高层建筑结构设计简答题分析.docx

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高层建筑结构设计简答题分析

3、按功能材料分，高层建筑结构类型主要有哪几种？

答：

按功能材料分：

①混凝土结构②钢结构③钢和混凝土的混合结构型式.

4、高层建筑的抗侧力体系主要有哪几类？

各有哪些组成和承受作用特点？

答：

高层建筑的抗侧力类型主要有：

框架结构、剪力墙结构、框架－剪力墙结构、筒体结构、悬臂结构及巨型框架结构。

组成和承受作用特点：

①框架结构体系架结构体系有线型杆件－梁和柱作为主要构件组成的，承受竖向和水平作用；②剪力墙结构体系：

混凝土墙体组成，承受全部竖向和水平作用的；③框架－剪力墙结构体系：

框架结构中布置一定数量的剪力墙组成由框架和剪力墙共同承受竖向和水平作用；④筒体结构体系：

由竖向筒体为主组成的承受竖向和水平作用；

⑤悬臂结构体系：

在钢筋混凝土内筒为主要受力结构的高层建筑中，从内筒不同高度处伸出金属悬臂杆，并在其端部挂有钢吊杆与内筒共同承受各层楼板的自重与附加的活荷载；⑥巨型框架结构体系：

由若干巨柱以及巨梁组成，承受主要的水平力和竖向荷载；其余的楼面截面梁柱组成二级结构，只将楼面荷载传递到巨型框架结构上去。

5、高层建筑中活荷载的不利布置一般怎样考虑？

为什么要这样考虑？

答：

高层建筑中活荷载的不利布置一般不考虑楼面及屋面活荷载的不利布置，而是按满布考虑进行计算，但是当楼面活荷载大于4.0kN/㎡时，各截面内力计算时仍考虑活荷载的布置，按不利荷载计算结构在竖向荷载作用下的内力。

不考虑活荷载不利布置是因为：

1）在高层建筑中各种活荷载占竖向荷载的比例很小，活荷载一般在1.5～2.5kN/㎡范围内，只占全部竖向荷载的10％～20％，因此活荷载不同的布置方式对结构内力产生的影响很小；2）高层建筑结构是个复杂的空间体系，层数与跨数多，不利分布的情况复杂多样，计算工作量极大且计算费用上不经济，为了简化起见，可以不考虑活荷载不利分布，按满布方式布置作内力计算后再将框架梁的跨中弯矩乘以1.1～1.3的放大系数。

6、高层建筑结构所受的风荷载主要与哪些因素有关？

总风荷载是怎样计算的？

答：

高层建筑结构所受的风荷载的大小与建筑地点的地貌、离地面或海平面高度、风的性质、风速、风向以及高层建筑自振特性、体型、平面尺寸、表面状况等因素有关。

总风荷载是建筑物各个表面承受风力的合力，是沿高度变化的分布荷载，总风荷载的作用点是各个表面风荷载的合力作用点。

13、设沉降缝的目的是什么？

在实际设计中常用的处理方法有哪些？

答：

设沉降缝的目的是避免不均匀沉降的影响，避免由于地基不均匀沉降产生的结构内力。

常用的处理方法：

①采取利用压缩性小的地基，减少总沉降量及沉降差。

②对于有不同高度及基础设计成整体的结构，在施工时它们暂时断开，待主体结构施工完毕，已完成大部分沉降量以后再浇灌连接部分的混凝土。

③将裙房做在高层建筑的悬挑基础上，达到裙房与高层部分沉降一致。

④综合采用上述方法处理。

14、高层建筑结构的工作特点有哪些？

其布置原则是什么？

答：

工作特点：

①结构设计时，应考虑高层建筑结构的整体工作性能；②水平作用对高层建筑结构的影响占主导地位；③高层建筑结构具有刚度大、延性差、易损的特点；④在进行结构设计时，应考虑结构的薄弱层。

其布置原则：

高层建筑不应采用严重不规则的结构体系；宜采用规则结构，[即体型（平面、立面）规则，结构平面布置均匀、对称并具有较好的抗扭刚度；结构竖向布置均匀，结构的刚度、承载力和质量分布均匀，无突变的结构]；应使结构具有必要的承载能力、刚度和变形能力；应避免部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承载重力荷载、风荷载和地震作用的能力；对可能出现的薄弱部位应采取有效的措施予以加强，宜设置多道防线。

15、高层结构剪力墙设计中，剪力墙的布置应满足什么要求？

答：

（1）高宽比限制高层结构剪力墙的最大适用高宽及高宽比应满足水平荷载作用下的整体抗倾覆稳定性要求。

（2）结构平面布置①剪力墙结构中，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置；一般情况下，采用矩形、L型、T形平面时，剪力墙沿两个正交的主轴方向布置；三角形及Y形平面可沿三个方向布置；正多边形、圆形和弧形平面，则可沿径向及环向布置。

