高层建筑与抗震设计试卷

高层建筑与抗震设计 试卷本试题一共三道大题，共2页，满分100分。考试时间90分钟。注意：1、答案必须填写在答题纸上，题号不清或无题号的以零分计；2、答题前，请在答题纸上准确、清楚地填写各项目；3、学号、考点名称、考室号、姓名、身份证号、课程代码、课程名称、培养层次不写或乱写及模糊不清者，答题纸作废；4、开卷考试，若有雷同以零分计。一、简答题（每小题12分，共60分）1、框架结构在采用分层法对计算简图进行分配系数计算时，采用什么方法来考虑支座转动的影响？框架结构在采用分层法对计算简图进行分配系数计算时，采用调整框架柱的线刚度来考虑支座转动的影响，其方法是：（1）除底层以外其他各层柱的线刚度均乘0.9的折减系数；（2）除底层以外其他各层柱的弯矩传递系数取为1/3。2、 对于框架结构梁、柱的最不利内力组合有哪些？框架结构各控制截面的最不利内力组合：梁端截面：Mmax、Mmax、Vmax；梁跨中截面：Mmax柱端截面：|M|max及相应的N、V（相应的N取小值）Nmax及相应的M、V（相应的M取小值）Nmin及相应的M、V(相应的M取大值)3、 在抗震设计的框架柱中，加密区箍筋的体积配箍率是根据哪些因素确定的?非加密区的箍筋用量有何要求?抗震设计的框架柱，其加密区箍筋的体积配箍率根据抗震等级、箍筋形式和轴压比确定。非加密区的箍筋不宜少于加密区箍筋的50，且箍筋间距，一、二级框架柱不应大于10倍纵筋直径d，三、四级框架柱不应大于15d。这是考虑到柱子在层高范围内剪力不变及可能的扭转影响，为避免柱子非加密区的受剪能力突然降低很多，造成柱子中段破坏，规范作了上述规定。4、 剪力墙结构有哪些类型？如何判别？ 剪力墙按受力特性的不同主要可分为整体剪力墙、小开口整体剪力墙、双肢墙（多肢墙）和壁式框架等几种类型。（1）无洞口的剪力墙或剪力墙上开有一定数量的洞口，但洞口的面积不超过墙体面积的15%，且洞口至墙边的净距及洞口之间的净距大于洞孔长边尺寸时，可以忽略洞口对墙体的影响，这种墙体称为整体剪力墙。（2）当剪力墙上所开洞口面积稍大且超过墙体面积的15%时，通过洞口的正应力分布已不再成一直线，而是在洞口两侧的部分横截面上，其正应力分布各成一直线。这种剪力墙称之为小开口整体剪力墙。（3）洞口开得比较大，截面的整体性已经破坏，横截面上正应力的分布远不是遵循沿一根直线的规律。这种剪力墙可视为由连梁把墙肢联结起来的结构体系，故称为联肢剪力墙。（4）洞口开得比联肢剪力墙更宽，墙肢宽度较小，墙肢与连梁刚度接近时，墙肢明显出现局部弯矩，在许多楼层内有反弯点。剪力墙的内力分布接近框架，故称壁式框架。5、框剪结构协同工作计算的基本假定是什么？（1）楼板在自身平面内刚度无穷大。（2）房屋体形规整，不会产生扭转变形。二、分析题（每小题20分，共20分）1、什么是建筑结构抗震设计规范“三水准”抗震设防目标？如何进行二阶段抗震设计？（20分）“三水准设防目标”，即“小震不坏、中震可修、大震不倒”三个水准，要求建筑物在使用期间，对不同频度和强度的地震应具有不同的抵抗能力。具体就是：1） 当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，建筑物一般不受损坏或不需要修理仍可继续使用。2） 当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，建筑物可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用。3） 当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。在进行建筑结构的抗震设计时，具体是通过简化的两阶段设计方法来实现的。第一阶段设计：按第一水准多遇地震烈度对应的地震作用效应和其他荷载效应的组合，验算结构构件的承载能力和结构的弹性变形。第二阶段设计：按第三水准罕遇地震烈度对应的地震作用效应验算结构的弹塑性变形。三、计算题（每小题20分，共20分）1、某三层框架的结构计算简图及恒载图、活载图如下图所示。要求：计算总重力荷载代表值及等效总重力荷载代表值。 