完整word版,高层建筑结构设计_苏原_第4章习题

第四章
4.1 承载力验算和水平位移限制为什么是不同的极限状态？这两种验算在荷载效应组合时有什么不同？
答：(1)高层建筑结构设计应保证结构在可能同时出现的各种外荷载作用下，各个构件及其连接均有足够的承载力。

我国《建筑结构设计统一标准》规定构件按极限状态设计，承载力极限状态要求采用由荷载效应组合得到的构件最不利内力进行构件截面承载力验算。

水平位移限制是正常使用极限状态，主要原因有：要防止主体结构开裂、损坏；防止填充墙及装修开裂、损坏；过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使用；过大的侧移会使结构产生附加内力（P-Δ效应）。

(2)承载力验算是极限状态验算，在内力组合时，根据荷载性质的不同，荷
载效应要乘以各自的分项系数和组合系数。

对于水平位移限制验算，要选择不同方向的水平荷载（荷载大小也可能不同）分别进行内力分析，然后按不同工况分别组合。

4.2 为什么高而柔的结构要进行舒适度验算？
答：因为高而柔的结构抗侧刚度较小，在风荷载作用下会产生较大的侧向加速度，使人感觉不舒适，因此要进行舒适度验算，按重现期为10年的风荷载计算结构顶点加速度，或由风洞试验确定顺风向与横风向结构顶点最大加速度，使其满足规范要求。

4.3 P-△效应计算与结构总体稳定的含义有何不同？
答：P-△效应是指在水平荷载作用下，出现侧移后，重力荷载会产生附加弯矩，附加弯矩又增大侧移，这是一种二阶效应。

在高层建筑结构设计中，
一般所说的考虑P-△效应即是进行结构的整体稳定验算，但结构的整体稳定验算还包括结构仅在重力作用下，出现的丧失稳定问题，不过这种情况出现的很少。

4.4 延性和延性比是什么？为什么抗震结构要具有延性？
答：(1)延性是指构件和结构屈服后，具有承载能力不降低或基本不降低、且有足够塑性变形能力的一种性能，一般用延性比表示延性，即塑性变形能力的大小。

(2)当结构设计成延性结构时，由于塑性变形可以耗散地震能量，结构变形虽
然会加大，但结构承受的地震作用（惯性力）不会很快上升，内力也不会再加大，因此具有延性的结构可降低对结构承载力的要求，也可以说，延性结构是用它的变形能力（而不是承载力）抵抗罕遇地震作用；反之，如果结构的延性不好，则必须有足够大的承载力抵抗地震，则必须有足够大的承载力抵抗地震。

然而后者会多用材料，对于地震发生概率极小的抗震结构，延性结构是一种经济的设计对策。

4.5为什么抗震设计区分抗震等级？抗震等级与延性要求是什么关系？试比较
一幢15层、45m高、位于7度抗震设防区的框架和框架-剪力墙结构抗震等级有什么不同？如果在8度设防区，抗震等级有变化吗?
答：(1)因为在不同情况下，构件的延性要求有所不同：地震作用强烈或对地震作用敏感的结构延性要求应该高一些，重要的、震害造成损失较大的结构，延性要求也应该高一些；反之，要求可以降低一些。

不过，由于计算结构延性比十分困难，也无法提出确切的延性比要求，因此我国抗震规范对抗震设计采取区分抗震等级的方法，不同抗震等级的构造措施不同，从宏观上
区别对结构的不同延性要求。

(2)抗震等级与延性要求的关系：特一级抗震等级延性要求最高，然后依次为
一、二、三、四级。

(3)在七度抗震设防区，框架结构的抗震等级为二级；框架-剪力墙结构的框
架部分的抗震等级为三级，剪力墙部分的抗震等级为二级。

在八度设防区，框架结构的抗震等级为一级；框架-剪力墙结构的框架部分抗震等级为二级，剪力墙部分抗震等级为一级。

4.6 什么是荷载效应组合？效应指什么？
答：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。

效应是指建筑结构设计中,由荷载引起结构或结构构件的反应。

4.7 内力组合和位移组合的项目以及分项系数、组合系数有什么异同？为什么？
答：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。

