的相对位移等于零的变形协调条件,可建立一个二阶常系数非齐次线性微 分方程,考虑边界条件后,可求得微分方程的解,进而可求得双肢剪力墙在水平荷载作 用下的内力和侧移。 4) 多肢剪力墙 具有多于一排且排列整齐的洞口时,就成为多肢剪力墙。多肢墙也可以采用连续连 杆法求解, 基本假定和基本体系取法都和双肢墙类似。 由于墙肢及洞口数目比双肢墙多, 因此沿竖向切口的基本未知量将相应增多。在每个连梁切口处建立一个变形协调方程, 则可建立 k 个微分方程。要注意,在建立第 i 个切口处协调方程时,除了 i 跨连梁内力 影响外,还要考虑第 i-1 跨连梁内力和第 i+1 跨连梁内力对 i 墙肢的影响,这是与双肢 剪力墙的一个明显区别。 5) 壁式框架 答:剪力墙开洞较大,连梁刚度与墙肢刚度接近,受力特点接近框架结构, 壁式框架在水平荷载作用下内力计算采用 D 值法,其与框架内力计算的区别有两 点,1)因墙肢截面较宽,考虑了剪切变形的影响;2)因刚域的存在。壁式框架的节点 不能象框架按一个“点”而是按一个“区”----弯曲变形与剪切变形均很小的刚域考虑, 壁式框架的梁柱均为带刚域的变截面杆。 壁梁与壁柱均按具体计算时,是修正了壁柱的抗侧刚度,D=αcki12/h2 , 弯点的位置。Y=a+syn+y1+y2+y3 壁式框架的计算简图如下图: 修正了反

高层建筑结构-----复习题参考答案

45

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

8. 壁式框架梁与柱刚域的计算 壁式框架梁柱轴线由剪力墙连梁和墙肢的形心线确定。 壁梁、壁柱端部刚域的取法如图所示。 梁刚域长度:

bc
a1

1 lb1 ? a1 ? hb 4 1 lb 2 ? a2 ? hb 4
柱刚域长度:
lc 2

a2

c2
hb

1 lc1 ? c1 ? bc 4 1 lc 2 ? c2 ? bc 4

l c1 l b1
lb 2

c1

9. 壁式框架的剪切刚度(抗推刚度)计算 框架柱的侧移刚度(D)定义为:使框架柱两端产生单位相对侧移所需施加的水平 剪力。 总框架(此处指一榀框架)的剪切刚度 Cfj 定义为:使总框架在楼层间产生单位剪切变 形所需施加的水平剪力。

? ?1

C f ? h? D j

Cf

?D
h

? ?1

C fi ? h? D j
上式为第 i 层的层间剪切刚度 ΣDj------同一层内所有框架柱的抗侧移刚度

Dj ? ?

12ic h2

当各层 Cf 不同时,可近似以各层的 Cf 按高度加权平均值。称为框架的剪切刚度。

Cf ?

n1C f 1 ? n2C f 2 ? ? ? nmC fm n1 ? n2 ? ? ? nm

n---共有 n 层;

设有m片壁式框架:则总框架的剪切刚度为各框架剪切刚度之和,按下式计算:

C总 ? ? C ji
j ?1

m

10 当墙高、墙宽、墙厚及水平荷均相同但因开洞不同分别为四种剪力墙时、请对以下四
高层建筑结构-----复习题参考答案 46 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

项由小至大进行排序。 a) 开洞;b) 抗侧刚度;c) 墙的整体性;d)墙顶点最大水平位移。 11.壁式框架与框架结构在计算内力时,采用 D 值法有何区别?

由于壁柱和壁梁的截面都比较宽,剪切变形的影响是不可忽略的; 在梁柱节点处有刚域存在。
壁式框架是杆件端部带有刚域的变截面刚架。其计 算方法可以采用 D 值法,但是需要对梁、柱刚度和柱 子反弯点高度进行修正。 带刚域杆件的刚度系数为:
K 21 ? c i 梁:左端:K12 ? ci 右端: (此刚度系数在计算柱D值的影响系数时要用到) 。
'

k1

k2
bh

h h’
kc k3

yh

壁柱的抗推刚度D计算式为 12 c ? c' D ? ?K c 2 Kc ? i h 2 (1 ? a ? b) (1 ? a ? b) c' ? c? 3 (1 ? a ? b)3 (1 ? ? i ) (1 ? a ? b) (1 ? ? i )

k4

ah

? i ——考虑剪切变形影响后的附加系数, 12 ?EI ?i ? GAl '2 壁柱反弯点高度比按下式计算:
y ? a ? syn ? y1 ? y2 ? y3

式中,a——柱子下端刚域长度系数; s——壁柱扣除刚域部分柱子净高与层高的比值(s=h’/h) ; 其他符号意义同框架计算相同。

12.划分剪力墙类别,主要考虑哪两个方面?分别用什么来表示?各类剪力墙如何划 分? 答:划分剪力墙类别,主要考虑两个方面:一是各墙肢之间的整体性;二是是否出 现反弯点,出现反弯点层数越多,就越接近框架。

? 值实际上反映了连系梁与墙肢之间刚度的比值,体现了整个剪力墙的整体性。连
梁刚度大而墙肢刚度相对较小时, ? 值大,连梁对墙肢的约束强,剪力墙的整体性好; 反之则差。
高层建筑结构-----复习题参考答案 47 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

墙肢是否出现反弯点, 与墙肢惯性矩的比值 若

In , 整体性系数 ? , 层数 n 等因素有关。 I

In I 小,说明洞口狭窄,截面削弱较小;反之,若 n 大,则洞口大,截面削弱大。当 I I

In 由小到大,且大到一定程度时,剪力墙墙肢则表现出框架柱的受力特点,出现反弯 I
点。根据墙肢弯矩是否出现反弯点的分析,给出了 第二个判别准则。 ? ??,N ? 值可查表 1。 各类剪力墙划分如下: 若 ? (整体性系数)<1,按独立墙肢计算; 若 1≤ ? <10,按联肢墙计算; 若连梁的刚度和墙肢宽度基本均匀, ? ≥10,且 当满足 ? ≥10,且

In 的限值 ? ??,N ? 作为划分剪力墙的 I

In ≤ ? 时,按小开口整体墙计算; I

In ? ? 时,按壁式框架计算。 I

若洞口面积与剪力墙立面总面积之比不大于 0.16, 且洞口净距及孔洞至墙边的净距 大于洞口的长边尺寸时,一般可作为整体剪力墙考虑。

? 一一实际上反映了连系梁与墙肢之间刚度的比值,体现了整个剪力墙的整体性。
I 一一剪力墙对组合截面形心的惯性矩,
I n ——扣除墙肢惯性矩后剪力墙的惯性矩,
In ? I ? ? Ii

13. 包括含有壁式框架的剪力墙结构中总框架的剪切刚度计算 在各榀框架各楼层的剪切刚度算出后,各榀框架相同楼层的剪切刚度相加,再沿高 度取加权平均值,即为总壁式框架的剪切刚度。

14.剪力墙结构中,同方向各片剪力墙之间如何协同工作。 答:只包括整体墙、小开口墙或联肢墙的剪力墙为第一类剪力墙; 含有壁式框架的剪力墙结构为第二类剪力墙。 第一类剪力墙中,同向各片墙按其等效刚度占总刚度的比值分配弯矩与剪力。总刚
高层建筑结构-----复习题参考答案 48 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

度为各片剪力墙等效刚度之和。 第二类剪力墙中,在同一方向,各片第一类墙求总等效刚度,各片壁式框架求总剪 切刚度。然后按框剪结构内力计算方法进行总剪力墙与总框架协同工作,以此总剪力墙 分得的弯矩与剪力再按第一类墙的方法分到各片墙。 总框架分得的弯矩与剪力按各片壁 式框架的抗推刚度占总刚度的比值分得各片壁式框架墙的内力。

15.剪力墙结构在竖向荷载下的内力如何计算? 答:各片墙承受的竖向荷载可以按照它的受荷面积计算。竖向荷载除了在连梁内产生弯 矩和剪力以外,在墙肢内主要是产生轴力。可以用比较简单的方法确定其内力。 如果墙上有梁,梁的集中荷载可按 45o 角扩散到整个墙截面上。因此,除了考虑大 梁下的局部受压外,可按分布荷载计算集中力对墙面的影响。 当纵墙和横墙是整体联结时,荷载可以相互扩散。因此,在楼板以下一定距离以外, 可以认为竖向荷载在纵、横墙内均匀分布。