恒载图 活载图解：三层恒载：活载：二层恒载：活载：一层恒载：活载：故总重力荷载代表值等效总重力荷载代表值一、简答题1、高层建筑结构平面布置的一般原则是什么?答 ： 独立结构单元的结构布置应满足以下要求：(1) 简单 、规则、均匀、对称。(2) 承重结构应双向布置，偏心小，构件类型少。(3) 平面长度和突出部分应满足规范要求，凹角处宜采用加强措施。(4) 施工简便，造价省。2、试简述框架结构的组成及特点？ 答：（1）框架结构是一种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见图13-1。若干平面框架结构由水平承重体系各层楼盖和屋盖连接形成空间的整体结构体系。其中各平面框架结构形成竖向承重体系，它们承受由楼盖和屋盖传来的竖向和水平荷载并再传给地基基础。（2）框架结构的特点是：建筑平面布置灵活，可以形成较大的使用空间以满足车间、餐厅、实验室、会议室、营业室等要求。框架结构的组成简单，只有框架柱和框架梁两种基本构件组成，便于构件的标准化、定性化，可以采用装配式结构也可以采用现浇式结构。框架柱的截面形式一般为矩形或正方形，由于建筑上的要求也可采用圆形、十字型、T形、L形等。框架梁的截面形式一般为矩形，T形、倒L形和十字型。框架结构通过合理的设计可以获得良好的力学性能，具有良好的抵抗地震的性能。3、框架结构在采用分层法对计算简图进行分配系数计算时，采用什么方法来考虑支座转动的影响？答：框架结构在采用分层法对计算简图进行分配系数计算时，采用调整框架柱的线刚度来考虑支座转动的影响，其方法是：（1）除底层以外其他各层柱的线刚度均乘0.9的折减系数；（2）除底层以外其他各层柱的弯矩传递系数取为1/3。4、为何要限制剪力墙截面的剪压比不能太大?答：试验表明，当剪力墙截面尺寸太小(通常指厚度太小)，截面剪应力过高时，会在早期出现斜裂缝，而且很可能是在抗剪钢筋还没有来得及发挥作用时，混凝土就在高剪力及压力下被挤碎了，此时配置更多的抗剪钢筋已毫无意义。为避免这种破坏，应当对剪力墙截面的剪压比进行限制。5、在抗震设计的框架柱中，加密区箍筋的体积配箍率是根据哪些因素确定的?非加密区的箍筋用量有何要求?答：（1）抗震设计的框架柱，其加密区箍筋的体积配箍率根据抗震等级、箍筋形式和轴压比确定。（2）非加密区的箍筋不宜少于加密区箍筋的50%，且箍筋间距，一、二级框架柱不应大于10倍纵筋直径d，三、四级框架柱不应大于15d。6、框架结构进行构件设计时，梁、柱的控制截面如何选取？答：（1）框架柱的弯矩，轴力和剪力沿柱高是线性变化的。因此可取各层柱的上、下端截面作为控制截面。（2）对于框架梁，在水平和竖向荷载共同作用下，剪力沿梁轴线呈线性变化，弯矩则呈抛物线形变化（指竖向分布荷载），因此，除取梁的两端为控制截面以外，还应在跨间取最大正弯矩的截面为控制截面。为了简便，不再用求极限的方法确定最大正弯矩控制截面，而直接以梁的跨中截面作为控制截面。7、剪力墙结构有哪些类型？如何判别？答：（1）剪力墙结构有整体墙、独立墙肢、联肢墙、整体小开口墙、壁式框架五种类型（2）判断依据如下：A. 洞口立面面积 16%墙面立面面积，且洞口间净距及孔洞至墙边的距离 孔洞长边尺寸，属整体墙； B当 a 1 时，可按独立墙肢分别计算； C当 1a10时，可按联肢墙计算； D. 当 a 10 且，可按整体小开口计算； E. 当 a 10 且，可按壁式框架计算。 8、影响框架梁柱延性的因素有哪些？答：影响框架梁延性及其耗能能力的因素很多，主要有以下几个方面：纵筋配筋率、剪压比、跨高比、塑性铰区的箍筋用量。9、什么是建筑结构抗震设计规范“三水准”抗震设防目标？ 答：第一水准：当遭受低下本地区设防烈度的多遇地震影响时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用；简称小震不坏 第二水准：当遭受相当于本地区设防烈度的地震影响时，建筑物可能损坏，但经一般修理或不需修理仍可继续使用；简称中震可修 第三水准：当遭受高于本地区设防烈度预估的罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。简称大震不倒 10、在计算地震作用时，建筑的重力荷载代表值如何取值？