高层建筑钢结构复习思考题.docx

高层建筑混凝土结构设计—hit07331
1. 高层建筑有哪些常用结构体系？试述每种结构体系的优缺点。
答：框架结构的优缺点：由于框架柱的抗侧移刚度较小，因此，框架结构主要用在层数不多、水平荷载较小的情况。框架中的墙体属填充墙，一般采用轻质材料填充，起保温、隔热、分割室内空间作用，因此它的平面布置灵活，可提供较大的室内空间。
剪力墙结构的优缺点：由于剪力墙结构的抗侧移刚度较大，可承受较大的水平荷载。所以，当高层房屋的层数较多，水平荷载较大时，可考虑采用剪力墙结构。但剪力墙结构中受力墙体（剪力墙）较多，难于布置面积较大的房间，因此它主要用于住宅、公寓、旅馆等对室内面积要求不大的建筑物。
框架－剪力墙结构优缺点：框架－剪力墙结构综合了框架和剪力墙结构的优点，既具有较大的抗水平力能力，又可提供较大的室内空间和较灵活的平面布置。适用于办公楼、旅馆、公寓、住宅等建筑。
筒体结构优缺点：理想筒体在水平力作用下截面保持平面，正应力沿腹板直线分布，沿翼缘正应力均匀分布；而框筒则不再保持平截面变形，腹板框架柱的轴力是曲线分布的，翼缘框架柱的轴力也不是均匀分布，靠近角部的柱子轴力大，远离角部的柱子轴力小。这种应力分布不再保持直线规律的现象称为“剪力滞后”。
2. 高层建筑的结构平面布置原则？
答：原则：平面形状简单、规则、对称，刚度和承载力分布均匀。
3. 分别叙述何时需设防震缝、伸缩缝和沉降缝缝宽如何确定？
答：伸缩缝：为防止建筑物构件由于气候温度变化（热涨、冷缩），使结构产生裂缝或破坏而沿房屋长度方向的适当部位竖向设置的一条构造缝。

沉降缝：在高层建筑中，当建筑物相邻部位层数或荷载相差悬殊或地基土层压缩性变化过大宜设沉降缝。要求：相邻单元可以自由沉降，并应考虑由于基础转动产生顶点位移的影响。
防震缝：对于体型复杂、平立面特别不规则的建筑，为减少震害，可以考虑设置防震缝，使其形成多个较规则的单元。
防震缝的最小宽度是根据地震中缝两侧的房屋不发生碰撞的条件确定的。H按缝两侧较低的房屋高度确定;当缝两侧结构体系不同时，防震缝宽度按不利体系考虑。在地震区，当高层建筑设有伸缩缝或沉降缝时，其缝宽应按防震缝宽度确定。
4. 采用何种措施可增大伸缩缝的间距？
答：
5. 采用何种措施可不设沉降缝？
答：
6. 高层建筑何时应考虑楼面活荷不利布置？当按活荷满布进行计算时，应对何处内力进行放大？放大系数取多少？
答：当楼面活荷载大于4kN/m2时，应考虑活荷不利布置。按活荷载满布进行计算，然后对梁跨中弯矩乘以1.1～1.3的放大系数。
7. 一般高层建筑应取多少年一遇的基本风压？当房屋高度超过60m时，基本风压应按多少年一遇的考虑？重现期为10年的基本风压用于何处计算？
答： 一般高层建筑可采用重现期为50年的风压。一般情况下，高度大于60米的高层建筑，可采用100年一遇的风压值。重现期为10年的风压用于高层建筑的舒适度验算。
8. 如何将风荷载转化成作用在楼层上的集中力？
答：静力等效
9. 结构抗震等级是根据什么划分的？共分成几级？
答: 结构类型、房屋高度、设防烈度。特一级、一级、二级、三级、四级。
10. 决定抗震等级时的设防烈度如何确定？
答：根据建筑类别、场地类别确定。
11. 当进行位移验算时，各分项系数的取值？
答：位移计算时，所有分项系数均取1.0。
12. 在有地震作用地区，何时需要考虑风荷载参与组合，组合系数取多少？
答：