16. 剪力墙的抗震设计原则,为什么要按照强墙弱梁设计剪力墙?什么是强墙弱梁? 答:1} 强墙弱梁 2} 强剪弱弯 3} 限制墙肢的轴压比和墙肢设置边缘构件 4} 加强重点部位——设置底部加强区 5} 连梁特殊处理措施 “强墙弱梁”。 “强墙弱梁” : ,具体就是强墙肢,弱连梁,目的是要让连梁屈服先 于墙肢屈服,塑性铰发生在连梁上,在设计方法上是墙肢的设计弯矩按抗震等级进行放 大调整。连梁支座设计弯矩/进行调幅。 连梁屈服先于墙肢屈服,使塑性变形和耗能分散于连梁中,避免因墙肢过早屈服使 塑性变形集中在某一层而形成软弱层或薄弱层。 “强剪弱弯” ,连梁与墙肢的剪力进行调整。连梁设斜撑箍加强抗剪。 17. 剪力墙的轴压比限值 一、二级抗震等级的剪力墙底部加强部位,其重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比

高层建筑结构-----复习题参考答案

49

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

不宜超过下表的限制: 剪力墙轴压比限值 轴压比
N fc A

一级(9 度) 0.4

一级(7、8 度) 0.5

二级 0.6

18. 剪力墙的载面尺寸要求? 剪力墙最小厚度:剪力墙截面尺寸及剪压比的限制 ①截面尺寸 一、二级抗震: 不小于净层高的 1/20,且不小于 160mm 三、四级抗震及非抗震: 不小于净层高的 1/25,且不小于 140mm 底部加强部位不宜小于 200mm,且不宜小于层高的 1/16; ②剪压比限制 无震组合时 有震组合时 剪力墙截面高度: 剪力墙墙肢的截面高度与墙厚度之比宜大于 8。 按 JGJ3-2002 P69 第 7.1.2.8 附注的定义:剪力墙墙肢的截面高度与墙厚度之比 <=3 为柱,3~5 为异型柱,
V w ≤0.25 f c bw hw0 Vw ≤

1

? RE

(0.2 f c bw hw0 )

为 5~8 时为短肢剪力墙。大于 8 才算剪力墙。

较长的剪力墙宜开设洞口,将其分成长度较为均匀的若干墙段,墙段之间宜采用弱 连梁连接,每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于 2. 墙肢截面高度不宜大 于 8m.

19.剪力墙与钢筋混凝土压弯构件相比有何特点?在剪力墙内,各种钢筋的作用如何? 需要进行哪些计算与验算? 答:墙体承受轴力,弯矩和剪力的共同作用,它应当符合钢筋混凝土压弯构件的基 本规律。但与柱子相比,它的截面往往薄而长(受力方向截面高宽比远大于 4) ,沿截面 长方向要布置许多分布钢筋,同时,截面剪力大,抗剪问题较为突出。这使剪力墙和柱 截面的配筋计算和配筋构造都略有不同。 在剪力墙内,由竖向分布筋和受力纵筋抗弯、水平钢筋抗剪,需要进行正截面抗弯 承载能力和斜截面抗剪承载能力计算,必要时,还要进行抗裂度或裂缝宽度的验算。剪

高层建筑结构-----复习题参考答案

50

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

力墙必须依赖各层楼板作为支撑,保持平面外稳定。在楼层之间也要保持局部稳定,必 要时还应进行平面外的稳定验算。 20.如何判别剪力墙的大、小偏心受压? 答:与偏心受压柱类似,在极限状态下,当剪力墙的相对受压区高度 ξ (x/hw0)≤ ξ b 时,为大偏心受压破坏;ξ >ξ b 时为小偏心受压破坏。 21.剪力墙按大偏心受压进行强度计算时,应满足哪两个条件? 答:剪力墙按大偏心受压进行强度计算时,应满足的两个条件: (1)必须验算是否满足 ξ ≤ξ b。若不满足,则应按小偏压计算配筋。 (2)无论在哪种情况下,均应符合 x ? 2a ' 的条件,否则按 x ? 2a ' 进行计算。 22.剪力墙大、小偏心受压破坏的特点与假定如何? 答:大偏压破坏时,远离中和轴的受拉、受压钢筋都可以达到流限 fy,压区混凝土 达到极限强度α 1fc,但是靠近中和轴处的竖向分布筋不能达到流限。按照平截面假定, 未达流限的范围可以由计算确定。但为了简化计算,在剪力墙正截面计算时,假定只在 1.5x 范围(x 为受压区高度)以外的受拉竖向分布筋达到流限并参加受力。在 1.5x 范 围内的钢筋未达流限或受压,均不参与受力计算。 与小偏压柱相同,剪力墙截面小偏压破坏时,截面上大部分受压或全部受压。在压 应力较大的一侧,混凝土达到极限抗压强度而丧失承载能力,端部钢筋及分布钢筋均达 到抗压屈服强度,但计算中不考虑分布压筋的作用。在受拉区分布钢筋应力较小,因而 受拉区分布钢筋的作用也不考虑。这样,剪力墙截面极限状态的应力分布与小偏压柱完 全相同,配筋计算方法也完全相同。 23. 剪力墙对称配筋大偏压计算公式. 详教材(要求了解公式中各符号的意义) 。

24(选作).如何判别剪力墙的大、小偏心受拉?它们各有何受力特点?设计思路如何? 答:剪力墙在弯矩 M 和轴向拉力 N 作用下,当拉力较大,使偏心矩
e0 ? M / N ? h / 2 ? a 时 , 全 截 面 受 拉 , 属 于 小 偏 心 受 拉 情 况 。 当 偏 心 矩 e0 ? M / N ? h / 2 ? a ,即为大偏心受拉。

在小偏心受拉情况下,整个截面处在拉应力状态下,混凝土由于抗拉性能很差将开 裂贯通整个截面,所有拉力分别由墙肢腹部竖向分布钢筋和端部钢筋承担。因此,剪力 墙一般不可能也不允许发生小偏心受拉破坏。 在大偏心受拉情况下,截面上大部分受拉,仍有小部分受压。与大偏压一样,假定
高层建筑结构-----复习题参考答案 51 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

1.5x 范围以外的受拉分布钢筋都参加工作并达到屈服, 同时忽略受压竖向分布钢筋的作 用。 25.剪力墙斜截面承载力计算的主要目的是什么? 答;设计中通常认为:竖向分布筋抵抗弯矩,而水平分布筋抵抗剪力。这样,剪力 墙就由混凝土和水平钢筋共同抗剪。 所以斜截面承载力计算的主要目的就是在已定截面 尺寸和混凝土等级的情况下,计算水平分布筋的面积。 26.为什么要对剪力墙截面的剪压比进行限制? 答:试验表明,当剪力墙截面尺寸太小(通常指厚度太小) ,截面剪应力过高时,会 在早期出现斜裂缝,而且很可能是在抗剪钢筋还没有来得及发挥作用时,混凝土就在高 剪力及压力下被挤碎了,此时配置更多的抗剪钢筋已毫无意义。为避免这种破坏,应当 对截面的剪压比进行限制。 27. 剪力墙载面的剪力调整及目的 答:目的:抗震设计时,要体现“强剪弱弯”的原则,保证塑性铰区不过早出现剪切 破坏。 剪力调整: 底部加强部位:
Vw ? ?vwV

? vw ?