②关高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。

③剪力墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明确的短肢和连梁。

④同一轴线的连续剪力墙过长时，应该用楼板（不设连梁）或细弱的连梁分成若干各墙段，每个墙段相当于一片独立剪力墙，墙段的高宽比应不小于2。

⑤剪力墙结构中，如果剪力墙的数量太多，会使结构刚度和重量都太大，，不仅材料用量大而且地震力也增大，一般采用大开间剪力墙比采用小开间剪力墙更好。

（3）结构竖向布置①普通剪力墙结构的剪力墙应在整个建筑竖向连续，上应到顶，下要到底，中间楼层不要中断。

②为减少上下剪力墙结构的偏心，一般情况下厚度宜两侧同时内收。

③剪力墙的洞宜上下对齐，成列布置，使剪力墙形成明确的墙肢和连梁。

④剪力墙相邻洞口之间及洞口与墙边缘之间要避免小墙肢。

⑤采用刀把形剪力墙会使剪力墙受力复杂，应力局部集中，而且竖向地震作用会产生较大的影响，宜十分慎重。

⑥抗震设计时，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得到1/10；部位框支剪力墙底部加强部位的高度可取框支层以上两层的高度及墙肢总高度的1/8二者的较大值。

16、什么是高层建筑结构的概念设计？

在进行概念设计时的要点主要有哪些？

答：

高层建筑结构的概念设计是指工程结构设计人员运用所掌握的理论知识和工程经验，在方案阶段和初步设计阶段，从宏观上，总体上和原则上去决策和确定高层建筑结构设计中的一些最基本、最本质也是最关键的问题，主要涉及结构方案的选定和布置、荷载和作用传递路径的设置、关键部位和薄弱环节的判定和加强、结构整体稳定性保证和耗能作用的发挥以及承载力和结构刚度在平面内和沿高度的均匀分配；结构分析理论的基本假定等。

在进行概念设计时的要点：

①结构简单规则均匀；②刚柔适度，性能高③加强连接，整体稳定性强；④轻质高强、多道设防。

17、高层建筑设计采用的三个基本假定是什么？

答：

三个基本假定①弹性变形假定②刚性楼板假定；③平面抗侧力假定。

18、什么是荷载效应和荷载效应组合？

荷载效应组合可分哪几种？

答：

荷载效应是指由作用引起结构和结构构件的反应，可体现为内力、变形及裂缝等。

荷载效应组合是指按极限状态设计时，为保证结构的可靠性而对同时出现的各种荷载效应设计值规定的组合。

荷载效应组合可分为基本组合、标准组合和准永久组合三种组合

20、什么是结构的延性？

结构应具有哪些特点才能具有较好的延性？

答：

结构延性是结构屈服后变形能力大小的一种性质，是结构吸收能量能力的一种体现，常用延性系数来表示。

结构应具有较好延性特点①强柱弱梁；②强剪弱弯；③强节弱杆；④强压弱拉。

25、框架结构定义及优点、缺点及其适用范围如何？

答：

框架结构是指由梁柱杆系构件构成，能承受竖向和水平荷载作用的承重结构体系。

优点：

框架结构平面布置灵活，可根据需要分隔成小房间或者改成大房间；结构自重较轻。

缺点：

框架结构侧向刚度较小。

适用范围：

仅适用于房屋高度不大、层数不多的结构

26、框架结构的破坏机理是什么？

答：

竖向荷载作用下，一般情况，梁端抗弯承载力首先达到其极限承载力，出现塑性铰区域，相应地梁端截面转角位移显著加大，内力向跨中发生转移，导致跨中弯矩进一步提高，跨中挠曲变形增大，直至破坏。

水平荷载作用下，框架柱承受水平剪力和柱端弯矩，并由此产生水平侧移，同时由水平力引起的倾覆力矩，使框架的近侧柱拉伸、远侧柱压缩，形成框架的整体弯曲变形，水平力也引起楼层剪力，使梁、柱产生垂直其杆轴线的剪切变形和弯曲变形，形成框架的整体剪切变形，直至破坏。

27、框架结构结构整体布置原则有哪些？

答：

（1）高宽比限制：

水平荷载是高层框架结构的主要荷载，由此产生的整体倾覆力矩可能使部分柱受拉,整体抗倾覆稳定性验算要求决定了结构的最大高度。

框架结构高宽比限值满足非抗震设计时为5；设防烈度为6度、7度时为4；8度时为3；9度时为2。

（2）框架结构结构平面布置及竖向布置应按照第二章2.3节的要求布置。

30、分层法计算时为什么要将上层柱的线刚度乘以0.9进行折减？

传递系数为什么要变为0.3333？

答：

在分层的时候，各个开口刚架的上下端均为固定支承，而实际上，除底层的下端外，其他各层柱端均有转角产生，即上层的刚架中，其它层对本层刚架约束作用应介于铰支承与固定支承之间的弹性支承，为了改善由此所引起的误差，在计算时做以下修正：

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1/3.

