高层建筑结构设计复习资料

1、高层建筑的定义:10层及10层以上的住宅和约
24m以上高度的其他建筑为高层建筑。

(也可以把40层或超过100m的建筑单列出来称为超高层建筑,而把9层以下
或高度不超过24m 的建筑称为中高层建筑(7~9层)、多层建筑(4~6)或低层建筑(小于等于3层))
2、高层建筑结构的功能:在规定的设计基准期内,在承受其上的各种荷载和作用下,完成预期的承载力、正常使用、耐久性以及突发事件中的整体稳定功能。

3、建筑物高度和荷载效应的关系:随高度增大,轴力与高度成线性关系,弯矩
与高度成二次方关系,而位移与高度成四次方关系。

由此可见,高层建筑结构设计中,除了要保证结构有足够的承载力之外,更要使结构有较大的刚度以抵抗结构过大的侧向变形。

4、高层建筑结构的形式按功能材料分:钢筋混凝土结构、刚结构以及采用钢
和钢筋混凝土材料的混合结构形式。

5、高层建筑结构的形式按结构体系分:框架结构、剪力墙结构、框架—剪力
墙结构、悬挂结构及巨型框架结构等)
6、为什么计算高层建筑结构在竖向荷载作用下的内力时,一般不考虑楼面及
屋面竖向活荷载的不利位置?1、在高层建筑中各种活荷载占总竖向荷载的比例较小,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结构体系,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。

(但是当楼面活荷载大于4kN/m2 时,各截面内力计算时仍必须考虑活荷载的布置,按不利荷载计算结构在竖向荷载作用下的内力。

7、风荷载标准值与哪些因素有关?ωk=βzμsμzω0(其中ωk——风荷载标准值;βz——z 高度上的风振系数;μz——z高度处的风压高度变化系数;μs——风荷载体型系数;ω0——基本风压)
8、哪些系数与地面粗糙程度有关?风压高度变化系数μz
9、地面粗糙分为四类:A类指临近海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区;B类
指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区;C类指有密集建
筑群的城市市区;D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。

10、为达到三水准抗震设计目标,应采用两阶段抗震设计方法。

第一阶段设计:是针对所有进行抗震设计的高层建筑。

除了爱确定结构方案和进行结构布置是考虑抗震要求外,还应按照小震作用进行抗震计算和保证结构延性的抗震结构设计,以达到小震不坏,中震可修,大震不倒。

第二阶段设计:主要针对甲级建筑和特别不规则的结构。

用大震作用进行结构易损部位的塑性变形验算。

11、高层建筑应根据其功能的重要性分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震
设防类别。

甲类: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。

甲类建筑地震作用应按高于本地区抗震设防烈度计算,其只应按批准的地震安全性评价结果确定。

乙类:属于地震时使用功能不能中断或需要尽快恢复的建筑。

乙类建筑地震作用应按本地区抗震设防烈度计算。

丙类:应属于出甲乙丙类以外的一般建筑。

丙类建筑地震作用应按本地区抗震设防烈度计算。

丁类:应属于抗震次要建筑。

丁类建筑地震作用一般情况下仍应按本地区抗震设防烈度计算。

12、什么情况下采用时程分析法?1、甲类高层建筑结构2、(建筑高度大于100m,8度Ⅰ、7度Ⅱ类场地;建筑高度大于80m,8度Ⅲ、Ⅳ类场地;建筑高度大于60m,9度)的乙类、丙类高层建筑结构。

3、结构竖向布置特别不规则的高层建筑结构4、带转换层、带
加强层、错层、连体、多塔楼等复杂高层建筑结构5、质量沿竖向分布特别不均匀的高层建筑结构
13、计算8、9度罕遇地震作用时,特征周期应增加0.05s。

14、什么时候要计算竖向地震作用?高层建筑9度抗震设计和8度、9度抗震设计的大跨度、长悬臂结构。

(对于长悬臂构件、大跨度结构以及结构上部楼层外挑部分考虑竖向地震作用时,竖向地震作用的标准值在8度和9度设防时,可分别取该结构或构件承受的重力荷载代表值的10%和20%)
15、高层建筑结构布置的规则中有:高层建筑不应采用严重不规则的结构体系;宜采用规则结构规则,结构平面布置均匀、对称,并具有较好的抗扭刚度。

16、高层建筑结构体系高度限制:1、框架结构体系最大不宜超过60m,在9度抗震设防时不宜超过25m。

2、剪力墙结构体系最大高度不宜超过140m,在9度抗震设防时不宜超过60m。

3、框支剪墙结构体系最大高度不宜超过130m,在9度抗震设防时不宜超过
50m。

4、框架—剪力墙结构体系最大高度不宜超过130m,在9度抗震设防时不宜超过50m。

17、结构延性的定义:保证结构承载力条件下的结构变形性能,反映了结构吸
收地震能量后的变形能力。

(高层建筑钢筋混凝土结构的延性一般要求4—8,为此
结构构件要具有足够大的截面尺寸,满足轴压比、梁和墙的剪压比限制,并且截面配筋率要适宜。

)
18、对于框架结构,梁柱节点是保证框架有效地抗御地震作用的关键部件,因
此框架结构设计应使节点基本不破坏,梁比柱的屈服易早发生,同一层中各柱两端的屈服历程越长越好,地层柱底的塑性铰宜晚形成,应使梁、柱端的塑性铰出现得可能分散,充分发挥整体结构的抗震能力。

