高层建筑结构设计 第二、五章习题

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?每种结构体系举1~2 个工程实例回答。

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。框筒结构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：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。防震缝应有一定得宽度，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。

5.1 平面结构和楼板在自身平面内具有无限刚性这两个基本假定是什么意义，在框架、剪

力墙、框架-剪力墙结构的近似计算中为什么要用这两个假定？

答：(1)假定一片框架或一片剪力墙可以抵抗在本身平面内的侧向力，而在平面外的刚度很小，可以忽略。因而整个结构可以划分成若干个平面结构共同抵抗与平面结构平行的侧向荷载，垂直于该方向的结构不参加受力。

假定二，楼板在其自身平面内刚度无限大，楼板平面外刚度很小，可以忽略。因而在侧向力作用下，楼板可作刚体平移或转动，各个平面抗侧力结构之间通过楼板互相联系并协同工作。

上述两个基本假定的意义在于：近似方法将结构分成独立的平面结构单元，内力分析解决两个问题，第一，水平荷载在各片抗侧力结构之间的分配。荷载分配与抗侧力单元的刚度有关，要计算抗侧力单元的刚度，然后按刚度分配水平力，刚度愈大，分配的荷载也愈多。第二，计算每片平面结构在所分到的水平荷载作用下的内力和位移。

(2)在框架、剪力墙、框架-剪力墙结构的近似计算中要用这两个假定,这三大结构体系的

抗侧力构件均为平面构件，可以简化为平面结构，同时是为了简化计算，在不考虑扭转效应下，对计算的精度不会产生大的影响。

5.2分别画出一片三跨4层框架在垂直荷载（各层各跨满布均布荷载）和水平荷载作用下的

弯距图形、剪力图形和轴力图形。

5.3 刚度系数D和d的物理意义是什么？有什么区别？为什么？应用的条件是什么？应用