《混凝土结构设计规范》解读.doc

1.从技术术语的角度分清什么是“框架”什么是“框架结构”。 答：框架：框架结构、框架-剪力墙结构、框架-筒体结构中的框架部分。 框架结构：仅仅由框架组成的结构。（推荐答案） 框架结构由梁和柱以刚接或铰接相连接成承重体系的房屋建筑结构（高层建筑结构分析与设计P44） 框架结构由梁和柱以刚接或铰接相连接而构成承重体系的结构（规范第3页） 2高层建筑混凝土结构技术规程为什么要对框架结构的最大高度做出限制？ 答：框架结构在25层以下是经济的，超过25层的框架其侧向相对较柔，需要根据水平位移的控制而不经济的加大构件尺寸。（高层建筑结构分析与设计P44） 框架结构构件接截面尺寸较小，结构的抗侧刚度较小，水平位移大，在地震作用下容易由于大变形而引起非结构结构的破坏。因此其建造高度受到限制。（混凝土结构下册P175）。 从整截面墙整体小开口墙壁式框架普通框架，水平抗侧刚度会削弱到只有原来的整截面墙的百分之几。因此剪力墙结构的位移限制条件较容易满足，而框架结构往往是位移限制条件起控制作用。（笔记） 3高层建筑混凝土结构技术规程为什么对多高层建筑结构的相对层间位移（层间水平位移与层高之比）做出限制？如果某个框架结构不满足这一控制条件，请说出在不加剪力墙的情况下哪些措施可以提高框架结构的抗侧向力刚度。 答：任何构件或结构为保证其正常工作，都必须满足强度、刚度和稳定的要求。随着简直物高度的增加，对结构抗侧刚度的要求也随之提高。因为侧向位移过大，会引起主体结构的开裂甚至破坏，导致简直装修与隔墙的损坏，造成电梯运行困难，还会使居住者感觉不良。另一方面，水平位移过大，竖向荷载将产生显著的附加弯矩（即P-效应），使结构内力增大。（混凝土结构下册P172） 增加柱子截面积，设支撑，合理的布置结构体系，增加水平构件刚度 4请说明框架-剪力墙，框架-核心筒，剪力墙结构，筒中筒结构的含义。 答：框架-剪力墙结构：由框架和剪力墙共同作为承重结构。 框架-核心筒结构：由中央薄壁筒与外围的一般框架组成的高层建筑结构。 剪力墙结构：利用建筑物的外墙和永久性隔墙承重的结构。 筒中筒结构：由中央薄壁筒与外围框筒组成的高层建筑结构。（混凝土结构下册P177） 5请说出剪力墙结构的优缺点。你认为采用剪力墙结构能实现每户居室自由设计的要求吗？ 答：因为剪力墙的抗侧刚度较大，剪力墙结构体系在水平力作用下的侧移量很小，结构的整体性好，抗震能力强，可以建造较高的建筑物。但剪力墙的布置受到建筑开间和楼板跨度的限制。墙与墙之间的间距较小，难于满足布置大空间等使用要求。（混凝土结构下册P177） 我认为可以通过加大墙与墙之间的距离的办法来实现自由户型设计。 我认为采用剪力墙结构不易实现每户居室自由设计的要求。 6框架-剪力墙结构中的剪力墙必须在两端与框架柱整体浇在一起吗？如果浇在一起，请画出两根框架柱和他们之间的剪力墙的水平剖面及柱和剪力墙的配筋构造示意图。 答：抗震墙的周边应设置梁（或暗梁）和端柱组成的边框；端柱截面宜与同层框架柱相同。（抗震规范P61 6.5.1,P195，11.7.17）试验表明,剪力墙在周期反复荷载作用下的塑性变形能力,与截面纵向钢筋的配筋、端部边缘构件范围、端部边缘构件内纵向钢筋及箍筋的配置，以及截面形状、截面轴压比大小等因素有关，而墙肢的轴压比则是更重要的影响因素。当轴压比较小时，即使在墙端部不设约束边缘构件，剪力墙也具有较好的延性和耗能能力；而当轴压比超过一定值时，不设约束边缘构件的剪力墙，其延性和耗能能力降低。