31、分层法所得弯矩荷载效应计算结果有什么特征？

节点力矩不平衡时通常如何处理？

答：

在求得各开口刚架中的结构内力后，则可将相邻的两个开口刚架中同层柱号的柱内力叠加，作为原框架中柱的内力，而分层计算所得的各层梁的内力，即为原框架结构中相应层次的梁内力，分层法所得的框架节点处的弯矩之和常常不等于零。

节点不平衡力矩较小（小于10％），直接按叠加成果进行下一步计算，否则需再分配一次，修正原杆端弯矩，得到最终计算成果。

32、反弯点法计算水平荷载作用下平面框架结构的荷载效应时，其基本假定是什么？

答：

（1）梁的线刚度与柱线刚度之比大于3时，可认为梁刚度为无限大；

（2）梁、柱轴向变形均可忽略不计。

33、柱抗侧移刚度的物理意义是什么？

答：

柱抗侧移刚度指无角位移的两端固定杆件，单位侧移时所产生的剪力。

34、反弯点法计算弯矩时，与框架中节点相连的梁端弯矩计算公式说明了什么？

答：

反弯点法计算弯矩时，与框架中节点相连的梁端弯矩计算公式说明了梁端弯矩不当与相连的柱端弯矩有关,而且还与该梁的线刚度成正比。

40、为什么对高层建筑结构来说，必须验算结构的侧向位移？

答：

对高层建筑结构来说，其层数度，高度大，为保证在正常使用条件下，主体结构基本处于弹性受力状态，控制裂缝的开展及控制其宽度在规范允许范围内，以及保证填充墙、隔墙及幕墙等非结构构件的完好，要求高层建筑结构必须具有足够的刚度，且须对结构楼层层间最大位移与层高之比进行限值，所以必须验算结构的侧向位移。

41、高层框架结构中的侧移哪些是有害性侧移、哪些是无害性侧移？

答：

由框架梁、柱弯曲和剪切变形产生的水平侧移式有害的，而由框架柱轴向变形产生的水平侧移无害。

42、框架结构的水平变形曲线有什么特征？

答：

框架结构的水平变形曲线特征是在整体上构成“剪切型变形曲线”形式。

45、抗震措施有多少等级？

为什么有时要求高，有时要求低？

有什么样的大致规律性？

答：

抗震措施有五个等级：

特一级和一、二、三、四级。

抗震等级的不同，体现在对结构抗震性能要求严格与否的程度，等级越高，结构抗震性能要求就越高，当有特殊要求时则提升到特一级，其计算和措施比一级更加严格；相反如抗震等级较低，则抗震要求较低。