墙肢剪力放大系数,一级为 1.6,二级为 1.4,三级为 1.2

其他部位:

Vw ? V

28. 什么是短肢剪力墙?异型柱 按 JGJ3-2002 P69 第 7.1.2.8 附注的定义:剪力墙墙肢的截面高度与墙厚度之比 <=3 为柱,3~5 为异型柱,

为 5~8 时为短肢剪力墙。大于 8 才算剪力墙。

29.剪力墙底部加强部位如何界定? 答:剪力墙底部加强区部位:以下三条中取大者。 – – – 墙肢总高度的 1/8; 底部二层; 不大于 15m。

30. 剪力墙结构在水平荷载作用下的平面协调工作计算方法。

高层建筑结构-----复习题参考答案

52

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

答:各片剪力墙的变形通过楼板协调,在同一主轴方向,若只有整体墙,小开口墙 及联肢墙; 协调工作的结果就是各片剪力墙分担的剪力是按各片剪力墙等效刚度占总剪 力墙的总等效刚度的比例进行分配。 总剪力墙的总等效刚度计算: 在同一主轴方向,设有 m 片墙,包括全部整体墙,小开口墙及联肢墙;其总刚度为 m 片剪力墙等效刚度之和为部剪力墙的总等效刚度。

Ec I eq ? ? Ec I eq ( j )
j ?1

m

当剪力墙结构所计算主轴方向中,存在壁式框架,则此剪力墙结构在此方向的计算 与设计实为“框架-剪力墙结构” ,应按“框架-剪力墙”结构的铰接体系计算。 按框架-剪力墙铰接体系计算内力,方法可采用查表法。 λ称为结构刚度特征值。是反映总框架和总剪力墙刚度之比的一个参数,对框架剪力墙的受力和变形都有很大影响。

??H

Cf EI w

H—结构总高度; EIw 为总剪力墙的等效刚度。 Cf---剪切刚度 框剪结构在水平荷载作用下求内力, 首要任务是总剪力墙与总框架之间如何分配剪 力, (按公式计算(略) ,公式与特征值相关) 。然后才是总剪力墙之间的剪力分配及各 框架之间的内力再分配问题。各剪力墙之间是按等效刚度的大小进行分配,各榀框架之 间是按剪切刚度的大小进行分配。 31.剪力墙斜截面受剪破坏主要有哪几种破坏形态?设计中如何考虑这些破坏? 答:与受弯构件相似,剪力墙斜截面受剪破坏主要有三种破坏形态—剪拉破坏、剪 压破坏和斜压破坏。其中剪拉破坏和斜压破坏比剪压破坏显得更脆性,设计中应尽量避 免。在剪力墙设计中,通过构造措施防止发生剪拉和斜压破坏,通过计算确定墙中水平 钢筋,防止其发生剪切破坏。具体地,是通过限制墙肢内分布钢筋的最小配筋率防止发 生剪拉破坏;通过限制截面剪压比避免斜压破坏;设计中进行的斜截面承载力计算则是 为了防止剪压破坏。 32. 剪力墙腹板中存在着哪几种分布钢筋?各有何作用?它们各自所起作用的大小与哪 些因素有关?设计中是如何处理的? 答:剪力墙腹板中存在竖向及水平分布钢筋,二者都可阻止斜裂缝展开,维持混凝 土抗剪压的面积,从而改善沿斜裂缝剪切破坏的脆性性质。它们各自所起作用的大小与 剪跨比、斜裂缝倾斜度有关。但是,设计中通常将二者的功能分开:竖向分布筋抵抗弯
高层建筑结构-----复习题参考答案 53 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

矩,而水平分布筋抵抗剪力。这样,墙肢就由混凝土和水平钢筋共同抗剪。所以,斜截 面承载力计算就是在已定截面尺寸和混凝土等级的情况下,计算出水平分布筋的面积, 从而起到防止剪压破坏的目的。 33.连梁的配筋形式有哪几种,各有什么特点? 答:试验研究表明,若连梁采用普通梁的配筋方式(纵向钢筋抗弯、竖向钢筋抗剪) (图(a),其抗震性能稍差,只有在严格控制截面平均剪应力的条件下连梁才可能有 ) 较好的延性。否则,即使做到 “强剪弱弯” ,也常常是在钢筋屈服后不久连梁就剪坏, 延性很小。为了改善连梁的延性,可以采用斜交叉配筋形式(图(b),此种配筋,剪 ) 力传递是通过交叉钢筋的拉力和压力来实现的,混凝土裂缝对剪力的传递影响较小,因 此可避免发生斜拉破坏和出现对角线交叉裂缝以及端剪切滑移, 延性也大大改善。 此外, 在连梁中开水平缝减小其跨高比,也可改善连梁的延性(图(c)。 )

(a) (c)

(b)

34.为何剪力墙中配置的水平和竖向分布钢筋必须大于或等于最小配筋百分率? 答: 当剪力墙中水平配筋过少时, 斜裂缝—旦出现就会立即开展成一条主要斜裂缝, 裂缝宽度加大,剪压区迅速减小,使构件沿斜裂缝劈裂成两半。这是脆性的斜拉型剪切 破坏,设计中应当避免。因此,在墙肢中应当配置一定数量的水平钢筋,以限制斜裂缝 开展和防止脆性破坏。同时,还要考虑由于某种原因使墙肢产生裂缝时(如施工原因) , 剪力墙仍能抵抗温度应力并仍能承受设计荷载。所以,水平分布钢筋的最小配筋率不能 小于规范的要求。 为了防止混凝土墙体在受弯裂缝出现后立即达到极限抗弯承载力, 配置的竖向分布 钢筋也必须大于或等于最小配筋百分率。考虑到竖向分布钢筋也可以限制斜裂缝的开 展,减小竖向的温度收缩应力,所以竖向分布筋的最小配筋率与水平钢筋的相同。 35.剪力墙中配置的水平和竖向分布钢筋最小配筋百分率是怎样规定的? 水平和竖向分布钢筋最小配筋百分率: 一般部位 0.2%, 加强部位 0.25%

36.整体墙在水平荷载下的内力与位移如何计算? 答: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
高层建筑结构-----复习题参考答案 54 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

构进行计算。 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的计算。 37.为什么要在剪力墙的墙肢端部设置边缘构件? 答: 试验表明, 剪力墙在周期反复荷载作用下的塑性变形能力, 与端部边缘构件 (暗 柱、端柱、翼墙和转角墙)的范围有关,如设有暗柱的剪力墙比不设暗柱的墙体消耗地 震能量增加 23%左右。这是因为在端部有明柱或暗柱的剪力墙,不仅可防止端部钢筋压 屈并约束混凝土,还可以阻止腹板内斜裂缝迅速贯通;在腹板混凝土酥裂后,端柱仍可 抗弯及抗剪,结构不至于倒塌。因此,剪力墙墙肢端部应严格按《高规》要求设置约束 边缘构件或构造边缘构件, 目的是通过约束边缘构件为墙肢两端的混凝土提供足够的约 束,以保证剪力墙肢底部塑性铰区的延性性能以及耗能能力。 38. 剪力墙的两类边缘构件及其设置要求。 剪力墙边缘构件就是墙柱,墙柱包括暗柱、端柱、翼(墙)柱(也称翼墙)和转角 墙(柱) 剪力墙边缘构件分为约束边缘构件 、 构造边纵构件,其中一、二级剪力墙在底部 加强部位及其上一层墙肢端部应设置约束边缘构件。其它部位及三、四级剪力墙或非抗 震剪力墙应设构造边缘构件。 (具体设置要求详高规) 代号:约束边缘构件:YAZ,YYZ 构造边缘构件:GAZ,GYZ, 或 AZ,YZ

39.什么是开洞剪力墙?为什么说如果经过合理设计,开洞剪力墙的抗震性能比悬臂墙 好?请说明“合理设计”有哪些要求? 答:开洞剪力墙,是指分别按连梁及墙肢构件设计的开有较大洞口的剪力墙。 悬臂剪力墙是静定结构,只要有一个截面破坏,就会导致结构失效或倒塌;而开洞 剪力墙则不然,它是超静定结构,连梁及墙肢都可出铰。如果做成强墙弱梁的剪力墙, 将连梁设计成延性的耗能构件,则可大大改善剪力墙的延性。同时,如将塑性铰或破坏 局限在连梁上,则震后便于修复。所以说,如果经过合理设计,开洞剪力墙的抗震性能 比悬臂墙好。 与延性框架类似,设计延性开洞剪力墙时,应处理好三个基本原则:预计的弹性区 要强,塑性区要弱;墙肢要强,连梁要弱;抗剪强度要强,抗弯强度要弱。也就是说, 作为超静定结构的开洞剪力墙如能在连梁上首先出现塑性铰,吸收地震能量,从而避免 墙肢的严重破坏,实现“强墙弱梁” ,而墙肢及连梁构件做到“强剪弱弯” ,才可得到较 为理想的延性剪力墙结构。 可见, 作为超静定结构的开洞剪力墙, 如能实现 “强墙弱梁” , 则比悬臂剪力墙具有更好的抗震性能。

