高层课后思考题答案.docx

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高层课后思考题答案

第1章绪论

1.我国对高层建筑结构是如何定义的？

答：

我国规定：

10层及10层以上或高度超过28m的住宅以及房屋高度大于24m的其他民用建筑为高层建筑。

2.高层建筑结构的受力及变形特点是什么？

设计时应考虑哪些问题？

答:

特点：

水平荷载对结构影响大，随高度的增加除轴力与高度成正比外，弯矩和位移呈指数曲线上升，并且动力荷载作用下，动力效应大，扭转效应大。

考虑：

结构侧移，整体稳定性和抗倾覆问题，承载力问题。

3.从结构材料方面来分，高层建筑结构有哪些类型？

各有何特点？

答：

相应的结构分类（以材料分类）：

砌体结构、钢结构、钢筋混凝土结构、钢-混凝土混合结构

特点：

（1）砌体结构具有取材容易、施工简便、造价低廉等优点，但其抗拉、抗弯、抗剪强度均较低，抗震性能较差。

（2）钢结构具有强度高，自重轻（有利于基础），延性好，变形能力大，有利于抗震，可以工厂预制，现场拼装，交叉作业但价格高，防火材料（增加造价），侧向刚度小。

（3）钢筋混凝土具有价格低，可浇筑成任何形状，不需要防火，刚度大。

但强度低，构件截面大占用空间大，自重大，不利于基础、抗震，延性不如钢结构。

（4）混合结构与钢构件比：

用钢少，刚度大，防火、防锈；与混凝土构件比：

重量轻，承载力大，抗震性能好。

第2章高层建筑结构体系与布置

1.高层结构体系大致有哪几类？

各种结构体系优缺点和受力特点如何？

答：

高层结构体系类型:

框架结构体系剪力墙结构体系框架—剪力墙结构体系筒中筒结构体系多筒体系巨型结构体系

框架结构：

受力变形特点：

框架结构的侧移一般由两部分组成：

1）水平力引起的楼层剪力，使梁、柱构件产生弯曲变形，形成框架结构的整体剪切变形Us；2）由水平力引起的倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形（一侧柱拉伸，另一侧柱压缩）形成框架结构的整体弯曲变形Ub；3）当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切变形，整体弯曲变形的影响很小。