内力组合和位移组合的项目相同，但分项系数不同，位移组合的分项系数都是1.0。

因为内力计算时，为承载力极限状态，而位移计算时，为正常使用状态，所以二者的分项系数不同。

4.8 荷载组合要考虑哪些工况？有地震作用的组合与无地震作用的组合的区别
是什么？哪些建筑要求前者？哪些建筑要求后者？抗震设计的结构为什么也要进行无地震作用组合？试分析一幢30层、99m高、位于7度抗震设防区的结构应当作哪几种工况组合？如果该建筑位于9度抗震设防区会有哪些不同？请分别列出这两幢结构的内力和位移组合的计算式（列出分项及组合系数）
答：(1)无地震作用时的效应组合，它应用于非抗震设计及6度抗震设防、
但不要求做地震作用计算的结构，其一般表达式为：111G Gk Q Q Q k W W Wk S S S S γγψψγ=++
高层建筑的无地震组合基本的荷载工况有两种：
1、恒载+活载：1.2×恒载效应+1.4×活载效应；
1.35×恒载效应+1.4×0.7×活载效应。

2、恒载+活载+风荷载：对于高层结构：1.2×恒载效应+1.4×活载效应+1.4×0.7×风载效应
(2)有地震作用时的效应组合，它应用于所有要求进行地震作用计算的结构，
其一般表达式为：E G GE Eh Ehk Ev Evk W W Wk S S S S S γγγψγ=+++
高层建筑的有地震作用组合的基本工况有以下几种：
1、对于所有高层建筑：1.2×重力荷载效应+1.3×水平地震作用效应。

2、对于60m 以上高层建筑增加这一项：
1.2×重力荷载效应+1.3×水平地震作用效应+1.4×0.2×风荷载效应。

3、9度设防高层建筑增加这一项：
1.2×重力荷载效应+1.3×水平地震作用效应+0.5×竖向地震作用效应。

4、9度设防高层建筑增加这一项：1.2×重力荷载效应+1.3×竖向地震作用效应。

5、9度设防、且为60m 以上高层建筑增加这一项：
1.2×重力荷载效应+1.3×水平地震作用效应+0.5×竖向地震作用效应+1.4×0.2×风载效应
(3)对于一幢30层、99m 高、位于7度抗震设防区的结构应当作一下两种
工况组合：
1、1.2×重力荷载效应+1.3×水平地震作用效应。

2、1.2×重力荷载效应+1.3×水平地震作用效应+1.4×0.2×风荷载效应。

如果该建筑位于9度抗震设防区，应增加以下三种工况组合：
1、1.2×重力荷载效应+1.3×水平地震作用效应+0.5×竖向地震作用效应。

2、1.2×重力荷载效应+1.3×竖向地震作用效应。

3、1.2×重力荷载效应+1.3×水平地震作用效应+0.5×竖向地震作用效应
+1.4×0.2×风载效应。

4.9 内力组合和最不利内力有什么关系？请将列4-1中的3层梁内力组合（表
4-7）做出风和竖风荷载的组合内力，并分析它是否为最不利内力.
答:内力组合是指把各种工况下的结构(各构件)的内力按一定规律(叠加或组合),它的主要目的是按照可能与最不利原则,在各种组合类型中选择最不利内力。

4.10 为什么钢筋混凝土框架梁的弯距能作塑性调幅？如何进行调幅？调幅与组合的先后次序什么安排？
答：(1)因为在计算钢筋混凝土框架梁的梁端弯矩时,是按固端支撑计算的,但实际上柱子并不是无限刚性的,这就导致得出的梁端弯矩偏大,所以能进行塑性调幅。

(2)为了减少钢筋混凝土框架梁支座处的配筋数量,在竖向荷载作用下可以考
虑框架梁塑性内力重分布,主要是降低支座负弯矩,以减小支座处的配筋,跨中则应相应增大弯矩.
(3)在竖向荷载作用下的弯矩应先调幅，再与其它荷载效应进行组合。