高层建筑结构-----复习题参考答案

55

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

40. 联肢墙在水平力作用下的破坏机制 高层建筑联肢墙在水平力作用下的破坏分为脆性破坏 (即剪切破坏) 和延性破坏 (即 弯曲破坏)两种。 联肢墙的脆性破坏又可分为两种情况。一种是脆性破坏发生于墙肢。墙肢由于抗剪 能力不够而发生剪切破坏,会使剪力墙很快丧失承载能力。造成结构的突然倒塌。这是 设计所应该绝对避免的。抗震规范里规定了抗震墙截面的剪压比限值和抗震等级为一、 二级时抗震墙底部加强部位剪力设计值的放大系数, 就是为了防止剪力墙早于弯曲破坏 而发生剪切破坏。脆性破坏的第二种情况是连梁发生剪切破坏。连梁发生剪切破坏会使 联肢墙各墙肢丧失连梁对墙肢的约束作用。在沿墙全高所有连梁均发生剪切破坏时,联 肢墙的各墙肢将成为单片的独立墙,这会使结构的侧向刚度大大降低,墙肢弯矩加大。 但是,和第一种墙肢发生剪切破坏相比,连梁发生剪切破坏时结构尚未丧失承载能 力, 在墙肢破坏前, 只要所考虑的连梁不承担较大的竖向荷载, 还不会造成结构的倒塌。 剪力墙的延性破坏也可分为两种情况。 一种是连梁不屈服, 墙肢首先发生弯曲破坏, 这种墙在破坏时的极限变形较小。因此,对有抗震设防要求的建筑来说,它虽然是一种 延性破坏,但吸收地震能量的能力是较低的。设计中应避免这种情况的发生。延性破坏 的第二种是连梁先屈服,最后是墙肢的屈服。当连梁有足够的延性时,它能通过塑性铰 的变形吸收大量的地震能量。同时,通过塑性铰仍能继续传递弯矩和剪力,对墙肢起到 一定的约束作用,使联肢墙保持足够的刚度和强度。这是设计时应首先考虑做到的。为 了保证联肢墙的延性要求,对连梁的延性要求是非常高的。因此,在设计高层建筑剪力 墙时,必须十分注意保证连梁的延性要求。 以上主要从抗震的角度分析了联肢墙的破坏机制。对于非抗震的情况,水平作用力 主要是风荷载。 风荷载是一种实实在在的荷载, 不能通过结构的塑性变形来减少风荷载。 但可以通过结构的塑性变形将荷载分布到其他尚未屈服的构件。 通过内力重分布提高结 构的整体承载能力,避免由于个别构件的破坏造成整个结构丧失承载能力。因此,以上 关于联肢墙破坏机制的讨论在非抗震设计中是同样有意义的。 41. 什么是框支剪力墙?什么叫框支柱、框支梁? 当底层需要大空间时,采用框架结构支撑上部剪力墙,就形成框支剪力墙。在地震 区,不容许采用纯粹的框支剪力墙结构。 支承剪力墙的柱为框支柱,支承剪力墙的框梁称为框支梁。

高层建筑结构-----复习题参考答案

56

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

第七章 框架—剪力墙协同工作的特点 1.框架—剪力墙结构的侧向位移有何特点? 答:框架—剪力墙结构的侧向位移特点: 如图所示,在水平荷载作用下,框架的变形曲线是 以剪切变形为主,称为剪切型曲线;而剪力墙是竖向悬 臂梁, 在水平荷载作用下, 其变形曲线以弯曲变形为主, 所以称为弯曲型曲线(1(b)。但是当框架和剪力墙由 ) 自身平面内刚度很大的楼盖连接成整体结构,即框架— 剪力墙结构时,楼盖则迫使二者在同一楼层上必须保持 相同的位移,从而共同工作,此即协同工作。框架—剪力墙结构的变形曲线既不是弯曲 型,也不是剪切型,而是介于二者之间的一种状况(图 1(c),称之为弯剪型曲线。 ) 图中,在共变点 A 以下,剪力墙的侧移小于框架,剪力墙控制着框架,变形类型呈 弯曲型;在共变点 A 以上,框架的侧移小于剪力墙的侧移,框架控制着剪力墙,变形呈 剪切型。故整个框-剪结构的变形曲线类型上剪下弯,整体属弯剪型,为反 S 形。 随着体系中剪力墙和框架的相对数量和抗侧刚度的比值的不同,框-剪结构侧移曲 线的形状将发生变化。

(a) 框架自由变形

(b) 剪力墙自由变形

(c)框架与剪力墙共同变形

(d)

框架、剪力墙、框架—剪力墙结构变形曲线图 图1

2.框架—剪力墙结构的荷载分布有何特点? 答:框架—剪力墙结构的荷载分布特点:

高层建筑结构-----复习题参考答案

57

图 2(2009.12 a)外荷载 (共 72 页) (b)剪力墙承受的 荷载 (c)框架承受的荷载

高层建筑结构讲义---复习思考题

在框架—剪力墙结构中,框架和剪力墙的变形必须协调,这样,二者都有阻止对方 自由变形的趋势,必然会在二者之间产生相互作用力,导致框架与剪力墙的荷载和剪力 分配沿结构高度方向不断变化,且荷载分布形式与外荷载形式也不一致。 图 2 为均布荷载作用下,框架—剪力墙结构的荷载分配示意图。从图中不难看出, 剪力墙下部承受的荷载大于外荷载,到了上部,荷载逐渐减小,顶部作用有反向的集中 力。而框架下部承担的荷载明显小于剪力墙承受的荷载,且与外荷载作用方向相反,说 明框架在下部实际上是加大了对剪力墙的负担;越往上部,框架承受的荷载逐渐变为与 外荷载作用方向一致, 说明框架在上部对剪力墙起卸荷作用; 框架顶部亦作用有集中力, 它与剪力墙上部的集中力大小相等,方向相反。

3.框架—剪力墙结构的剪力分布有何特点? 答:框架—剪力墙结构的剪力分布特点: 在均布水平荷载作用下,楼层的总剪力是按三角形分布的(图 3(b),框架和剪力 ) 墙分配到的层剪力分别如图(c)(d)所示。剪力墙在下部承受大部分剪力,往上迅速 、 减小,到上部可能出现负剪力;而框架的剪力在下部很小,向上层剪力增大,在结构的 中部大约距结构底部 0.3H~0.6H 处(H 为结构总高) ,达到最大值,然后又逐渐减小, 但上部的层剪力仍然相对较大。因此,框架—剪力墙结构的剪力分布具有如下特点: 1)框架上下各层的层剪力趋于均匀,而剪力墙上下各层剪力很不均匀。 均布荷载作用下,单纯框架所承受的水平剪力上小下大。而在框剪结构中,由于剪 力墙分担水平剪力的作用,使框架的受力状况和内力分布得到改善。主要表现为,框架 在房屋上部所承受的水平剪力有所增加,在框架下部所承受的水平剪力减小,结果是框 架承受的水平剪力上、下分布比较均匀(图 3(d),沿高度方向各层梁柱弯矩的差距减 ) 小,截面尺寸不致有过大的变化,有利于减少构件的规格型号。 2)框架剪力 Vf 与剪力墙剪力 Vw 的分配比例随截面所在位置的不同而不断变化。其 中,剪力墙在下部受力较大,而框架在中部受力较大,所以设计框剪结构时应着重底部 和中部。 3)结构的顶部,尽管外荷载所产生的总剪力应该等于零,但框架和剪力墙的顶部剪 力均不为零,它们大小相等,方向相反。这是由于相互间在顶部有集中力作用(图 2) 的缘故。 在框架结构中,层剪力按各柱的抗侧刚度在各柱间分配;在剪力墙结构中,层剪力
高层建筑结构-----复习题参考答案 58 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

按各片墙的等效抗弯刚度在各片墙间分配;但在框-剪结构中,水平力却按着协同工作 进行分配。 此外,框架和剪力墙之间的协同工作是借助于楼盖结构平面内的剪力传递实现的, 这就要求楼板应能传递剪力,因此,在框剪结构中,楼盖结构的整体性和平面内刚度必 须得到保证,尤其顶层还要传递相互作用的集中剪力。这是设计时应当注意的地方。

(a)总荷载 (b)总剪力 Vp (c) 框 — 剪 结 构 中 剪 力 墙 剪 力 V (d)框—剪结构中框架剪力 Vf 图 3 均布荷载作用下的剪力分配示意图