注：

框架结构属于柔性结构，侧移主要表现为整体剪切变形。

优点：

①建筑平面布置灵活，分隔方便；②整体性、抗震性能好，设计合理时结构具有较好的塑性变形能力；③外墙采用轻质填充材料时，结构自重小。

缺点：

侧向刚度小，抵抗侧向变形能力差。

正是这一点，限制了框架结构的建造高度。

《高规》规定，在非地震区，现浇钢筋混凝土框架结构房屋的最大适用高度为70m，最大高宽比为5。

剪力墙结构：

受力变形特点：

在水平荷载作用下，剪力墙可视为竖向悬臂构件。

在竖向荷载作用下，剪力墙是受压的薄壁柱；在水平荷载作用下，剪力墙则是下端固定、上端自由的悬臂柱（深梁）。

注：

1）剪力墙结构水平承载力和侧向刚度均很大，侧向变形较小。

2）剪力墙结构属于刚性结构，对于高宽比较大的剪力墙，侧向变形呈弯曲型。

优点：

①整体性好、刚度大，抵抗侧向变形能力强②抗震性能较好，设计合理时结构具有较好塑性变形能力，因而剪力墙结构适宜的建造高度比框架结构要高。

房间墙面及天花板平整，层高较小，特别适用于住宅、宾馆等建筑。

（结构高度：

几十米~100多米，十几层到三十多层）

缺点：

结构自重较大；受楼板跨度的限制（一般为3～8m），剪力墙间距不能太大，建筑平面布置不够灵活。

框架-剪力墙结构：

受力变形特点：

框架-剪力墙结构体系以框架为主，并布置一定数量的剪力墙，通过水平刚度很大的楼盖将二者联系在一起共同抵抗水平荷载。

其中剪力墙承担大部分水平荷载，框架只承担较小的一部分。

注：

在水平荷载作用下，框架的侧向变形属剪切型，层间侧移自上而下逐层增大；剪力墙的侧向变形一般是弯曲型，其层间侧移自上而下逐层减小。

当框架与剪力墙通过楼盖形成框架-剪力墙结构时，各层楼盖因其巨大的水平刚度使框架与剪力墙的变形协调一致，其侧向变形介于剪切型与弯曲型之间，一般属于弯剪型。

剪力墙结构属于中刚性结构。

优点：

兼有框架和剪力墙的优点，比框架结构的水平承载力和侧向刚度都有很大提高，比剪力墙结构布置灵活，可应用于10～40层的办公楼、教学楼、医院和宾馆等建筑中。

框筒结构：

受力变形特点：

筒体的水平截面为单孔或多孔的箱形截面。

筒体最主要的受力特点是它的空间性能，在水平荷载作用下筒体可视为下端固定、顶端自由的（筒状）悬臂构件。

注1）空间性能：

按材料力学计算其应力分布特点。

2）剪力滞后现象：

对于框筒结构，在翼缘框架中，远离腹板框架的各柱轴力愈来愈小；在腹板框架中，远离翼缘框架各柱轴力的递减速度比按直线规律递减的要快。

上述现象称之为剪力滞后（书P35）

优缺点：

筒体结构具有很大的侧向刚度及水平承载力，并具有很好的抗扭刚度。

剪力滞后使结构计算变得更复杂。

3.高层建筑结构平面布置的基本原则是什么？

结构平面布置应符合哪些要求？

变形缝如何设置？

答：

（1）基本原则：

有利于抵抗水平荷载和竖向荷载，受力明确，传力直接，力求均匀对称，减少扭转影响。

在地震作用下，建筑平面力求简单、规则。

风荷载作用下可适当放宽。

（2）课本第30页

（1）-（5）

在房屋建筑的总体布置中，为了消除结构不规则、收缩和温度应力、不均匀沉降对结构的有害影响，可以用防震缝、伸缩缝和沉降缝将房屋分成若干独立的部分。

（3）各缝的特点和要求：

防震缝应有一定的宽度，防震缝基础可不断开。

伸缩缝从基础以上设置，基础可不断开。

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。

目前的趋势是避免设缝或尽可能少设缝。

3.框架-筒体结构与框筒结构有何异同？

框架结构与框筒结构区别？

答：

框架-筒体结构与框筒不是同一个概念。

后者指的是由密柱深梁组成的空腹筒（空间），一般作为结构单元；而前者是由框架和筒体（核心筒）结构单元组成的结构，其中的框架与筒体是平行的受力单元。

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。

（百）剪力滞后现象：

对于框筒结构，在翼缘框架中，远离腹板框架的各柱轴力愈来愈小；在腹板框架中，远离翼缘框架各柱轴力的递减速度比按直线规律递减的要快。

上述现象称之为剪力滞后。

4.高层建筑结构竖向布置的基本原则是什么？

《p37》应符合哪些要求？

《p38》

5.高层建筑楼盖结构如何选型?

有哪些构造要求？

《p34》

6.高层建筑的基础都有哪些形式？

基础埋深如何确定？

《p42》

答：

基础形式：

条形，交叉梁式，片筏，箱型，桩；

第3章高层建筑结构荷载和地震作用

1.高层建筑结构设计时应主要考虑哪些荷载或作用？

答：

自重，使用活荷载，风荷载，地震作用温度变化，地基不均匀沉降

2.高层建筑结构的竖向荷载如何取值？

进行竖向荷载作用下的内力计算时，是否要考虑活荷载的不利布置？

为什么？

答：

竖向荷载：

结构自重按材料密度与用量计算；使用活荷载，按规范选取并进行荷载效应组合。

不考虑，因为一般高层建筑的活荷载不大，产生的内力所占比重较小。

3.结构承受的风荷载与哪些因素有关？

和地震作用相比，风荷载有何特点？

答：

因素：

风的性质，风速，风向；建筑所在地貌及周边环境，建筑高度，体型，表面状况。

特点：

风荷载具有静力和动力双重性质，持续时间大，风力大小估计可靠。

4.高层建筑结构风荷载标准值计算式中，基本风压、风载体型系数和风压高度变化系数分别如何取值？

答：

我国《荷载规范》规定，基本风压系以当地比较空旷平坦地面上离地10m高，重现期为50年的10分钟平均最大风速v0（m/s）为标准近似按w0=v0²/16（kN/m2）计算风压。