为了保证剪力墙地步塑性铰区的严刑性能以及耗能能力，规定了一、二级抗震等级下，当剪力墙底部可能出现塑性铰的区域内轴压比较大时，应通过约束边缘构件为墙肢两端混凝土提供适度约束。（混凝土规范P336） 图见抗震规范P58 7筒中筒结构中的“外框筒”的结构特点，受力特点是什么？ 答：外框筒由柱距为2.03.0m的密排柱和宽梁组成。筒中筒结构中，剪力墙内筒截面面积较大，它承受大部分的水平剪力，外框筒柱承受的剪力很小；而水平力产生的倾覆力矩，则绝大部分由框筒柱的轴向力所形成的总弯矩来平衡，剪力墙和外框筒柱承受的剪力很小。另外，外框筒在水平力作用下，不仅平行于水平力作用方向上的框架（称为腹板框架）起作用，而且垂直于水平力作用方向上的框架（称为翼缘框架）也共同受力。薄壁筒在水平力作用下接近于薄壁杆件，产生整体弯曲和扭转。但是，外框筒虽然整体受力但与理想筒体的受力有明显的差别。理想筒体在水平力作用下，截面保持平面腹板应力直线分布，翼缘应力相等，而外框筒则不再保持平截面变形，腹板框架柱的轴力是曲线分布的，翼缘框架柱的轴力也不是均匀分布的：靠近角柱的柱子轴力大，远离角柱的柱子轴力小。这种应力不再保持直线规律的现象即剪力滞后。由于存在这种剪力滞后现象，所以外框筒不能简单地按平截面假定进行内力计算。（多层与高层混凝土建筑结构设计第489页） 8什么是“转换层”。请用简单传力模型说明转换层改变竖向力的传递途径和水平力的传递途径是什么含义？在发挥这类作用时，转换层本身有什么受力特点？ 答：为了实现上部布置小空间，下部布置大空间，上部布置刚度大的剪力墙，下部布置刚度小的框架柱。为了实现这种结构布置，就必须在结构转换的楼层设置转换层。（高层建筑结构实用设计方法P375） 将竖向荷载向下传递；传递水平荷载，当上下部承受水平力的结构构件不一致时，中间的转换层可以解决复杂的受力情况。可以想象成水平放置的剪力墙或深梁。 转换层楼板要完成上下层剪力的重分配，自身在平面内受力很大，楼板有显著变形。楼板变形的结果是，下部框支柱的位移增大，从而框支柱的剪力增大。而不能直接使用按楼板刚度无限大的假定的计算结果。 9请说明转换层常用结构形式。请说出转换层平面尺度与结构高度的大致比例。 答：内部要形成大空间，包括结构类型转变和轴线转变，可以采用梁式、桁架式、箱形和板式转换层。框筒要在底层形成大入口，可以有多种转换层形式：转换梁、转换桁架、转换墙、间接转换拱、台柱转换拱。（高层建筑结构实用设计方法P378） 10请说明框架-核心筒的优点。请参照工程实例给出一个框架-核心筒结构的大致平面布置，并说明核心筒的平面与整个框架-核心筒结构的平面尺度大致是什么关系。这类结构核心筒外围框架柱的平面布置应考虑什么问题。为什么工程界也将这类核心筒外围的框架称为“稀柱框架”。 答：框筒结构适用于钢或钢筋混凝土建造，高度曾达40100层。这种框架的重复模式引出装配式钢结构以及在混凝土结构中可以应用快速移动式成套模板，形成快速施工。框筒结构是现代高层结构体现最重大的发展之一，它具有一个有效的、易于施工的结构，可建造出最高的建筑。从建筑风格来讲，框筒结构的外形清晰明快。（高层建筑结构分析与设计P52） 45%50% 由于框架-核心筒结构只保留了剪力墙内筒，外筒作为一般框架，不要求起空间筒体作用，因此其平面形状较为自由，灵活多样。