高层建筑结构设计 课后习题解答(部分)

高层建筑结构课程习题解答

土木工程学院

二0一二年秋

Chap1

1、高层建筑定义

JGJ3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》将10层及10层以上或高度超过28ｍ的住宅建筑结构和房屋高度大于24ｍ的其他民用建筑，划为高层民用建筑。

1）层数大于10层；2）高度大于28m；3）水平荷载为主要设计因素；4）侧移成为控制指标；5）轴向变形和剪切变形不可忽略；

2、建筑的功能

建筑结构是建筑中的主要承重骨架。其功能为在规定的设计基准期内，在承受其上的各种荷载和作用下，完成预期的承载力、正常使用、耐久性以及突发事件中的整体稳定功能。

3、高层按结构体系分类

结构体系是指结构抵抗外部作用构件的组成方式。从结构体系上来分，常用的高层建筑结构的抗侧力体系主要有：框架结构、剪力墙结构、框架－剪力墙结构、筒体结构、悬挂结构及巨型框架结构等。

Chap 2

1、为什么活荷载的不考虑不利布置？

计算高层建筑结构在竖向荷载作用下的内力时，一般不考虑楼面及屋面竖向活荷载的不利布置，而是按满布考虑进行计算的。

其一，在高层建筑中各种活荷载占总竖向荷载的比例很小，尤其对于住宅、旅馆和办公楼等，活荷载一般在1.5～2.5kN/㎡范围内，只占全部竖向荷载的10％～20％，因此活荷载不同的布置方式对结构内力产生的影响很小；

其二，高层建筑结构是个复杂的空间结构体系，层数与跨数多，不利分布的情况复杂多样，计算工作量极大且计算费用上不经济，因此，为简化起见，在实际工程设计中，可以不考虑活荷载不利分布，按满布方式布置作内力计算后再将框架梁的跨中弯矩乘以1.1～1.3的放大系数。

2、高层建筑结构抵抗水平力的构件有哪几种？各种构件有哪些类型

（1）有：梁、柱、支撑、墙和筒组成；

（2）梁：钢梁、钢筋混凝土梁、钢骨（型钢）混凝土梁；

柱：钢柱、钢筋混凝土柱、钢骨（型钢）混凝土柱；钢管混凝土柱等；

支撑有：中心支撑和偏心支撑等；

墙：实体墙、桁架剪力墙；钢骨混凝土剪力墙等；

筒有：框筒、实腹筒、桁架筒、筒中筒、束筒等；

3、如何确定高层建筑的结构方案

（1）、结构体系的确定：按：高度、风荷载、地震作用；功能、场地特征；经济因素、体型等因素确定采用以下结构体系；

（2）、构件的布置

（3）、对构件截面进行初选；

4、如何确定高层建筑的风荷载和地震作用；

1、风荷载的确定：大多数建筑（300m 以下）可按荷载规范规定的方法计算；少数建筑（高度大、对风荷载敏感或有特殊情况者）还要通过风洞试验）；

规范规定的方法：

0k z s z w βμμω=

z β--基本风压；s μ--风载体型系数；z μ--风压高度变化系数；z β--z 高度处的风振系

数；

2、地震荷载

分为：反应谱法和时程分析法；

《抗震规范》要求在设计阶段按照反应谱方法计算地震作用，少数情况需要采用时程分析进行补充；

5、减少高层建筑温差影响的措施是什么？

减少温差影响的综合技术措施主要有：

（1）采取合理的平面和立面设计，避免截面的突变。

（2）合理选择结构形式，降低结构约束程度，从而减小约束应力。 （3）合理布置分布钢筋，重视构造钢筋的作用，加强构造配筋。

（4）在顶层、屋顶、山墙及纵墙两端开间等温度变化影响较大的部位提高配筋率。 （5）优选有利于抗拉性能的混凝土级配，减少坍落度，对于超长结构采用后浇带方法施工或将结构划分为长度较短的区段施工。