风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面所引起的实际压力或吸力（平均值）与原始风速算得的理论风压的比值。

风压高度变化系数是指某类地表上空高度处的风压与基本风压的比值，取决于地面粗糙程度指数。

5.什么是风振系数？

在什么情况下需要考虑风振系数？

如何取值？

答：

考虑风的动力特性对建筑产生的动力效应。

对于高度较大刚度较小对风荷载的动力效应不可忽略的高层建筑。

根据结构类型，建筑高度，高宽比，基本阵型，等确定。

6.高层建筑地震作用计算的原则有哪些？

《p55》

7.高层建筑结构自振周期的计算方法有哪些？

《p63》

8.计算地震作用的方法有哪些？

如何选用？

地震作用与哪些因素有关？

《p55》

9.底部剪力法和振型分解反应谱法在计算地震作用时的异同？

《p57》

10.在计算地震作用时，什么情况下应采用动力时程分析法？

《p63》计算时有哪些要求？

《p56》

11.在什么情况下需要考虑竖向地震作用效应？

《p64》

12.突出屋面小塔楼的地震作用影响如何考虑？

《p60》

第4章高层建筑结构的计算分析和设计要求

（1）为什么要限制结构在正常情况下的侧移？

答：

在正常状态下，限制侧向变形的主要原因有：

防止主体结构及填充墙、装修等非结构构件的开裂与损坏；同时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（P-Δ效应）。

（2）何谓舒适度？

为什么应对高度超过150m的高层建筑进行舒适度验算？

高规采用何种限制来满足舒适度要求？

答：

舒适度是指人们对客观环境从生理与心理方面所感受到的满意程度而进行的综合评价。

受各种因素及条件的影响，舒适度会因个体差异而呈现不同结果。

高层建筑物在风荷载作用下将产生振动，过大的振动加速度将使居住在高楼内的人们感觉不舒适，甚至不能忍受。

《高层民用建筑钢结构技术规程》要求：

高度超过150m的高层建筑混凝土结构应满足舒适度的要求，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009规定的10年一遇的风荷载取值计算或由专门风洞试验确定的结构顶点最大加速度不应超过表1-4的限值。

（PPT）

使用功能

（m/s2）

使用功能

（m/s2）

住宅、公寓

0.15

办公、旅馆

0.25

（3）什么是结构的重力二阶效应？

影响高层建筑结构整体稳定的主要因素是什么？

答：

在水平力作用下，高层建筑结构产生水平位移，竖向重力荷载由于水平位移而是结构产生附加内力，附加内力又增大水平位移，这种现象称为重力二阶效应。

风荷载或水平地震作用。

（书）

（4）何谓刚重比？

如何采用刚重比进行框架结构的整体稳定验算？

答：

刚重比:

结构的刚度（Di）与重量（Gi）之比。

应符合右下式要求：

第6章高层建筑结构的近似计算方法

框架部分

（1）简述分层法和迭代法的计算要点及步骤。

答：

分层法：

 1）将多层多跨框架分层：

即每层梁与上下柱构成的单层作为计算单元，柱的远端为固定端； 2）各层柱的线刚度乘以折减系数0.9（底层柱除外），楼层柱弯矩传递系数为1/3，底层柱为1/2； 3）按力矩分配法计算各单元内力； 4）横梁的最后弯矩即分层计算所得弯矩； 5）柱的最后弯矩为上、下两相邻简单刚架柱的弯矩叠加,若节点弯矩不平衡，对节点不平衡弯矩，再作一次分配； 6）画出结构弯矩图。

迭代法：

《混凝土结构设计》P194

Δ

（2）D值的物理意义是什么？

影响因素有哪些？

具有相同截面的边柱和中柱的D值是否相同？

具有相同截面及柱高的上层柱与底层柱的D值是否相同（假定砼弹性模量相同）？

答：

D的物理意义：

当柱端有转角时使柱端产生单位水平位移所需施加的水平推力。

Δ（3）一框架结构，假定楼盖的平面内刚度无穷大，用D值法分配层间剪力。

先将层间剪力分配给每一榀平面框架，再分配到各框架的每根柱；或者用每根柱的D值与层间全部柱的∑D的比值将层间剪力直接分配给每根柱。

这两种方法的计算结果是否相同？

为什么？

答：

Δ（4）水平荷载作用下框架