（多层与高层混凝土建筑结构设计第504页） 宜采用简单平面形状，首先考虑有双对称轴向的圆形、正方形、矩形和正多边形，其次为正三角形平面等。内筒宜局中，矩形平面长宽比不宜大于2。 11近来在高层建筑框架中常采用“宽扁梁”方案，请问这主要出于什么样的考虑？这种做法不会影响结构的抗水平力刚度吗？如果影响，那又应在设计中如何考虑和处理？ 答：为了降低楼层高度，或便于通风管道的通过，必要时可以设计成宽度比较大的扁梁，此时应根据荷载及跨度情况，满足梁的挠度限值，扁梁高度可取（多层与高层混凝土建筑结构设计p263）另外在延性框架要求强柱弱梁，强剪弱弯的情况下，不宜采用加大梁高度的做法，常常采用截面高度比较小的扁梁。（你们自己看用不用这条）为了增加楼层的净高，常将柱间大梁作成扁梁，以减小梁的高度。扁梁是宽度大于或等于梁高的梁。扁梁的高跨比也不宜小于1/20。高层建筑的转换层梁的荷重比很大，又要争取转换层相邻下层的层高，故常作成扁梁。（高层建筑概念设计p89） 有影响。因为框架在水平荷载作用下的水平位移是由构件变形的三种模式引起的，包括梁的弯曲变形、柱的弯曲变形以及柱的轴向变形。层间水平位移也是由这三种变形引起的位移分量组成，高层框架结构的构件典型尺寸一般具有这样的比例关系，既梁的弯曲变形是引起位移的主要因素，而柱的弯曲变形次之，（高层建筑结构分析与设计P186196） 扁梁设计时你不仅需考虑纵向，你还需考虑横向，当然这要根据你的支撑情况而定。另据参加宽扁梁实验的朋友叙述，宽扁梁纵筋还是尽量穿过柱子，手册规定必须不少于75%纵筋穿柱，其实另外25%不穿柱的钢筋起到的作用很小。（本答案90%是错的） 12什么是带“加强层的高层建筑结构”？“加强层”常采用什么结构方案？为什么“加强层”能提高结构的抗侧刚度？在钢筋混凝土高层建筑中设置加强层要特别注意什么问题？ 答：带刚臂超高层核心筒框架结构体系。 加强层宜布置有外伸刚性梁，桁架或空腹桁架，有时还在楼层布置环梁或桁架。 层数很多，高度很大的建筑结构中，不可避免要遇到两个问题：结构在水平作用下水平位移过大，作为主要受力构件的中心剪力墙或筒体承受的弯矩过大，一般高层结构体系，其位移类似悬臂梁，随高度增大，外荷载产生的倾覆力矩大部分由中央核心剪力墙或筒体承受，设计遇到很大困难。在顶部布置水平伸臂后，由于刚性伸臂使外伸产生轴向拉力和压力。它们组成一个力偶平衡了一部分外荷载所产生的倾覆力矩，从而减少了核心内墙承受的力矩，也大大减少了侧移。 由于刚臂的作用加大了部分框架柱的轴压比，对抗震不利 13用下面的一个框架-剪力墙结构的平面示意图说明该结构的每一层楼层为什么都要起“膈板作用”（既水平方向的传力作用）。如果要对楼板在其平面内的受力状况进行验算，应采用什么计算简图？ 答： 在侧向力的作用下，框架和剪力墙协同工作，共同抵抗侧向力。剪力墙的侧向位移曲线为弯曲型，框架的侧向位移曲线为剪切型。而由于各层楼板或连梁的作用框架和剪力墙在各楼层处必须有共同的侧向位移。在底部，框架的变形受到剪力墙的制约，在顶部，剪力墙受到框架的扶持。因此每一层楼层都起水平方向的传力作用。我认为应该使用模型来分析。 14.什么是”部分框支剪力墙结构”的框支层”。框支层与上部楼层之间的一层楼盖在传递水平力方面具有什么特殊作用?在设计中应如何考虑?为什么要求框支层和上部楼层层间相对位移(层刚度)要有一个合适的比例,为什么要求落地的剪力墙要在全局同方向剪力墙中占有足够的比例? 答：见有关资料 15.