6、设沉降缝的目的是什么？在实际设计中常用的处理方法有哪些？

设沉降缝的目的是解决不均匀沉降。 避免地基不均匀沉降的主要措施有：

（1）采取利用压缩性小的地基， 减少总沉降量及沉降差。

（2）对于有不同高度及基础设计成整体的结构， 在施工时将它们暂时断开， 待主体结构施工完毕，已完成大部分沉降量以后再浇灌连接部分的混凝土。 （3）将裙房做在高层建筑的悬挑基础上，达到裙房与高层部分沉降一致。 （4）综合采用上述方法处理。

Chap3

1、高层建筑结构设计要满足哪些要求？

1、承载力要求；

2、侧移限制；

3、舒适度要求；

4、稳定和抗倾覆；

5、抗震结构延性要求；

2、陈述高层建筑结构的设计过程及相应内容

1、结构方案的确定：包括（1）结构体系的确定；按：高度、风荷载、地震作用；功能、场地特征；经济因素、体型等因素确定采用以下结构体系；(2)构件的布置；（3）构件尺寸初选；

2、荷载计算：对风荷载、地震作用；恒荷载、活荷载等进行计算；

3、内力分析：（1）确定计算模型；（2）选定计算方法；（3）内力组合；（4）截面位置及其最不利位置验算；

4、性能指标校核：如位移比，刚重比，剪重比，周期等

5、设计配筋：（1）校核结构要求；（2）配筋；（3）构造要求；

6、生成计算书和施工图；

3、什么是高层建筑结构的概念设计？高层建筑结构的概念设计的要点有哪些？

高层建筑结构的概念设计是指工程结构设计人员运用所掌握的理论知识和工程经验，在方案阶段及初步设计阶段。

从宏观上、总体上和原则上去决策和确定高层建筑结构设计中的一些最基本、最本质也是最关键的问题。

主要涉及结构方案的选定和布置、荷载和作用传递路径的设置、关键部位和薄弱环节的判定和加强、结构整体稳定性保证和耗能作用的发挥。

承载力和结构刚度在平面内和沿高度的均匀分配，结构分析理论的基本假定（如楼板平面内刚度无限大时的工程实现，主体结构与连接结构的可靠连接，在地震作用下整体结构能够发挥耗散能量作用，不会因极少数薄弱部位提早破坏而倒塌）等。

高层建筑结构的概念设计的要点：

结构简单、规则、均匀；刚柔适度、延性好；加强连接，整体稳定性强；轻质高强、多道设防。

4、如何考虑多道抗震设防？

高层建筑结构应尽可能设置多道防线。通过合理处理结构刚度、承载力分布和构件的强弱关系，利用前道防线的破坏，消耗地震能量，改变结构的动力特性，减小地震作用，保证“大震不倒” 的设防目标。

功能较好的多道设防结构形式：联肢墙、壁式框架的剪力墙、框架－剪力墙结构、框架－核心筒结构、筒中筒结构等多重抗侧力结构体系。

多道抗震防线的目的：

通过合理的设计，在结构的适当部位（或构件）设置屈服区，在地震作用下，这些部位或构件首先屈服，形成塑性铰耗散大量的地震能量。

减少主要承重构件的损坏程度，利用次要构件的耗能来保护主要承重构件。

地震后，结构的修复主要在次要的构件上，这样的修复位置明确，修复费用也降低。

交叉的耗能支撑、耗能阻尼器等均属于多道抗震防线体系。

实际建筑结构体系中的多道抗震防线：

框架－剪力墙体系由延性框架和剪力墙两个系统组成，剪力墙为第一道防线，框架为第二道防线；

框架－筒体体系由延性框架和筒体组成，筒体为第一道防线，框架为第二道防线；

筒中筒体系由内实腹筒及外空腹筒组成，内实腹筒为第一道防线，外空腹筒为第二道防线；

在交叉支撑及耗能器的结构中，叉耗能支撑和耗能阻尼器为第一道防线，结构本身为第二道防线。