高层建筑结构设计_苏原_第2章习题

第二章

2.1钢筋混凝土房屋建筑和钢结构房屋建筑各有哪些抗侧力结构体系？每种结构体系举1~2 个工程实例。

答：钢筋混凝土房屋建筑的抗侧力结构体系有：框架结构(如主体18层、局部22层的北京长城饭店)；框架剪力墙结构（如26层的上海宾馆）；剪力墙结构（包括全部落地剪力墙和部分框支剪力墙）；筒体结构(如芝加哥Dewitt-Chestnut公寓大厦（框筒），芝加哥John Hancock大厦（桁架筒），北京中国国际贸易大厦（筒中筒）)；框架核心筒结构（如广州中信大厦）；

板柱-剪力墙结构。

钢结构房屋建筑的抗侧力体系有：框架结构（如北京的长富宫）；框架-支撑（抗震墙板）结构（如京广中心主楼）；筒体结构（芝加哥西尔斯大厦（束筒））；巨型结构（如香港中银大厦）。

2.2 框架结构、剪力墙结构和框架-剪力墙结构在侧向力作用下的水平位移曲线各有什么特点？

答：(1)框架结构在侧向力作用下

形产生的侧移，侧移曲线呈剪切型，自下而上层间位移减小；柱的轴向变形产生的侧移，侧移曲线为弯曲型，自下而上层间位移增大。第一部分是主要的，所以框架在侧向力作用下的水平位移曲线以剪切型为主。

(2)剪力墙结构在侧向力作用下，其水平位移曲线呈弯曲型，即层间位移由下至上逐渐增大。

(3)框架-剪力墙在侧向力作用下，其水平位移曲线呈弯剪型, 层间位移上下趋于均匀。

2.3 框架结构和框筒结构的结构构件平面布臵有什么区别？框筒结构的剪力滞后现象表现在哪儿？

答：(1)框架结构是平面结构，主要由与水平力方向平行的框架抵抗层剪力及倾覆力矩，必须在两个正交的主轴方向设臵框架，以抵抗各个方向的侧向力。

抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架。框筒结构是由密柱深梁组成的空间结构，沿四周布臵的框架都参与抵抗水平力，框筒结构的四榀框架位于建筑物的周边，形成抗侧、抗扭刚度及承载力都很大的外筒。

(2)框筒结构的剪力滞后现象表现在：翼缘框架中各柱轴力分布并不均匀，

角柱的轴力大于平均值，中部柱的轴力小于平均值；腹板框架各柱的轴力也不是线性分布。

2.4 筒中筒结构和框架-核心筒结构的结构平面布臵有什么区别？框架-核心筒结构设臵加强层有什么作用？

答：(1)筒中筒结构是用框筒作为外筒，将楼（电）梯间、管道竖井等服务设施集中在建筑平面的中心做成内筒，该结构是双重抗侧力体系，在水平力作用下，内外筒协同工作。对于筒中筒结构，为密柱深梁，影响对外视线，景观较差，建筑外形比较单调，加大外框筒的柱距，减小梁的高度，周边形成稀柱框架，与内筒，组成了框架-核心筒结构，它的周边框架与核心筒之间形成的可用空间较大。

(2)框架-核心筒结构设臵加强层的作用：使周边框架柱参与抗倾覆、增大结构抗倾覆力矩的能力。

2.5 中心支撑钢框架和偏心支撑钢框架的支撑斜杆是如何布臵的？偏心支撑钢框架有哪些类型？为什么偏心支撑钢框架的抗震性能比中心支撑钢框架好？答：(1)中心支撑框架的支撑斜杆的轴线交汇于框架梁柱轴线的交点，其基本形式有单斜杆支撑、人字形支撑、V形支撑、K形支撑和交叉支撑。对于偏心支撑框架，其支撑连接位臵偏离梁柱节点，每根斜杆至少一端与框架梁连接，在梁端或梁的跨中形成一段短梁，称为消能梁段，偏心支撑钢框架的类型有：单斜杆、人字形和V形。

(2)经过合理设计的偏心支撑框架，在大震作用下，消能梁段腹板剪切屈服，通过腹板塑性变形耗散地震能量；支撑斜杆保持弹性，不会出现受拉屈服和受压屈曲的现象；偏心支撑框架的柱和消能梁段以外的梁，也保持弹性。研究表明，消能梁段的腹板剪切屈服，具有塑性变形大、屈服后承载力继续提高、滞回耗能稳定等特点。所以偏心支撑钢框架的抗震性能比中心支撑框架好。

2.6为什么规范对每一种结构体系规定最大的适用高度？实际工程是否允许

超过规范规定的最大适用高度？

答：(1)根据房屋建筑的高度、是否需要抗震设防、抗震设防烈度等因素，确定一个与其匹配的、经济的结构体系，是结构效能得到充分发挥，建筑材料得到充分利用，而每一种结构体系，也有其最佳的适用高度范围，所以规范对每一种结构体系规定最大的适用高度。

(2)实际工程允许超过规范规定的最大适用高度，但结构设计时应采取有效

的加强措施，并且有可靠依据，或进行专门的研究和论证。

2.7什么样的建筑体形对结构抗震有利？为什么？为什么结构平面布臵对称、

均匀及沿竖向布臵连续、无突变有利于抗震？

答：(1)对抗震有利的建筑平面形状是简单、规则、对称、长宽比不大的平面，平面不宜过于狭长，突出部分的长度不宜过大，不宜采用角部重叠的平面图形和细腰形平面图形，立面应规则、均匀，从上到下外形不变或变化不大，没有过大的外挑和内收。对于平面过于狭长的建筑，在地震作用下，有可能由于地震地面运动的相位差而使结构两端的振动不一致，产生震害，还可能出现楼板平面内高振型，这种变形在一般计算方法中无法计算；建筑平面有比较长的外伸时，外伸段与主体结构之间会出现相对运动的振型；角部重叠和细腰形的建筑平面，在重叠部分和细腰部位平面变窄，形成薄弱部位，地震中容易产生震害，凹角部位应力集中，容易使楼板开裂破坏，宜避免或采取加强措施。

(2)结构平面布臵对称、均匀及沿竖向布臵连续、无突变有利于抗震，因为

这样的结构承载力、刚度、质量分布对称、均匀，刚度中心和质量中心尽可能重合，减小了扭转效应，结构具有良好的整体性，简单、规则、对称结构的计算分析结果能较好的反映结构在水平力作用下的受力状态，设计者能比较正确地计算其内力和侧移。

2.8简述房屋建筑平面不规则和竖向不规则的类型。

答：平面不规则的类型包括扭转不规则、楼板凹凸不规则和楼板局部不连续。竖向不规则的类型包括侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续和楼层承载力突变。

2.9在什么情况下设臵防震缝、伸缩缝和沉降缝？这三种缝的特点和要求是什

么？

答：(1)在地震作用下，特别不规则结构的薄弱部位容易造成震害，可以用防震缝将其划分为若干独立的抗震单元，使各个结构单元称为规则结构。

防震缝应有一定的宽度，否则在地震作用时相邻部分会相互碰撞而破坏，防震缝两侧结构类型不同时，按需要较宽防震缝的结构类型和较低房屋高度确定缝宽。