高层建筑结构设计思考题答案解析

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？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，其侧移由两部分组成：梁和柱的弯曲变形产生的侧移，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置有什么区别?

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置框架，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。框筒结是由密柱深梁组成的空间结构，沿四周布置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。

2.5中心支撑钢框架和偏心支撑钢框架的支撑斜杆是如何布置的？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框架好？

答：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。偏心支撑框架的特点是支撑连接位置偏离梁柱节点。偏心支撑框架的基本形式有单斜杆、人字形和V形。偏心支撑框架的刚度与中心支撑框架接近，消能梁段越短，其刚度越大。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能地震能量；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。偏心支撑框架的抗震性能明显优于中心支撑框架。

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：要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，使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。

实际工程允许超过规范规定的最大适用高度，但结构设计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？为什么结构平面布置对称、均匀及沿竖向布置连续、无突变有利于抗震？

答：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。结构构件的平面布置与建筑平面有关。平面简单、规则、对称的建筑，容易实现有利于抗震的结构平面布置，

即承载力、刚度、质量分布对称、均匀，刚度中心和质量中心尽可能重合，减小扭转效应。结构具有良好的整体性。平面形状不对称时，应通过剪力墙的布置调整并实现刚度对称。简单、规则、对称结构的计算分析结构能较好的反应结构在水平力作用下的受力状态，设计者能比较正确计算其内力和侧移。

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在什么情况下设置防震缝、伸缩缝和沉降缝？这三种缝的特点和要求是什么？

答：(1)在房屋建筑的总体布置中，为了消除结构不规则、收缩和温度应力、不均匀沉降对结构的有害影响，可以用防震缝、伸缩缝和沉降缝将房屋分成若干独立的部分。(2)防震缝应有一定的宽度，否则在地震时相邻部分会互相碰撞而破坏。钢筋混凝土框架结构房屋的防震缝宽度，当高度不超过15m时可为70mm；超过15m时，6度、7度、8度和9度分别每增加5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm；框架-剪力墙结构和剪力墙结构房屋的防震缝宽度，可分别采用框架结构防震缝宽度的70%和50%，但都不小于70mm。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。现浇钢筋混凝土框架结构、剪力墙结构伸缩缝的最大间距分别为55m和45m，框架-剪力墙结构伸缩缝的最大间距可根据具体情况介于45m和55m之间。钢结构伸缩缝的最大间距可为90m。抗震设防的结构，沉降缝的宽度应符合防震缝最小宽度的要求。

第三章

3.1 计算总风荷载和局部风荷载的目的是什么？二者计算有何异同？

答： (1)总风荷载是建筑物各表面承受风作用力的合力，是沿高度变化的分布荷载，计算总风荷载的目的是为了计算抗侧力结构的侧移及各构件内力。局部风荷载是用于计算结构局部构件或围护构件与主体的连接。 (2)二者的异同：二者都用下列公式计算，但计算局部风荷载的时候采用的是局部风荷载体型系数。

3.4 地震地面运动特性用哪几个特征量来描述？结构破坏与地面运动特性有什么关系？答：(1)地震地面运动的特性可用三个量来描述：强度（由振幅值大小表示）、频谱和持续时间。 (2)结构破坏与地面运动特性有着密切的关系，主要表现在：强烈地震的加速度或速度幅值一般很大，但如果地震时间很短，对建筑物的破坏性可能不大；而有时地面运动的加速度或速度幅值并不太大，而地震波的卓越周期与结构的基本周期接近，或者振动时间很长，都可能对建筑物造成严重影响。

3.5什么叫地震地面运动的卓越周期？卓越周期与场地有什么关系？卓越周期与场地特征

周期有何关系？

答：(1)地震地面运动的卓越周期是指地震功率谱中能量占主要部分的周期。 (2)卓越周期与场地的关系：硬土的卓越周期短；软土的卓越周期长。 (3)卓越周期T与特征周期Tg间的关系应理解为: 二者都是场地固有周期 T0的不同预测值, 因预测方法不同而冠以不同

的名称。

3.6地震作用与风荷载各有什么特点？

答：(1)地震作用的特点：地震时，由于地震波的作用产生地面运动，并通过房屋基础影响上部结构，使结构产生震动，这就是地震作用。地震波会使房屋产生竖向震动和水平震动，一般对房屋的破坏主要是由水平振动造成。设计中主要考虑水平地震作用，只有震中附近的