答：考虑计算地震作用时，建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和。其组合系数详见规范。11、什么是防震缝？答：在地震作用下，特别不规则结构的薄弱部位容易造成震害，为减少震害而设置将其划分为若干独立的抗震单元，使各个结构单元成为规则结构的缝隙称为防震缝。12、什么是风振系数？答：实际风压是在平均风压上下波动的，目前采用加大风载的办法来考虑这个动力效应，在风压值上乘以风振系数z。13、什么是剪压比？答：剪压比即为梁截面上的“名义剪应力”V/bh0与混凝土轴心抗压强度设计值fc的比值。14、什么是框剪结构刚度特征值？答：框剪结构刚度特征值，是反映总框架和总剪力墙刚度之比的一个参数，对框剪结构的受力状态和变形状态及对外力的分配都有很大的影响。15、什么是剪力墙结构？答：剪力墙结构：用钢筋混凝土剪力墙承受竖向荷载和抵抗侧向力的结构称为剪力墙结构，也称为抗震墙结构。16、什么是基本风压？答：基本风压：基本风压是以当地比较空旷平坦的地面上离地10m高统计所得的50年（或100年）一遇10min平均最大风速为标准，按基本风压最大风速的平方/1600确定的风压值。17、什么是轴压比？答：轴压比：柱的平均轴向压应力与混凝土轴心抗压强度设计值的比值，即N/bchcfc18、什么是组合结构？答：同一截面或各杆件由两种或两种以上材料制作的结构称组合结构。国内外常用的组合结构有：(1)压型钢板与混凝土组合楼板；(2)钢与混凝土组合梁；(3)型钢混凝土结构（也叫劲性混凝土结构）；(4)钢管混凝土结构；(5)外包钢混凝土结构等五大类。19、什么是地震作用？答：地震作用：指由地面运动引起的结构动态作用，分水平地震作用和竖向地震作用。设计时根据其超越概率，可视为可变作用或偶然作用。二、分析题1、试写出用D值法计算多层框架结构在水平地震荷载作用下的弯矩的计算步骤及公式。答：(1) 柱子侧移刚度D值的计算。 (2)柱子剪力的计算(3)确定修正后柱的反弯点位置(4)柱端弯矩计算 (5)梁端弯矩计算根据节点弯矩的平衡计算梁端弯矩按梁刚度分配节点两端的弯矩2、什么是建筑结构抗震设计规范“三水准”抗震设防目标？如何进行二阶段抗震设计？ 答:小震不坏、中震可修、大震不倒 小震不坏 在建筑物使用期间内可遇到的多遇地震（小震），即相当于比设防烈度低1.5度的地震作用下，建筑结构应保持弹性状态而不损坏，按这种受力状态进行内力计算和截面设计。 中震可修 即在设防烈度下，建筑结构可以出现损坏，经修理后仍可以继续使用，并保证生命和设备的安全。 大震不倒 当遭遇了千年不遇的罕遇地震（大震），建筑物会严重损坏，但要求不倒塌，保证生命安全。所谓大震，一般指超出设计烈度11.5度的地震。（1）第一阶段设计 对绝大多数建筑结构，应满足第一、二水准的设计要求，即按照第一水准（多遇地震）的地震参数进行地震作用计算、结构分析和构件内力计算，按规范进行截面设计，然后采取相应的构造措施，达到“小震不坏，中震可修”的要求。（2）第二阶段设计 对特别重要的建筑和地震时容易倒塌的结构，除进行第一阶段设计外，还要进行薄弱层部位的弹塑性变形验算和采取相应的构造措施，使薄弱层的水平位移不超过允许的弹塑性位移，实现第三水准的要求。三、计算题1、试用弯矩二次分配法计算图示框架结构的弯矩，并作出M图。（ ）内数值为梁柱相对线刚度的比值。解：（1）分配系数的计算 （2）固端弯矩计算 （3）计算各节点不平衡力矩反号分配（4）分别将分配弯矩向远端传递（5）计算新的不平衡力矩反号分配（6）将上述固端弯矩、分配弯矩及传递弯矩相加得到最终弯矩。 2、某单层钢筋混凝土框架结构，高4.5m，质点质量为G=2000KN，体系自振周期T=0.65s，侧移刚度K=19000KN/m，阻尼比为0.05。建筑设防烈度为7度，类场地，设计地震分组为第二组，设计基本地震加速度为0.10g，计算并回答下列问题：(1)按单质点模型计算多遇地震烈度下的水平地震作用； (2)验算弹性层位移是否满足要求； (3)如果该结构中使用了砌体填充墙，请判断结构自振周期、地震作用会发生怎样变化？弹性层间位移是增大还是减小？提示：场地特征周期、水平地震影响系数等参数见附录。解：（1