4.框架一--剪力墙协同工作具有哪些特点? 答:框架一剪力墙协同工作具有以下特点: (1)在房屋的上部,框架“帮”剪力墙 在房屋的上部(即 A 点以上) ,单独剪力墙的变形大于单独框架的变形。但在框架 —--剪力墙结构中, 由于楼板的约束作用使得框架和剪力墙共同变形, 两者变形协调后, 剪力墙的变形从 a 减小到 c,而框架的变形从 b 加大到 c,这说明在结构的上部,框架 将剪力墙向里拉,变形减小,从而剪力墙的受力要比单独受力时小,而框架的受力恰好 相反,比单独受力时加大,因此,在房屋的上部,框架帮了剪力墙的忙。 (2)在房屋的下部,剪力墙“帮”框架 在房屋下部(即 A 点以下),情况刚好相反,是剪力墙帮了框架的忙。由于剪力墙的 刚度远远大于框架的刚度,这种“帮忙”的作用就十分显著,剪力墙承担了大部分剪力, 而框架却只承担小部分剪力。因此,在地震作用下,通常是剪力墙首先屈服,之后将产 生内力重分配,框架承担的剪力比例将会增加。如果地震作用继续增大,则框架也会随 后进入屈服状态。因此,框架—--剪力墙结构中,可将剪力墙作为第一道防线,框架作

高层建筑结构-----复习题参考答案

59

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

为第二道防线。 从上述分析可以看出,框架一--剪力墙结构协同工作的特点使得框架和剪力墙结构 在这种体系中能充分发挥各自的作用(框架主要承受竖向荷载,剪力墙主要承受水平荷 载) ,从而充分体现出这种结构体系的优越性。

5.在框架—剪力墙结构中,剪力墙合理布置的关键是什么? 答:框架—剪力墙结构中,框架的布置与纯框架结构布置相同;剪力墙合理布置的 关键是其数量、形式及位置。

6.抗震设计时,如果按框架—剪力墙结构进行设计,为发挥其优点,剪力墙的数量需 要满足哪些要求? 答:抗震设计时,如果按框架—剪力墙结构进行设计,为发挥其优点,剪力墙的数 量需要满足一定的要求。第一,应使结构满足承载力要求;第二,要使结构有足够的抗 侧刚度, 使结构的位移不超过限值, 剪力墙的总抗侧刚度 (指全部剪力墙抗弯刚度总和) 可用 EIw 表示,通常建筑物愈高,要求的 EIw 也愈大;第三,基本振型地震作用下剪力 墙部分承受的倾覆力矩不应小于结构总倾覆力矩的 50%。 这是指框架与剪力墙的相对关 系,当不满足此要求时,意味着结构中剪力墙的数量偏少,框架承担较大的地震作用, 此时结构的抗震等级和轴压比应按纯框架结构执行。计算表明当刚度特征值λ 不大于 2.4 时,可实现这一要求。 但是,在框架—剪力墙结构中,剪力墙的数量并不是越多越好。剪力墙的数量(用 总抗弯刚度 EIw 表示)以使结构满足位移要求为恰到好处。一般宜将框架—剪力墙结构 的特征系数设计在 1 ? ? ? 2.4 范围内。

7.为使框架—剪力墙结构更好地发挥两种结构各自的作用并且使整体合理地工作。在 结构布置时应遵循哪些要求? 答: 为使框架—剪力墙结构更好地发挥两种结构各自的作用并且使整体合理地工作。 在结构布置时应遵循以下要求: (1)在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位宜布 置剪力墙,而且剪力墙的间距不宜过大。 (2) 剪力墙布置时应注意将纵横剪力墙连成组合体, 以增加其刚度和稳定性。 所以,
高层建筑结构-----复习题参考答案 60 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

纵、横剪力墙宜做成 L 形、T 形、匚形、工形或井筒形等型式,不宜采用单片形,更不 宜为了加大剪力墙的截面惯性矩而设置一道很长的墙。 (3)框架—剪力墙结构应设计成双向抗侧力体系。而且在抗震设计时,剪力墙的布 置宜使结构纵横两个方向的抗侧刚度尽可能相近。 (4)剪力墙宜均匀对称布置,以减少结构的扭转效应。如不能对称,也要尽量使刚 度中心和质量中心(抗风结构则为风力合力中心)接近,减少水平荷载引起的扭矩。 此外,剪力墙宜靠近建筑物外围布置,可加强结构的抗扭作用。但是当框架—剪力 墙结构的平面是长矩形或平面有一部分较长时, 纵向剪力墙不宜集中布置在房屋的两尽 端。 (5)剪力墙应贯通全高,使结构上下刚度均匀或逐渐减小(剪力墙厚度可逐渐减 小) ,避免沿高度方向刚度突变;剪力墙开洞时,洞口宜布置在截面中间,并尽量做到 上下对齐、大小相同。

8.框架—剪力墙结构中,如何考虑剪力墙的间距? 答:框架—剪力墙结构中,楼盖必须有足够的平面内刚度,才能依靠楼盖传递水平 荷载,保证剪力墙与框架的水平变形相同,实现框架与剪力墙协同工作。 现行《高规》规定,剪力墙的最大间距宜满足表 7-1 的要求。当剪力墙之间的楼盖有 较大开洞,对楼盖平面刚度有所削弱时,剪力墙的间距应适当减小。 表 7-1 框架-剪力墙结构中剪力墙的最大间距 无抗震要 楼盖结构形式 求时 (取较小 值) 现浇板、叠合梁 板 装配整体式楼板 5B、60m 3.5B、50m 4B、50m 3B、40m 3B、40m 2.5B、30m 2B、30m 不宜采用 抗 震 设 防 烈 度 6 度、7 度 (取较小 值) 8度 (取较小 值) 9度 (取较小 值)

注:①表中 B 为楼面宽度,单位是 m; ②现浇层厚度大于 60mm 的叠合楼板可按现浇板考虑。

高层建筑结构-----复习题参考答案

61

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

9.框架—--剪力墙结构在水平荷载作用下的内力计算可分为哪两步? 答:框架—--剪力墙结构在水平荷载作用下的内力计算可分两步:首先求出水平力 在各榀框架和剪力墙之间的分配;然后再分别计算各榀框架或剪力墙的内力。

10.框架—--剪力墙结构在水平荷载作用下有哪些基本假定?其计算简图如何 答:框架—--剪力墙结构在水平荷载作用下的基本假定: (1)楼盖结构在其自身平面内的刚度为无限大,平面外的刚度可忽略不计; 楼板在自身平面内刚度无限大, 可以保证楼板将抗震缝区段内的整个框架和剪力墙 连成整体,而不产生相对变形。 (2)水平荷载的合力通过结构的抗侧刚度中心,即不考虑扭转的影响。 房屋的刚度中心与作用在房屋上的水平荷载的合力中心相重合, 以保证房屋在水平 荷载作用下不发生扭转。 否则, 产生扭转房屋的受力情况是非常复杂的。 为了简化计算, 只要房屋体型规整,剪力墙布置对称、均匀,一般可不考虑扭转的影响。

11.框架—--剪力墙结构在水平荷载作用下计算简图如何? 答:框架—剪力墙结构的计算简图,主要是确定如何归并为总剪力墙、总框架,以 及确定总剪力墙与总框架之间的联系和相互作用方式。 由基本假定可知,在水平荷载作用下,框架—剪力墙结构没有扭转,只有沿荷载作 用方向的位移,而框架和剪力墙之间又没有相对位移,所以,在同一楼层标高处,各榀 框架与剪力墙的水平位移是相同的。这样,就可以将计算单元内的各榀框架综合起来, 形成总框架;把所有剪力墙综合在一起形成总剪力墙。考虑它们间的协同工作,将总框 架和总剪力墙移到同一平面内,按平面结构处理。而在二者之间,根据联系方式和约束 程度的不同,可将框架—剪力墙结构简化为两种计算体系:铰结体系和刚结体系。 (1)铰结体系 如图 4(a)所示的某框架—剪力墙结构的平面图,框架和剪力墙仅依靠楼盖连结成 整体,而楼盖对各平面结构并不产生约束弯矩,只是约束它们具有相同的水平位移,故 可将楼盖简化为铰接连杆,从而该框剪结构可简化成如图 4(b)所示的计算简图,称之 为铰结体系。其中,总剪力墙包括两片墙,总框架包括 5 榀框架。

高层建筑结构-----复习题参考答案

62

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

(a ) 图 4 铰接体系 (2)刚结体系

(b)