13. 限制高层建筑层间相对位移的目的是什么？各种体系层间相对位移的允许值是多少？
答：目的：
（1）保证结构基本处于弹性受力状态，对钢筋混凝土结构来说，要避免混凝土墙或柱出现裂缝；同时，将混凝土梁等楼面构件的裂缝数量、宽度和高度限制在规范允许范围之内。
（2）保证填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件的完好，避免产生明显损伤。
总之，是为了避免在风、小震作用下位移过大，导致结构开裂或非结构构件破损。
允许值：

14. 何时需要验算高层建筑的舒适度？
答：对于高度较高（超过150m）的高层建筑结构，为保证在正常使用条件风振不至于扰人，应进行舒适度验算。
15. 在内力及位移计算中，结构的刚度如何取值？何种构件的刚度可以折减？
答：结构刚度取值：EJd为结构宏观等效刚度，而u是分别按各抗侧构件的具体刚度计算所得的结构顶点位移，u是已知的。

对框架—剪力墙或剪力墙结构中的连梁刚度可予以折减，折减系数不宜小于0.5。

16. 满足哪些条件可不必考虑二阶效应的不利影响？当需要考虑二阶效应的不利影响时，简述现行《高规》JGJ3-2002的处理方法？
答：

EJd为结构宏观等效刚度，而u是分别按各抗侧构件的具体刚度计算所得的结构顶点位移，u是已知的。

当不满足上述要求时，应对未考虑二阶效应的位移及内力乘以下述增大系数：

17.如何保证高层建筑的稳定性
答：当高层建筑结构符合下列规定，可保证结构整体稳定：
1).剪力墙结构、框架—剪力墙结构、筒体结构应符合下式要求：

2).框架结构应符合下式要求：

如不满足上式的要求，应调整并增大结构的侧向刚度。
18.如何防止高层建筑的倾覆？
答：当房屋的高宽比H/B＞4时，基底不出现零应力区；
当房屋的高宽比H/B≤4时，零应力区面积不应超过基础底面积的15%. （按此规定，倾覆安全系数达到2.3）

19.为什么要限制高层建筑的高宽比？
答：限制高宽比的目的：为了从宏观上控制结构的刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性。
20.如何估算框架结构梁、柱截面尺寸？
答：框架梁的截面尺寸应由刚度条件初步确定。框架结构的主梁截面高度可按确定，且截面高度不宜大于1/4净跨;截面宽度不宜小于1/4hb，且不宜小于200mm。
框架柱宜采用正方形或接近正方形的矩形，两个主轴方向的刚度相差不宜过多，矩形截面长短边之比不宜超过3，框架柱的截面边长：非抗震设计时不宜小于250mm，抗震设计时不宜小于300mm；圆柱截面直径不宜小于350mm。柱剪跨比宜大于2。
初步设计时，柱截面尺寸可按轴压比确定：
N=（1.1～1.2）Nⅴ（一～三级）N=（1.05～1.1）Nⅴ（四级或非抗震）
N--框架在竖向荷载作用下的轴力估算值。
Nⅴ--柱支撑的楼板面积×楼层数×（11～14）×1.25
21.如何计算框架梁的惯性矩？
答：梁、柱的截面惯性矩：柱按实际截面计算；梁应考虑楼板的作用，当采用现浇楼盖时楼板可作为框架的翼缘，按T形截面计算其惯性矩。翼缘有效宽度为梁每侧6倍板厚，然后按T型或倒L型计算惯性矩。工程中为简化计算，可按下式计算梁的惯性矩：
一边有楼板 I=1.5I0
两边有楼板 I=2.0I0
I0为梁矩形部分的惯性矩。
22.框架结构在竖向、水平荷载作用下的近似计算方法？
答：弯矩分配法；框架在水平荷载作用下的内力近似计算──反弯点法D值法。
23.框架梁、柱的控制截面位置？
答：
`
24.为什么要对竖向荷载作用下的梁端弯矩进行调幅？调幅后的跨中弯矩如何确定？
答：调幅目的：一是由于支座弯矩较大，经调幅后，可使其配筋不致过多、便于施工；二是由于梁端不是绝对刚性，尤其是装配整体式框架，会有相对角变.调幅系数可取0.8～0.9，装配整体式框架可取0.7～0.8。
支座弯矩调幅后，跨中弯矩相应增大，应按平衡条件计算调幅后的跨中弯矩，且要求跨中弯矩不小于按简支梁计算的跨中弯矩的1/2。
应当仅对竖向荷载引起的梁端弯矩进行调幅，水平荷载引起的梁端弯矩不应进行调幅。
另外，由于没考虑活荷不利布置，应将梁跨中弯矩乘以1.1～1.3的放大系数。梁内力调幅及弯矩放大均应在内力组合之前进行。
25.D值的物理意义及算式？
答：D值指改进后柱抗侧移刚度：
26.D值法的计算步骤？
答：1）计算改进后柱抗侧移刚度D
2）计算柱的反弯点高度