在下图中,剪力墙的轴压力,弯矩和剪力是大致如何传给框支梁和框支柱的?框支梁的受力有什么特点,在它与框支柱的节点处配筋构造要注意什么问题? 16.请说明什么是“型钢混凝土”(劲性钢筋混凝土或型钢钢筋混凝土),什么是“钢管混凝土”?以型钢混凝土柱为例,说明它的受力为什么比普通钢筋混凝土好.请画出一个典型的型钢混凝土柱剖面.说明钢管混凝土柱中钢管和混凝土柱的受力特点.如果是大偏心受压柱,钢管混凝土还有没有优点?请丛刊物种找出一种你认为可能比较合理的钢管混凝土柱与钢筋混凝土柱的节点的做法. 答：型钢混凝土构件是在混凝土中主要配置型钢,也配有少量构造钢筋及少量受力钢筋. 在钢管中充填混凝土的结构称为钢管混凝土结构。 型钢混凝土： 一方面混凝土包裹型钢，在构件达到承载力前型钢很少发生局部屈曲。另一方面型钢对核心混凝土起约束作用。同时因为整体型钢比钢筋混凝土中分散的钢筋刚度大得多，所以型钢混凝土构件比钢筋混凝土构件的刚度明显提高。型钢混凝土有很好的延性及很大的耗能能力。 钢管混凝土结构的受力性能的优越性主要表现在合理地利用钢管对混凝土的的紧箍力。这种紧箍力改变了混凝土柱的受力状态，将单向受压改变为三向受压，混凝土抗压强度大大提高。 在低应力阶段，基本上与普通钢筋混凝土受压构件类似，即钢管与混凝土共同分担纵向压力。随着纵向压力的增加，混凝土横向变形大于钢管横向变形（都自由的情况下），而这是不可能的。因此混凝土对钢管产生径向压力。钢管在径向压力的作用下，产生了环向压力。 对于单根钢管混凝土，较为适用于轴心受压或以轴向压力为主的构件与杆件，这样能较为充分发挥混凝土三向受压下强度大大提高的优越性。对于弯矩较大的构件，一方面混凝土受压面积又较小，所以优点不是很突出。另外一方面，由于截面中受拉区的存在。金箍力作用将大为削弱。而且紧箍力的计算也变得十分复杂。此外，截面相等的情况下，圆形截面惯性矩小，从力学特征上来说，不适合承弯。 几种梁柱节点形式 17.试以剪力墙结构中的一片横墙剪力墙为例,说明在水平荷载作用下,剪力墙每一层的层间位移中哪一部分称为”有害位移”,那一部分称为”无害位移”. 答：本层的弯曲变形和剪切变形所产生的位移为有害位移，下层的位移对上层产生的附加位移是无害位移。 弯曲型的剪力墙结构，对于剪力墙的整体变形采用普通梁的平截面假定。由此可知，第I层剪力墙的层间委蛇角包含自身变形角和下层的位移角两部分。后者和本层受力无关，称为无害位移角，前者和本层受力有关，称为有害位移角。 18.试以下图所示的框架核心筒墙简化受力模型为例,说明在水平作用下剪力墙、框架和剪力墙连梁变形的相互关系。如果要控制框架梁、柱、剪力墙连梁和剪力墙本身的损伤，请相应分别按什么思路设定对它们的层间变形的控制条件。 答： 19请说明单层厂房钢筋混凝土或预应力混凝土屋架的比较合理的结构形式。这种屋架能按简单的铰接桁架进行内力分析吗？如果不完全行，又要补充什么验算内容？ 答：可以按照铰接桁架来计算轴力（即进行内力分析），但是上弦要按照连续梁在支座不均匀沉降情况下计算弯矩。（笔记） 20为什么说支撑系统是保证单层厂房结构整体刚度和稳定性的关键措施。你知道可能需要哪些部位设置沿哪个方向的平面支撑。支撑本身一般采用什么样的结构形式？ 答：（1）在装配式钢筋混凝土单层厂房结构中，支撑虽然不是主要的承重构件，但却是联系各种主要结构构件并把它们构成整体的重要的组成部分。可以把有些水平荷载传递到主要承重构件。屋架的横向刚度很小，容易连续倒塌，故设置支撑。 （2）屋盖的上下弦水平支撑，应布置在屋架（屋面梁）上下弦平面内以及天窗架上弦平面内。 屋盖的垂直支撑应布置在屋架（屋面梁）间和天窗架（包括挡风板立柱）之间。 系杆设置在屋架上下弦及天窗上弦平面内。 屋架上弦水平支撑布置在每个伸缩缝区段端部。对于采用钢筋混凝土屋面梁的屋盖系统，当采用檩条时，应在梁的上翼缘平面内设置横向水平支撑。支撑应布置在伸缩缝区段两端的第一个或第二个柱距内。当屋盖上的天窗通过伸缩缝时，则应在伸缩缝的两侧天窗下面的柱距内设置上弦横向水平支撑。 对于采用钢筋混凝土拱形及梯形屋架的屋盖系统，应在每一个伸缩缝区段端部的第一或第二个柱距内设置上弦横向水平支撑。当厂房设置天窗时，可根据屋架上弦杆件的稳定条件，在天窗范围内沿厂房纵向设置连系杆。 21请从材料的加、卸载应力应变关系说明什么是非弹性，什么是“弹性”？什么是“非线性”，什么是“线性”？就这个意义来说，混凝土受压时具有什么特性？为什么？ 答：（非）弹性是指在应力作用下产生的某一应变，在应力撤除后（不）能够完全恢复的性能。 （非）线性是指在应力作用下的曲线按比例呈线性增加称为线性。 就这个意义上说，混凝土受压时具有非线性和非弹性的特征。 22请从材料受力角度理解什么是“弹性模量”。混凝土的设计弹性模量是如何测定的？规范给出的弹性模量公式包没包含可靠性因素。不同强度等级混凝土Ec有无差别，差别大吗？ 答：混凝土的弹性模量是指根据混凝土棱柱体标准试件，用标准试验方法所得到的规定压应力值与其对应的压应变值的比较。即单位压应变所对应的应力值。（建筑结构设计术语和符号标准30页3.4.5条） 采用柱体试件，取应力上限为0.5fc重复加载10次时应力应变曲线接近直线，该直线的斜率取为混凝土的弹性模量 根据规范P240（4.1.5）上的公式，由于是混凝土立方体抗压强度标准值相对应的，而标准值已考虑了可靠度，故弹性模量也考虑了可靠度。（个人总结） 不同强度等级混凝土的EC弹性模量有差别。从C15-C80从2.2-3.8104N/mm2。变化较大。 23说明从较低强度混凝土（例如C20）到高强混凝土（例如C100）的应力应变特征及其区别。 答：强度越高其应力的峰值点越高，但对应的应变差距不大。强度越高越接近弹性材料。强度由低到高：EC由小到大，非线性由重到轻，下降段由平缓到陡，上升段由陡到平缓，破坏应变减小。C90以上，原则上没有下降段。（笔记） 24以硅酸盐水泥做成的混凝土为例，说明水泥水化后的细观结构特征。这种特征对混凝土的受力性能有什么影响。 答：水泥水化后，在水泥颗粒表面形成水化物膜。内部水泥颗粒继续水化，然后向外喷出管状触须。触须相互交错。致使颗粒间的空隙减小，包有凝胶体的水泥颗粒相互接触，结晶体和凝胶体互相贯穿形成结晶网状结构。固相颗粒之间的空隙减小，结构逐渐紧密。使水泥浆体完全失去可塑性，达到能够担负一定荷载的强度。进入硬化期后，水化速度减慢，水化物随时间的增长而逐渐增加，扩散到毛细孔中，使使结构更趋致密，强度相应提高。（我感觉后部分和讲课内容不合拍） 因此混凝土抗压能力强而抗拉能力弱。 25试说明在混凝土单轴受压时，其中微裂缝的发展趋势。到应力应变曲线的哪个部位时（中低强度混凝土），裂缝才在轴压试块表面成为可见的。 答:混凝土在承受荷载或外应力以前,内部就已经存在少量分散的微裂缝。当混凝土内微观拉应力较大时，首先在粗骨料的界面出现微裂缝，称界面粘结裂缝。