对各类不同的高层建筑结构，其抗震措施应符合以下要求：

（1）甲类、乙类建筑：

当抗震设防烈度为6～8度时，应符合抗震设防烈度提高一度的要求；当设防烈度为9度时，应符合比9度抗震设防更高达到要求。

当建筑场地为Ⅰ类时，应允许仍按抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施。

（2）丙类建筑：

应符合抗震设防烈度的要求。

当建筑场地为Ⅰ类时，应允许仍按抗震设防烈度降低一度的要求采取抗震构造措施。

46、延性框架结构的设计要点是什么？

答：

四个要点：

①强柱弱梁；②强剪弱弯；③强节弱杆；④强压弱拉。

47、保证框架梁结构构件具有足够延性的措施有哪些？

答：

①抗震设计时，计入受压钢筋作用的梁端截面混凝土受压区高度与有效高度之比值，一级不应大于0.25，二、三级不应大于0.35。

；②抗震设计时，梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%.。

48、框架结构构件设计中，“强剪弱弯”要求是如何实现的？

答：

在设计中采用将承载力不等式转化为内力设计表达式，对不同抗震等级采用不同的剪力增大系数，从而使强剪弱弯的程度有所差别。

50、框架柱剪跨比、轴压比、剪压比定义是什么？

它们与框架柱破坏形态有什么样的关系？

答：

剪跨比：

对于柱指框架柱端截面弯矩设计值M和剪力与截面高度乘积之比，即

，剪跨比大于2的柱，其破坏形式一般为延性的弯曲破坏，而剪跨比小于2的柱，一般导致脆性的剪切破坏。

轴压比：

指柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土抗压强度设计值乘积之比，即

；轴压比是影响柱的延性重要因素之一，试验研究表明，柱的延性随轴压比的增大急剧下降，轴压比较高时，将导致混凝土压碎而受拉钢筋尚未屈服的小偏心受压脆性破坏。

剪压比：

柱内平均剪应力与混凝土抗压强度设计值之比；柱构件截面剪压比过大，混凝土过早地发生剪切破坏。

51保证框架柱结构构件具有足够延性的措施有哪些？

答：

①限制框架柱的剪跨比；②限制框架柱的轴压比；③限制框架柱的剪压比；④限制框架柱的纵筋配筋率;⑤限制框架柱的箍筋配箍率。

53、剪力墙结构定义、优点、缺点及其适用范围如何？

答：

剪力墙结构定义：

由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构。

剪力墙或沿横向、纵向正交布置或沿多轴线斜交布置，同时墙体也作为维护及房间分隔构件的结构体系，

优点：

剪力墙结构刚度大、空间整体性好，抗震性能也很好；

缺点：

墙体多，平面布置不灵活，结构自重大，不容易布置面积较大的空间

适用范围：

适用于有小房间设计要求的高层住宅、公寓和旅馆建筑。

54、按剪力墙结构的几何形式可将其分为几种类型？

答：

①整体墙；②小开口整体墙；③联肢剪力墙；④壁式框架。

55、为什么要用等效截面积和等效惯性矩来代替原截面特征计算整体剪力墙水平侧移？

答：

因为在计算位移时，用等效截面积考虑洞口对水平截面面积及刚度的削弱，用等效惯性矩考虑剪切变形的影响。

62、联肢剪力墙“强墙弱梁”设计要点是什么？

答：

为实现联肢剪力墙的延性破坏，设计中应做到“强墙弱梁”，其设计要点如下：

①防止墙肢早于弯曲破坏发生剪切破坏。

为此，《建筑抗震设计规范》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；

②防止连梁早于弯曲破坏发生剪切破坏。

为此，《建筑抗震设计规范》规定了连梁截面的剪压比限值和抗震等级为一、二级时连梁端部剪力设计值的调整系数；

③实现连梁先于墙肢发生弯曲破坏屈服，连梁发挥其塑性变形能力，耗散地震能量，有效减轻主体结构构件的损坏。

因此，设计中应使连梁具有合适强度、刚度和良好变形性能。

《高层建筑砼结构技术规程》JGJ3－2002要求剪力墙洞口连梁ln/h宜大于6，设计成细长弱连梁。

63、开洞剪力墙中，连梁性能对剪力墙破坏形式、延性性能有些什么影响？

连梁延性设计要点是什么？

答：

开洞剪力墙中，具有合适强度、刚度和良好变形能力的连梁，能在墙肢屈服之前屈服，发挥其塑性变形能力，连梁起着联系墙肢和传递荷载的作用。

具有合适强度、刚度和良好变形能力的连梁，能在墙肢屈服之前屈服，发挥其塑性变形能力，耗散地震能量，有效减轻主体结构构件的损坏。

连梁变形性能的改善将有效地改善机构的变形性能。

改善连梁延性，主要措施就是设法抑制其剪切失效，连梁延性设计要点：

1，限制梁的名义剪压比；2，限制梁的剪箍比；3，当名义剪压比过高时，通过调幅降低连梁的弯矩，并降低纵向配筋率；或用加大截面宽度b，提高砼标号等措施来降低名义剪压比；4，当采用上述各措施均有苦难而不能降低名义剪压比斯，建议采用斜交叉配筋，或采用在梁中部开水平缝（开梁缝）等具有较好塑性变形性能的连梁。

如都做不到，则在设计时要考虑连梁可能较早丧失承载能力而形成独立墙抗震的情况。

1.框架结构和框筒结构的结构平面布置有什么区别?

　　框架是平面结构，主要由于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。

框筒结构的四榀框架位于建筑物周边，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。

2.计算水平地震作用有哪些方法?

　　计算等效水平地震作用是将地震作用按水平和竖直两个方法分别来进行计算的。

具体计算方法又分为反应谱底部剪力法和反应谱振型分解法两种方法。

5.什么是概念设计?

　　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。

6.什么是内力组合和位移组合?

　　内力组合是要组合构件的控制截面处的内力，位移组合主要是组合水平荷载作用下的结构层间位移。

组合工况分为无地震作用组合及有地震作用组合两类。

10.简述剪力墙边缘构件的作用及类型。

剪力墙载截面两端设置边缘构件是提高墙肢端部混凝土极限压应变、改善剪力墙延性的重要措施。

边缘构件分为约束边缘构件和构造边缘构件两类。