3）计算框架的内力：
（1）各柱的剪力

（2）内力计算步骤同反弯点法。
27.影响框架柱反弯点位置的主要因素是什么？
答：1）标准反弯点高度比y0
2）上下层梁刚度的变化
3）上下层层高变化
28.何时需要考虑框架柱轴向变形引起的框架位移？
答：由于框架柱轴向变形引起的侧移相对较小，所以仅在H＞50或H/B＞4的框架中考虑。
29.为什么要对梁、柱端部的箍筋进行加密？节点区的箍筋怎么设置？
答：柱端箍筋加密的目的是从构造上提高框架柱塑性铰区的延性、对混凝土提供约束，防止纵向钢筋压屈和保证受剪承载力；
梁端箍筋加密的目的是从构造上对框架梁塑性铰区的受压混凝土提供约束，并约束纵向受压钢筋，防止它在保护层混凝土剥落后过早压屈，以保证梁端具有足够的塑性转动能力。
30.简述整体墙、小开口、联肢墙、壁式框架的受力特点。每种类型剪力墙的判别条件是什么？
答：（1）整体墙（包括小洞口整体墙），其受力状态如同竖向悬臂梁，截面上法向应力是线性分布的。
（2）小开口墙（即图中洞口稍大的剪力墙），截面上的法向应力偏离直线分布。
应力分布相当于整体弯曲引起的直线分布和局部弯曲应力的叠加，实测表明，墙肢的局部弯矩不超过总弯矩的15%，且墙肢基本无反弯点。
（3）联肢墙（即洞口进一步加大的情况），连梁的刚度比墙肢的刚度小得多，连梁中部有反弯点，可看成是若干单肢剪力墙由连梁连接而成的剪力墙。
（4）壁式框架（洞口较大、墙肢截面较小的情况），墙肢和连梁刚度相差不多，多数墙肢有反弯点，出现明显的局部弯曲，受力特征接近于框架。
判别条件：
（1）整体墙判别条件（包括小洞口整体墙）
洞口（立面）面积≤16%墙面（立面）面积，且净距（洞口之间、孔洞至墙边）＞孔洞长边。
（2）小开口墙判别条件 α≥10，InI≤ξ
当剪力墙由成列洞口划分为若干墙肢，各墙肢和连梁刚度比较均匀，并满足下式时，可按小开口墙计算。
（3）联肢墙判别条件
（4）壁式框架判别条件
31.整体墙等效抗弯刚度的物理意义？
答：是按顶点位移相等的原则，考虑弯曲变形和剪切变形后，折算成一个竖向悬臂受弯构件的抗弯刚度。
32.给出每种类型剪力墙等效抗弯刚度的计算公式？
答：整体墙：

小开口墙：计算公式同上，但应考虑洞口的影响
联肢墙：

壁式框架：

33.如何将作用在各楼层处的总水平力分配到所要计算的剪力墙上？
答：可将各楼层处的总水平力按各片剪力墙的等效刚度分配给各片剪力墙，然后进行单片剪力墙的内力及侧移计算。所谓等效刚度是按顶点位移相等的原则，考虑弯曲变形和剪切变形后，折算成一个竖向悬臂受弯构件的抗弯刚度。
34.给出小开口剪力墙的内力及位移计算公式。
答：

详见书135页
35.壁式框架与一般框架有何区别？如何确定壁式框架的计算简图和刚域尺寸？
答：壁式框架比一般框架洞口开口小一些，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。
计算简图：
即连梁和墙肢的形心线，但应考虑节点刚域的影响，且梁柱的剪切变形不能忽略。