开始受力后知道极限荷载（max），混凝土的微裂缝逐渐增多和扩展可以分作3个阶段： （1）微裂缝相对稳定期（/max0.30.5） 这时混凝土的压应力较小，虽然有些微裂缝的尖端因应力集中而沿界面略有发展，也有些微裂缝和间隙因受压而有些闭和，对混凝土的宏观变形性能无明显变化。 （2）稳定裂缝发展期（/max0.750.9） 混凝土在更高的应力作用下，粗骨料的界面裂缝突然加宽和延伸，大量的进入水泥砂浆：水泥沙浆中的已有裂缝也加快发展，并和相邻的粗骨料界面裂缝相连。这些裂缝逐个连通，构成大致平行于应力方向的连续裂缝，或称纵向劈裂裂缝。若混凝土中部分粗骨料的强度较低，或有节理和缺陷，也可能在高应力下发生骨料劈裂。这一阶段的应力增量不大，而裂缝发展迅速，变形增长大。即使应力维持常值，裂缝仍将继续发展，不能再保持稳定状态。纵向的通缝将试件分隔成数个小柱体，承载力下降而导致混凝土的最终破坏。 其破坏机理可以概括为：首先是水泥沙浆沿粗骨料的界面和砂浆内部形成微裂缝；应力增大后这些微裂缝逐渐地延伸和扩展，并连通成为宏观裂缝；砂浆的损伤不断积累，切断了和骨料的联系，混凝土的整体性遭受破坏而逐渐丧失承载力。 (轴压) 试件刚开始加载时应力较小（0.4fc）。继续加大应力，混凝土的塑性变形和微裂缝稍有发展。 当试件应力达=（0.80.9）fc时，应变为（0.650.86）p，混凝土内部微裂缝有较大开展，但试件表面尚无肉眼可见裂缝。此后，混凝土内出现非稳定裂缝。 应力应变曲线进入下降段不久，当应变=（1-1.35）p和应力=（10.9）fc时，试件中部的表面出现第一条可见裂缝。此裂缝细而短，平行与于受力方向。 继续增大应变，试件上相继出现多条不连续的纵向短裂缝，混凝土的承载力迅速下降。混凝土内骨料和砂浆的界面粘结裂缝以及砂浆内的裂缝不断地延伸扩展和相连。沿最薄弱的面形成宏观斜裂缝，并逐渐地贯通全截面。此时，试件的应变约为=（23）p，混凝土的残余强度为（0.40.6）fc。 再增大试件应变，此斜裂缝在正应力和剪应力的挤压和搓碾下不断发展加宽，成为一破损带，而试件其它部位上的裂缝一般不再发展。（过镇海） 26请再从混凝土的细观结构微裂缝发育应力应变关系归纳一下混凝土非线性、非弹性特征的来源及表现特征。 解：主要来源于内部裂缝的发展的凝胶体的流动 细观结构：结构混凝土在承受荷载前，内部就已经存在少量的微裂缝，主要位于粗骨料和砂浆的接触面上，并且硬结的水泥还有一定的流动性。 微裂缝的发育：在混凝土压应力较小时粗骨料表面的微裂缝尖端因应力集中而沿周界略有发展，同时，有些裂缝因受压而闭合，卸载后大部分变形能恢复，故混凝土宏观变形性能无明显变化，应力应变关系近似线弹性；继续加大荷载，粗骨料表面裂缝逐渐延伸和增宽，并产生新的粘结裂缝，一些裂缝向砂浆深入，若停止加载裂缝不会继续延伸，此时混凝土由于裂缝的发展抗压刚度降低，同时由于裂缝不可恢复，故表现出非线性非弹性性质；再加大荷载，裂缝继续向砂浆里面深入以至形成沿荷载方向的贯穿裂缝将混凝土分成一些小柱而破坏，此时的裂缝使混凝土试块刚度急剧下降，并且裂缝是不可恢复和不稳定的，故混凝土非线性非弹性表现的更明显。（过镇海P912） 27请说明混凝土受拉应力应变曲线的特征，受拉应力应变曲线有下降段吗？为什么？ 解：试件开始加载后，当应力（A点）时，混凝土的变形约按比例增大。此后混凝土出少量塑性变形稍快，曲线微凸。当平均应变时，曲线的切线水平，得抗拉强度。随后，试件的承载力很快下降，形成一陡峭的尖峰（