为了保证结构在地震作用下具有足够的延性和承载力,应按照“强柱弱梁”、“强
.........
剪弱弯”、“强节点弱构件”
.............的原则进行设计。

19、基本假定:1、弹性变形假定:高层建筑结构的内力与位移采用弹性方法计算。

考虑到实际结构中,某些构件体现了较为明显的弹塑性性质,因此,在截面设计时需充分考虑材料的这种性质,对框架梁及连梁等构件可考虑局部塑形变形引起的内力重分布。

2、刚性楼板假定:高层建筑结构空间体能整体协同工作的原因是由于各抗侧力结构之间通过楼板联系,进行高层建筑内力与位移计算时,假定联系各抗侧力结构的楼板在其自身平面内有无限大的刚度,而在其平面外的刚度很小,可忽略不计。

3、平面抗侧力假定:任何一片抗侧力结构在其平面外的刚度可忽略不计,它只承受在其平面内的侧向力。

20、荷载效应及地震作用组合效应:1、无地震作用效应组合时,荷载效应组合的设计值: S d=γG S Gk+γLΨQγQ S Qk+ΨWγW S Wk(S d——荷载效应组合的设计值;γG——永久荷载分项系数;γL——考虑结构设计使用年限的荷载调整系数,设计使用年限为50年时取1.0,设计使用年限为100年取1.1;γQ——楼面活荷载分项系数;γW——风荷载的分项系数;S Qk——永久荷载效应标准值;S Qk——楼面活荷载效应标准值;S Wk——风荷载效应标准值;ΨQ、ΨW——楼面活荷载组合值系数和风荷载组合值系数。

当可变荷载效应起控制作用时应分别取1.0和0.6。

(无
地震作用效应组合时,ΨW取0.6.有地震作用效应组合时,ΨW取0.2。

21、什么情况下考虑风荷载?1、60m以上的高层建筑2、水平长悬臂结构7度、8度、9度抗震设计3、长悬臂结构和大跨度结构,7度、8度、9度抗震设计考虑。

22、考虑到二阶效应分析的复杂性,可只考虑结构的刚度与重力荷载之比对二阶效应的影响。

23、高层建筑层数多、高度大,为保证在正常使用条件中,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,切须对结构楼层层间最大位移与层高之比进行限值。

24、按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比Δu/h应满足:1、高度
不大于150m的高层建筑,其楼层层间最大位移与层高之比Δu/h不宜大于一下限值,框架类型:1/550,框架—剪力墙、框架—核心筒、板柱—剪力墙:1/800,筒中筒、剪力墙:1/1000,除框架结构外的转换层:1/1000。

2、高度不小于250m的高层建筑,其楼层层间最大位移与层高之比Δu/h不宜大于1/500;3、高度在150—250m之间的高层建筑,其楼层层间最大位移与层高之比Δu/h的限制按以上第一条和第二条的限制线性插入取用。

25、抗震等级的划分(详见P48)
26、在实际建筑结构体系中,框架—剪力墙体系由延性框架和剪力墙两个系统组成,剪力墙
为第一道防线,框架为第二道防线;框架—简体体系由延性框架和筒体组成,筒体为第一道防线,框架为第二道防线;筒中筒体系由内实腹筒组成,内实腹筒为第一道防线,外空腹筒为第二道防线;在交叉支撑及耗能器的结构中,交叉耗能支撑和耗能阻尼器为第一道防线,结构本身为第二道防线。

27、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,μ=Δu/Δy。

(μ——延性系数,表示结构延性大小。

Δu——结构最大变形。

Δy——结构屈服变形)
28、要使结构具有较好的延性,应注意以下要点:1、强柱弱梁2、强剪弱弯
3、强节弱杆
4、强压若拉
29、了解框架结构设计的两种方法(详见P52)理解最不利内力类型(详见P64)
30、竖向荷载产生的梁端弯矩应先行调幅,再与风荷载和水平地震作用产生的弯矩进行组合。

31、P65—P70,自己看
32..、.抗震设计时,柱箍筋加密区的范围应符合下列要求:1、底层柱的上端
和其他各层柱的两端,应取矩形截面柱之长边尺寸、柱净高之1/6和500mm三者之
最大值范围。