36.当剪力墙中的连梁不满足截面尺寸限制条件时，请简述其处理方法？
答：当剪力墙的连梁不满足截面尺寸限制条件时，可作如下处理：
1）减小连梁截面高度；
2）抗震设计的剪力墙中连梁弯矩及剪力可进行塑性调幅，以降低其剪力设计值，一般情况下，可掌握调幅后的弯矩不小于调幅前弯矩（完全弹性）的0.8倍（6～7度）和0.5倍（8～9度）。但在内力计算时已对连梁刚度折减的情况，其调幅范围应当限制或不再继续调幅。当部分连梁降低弯矩设计值后，其余部位连梁和墙肢的弯矩设计值应相应提高；
3） 当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时，可考虑在大震作用下该连梁不参与工作，按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下结构内力分析，墙肢应按两次计算所得的较大内力进行配筋设计。
37.剪力墙底部加强部位的高度怎样确定？为什么要对剪力墙底部进行加强？
答：一般剪力墙结构底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/8和底部两层二者的较大值，当剪力墙高度超过150m时，其底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/10。剪力墙结构的塑性铰一般在底部，抗震设计时，为保证出现塑性铰后剪力墙具有足够的延性，应对剪力墙底部进行加强。
38.剪力墙分布钢筋何时可采用双排配筋，何时需设三排、四排？分布钢筋用量根据什么确定？在计算中何处用到水平、竖向分布钢筋？
答：当剪力墙截面厚度bw不大于400mm时，可采用双排配筋；当bw大于400mm，但不大于700mm时，宜采用三排配筋；当bw大于700mm时，宜采用四排配筋。
分布钢筋用量根据剪力墙类型、设置部位和抗震等级等确定。
竖向分布钢筋可与剪力墙端部的纵向受拉钢筋共同抵抗弯矩，水平分布钢筋主要用于抵抗剪力。
39.在剪力墙结构中，何处需设置约束边缘构件？
答：一、二级剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部，剪力墙的边缘构件应加强。加强后的剪力墙边缘构件称为约束边缘构件。
40.要求剪力墙满足最小厚度的目的是什么？如果剪力墙厚度不能满足最小厚度的要求，应如何处理？
答：目的：为保证剪力墙出平面的刚度及稳定。
处理：当墙厚不满足要求时，可由下式验算墙体的稳定。
式中q为作用于墙顶的等效均布竖向荷载设计值；t为剪力墙墙肢截面厚度，l0为墙肢的计算高度。
(注：此式还可用来帮助设计者检验预先给定的剪力墙厚度是否满足出平面稳定的要求。)
41.剪力墙有效翼缘的确定?
答：每一侧有效翼缘的宽度可取翼缘厚度的6倍、墙间距的一半和总高度的1/20中的最小值，且不大于至洞口边缘的距离。
42.何谓短肢剪力墙结构？
答：所谓短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙，常规的剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙。
43.在框架─剪力墙结构设计中，剪力墙的布置原则是什么？
答：剪力墙布置原则：均匀 对称 分散 应在周边及薄弱处设置剪力墙，应在两个主轴都布置形成双向抗测力体系。
44.在框架─剪力墙结构设计中，剪力墙的布置应符合哪些要求？
答：
1）剪力墙宜均匀布置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，剪力墙间距不宜过大；
2）平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙；
3）纵、横剪力墙宜组成L形、T形和[ 形等形式；
4）单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总水平剪力的40％；
5）剪力墙宜贯通建筑物的全高，宜避免刚度突变；剪力墙开洞时，洞口宜上下对齐；
6）楼、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置；
7）抗震设计时，剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。
45.试述λ与剪力分布的关系。
答：当λ很小时，剪力墙承担大部分剪力，当λ=0时，即为纯剪力墙结构；当λ很大时，框架承担大部分剪力，当λ=∞时，即为纯框架结构；λ在1～6之间时，在顶部框架与剪力墙的剪力均不为零（但二者之和为零），在底部，剪力墙承担全部剪力，框架剪力为零（这是由近似计算造成的，实际框架会受一定剪力）。
46.刚度特征值λ的物理意义是什么？为什么说刚度特征值的最佳范围为2.4＞λ＞1.15？
答：当λ＞2.4时，框架部分承受的地震倾覆力矩大于总地震倾覆力矩的50%，说明剪力墙数量偏少，其框架部分的抗震等级应按纯框架结构采用，轴压比限值应按纯框架结构的规定采用。另外，剪力墙也不必布置得过多，宜使λ＞1.15，否则，框架承受的剪力将过小，不能充份发挥作用。由此可见，最佳范围为2.4＞λ＞1.15。
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