大工16春《高层建筑结构》大作业题目及答案详解

大连理工大学《高层建筑结构》大作业

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题目二：风荷载计算题

某市的市区，有较多高层房屋的密集建筑群，欲建一座40层高的钢筋混凝土框架—剪力墙结构房屋，外形和质量沿高度方向基本呈均匀分布。房屋总高度140m H =，迎风面的房屋长50m L =。房屋总宽度30m B =，基本风压为200.65kN m ω=。求楼顶处的风荷载标准值。（按照教材及课件内容计算） 答：(1)风荷载体型系数

H/B=140/30=4.67>4

L/B=50/30=1.67>1.5

根据《高规》3.2.5 条第4款3的规定，该楼已符合 H/B>4 的条件，但不满足 L/B ≯1.5 的条件。故采用《高规》附录 A 第 1 条规定的s μ s μ=0.8+(0.48+0.03H/L)=0.8+0.48+0.03× 140/50=1.364

(2)该房屋建于市区，因指明是属于房屋较高，建筑群密集的市区，根据《高规》 3.2.3 条的规定，地面粗糙度属于 D 类。

484.1]50.1140/)487.0491.1140[(1)/(1140=⨯⨯⨯+=+==z z z v m Z μξρβ 作用于屋顶处的风荷载标准值

题目三：与多层建筑相比，高层建筑结构的设计特点有哪些？至少选择其中的

三点进行详细的论述。

1、水平荷载成为设计的决定性因素

对一般建筑物，其材料用量、造价及结构方案的确定主要由竖向荷载控制，而在高层建筑结构中，高宽比增大，水平荷载(包括风力和地震力)产生的侧移和内力所占比重增大，成为确定结构方案、材料用量和造价的决定因素。其根本原因就是侧移和内力随高度的增加而迅速增长。例如一竖向悬臂杆件在竖向荷载作用下产生的轴力仅与高度成正比，但在水平荷载作用下的弯矩和侧移却分别与高度呈二次方和四次方的曲线关系。

因此，当建筑物达到一定高度或层数之后，内力和位移均急剧增加。如图所示除了轴向力N 与高度成正比外，弯矩M 与位移Δ 都呈指数曲线上升，因此，随着高度的增加，水平荷载将成为控制结构设计的主要因素，结构侧移成为结构设计的主要控制目标。

20/974.165.050.1364.1484.1m kN z s z k =⨯⨯⨯==ωμμβω

2、侧移成为设计的控制指标

在高层建筑结构中，除了像多层和低层房屋一样进行强度计算外，还必须控制其侧移的大小，以保证高层建筑结构有足够的刚度，避免侧移过大。

1）结构顶点的侧移ut与结构高度H 的四次方成正比

2）结构的侧移与结构的使用功能和安全有着密切的关系

过大侧移会使人产生不安全感：

过大侧移会使填充墙和主体结构出现裂缝或损坏，影响正常使用。

因P-△效应而使结构产生附加内力，甚至破坏。

P-Δ效应是指由于结构的水平变形而引起的重力附加效应，可称之为重力二阶效应，结构在水平力（风荷载或水平地震力）作用下发生水平变形后，重力荷载因该水平变形而引起附加效应，结构发生的水平侧移绝对值越大，

P-Δ效应越显著，若结构的水平变形过大，可能因重力二阶效应而导致结构失稳。

3、轴向变形的影响在设计中不容忽视

在一般房屋结构分析中，通常只考虑构件弯曲变形的影响，而忽略构件轴向变形和剪切变形的影响，因为一般来说其构件的轴力和剪力产生的影响很小。而对于高层建筑结构，由于层数多、高度高，轴力很大，从而沿高度逐渐积累的轴向变形很显著，中部构件与边部、角部构件的轴向变形差别大，对结构内力分配的影响大，因而构件中的轴向变形影响必须加以考虑；

1）竖向荷载产生的结构轴向变形对其内力及变形的影响;

2）水平荷载的影响水平荷载作用下，使竖向结构体系一侧构件产生轴向压缩，另一侧构件产生轴向拉伸，从而产生整体水平侧移。

由表可知，结构层数越高，轴向变形所产生的影响越大。

4、延性成为结构设计的重要指标

相对于低层建筑而言，高层建筑更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取适当的措施，来保证结构具有足够的延性。

1）延性表示构件和结构屈服后，具有承载能力不降低、具有足够塑性变形能力的一种性能。

（2）延性系数μ：用来衡量延性的大小。 y ∆∆=μ

μ

（3）结构的抗震性能决于其“能量吸收与耗散”能力的大小，即决于结构延性的大小。

（4）为了保证结构具有较好的抗震性能，除承载力、刚度外，还需要有较好的延性。可通过加强结构抗震概念设计，采取恰当的抗震构造措施来保证。

5、动力效应大

结构本身的特点不同，如结构的类型与形式，结构的高度与高宽比，自振周期与材料的阻尼比等的不同，结构受到地震作用或风荷载作用时，产生的动力效应严重影响结构物的正常使用，甚至造成房屋的破坏。

6、扭转效应大

当结构的质量分布、刚度分布不均匀时，高层建筑结构在水平荷载作用下容易产生较大的扭转作用，扭转作用会使抗侧力结构的侧移发生变化，影响各个抗侧力结构构件及其他构件的内力与变形。

当结构的质量分布、刚度分布不均匀时，高层建筑结构在水平荷载作用下容易产生较大的扭转作用，扭转作用会使抗侧力结构的侧移发生变化，影响各个抗侧力结构构件及其他构件的内力与变形。

7、结构的稳定和抗倾覆

防止结构发生整体失稳的破坏情况，必须重视结构的整体稳定和抗倾覆问题。在高层建筑结构设计中，应该重视结构的整体稳定性与结构的抗倾覆能力，防止结构发生整体失稳的破坏情况。

8、温差过大产生的温度应力及变形大

当建筑物高度很大时，结构内力与上下的温差过大而产生的温度内力和温度位移也是高层建筑结构的一种特点。