如图 5(a)所示的框架—剪力墙结构,横向抗侧力单元可简化为如图 5(b)所示 的计算简图。从(a)图可以看出,②轴和⑥轴都是两片墙之间由连梁连接,当剪力墙 平面内的连梁刚度较大时,连梁对剪力墙能起转动约束作用,所以当忽略剪力墙和框架 轴向变形的影响时,为简单起见,常将图(b)画成图(c)的形式。图(c)中的刚性 连杆既代表楼(屋)盖对水平位移的约束,也代表总连梁对水平位移的约束和对转动的 约束,其中连杆的抗弯刚度仅代表总连梁的转动约束作用,这就是刚结体系。当连梁截 面尺寸较小,转动刚度很小时,也可忽略它对墙肢的约束作用,把连杆处理成铰结,则 计算简图将是铰结体系。

(a)

(b) 图 5 刚结体系

(c)

但是,纵向抗侧力单元略有不同,⑨、⑩两片纵向框架中,既有剪力墙又有柱。在 框架—--剪力墙结构中,一端与墙相连、另端与柱相连的梁也称为连梁。该梁对墙和柱 都会产生约束作用,但梁对柱的约束将反映在柱的 D 值中,所以,纵向抗侧力结构的计 算简图与图 5(c)相同。只不过,此时总剪力墙包含 4 片墙,总框架包含 2 片框架和 6 根柱子,连杆中包含 8 根连梁。 不难看出,不管是铰结体系,还是刚结体系,都包含总剪力墙、总框架及连杆三种
高层建筑结构-----复习题参考答案 63 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

构件,其中刚性连杆包括与墙肢相连的所有连梁,但是如果连梁的纵轴线与水平力作用 方向相垂直,则这根梁的作用可忽略不计,其刚度不能计入综合连梁。

12.框架—--剪力墙结构的总框架的刚度如何计算? 答:所谓框架的抗推刚度,是使框架产生单位剪切角所需的剪力值。显然,总框架 的抗推刚度 Cf 等于各榀框架的抗推刚度 Cfi 之和,即 C f ? ? C fi 。但是,第 i 榀框架的 抗推刚度如何计算呢?

(a) 图 6 框架抗推刚度计算图

(b)

在第五章中,用 D 值法求水平荷载作用下框架的内力时,柱的侧移刚度 D 按下式计 算:
D ? 12? ic h2

式中,? 为与梁、柱线刚度比有关的一个系数;i c 为柱的线刚度,ic ? EI / h ,h 为层高。

D 值表示框架柱两端发生单位相对水平位移时所需的剪力(图 6(a)。那么,对某 )
层框架来说,若要使同一层中所有柱的上下端都产生单位相对水平位移,所需的剪力就 是本层所有柱的 D 值之和∑D。 而框架的抗推刚度 Cfi 是使框架沿竖向产生单位剪切角(层间变形角)时所需的剪 力,如图 6(b)所示,当剪切角θ =1 时,整层框架柱端的相对水平位移Δ u=h,也就 是说,框架的抗推刚度 Cfi 实际上也是使整层框架柱端产生相对位移 h 所需的剪力值, 而使整层柱的上下柱端都产生单位相对水平位移所需的总剪力是∑D,因此框架的抗推 刚度为
C fi ? ? D ? h ? 12?? ic h

13.框架—--剪力墙结构的总剪力墙的刚度如何计算?
高层建筑结构-----复习题参考答案 64 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

答:单片剪力墙的等效抗弯刚度可按第 6 章介绍的公式计算,而总剪力墙是由计算 单元内的各片剪力墙综合在一起形成的, 因此总剪力墙的等效抗弯刚度等于各片剪力墙 等效抗弯刚度的总和。在实际工程中,若剪力墙的刚度发生变化,但相差不太大时,则 可用加权平均的办法得到总剪力墙平均的等效抗弯刚度。

14. 什么是框架—--剪力墙结构体系的刚度特征值λ ?它对框架—剪力墙结构体系有何 影响? 答:刚度特征值 λ 是框架抗推刚度(或广义抗推刚度)与剪力墙抗弯刚度的比值, 它集中反映了结构的变形状态及受力状态。 刚度特征值λ 对框架—--剪力墙结构体系的影响: 当 λ =0 时,即为纯剪力墙结构;当 λ 值较小时,框架抗推刚度很小;随着 λ 值 的增大,剪力墙抗弯刚度减小;当 λ =∞时,即为纯框架结构。λ 值对框架—剪力墙 结构受力、变形性能影响很大。

15.刚度特征值λ 对侧移曲线有何影响? 答:刚度特征值λ 对侧移曲线的影响: 框架—--剪力墙结构体系的侧向位移曲线呈弯剪型,结构侧移曲线刚度特征值 λ 的变化而变化。图 8 为不同 λ 值时框架一剪力墙结构的侧移曲线。可以看出,当 λ 值 较小(如 λ =1)时,由 ? ?

Cf H 2 EI e

可知,总框架的抗推刚度较小、总剪力墙的等效抗

弯刚度相对较大,结构的侧移曲线接近弯曲型,这时剪力墙起主要作用;而当 λ 较大 (如 λ =6)时,总框架的抗推刚度相对较大,总剪力墙的等效抗弯刚度相对较小,框 架的作用愈加显著,所以结构的侧移曲线接近剪切型;当 λ 在 1~6 之间时,结构侧移 曲线介于二者之间,表现为弯剪型,即下部以弯曲变形为主,越往上部逐渐转变为剪切 型。

高层建筑结构-----复习题参考答案

65

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

图 8 不同 λ 时的侧移曲线

16.刚度特征值 λ 值对结构内力有何影响? 答:刚度特征值 λ 值对结构内力的影响: (1)框架、剪力墙之间的剪力分配关系随 λ 变化(详见下表) 。 刚度特 征值 λ=常数 (一般 λ=1~ 6)

λ=0

λ=∞

剪力分 配 p Vf 当 λ=0 时,结构退 分析 Vp Vw Vf 当 λ 很小时, 剪 当 λ=∞时, 结 构退化为纯剪力墙 结构,此时外荷载 产生的剪力 Vp 全部 由框架来承担。 Vw Vw Vf

化为纯剪力墙结构,此 力墙承担大部分剪 时 外 荷 载 产 生 的 剪 力 力;当 λ 很大时,框 Vp 均由剪力墙承担; 架承担大部分剪力;

由上表可知,框架底部剪力为零,即底部总剪力 V0 全部要由剪力墙承担,这与实际 情况是不相符的,主要是微分方程法分析过程中的近似性造成的。 (2) 框架剪力与剪力墙剪力的比值 Vf / Vw 不仅与刚度特征值 λ 有关,而且与截面所 在的位置有关。框架剪力的最大值出现在结构的中部(ξ =0.3~0.6) ,其位置随着 λ 的
高层建筑结构-----复习题参考答案 66 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

增大而向下移。 (3)由 λ 的计算公式可知,H 愈大,λ 也愈大。所以随着房屋高度的增加,V f ,max 也 在增大。为控制框架内力,这时应适当增加剪力墙的刚度。

17.刚度特征值 λ 值对荷载分配有何影响? 答:刚度特征值 λ 值对荷载分配的影响: 图 10 为均布荷载下,框—剪结构荷载分配的示意图。

图 10 荷载分配示意图 由图 10 可见,剪力墙下部承受的荷载大于外荷载,到了上部,荷载逐渐减小,在顶 部出于平衡,有反向集中力。对于框架,下部承担的荷载明显小于剪力墙承担的荷载, 且与外荷载方向相反,越向上,框架承受的荷载逐渐变为与外荷载作用方向一致,框架 顶部出于平衡,亦有集中力,与剪力墙上部集中力大小相等,方向相反。剪力墙承受的 荷载与框架承受的荷载的代数和应等于外荷载值。 总框架与总剪力墙之间的水平连续分 布力(亦即总框架上的水平荷载) ,在结构上面几层为压力,在下部几层为拉力,这表 明在上面几层框架帮助剪力墙,即框架阻止剪力墙向前变形,二者负担的水平荷载均小 于外荷载。在下面几层,剪力墙帮助框架,由于框架将剪力墙向前拉,加重了剪力墙的 负担,使剪力墙承担的荷载大于外荷载,而框架承担的荷载方向与外荷载反向。

18. D 值和 C f 值物理意义有什么不同?它们有什么关系?并用图示意。 答:所谓框架的抗推刚度,是使框架产生单位剪切角所需的剪力值。显然,总框架 的抗推刚度 Cf 等于各榀框架的抗推刚度 Cfi 之和,即 C f ? ? C fi 。但是,第 i 榀框架的 抗推刚度如何计算呢?
高层建筑结构-----复习题参考答案 67 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

