哈工大 2014年高层建筑结构设计48道思考题答案

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EJ d 2.7 H
2) 框架结构：
2
G
i 1
i
Di 20 G j / hi
j i
n
(i 1, 2, , n)
刚重比不满足上述要求时， 也可采用对未考虑重力二阶效应的计算结果乘以下述增大系数的 方法近似考虑。 1)框架结构： 位移增大系数
F1i
1 1 G j / ( Di hi )
I0 为梁矩形部分的惯性矩。 23.框架结构在竖向、水平荷载作用下的近似计算方法？ 框架在竖向荷载作用下的近似计算方法──分层法 框架在水平荷载作用下的内力近似计算──反弯点法，D 值法 24.框架梁、柱的控制截面位置？ 梁：梁端和跨中（梁端指柱边） 。 柱：柱端（柱端指梁底及梁顶） 。 25.为什么要对竖向荷载作用下的梁端弯矩进行调幅？调幅系数取多少？调幅后的跨中弯矩如何 确定？ 原因：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。 跨中弯矩：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。 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。 26.D 值的物理意义及算式？ D 值：柱端发生单位水平位移时，柱内产生的剪力： D c 27.D 值法的计算步骤？ 1）计算改进后柱抗侧移刚度 D 2）计算柱的反弯点高度
lb 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 短边之比不宜大于 3。 框架柱的截面边长： 非抗震≥250mm 矩形柱 抗 震≥300mm（四级） ≥400mm（一、二、三级） 圆形直径 ≥350mm（非抗震和四级） ≥450mm（一、二、三级） 柱净高与截面长边之比宜大于 4。 初步设计时，柱截面尺寸可按轴压比确定。 22.如何计算框架梁的惯性矩？ 梁应考虑楼板的作用，当采用现浇楼盖时楼板可作为框架梁的翼缘，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 两边有楼板 I=1.5I0 I=2.0I0
围内。 2）主楼与裙房采用不同的基础形式，并宜先施工主楼，后施工裙房，调整土压力使后期沉 降基本接近。 3）地基承载力较高、沉降计算较为可靠时，主楼与裙房的标高预留沉降差，先施工主楼， 后施工裙房，使最后两者标高基本一致。 6.周期比的定义？限制高层建筑周期比的目的？当周期比大于 0.9 时,会出现什么问题？ 定义：结构扭转为主的第一自振周期 Tt 与平动为主的第一自振周期 T1 之比。 目的：限制结构的抗扭刚度不能太弱。 问题：当两者接近时，由于振动耦联的影响，结构的扭转效应明显增大。 7.位移比的定义？限制高层建筑位移比的目的？当位移比为 1.5 时，最大位移是最小位移的几 倍？ 定义：楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移与该楼层水平位移的平均值之比。 目的：减少扭转效应的不利影响。3 倍。 8.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？ 当楼面活荷载大于 4kN/m2 时，应考虑活荷不利布置。按活荷满布进行计算时，梁跨中弯矩 需乘以 1.1～1.3 的放大系数。 9.一般高层建筑可采用多少年一遇的基本风压？对风荷载比较敏感的高层建筑， 其基本风压何时 应按 1.1 倍采用？重现期为 10 年的基本风压用于何处计算？ 1）一般高层建筑可采用重现期为 50 年的基本风压。 2）一般情况下，高度 60 米的高层建筑，承载力设计时风荷载可按基本风压的 1.1 倍采用。 3）高度 60 米的高层建筑，风荷载是否提高由设计人员根据实际情况确定。 4）重现期为 10 年的风压用于高层建筑的舒适度验算。 10.结构抗震等级是根据什么划分的？共分成几级？ 结构类型、房屋高度、设防烈度。分成特一级、一级、二级、三级、四级共五级。 11.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？ 1) 60m 以上的高层建筑。 2)水平长悬臂结构和大跨度结构，7 度、8 度、9 度抗震设计。 风荷载的组合系数为 0.2。 12.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？ 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。 允许值： 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 不宜大于下表限值； 结构体系 框架 框架-剪力墙、框架-核心筒、板柱-剪力墙 筒中筒 除框架结构外的转换层
12ic h2
yh ( y 0 y1 y2 y3 )h
3）计算框架的内力： （1）各柱的剪力
Vi
Di F D