2、底层柱刚性地面上、下各500mm的范围。

3、底层柱柱根以上1/3柱净高的范围。

4.、剪跨比不大于
.......
2.的柱和因填充墙等形成的柱净高与截面高度之比不大于
.......5、一级及二级........................4.的柱全高范围。

框架角柱的全高范围6、需要提高变形能力的柱的全高范围。

33、非抗震设计时,柱中箍筋应符合以下规定:4、当柱中全部纵向受力钢筋的配筋率超过3%时,箍筋直径不应小于8mm,箍筋间距不应大于最小纵向钢筋直径的
10倍,且不应大于200mm;箍筋末端应做成135度弯钩且弯钩末端平直段长度不应小于10倍箍筋直径。

5、当柱每边纵筋多于3根时,应设置复合箍筋。

34、剪力墙结构的受力变形特点:墙肢截面在弯矩作用下产生下层层间相对侧移较小,上层层间相对侧移较大的“弯曲型变形”,在剪力作用下产生“剪切型变形”此两种变形的叠加构成平面剪力墙的变形特征。

一般高墙在水平荷载作用下的变形曲线表现为“弯曲型变形曲线”,而矮墙在水平荷载作用下的变形曲线表现为“剪切型变形曲线”。

35、剪力墙的结构布置类型:1、高宽比限制2、结构平面布置3、结构竖向布置
36、剪力墙底部加强部位如何确定?抗震设计时,剪力墙底部加强部位的高度,应从地下室顶板算起;部分框之剪力墙结构的剪力墙,其底部加强部位的高度,可取框支层加框支层的高度及落地剪力墙总高度的1/10二者的较大值;其他结构的剪力墙,底部加强部位的高度可取底部两层和墙体总高度的1/10二者的较大值;当结构计算嵌固端位于地下一层底板或以下是,底部加强部位宜延伸到计算嵌固端。

37、了解剪力墙的洞口,小墙肢,刀把形剪力墙的图形。

(见P83)
38、剪力墙分布钢筋的配置应符合下列要求:1、一般剪力墙竖向和水平分布筋的配筋率,一二三级抗震设计均不应小于0.25%,四级抗震设计和非抗震设计时均不应小于0.2%。

2、剪力墙竖向和水平分布钢筋间距不宜大于300mm;钢筋直径不应小于8mm;剪力墙的竖向和水平分布钢筋直径不宜大于墙厚的1/10.
39、剪力墙钢筋锚固和连接应符合下列要求:1、非抗震设计时,剪力墙纵向钢筋最小锚固长度应取l a;抗震设计时,剪力墙纵向钢筋最小锚固长度应取l ae。

2、剪力墙竖向及水平分布钢筋的搭接连接,一级、二级抗震等级剪力墙的底部加强部位,接头位置应错开,同一截面连接的钢筋数量不宜超过总数量的50%,错开净距不宜小于500mm;其他情况剪力墙的钢筋可在同一部位连接。

非抗震设计时,分布钢筋的搭接长度不应小于1.2l a;抗震设计时,不应小于1.2l aE。

3、暗柱及端柱内纵向钢筋连接和锚固要求宜与框架柱相同。

40、剪力墙在下部楼层位移较小,上部位移楼层位移较大。

框架结构下部楼层位移较大,上部楼层位移较小。

当框架和剪力墙通过楼板连在一起时,由于楼板平面内刚度的无限大,迫使框架和剪力墙在同一楼层出具有相同的水平位移,从而出现在下部楼层,剪力墙拉着框架按弯曲型曲线变形,剪力墙承担了大部分水平力。

41、构件截面尺寸估算及材料强度等级选定应符合下列要求:1、框架部分承受的地震倾覆力矩不大于结构总地震倾覆力矩的10%,按剪力墙结构设计,框架部分应符合框架—剪力墙结构的框架进行设计。

2、当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的10%但不大于50%时,按框架—剪力墙结构的规定进行设计。

3、当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%但不大于80%时,按框架—剪力墙结构设计,其最大使用高度可比框架结构适当增加,框架部分的抗震等级和轴压比限值宜按框架结构的规定采用。

4、当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的80%时,按框架—剪力墙结构设计,但其最大使用高度宜按框架结构采用,框架部分的抗震等级和轴压比限值应按框架结构的规定采用。

42、框架剪力的调整原因和意义:框架—剪力墙结构中,剪力墙刚度相对较大,框架部分计算所得的剪力一般都很小,在地震作用下,剪力墙承受了大部分的水平地震作用,某些构件可能出现裂缝,刚度降低,框架承担的水平地震作用将有所增加。

为保证作为第二道防线的框架具有一定的抗侧力能力,需对框架承担的水平剪力予以适当打调整。

43、刚度特征值λ的影响:λ小于1时,结构变形以剪力墙的弯曲变形为主;λ大于6时,结构变形以框架结构的剪切变形为主;λ介于1—6时,结构显现下部以弯曲为主,上部以剪切为主的反S形变形,称为弯剪型变形。