(a) 框架抗推刚度计算图 柱的侧移刚度
D ? 12? ic h2

(b)

式中:α—与梁、柱线刚度比有关的一个系数;ic—柱的线刚度,ic =EIc/h,h 为层高。 D 值表示框架柱两端发生单位相对水平位移时所需的剪力(图 a) 。那么,对某层框 架来说,若要使同一层中所有柱的上下端都产生单位相对水平位移,所需的剪力就是本 层所有柱的 D 值之和∑D。 而框架的抗推刚度 Cfi 是使框架沿竖向产生单位剪切角(层间变形角)时所需的剪 力,如图(b)所示,当剪切角θ =1 时,整层框架柱端的相对水平位移Δ u=h,也就是 说,框架的抗推刚度 Cfi 实际上也是使整层框架柱端产生相对位移 h 所需的剪力值,而 使整层柱的上下柱端都产生单位相对水平位移所需的总剪力是∑D,因此框架的抗推刚 度为
C fi ? ? D ? h ? 12?? ic h

19.为什么要对框架承受的水平荷载进行调整,怎样调整? 答: 在框架—剪力墙结构的计算中, 按协同工作求得的框架部分的剪力一般都较小。 而在实际的框—剪结构中,剪力墙的间距往往较大,楼板会产生变形,这促使中间的框 架承受的水平荷载有所增加;同时,由于某种原因(如受到地震作用、剪力墙内出现塑 性铰)引起剪力墙开裂、刚度降低时,框架和剪力墙之间将产生塑性内力重分布,也会 导致框架承担的水平荷载增加。所以,为保证作为第二道防线的框架具有一定的抗侧能 力和必要的强度储备,在框架内力计算时所采用的框架层剪力 V f 不得太小。为此, 《高 规》 规定, 在抗震设计中, 框架总剪力 V f 不得小于 0.2 V0 。 对于框架总剪力 V f 小于 0.2 V0 的楼层,通常取 1.5 V f ,max 和 0.2 V0 的较小值进行设计。其中, V0 为对应于地震作用标准 值的结构底部总剪力, V f ,max 则是对应于地震作用标准值且未经调整的各层框架承担的
高层建筑结构-----复习题参考答案 68 (共 72 页)

2009.12

高层建筑结构讲义---复习思考题

地震总剪力 V f 中的最大值。

20.写出框架—剪力墙结构刚度特征值 λ 的计算公式并解释公式中各符号的含义。λ 对结构的侧移变形和内力分配各有什么影响? 答: 1)框架—剪力墙结构刚度特征值 λ 的计算公式是 (

??

CF H 2 EI e

其中:CF:综合框架的抗推刚度 H:结构总高; EIe:综合剪力墙的等效抗弯刚度。 (2)λ 对侧移曲线的影响: 框架—剪力墙结构体系的侧向位移曲线呈弯剪型,结构侧移曲线刚度特征值 λ 的变 化而变化。右图为不同 λ 值时框架一剪力墙结构的侧移曲线,其中 H 为结构总高度。可 以看出,当 λ 值较小(如 λ=1)时,由 ? ?

Cf H 2 EI e

可知,总框架的抗推刚度较小、总

剪力墙的等效抗弯刚度相对较大, 结构的侧移曲线接近弯曲型, 这时剪力墙起主要作用; 而当 λ 较大(如 λ=6)时,总框架的抗推刚度相对较大,总剪力墙的等效抗弯刚度相对 较小,框架的作用愈加显著,所以结构的侧移曲线接近剪切型;当 λ 在 1~6 之间时, 结构侧移曲线介于二者之间,表现为弯剪型,即下部以弯曲变形为主,越往上部逐渐转 变为剪切型。 (3)λ 对结构内力的影响: 框架、剪力墙之间的剪力分配关系随 λ 变化:当 λ 很小时,剪力墙承担大部分剪力; 当 λ 很大时,框架承担大部分剪力。 框架和剪力墙之间的剪力分配关系随楼层的不同而变化:剪力墙的下部受力较大; 而框架的中部受力较大。 框架和剪力墙的顶部剪力不为 0,所以设计中应保证顶层剪力墙与框架之间连接的 整体性。

高层建筑结构-----复习题参考答案

69

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

21.框架—剪力墙协同工作带来了哪些优点? 答:框架—剪力墙结构协同工作的特点使得框架和剪力墙结构在这种体系中能充分 发挥各自的作用(框架主要承受竖向荷载,剪力墙主要承受水平荷载) ;而且在框架— 剪力墙结构中,由于剪力墙分担水平剪力的作用,使框架的受力状况和内力分布得到改 善,主要表现为,框架在房屋上部所承受的水平剪力有所增加,在框架下部所承受的水 平剪力减小,结果是框架承受的水平剪力上、下分布比较均匀,沿高度方向各层梁柱弯 矩的差距减小,截面尺寸不致有过大的变化,有利于减少构件的规格型号。从而充分体 现出这种结构体系的优越性。

22.框架—剪力墙结构中,为什么可将剪力墙作为第一道防线,框架作为第二道防线? 答:由于剪力墙的刚度远远大于框架的刚度,剪力墙承担了大部分剪力,而框架却 只承担小部分剪力。因此,在地震作用下,通常是剪力墙首先屈服,之后将产生内力重 分配,框架承担的剪力比例将会增加。如果地震作用继续增大,则框架也会随后进入屈 服状态。因此,框架—剪力墙结构中,可将剪力墙作为第一道防线,框架作为第二道防 线。 可以看出,框架一剪力墙结构协同工作的特点使得框架和剪力墙结构在这种体系中 能充分发挥各自的作用(框架主要承受竖向荷载,剪力墙主要承受水平荷载) ,从而充 分体现出这种结构体系的优越性。

23. 什么是框架-剪力墙结构?为什么框架和剪力墙两者可以协同工作? 答:框架-剪力墙结构的定义:由框架和剪力墙组成的结构体系。 当框架结构的刚度或强度不能满足抗震或抗风要求时,设置刚度及强度均较大的 剪力墙,与框架协同工作。以此达到抵抗水平荷载的目的。 在水平荷载作用下,框架的变形曲线是以剪切变形为主,称为剪切型曲线;而剪 力墙是竖向悬臂梁,在水平荷载作用下,其变形曲线以弯曲变形为主,所以称为弯曲型
高层建筑结构-----复习题参考答案 70 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

曲线。但是当框架和剪力墙由自身平面内刚度很大的楼盖连接成整体结构,即框架—剪 力墙结构时,楼盖则迫使二者在同一楼层上必须保持相同的位移,从而共同工作,此即 协同工作。通过刚度较大的楼盖达到二者协同工作。 24. 框架-剪力墙结构协同工作计算的目的是什么?总剪力在单片抗侧力结构间的分配 与纯剪力墙结构、纯框架结构有什么区别? 答: 协同工作计算的目的是将总框架和总剪力墙移到同一平面内, 按平面结构处理。 而在二者之间,根据联系方式和约束程度的不同,可将框架—剪力墙结构简化为两种计 算体系:铰结体系和刚结体系。从而建立框架-剪力墙结构的计算简图 区别在于框—剪结构的剪力先分配给总框架与总剪力墙, 然后总剪力墙的剪力再分 配到各片剪力墙,总框架的剪力再分配到各片壁式框架。总剪力墙的剪力向各片剪力墙 分配与剪力墙结构相同, 总框架的剪力分配到各片壁式框架是按各片壁式框架的抗推刚 度占总框架总刚度的比例分配,这与框架结构不同。框架结构同层剪力按抗侧移刚度占 该层总抗侧移刚度比例分配。 总剪力墙的剪力按公式计算或查表求得。 总框架的剪力可直接由总剪力减去剪力墙的剪力得到。 25. 框架-剪力墙结构怎么区分铰接体系和刚接体系?在计算内容和计算步骤上有什么 不同? 若框架和剪力墙仅依靠楼盖连结成整体,而楼盖对各平面结构并不产生约束弯矩, 只是约束它们具有相同的水平位移,故可将楼盖简化为铰接连杆,从而该框剪结构可简 化成下图(b)所示的计算简图,称之为铰结体系。 在剪力墙平面内, 没有联系梁与剪力墙相连。 框架和剪力墙之间只是通过楼板相连。 由于我们假定楼盖在平面外的刚度为零,楼板将只能传递水平力,不能传递弯矩,即楼 板的作用可以简化为铰结连杆,这种体系即为铰结体系。总框架和总剪力墙之间在楼层 处通过铰结连杆相连接。 当剪力墙平面内的连梁刚度较大时,连梁对剪力墙能起转动约束作用,所以当忽略 剪力墙和框架轴向变形的影响时,采用刚性连杆既代表楼(屋)盖对水平位移的约束, 也代表总连梁对水平位移的约束和对转动的约束, 其中连杆的抗弯刚度仅代表总连梁的 转动约束作用,这就是刚结体系。

26 框架-剪力墙结构中当框架或剪力墙沿高度方向刚度变化时,怎样确定λ 值? 答:取加权平均值,沿高度按层加权。

高层建筑结构-----复习题参考答案

71

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

Ch8 筒体结构 1. 筒体结构有哪些常见类型? 2. 什么是剪力滞后效应?什么是负剪力滞后效应?为什么会出现这些现象?对简体结 构的受力有什么影响?设计时如何应对? 3. 框架结构和框筒结构的结构受力特点与平面布置有什么区别? 4. 框简结构和框架-核心筒结构两者有何区别,结构平面布置有什么特点?