（2）柱端弯矩 （3）梁端弯矩 28.影响框架柱反弯点位置的主要因素是什么？ 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。 29.何时需要考虑框架柱轴向变形引起的框架位移？ 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。 30.为什么要对框架梁、柱的箍筋进行加密？框架梁、柱箍筋加密区的范围?节点区的箍筋怎么设 置？ 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。 柱端箍筋加密区范围： 柱长边尺寸 1)一般部位为 柱净高 1/ 2, , n)
如不满足上式的要求，应调整并增大结构的侧向刚度。 19.如何防止高层建筑倾覆？ 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） 20.为什么要限制高层建筑的高宽比？ 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。 21.如何估算框架结构梁、柱截面尺寸？ 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 hb = (1/10 ~ 1/18)
u / h 限值
1/550 1/800 1/1000 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Δu/h 限值可按本条第 1、2 款的限值线性插入取用。 13.试述高层建筑混凝土结构关于风振舒适度验算的具体要求？
高度不小于 150m 的高层建筑结构，在《荷载规范》规定的 10 年一遇的风荷载标准值作用 下，结构顶点的顺风向和横风向振动最大加速度计算值 amax 应满足: 住宅、公寓 0.15m / s 2 办公、旅馆 0 .2 5 m /s 2 14.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？ 一般构件采用弹性刚度，不必折减。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。 15.高层建筑混凝土结构抗连续倒塌概念设计应符合哪些要求？ 抗连续倒塌概念设计应符合下列要求： 1）应采取必要的结构连接措施，增强结构的整体性； 2）主体结构宜采用多跨规则的超静定结构； 3）结构构件应具有适宜的延性，避免剪切破坏、压溃破坏、锚固破坏、节点先于构件破坏； 4）结构构件应具有一定的反向承载能力； 5）周边及边跨框架的柱距不宜过大； 6）转换结构应具有整体多重传递重力荷载途径； 7）钢筋混凝土结构梁柱宜刚接，梁板顶、底钢筋在支座处宜按受拉要求连续贯通； 8）独立基础之间宜采用拉梁连接。 16.结构抗震性能目标分为哪几个等级？何时可考虑选用最高等级性能目标？ 结构抗震性能目标分为 A、B、C、D 四个等级。特别不规则的超限高层建筑或处于不利地 段场地的特别不规则结构，可考虑选用 A 级性能目标。 17.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 《高规》JGJ3-2010 的处理方法？ 刚重比满足下列规定时，弹性计算分析时可不考虑重力二阶效应的不利影响： 1) 剪力墙结构、框架-剪力墙结构、板柱-剪力墙结构、筒体结构：
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。 1) 框架结构 优点：平面布置灵活，可提供较大的室内空间。 缺点：抗侧移刚度较小，主要用在层数不多、水平荷载较小的情况。 2) 剪力墙结构 优点：抗侧移刚度较大，可承受较大的水平荷载。用于层数较多，水平荷载较大的情况。 缺点：墙体多，难于布置面积较大的房间，主要用于住宅、公寓、旅馆等对室内面积要求 不大的建筑物。 3) 框架－剪力墙结构 优点：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。 4) 筒体结构 优点：具有更大的抗侧移刚度。 缺点： 框筒体系在水平荷载下外框筒的剪力滞后效应较大， 结构的潜能和空间效应发挥较差。 2.高层建筑的结构平面布置原则？ 结构平面形状宜简单、规则，质量、刚度和承载力分布宜均匀。不应采用严重不规则的平面 布置。否则会产生过大的偏心，导致扭转过大。 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？ 伸缩缝： 高层建筑结构未采取可靠的构造或施工措施来防止建筑物在温度变化过程中产生的 温度应力时，需设伸缩缝。 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， 从而造成较大差异沉降时，宜设沉降缝将结构划分为独立单元。 防震缝： 当建筑物平面形状复杂而又无法调整其平面形状和结构布置使之成为较规则的结构 时，宜设防震缝将其划分为较简单的几个结构单元。 伸缩缝宽度由线膨胀系数经计算求得。 沉降缝宽度由沉降转角计算后，建筑顶部不接触求得。 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。 框架，当 H 15m 时， =100mm 设防烈度为 6 H 每增加 5m 7 4m 8 3m 9度 2m