各种结构体系的优缺点、受力和变形特点、使用层数和应用范围

高层建筑结构

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2.2试述各种结构体系的优缺点、受力和变形特点、使用层数和应用范围。

答：

1.框架结构：

优点：较空旷且建筑平面布置灵活，可做成具有较大空间的会议室、餐厅、办公室和实验室等，同事便于门窗的灵活设置，里面也可以处理得富于变化，可以满足各种不同用途的建筑的需求。

缺点：由于其结构的受力特性和抗震性能的限制，使得它的使用高度受到限制。

受力特点：框架结构的抗力来自于梁、柱通过节点玉树的框架作用。单层框架柱底完全固结，单层梁的刚度也大到可以完全限制柱顶的转动，此时在侧向荷载作用下，柱的饭晚点在柱的中间，其承受的弯矩为全部外弯矩的一半，另一半由柱子的轴力形成的力偶来抵抗。这种情况下的梁、柱之间的相互作用即为框架作用的理想状态——完全框架作用。一般来说，当梁的线刚度为柱的线刚度的5倍以上时，可以近似地认为梁能完全限制柱的转动，此时就比较接近完全框架作用。实际的框架作用往往介于完全框架作用与悬臂梁排架柱之间，梁、柱等线性构件受建筑功能的限制，截面不能太大，其线刚度比较小，故而抗侧刚度比较小。

变形特点：在水平荷载的作用下将产生较大的侧向位移。其中：一部分是框架结构产生的整体弯曲变形，即柱子的轴向拉伸和压缩所引起的侧移，在完全框架做哟更情况下，拉压力偶抵抗一般的外力矩，此时的整体弯曲还是比较明显的。另一部分是剪切变形，即框架的整体受剪，层间梁、柱杆件发生弯曲而引起水平位移。在完全框架作用情况下，柱子的弯曲尚需来说是比较难抵抗的。通过合理设计，框架结构本身的抗震性能良好，能承受较大的变形。

使用层数和应用：建筑高度10层以下或70m以下。

2.剪力墙结构：

优点：剪力墙结构具有良好的抗震性能。房间内没有梁柱棱角，比较美观且便于室内布置和使用。

缺点：剪力墙是比较宽大的平面构件，使建筑平面布置、交通组织和使用要求等受到一定的限制。同时，剪力墙的间距受到楼板构件跨度的限制，不容易形成大空间，

受力、变形特点：构建的抗弯刚度与截面告诉的3次方成正比。高层建筑要求结构体系具有较大的侧向刚度，故而增大框架柱截面告诉以满足高层建筑侧移要求的办法自然就产生了。但是由于它与框架柱的受力性能有很大不同，因而形成了另外一种结构构件。在承受水平作用是，剪力墙相当于一根悬臂深梁，其水平位移由歪曲变形和剪切变形两部分组成。在高层建筑结构中，框架柱的变形以剪切变形为柱，而剪力墙的变形以弯曲变形为主，其位移曲线呈弯曲形，特点是结构层间位移随楼层的增高而增加。“剪力墙”这个术语有时并不确切的原因也在于此。

使用层数和应用：建筑高度50层左右或者150m以下。

3.框架-剪力墙结构：

优点：水平荷载由剪力墙这一具有较大刚度的抗侧力单元来承担。使得建筑功能要求和结构

设计协调得比较好。既具有框架结构平面布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度和较好的抗震能力，因而在高层建筑中应用非常广泛。

受力、变形特点：在同一层中由于刚性楼板的作用，两者的变形协调一致。在框架-剪力墙结构中，剪力墙较大的侧向刚度使得它分担了大部分的水平剪力，这对减小梁柱的截面尺寸，改善框架的受力状态和内力分布非常有利。框架所承受的水平剪力较小且沿告诉分布均匀，因此柱子的断面尺寸和配筋都比较均匀。越接近底部剪力墙所承受的剪力也就越大，这有利于控制框架的变形；而在结构上不，框架的水平位移有比剪力墙的位移小的趋势，剪力墙还承受框架约束的负剪力。

使用层数和应用：建筑高度50层以下或140m以下。

2.3在抗震结构中为什么要求平面布置简单、规则、对称，竖向布置刚度均匀？怎样布置可以使平面内刚度均匀，减小水平荷载引起的扭转？沿竖向布置可能出现哪些刚度不均匀的情况？以低层大空间剪力墙结构的布置为例，说明如何避免竖向刚度不均匀。

答：

①因为大量宏观震害标明，布置不对称，刚度不均匀的结构会产生难以计算和处理得地震作用（如应力集中，扭曲等）引起的严重后果，建筑平面尺寸过长，如建筑，在蒜辫方向不仅侧向变形加大，而且会产生两端不同步的地震运动，价赔偿的楼板在平面既有扭转又有挠曲，与理论计算结果误差较大。节后具有良好的整体性是高层建筑结构平面布置的关键。结构竖向布置要求到刚度均匀而连续，避免刚度突变和薄弱层造成震害。

②建筑平面的长宽比不宜过大，一般小于6为宜，建筑平面的突出部分，长度应尽可能小，平面凹进时，应保证楼板宽度足够大。布置抗侧力结构式，应使结构均匀分布令荷载，作用线通过结构刚度中心，以减小扭转的影响。

③侧向刚度不规则，竖向抗侧力构建不连续，以及楼层承载力突变。

④应经量增加其他落地剪力墙。柱式筒体的截面尺寸，并适当提高相应楼层钢筋砼等级，尽量使刚度的变化减小。

2.4防震缝、伸缩缝和沉降缝在什么情况下设置？各种缝的特点和要求是什么？在高层建筑结构中，特别是抗震结构中，怎样处理好这三种缝？

答：

①在高层建筑中，为防止结构因温度变化和砼收缩而产生裂缝常设置伸缩缝在塔楼和裙房之间，由于沉降不同，往往设沉降缝，因各部分层数质量和刚度差异过大或有错层，也可设防震缝分开。

②神多封的特点和要求：神多封的间距不能超出一定的距离，如采取一定的措施，并进行合理施工，间距可以适当增加，缝宽不能小于一定的数值，基础设计沉降缝不仅贯通上部结构，而且应贯通基础本身。有抗震要求时，还要考虑防震缝的宽度要求。抗震缝的特点和要求：应在地面以上。沿全高设置，当不作为沉降缝时，基础可以不设沉降缝，但在防震缝处基础应加强连接构造。防震缝两侧结构体系不同时，宽度应按不利的结构类型确定，宽度应符合宽度要求。

③抗震设计时伸缩缝、沉降缝的宽度均应符合防震缝最小宽度的要求。