1.筒体结构有哪些常见类型? 1) 核心筒结构(单筒) ? 核心筒结构具有较大的抗侧刚度,且受力明确,分析方便。 ? 核心筒是一个典型的竖向悬臂构件,为静定结构,没有多余约束,缺乏第二道防 线。 2) 框筒结构:框架柱柱距很小,柱密,形成框架简体。 框筒结构外筒框距较密,常常不能满足建筑使用要求。为扩大底层柱距,减少底层 柱子数,常用巨大的拱、梁或桁架等支撑上部的柱子。 3) 简中简结构:简外设筒。 4) 框架—核心筒结构:实筒外为普通框架。无框简的空间作用,实为框架—剪力墙结 构的一种。 5) 成束简结构(组合筒): 多筒结构。 6)多重筒结构。 2. 框筒结构在侧向力作用下, 什么是剪力滞后效应?什么是负剪力滞后效应?为什么会 出现这些现象?对简体结构的受力有什么影响?设计时如何应对? 答:按材料力学所知:在侧向力作用下的箱形结构,截面内的正应力均呈线性分布,翼 缘方向为矩形,在腹板方向为一拉一压两个三角形;但当侧向力作用于框筒结构时,框 筒底部柱内正应力沿框筒水平截面分布不是呈现线性关系,而是呈曲线分布,正应力在 角柱较大,在中部逐渐减小,这种现象称为剪力滞后效应。这是由于翼缘框架中梁的剪 切变形和梁柱的弯曲变形所造成的。同时,在框筒结构的顶部,角柱内的正应力反而小 于翼缘框架中柱内的正应力,这一现象称为负剪力滞后效应。 剪力滞后效应使得角柱内的轴力加大,而远离角柱的柱子则应力较小,不能充分 发挥材料的作用,也减小了结构的空间整体抗侧刚度。 采取措施:减小柱距,加大窗裙梁的刚度,调整结构平面使之接近正方形,控制 结构的高宽比等,以此减小剪力滞后效应。 3. 框架结构和框筒结构的结构受力特点及平面布置有什么区别? 答:框架是平面结构,主要由与水平力方向平行的框架抵抗层剪力及倾覆力矩。 框筒是空间结构,沿四周布置的框架参与抵抗水平力,层剪力由平行于水平力作用 方向的腹板框架抵抗。倾覆力矩由腹板框架和垂直于水平力方向的翼缘框架共同抵抗。 框筒结构是密柱深梁框架并位于建筑物周边,形成抗侧、抗扭刚度及承载力都很大的外 筒,使建筑材料得到充分的利用。因此,框筒结构的适用高度比框架结构高得多。
高层建筑结构-----复习题参考答案 72 2009.12 (共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

4. 框简结构和框架-核心筒结构两者有何区别,结构平面布置有什么特点? 答:框筒结构是一种密柱深梁的框架筒体结构。内力计算时只能按空间力系考虑。平面 布置时,柱距很小。 框架-核心筒结构的周边框架为普通框架,周边框架平面布置类似于一般框架,区 别是周边框架与核心筒之距有所控制。 //

高层建筑结构-----复习题参考答案

73

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

Ch9 基础设计 1. 高层结构基础埋置深度的取值 答:当地冻土深度以下; 天然地基或复合地基,可取房屋高度的 1/15 桩基础,可取房屋高度的 1/18(桩长不计在内) 。 注:当建筑物采用岩石地基或采取有效措施进,埋深的限值可适当放宽。

2. 高层建筑常用的基础形式 答:独立基础;条形基础(十字交叉条基);筏板基础;箱形基础;桩基础

3. 什么叫刚性基础及柔性基础? 答:凡受刚性角限制的基础称为刚性基础。刚性基础不承受弯矩,因此基础底面无需配 筋抗弯。 “柔性基础”是指基础底面配筋受弯的钢筋砼基础。

4.什么叫筏板基础,分为哪两类? 答:筏板基础是底板连成整片形式的钢筋砼基础,可以分为梁板式和平板式两类。 平板式筏基是一块等厚度(0.5~2.5m)的钢混平板; 梁板式筏基是在筏板上沿柱轴纵横向设置基础梁而形成。

4. 筏板基础的板厚如何确定? 答:筏板基础的板厚由抗冲切、抗剪切计算确定。 筏板的板厚不应小于200mm,对于高层建筑梁板式不应小于300mm,平板式不宜小 于400mm。 梁板式筏板的板厚还不宜小于计算区段最小板跨的1/20。 对于12层以上的高层建筑 的梁板式筏基,底板厚度不应小于最大双向板格短边的1/14,且不应小于400mm。 5. 筏基砼强度等级有何要求? 答:砼强度等级不低于 C30,若有防水防腐要求时,则对砼应提出更高要求。

高层建筑结构-----复习题参考答案

74

2009.12

(共 72 页)

高层建筑结构讲义---复习思考题

高层建筑结构-----复习题参考答案

75

2009.12

(共 72 页)


相关文章:
《JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程》培训课件 (徐...
《JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程》培训课件 (徐永基)_建筑/土木_工程科技...参考 有关国际标准和国外先进标准,在广泛征求意见的基础上,对本 规程进行了修订...
...6月印刷《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010勘...
附件一 C: 2011 年 6 月印刷 《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010 勘误表序 号 1 2 3 4 页码 21 24 27 69 位 置一 原文错误改为长横线 正确...
2010年建筑结构杂志目录
邓祎文 某复杂高层建筑结构设计分析 作者:谭方兰 高层住宅结构选型和优化设计 作者:谢曙 1,周威 2,雷文军 1,许名鑫 1 广州 2010 年亚运会排球馆大跨预应力...
2010年一级注册建筑师《建筑结构》模拟试题练习单项选择
建筑结构》模拟试题练习_单项选择 单项选择题 1.在下列荷载中,哪一项为活...下列哪一种情况是属于竖向不规则高层建筑 A.结构平面凹进一侧尺寸,大于相应投影...
几处“相关范围”的不同解释
在学习 2010建筑结构设计规范过程中,发现几处“相关范围”的含义并不完全相同, 汇总对比如下:部位 用途 规范条文 《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010 ...
结构设计审查要点
符合《混凝土设计规范》GB50010-2010、 《高层建筑混凝土结构技术规程》 JGJ3-2010 相关规定。 4.3 结构布置合理、传力应明确。 抗震设防区尽量不采用严重不规则(...
2010年二级注册结构工程师备考练习题及答案2
2010年二级注册结构工程师备考练习题及答案2 - 1.在设防烈度为 6 度至 9 度地区内的乙类、丙类高层建筑,应进行抗震设计,其地震作用计 算按下列哪种做法才...
住建部印发新版超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术...
(2010 版 本同时废止)来源:住房和城乡建设部官网 ...第四条 对主体结构总高度超过 350m 的超限高层建筑...性能设计目标简述;有待解决的问 题,试验方案与要求...
计算书 参考文献
武汉:武汉理工大学出版社, 2010 [2] 周新刚,刘建平,逯静洲 .混凝土结构设计原理...高层建筑结构设计 .北京:中国建筑工业出版社, 2003 [4] 沈蒲生,梁兴文 .混凝土...
重庆市超限高层建筑工程界定规定(2010版)
重庆市超限高层建筑工程界定规定(2010 年版)第一条 第二条 第三条 第四条 本规定适用于重庆市高层建筑工程结构抗震超限界 本规定所指的高层建筑工程为 10 层...
更多相关标签: