高层建筑结构设计题目及答案

一 选择题 1 高层建筑结构的抗震等级与 A 结构类型和结构总高度 D 地震烈度有关 2 重力荷载代表值中可变荷载组合值的组合系数是 A 雪载取 0 5 C 书库等库房取 0 8 D 楼 面荷载取 0 5 3 150m 高层剪力墙结构剪力的底部加强部位 下列何项符合规定 A 剪力墙墙肢总高的 1 10 并不小于底部两层层高 4 高层建筑立面不规则包括 A 竖向刚度不规则 B 竖向抗侧力构件不连续 D 楼层承载力突 变 5 适用于底部剪力法的高层建筑应该 A 高度 40 米 C 质量和刚度没高度分布比较均匀 D 以第一振型和剪切变形为主 6 减少筒体结构的剪力滞后效应应采取的措施是 B 控制结构的高宽比 C 设计平面成正方形 D 设计密柱深梁 7 影响框架柱延性的因素有 B 箍筋和纵筋配筋率 D 剪跨比和轴压比 8 剪力墙的延性设计一般包括 B 设置边缘构件 C 控制轴压比 D 限制高宽比 9 两幢相邻建筑 按 8 度设防 一幢为框架 筒体结构 高 50m 另一幢为框架结构 高 30m 若 设沉降缝 缝宽下列哪项是正确的 B 170mm 10 框架结构中反弯点高度比与 A 层高 B 层数 层次及层高变化 C 上下梁线刚度比 D 梁柱线刚度比有关 11 在高层建筑结构中控制最大层间位移的目的是 A 满足人们的舒适度要求 B 防止结构在常 遇荷载下的损害 C 确保在罕遇地震时建筑物不致倒塌 D 力求填充墙等非结构构件不被损坏 12 在水平荷载作用下的近似计算中 D 值法与反弯点法的主要区别在于 A 反弯点高度不同 B D 值法假定柱的上下端转角不相等 D 反弯点法中 D 值需要修正 13 高层建筑结构增大基础埋深的作用有 A 提高基础的承载力 减少沉降 C 加强地基的嵌固 作用 抵抗水平力 防止建筑物的滑移 倾斜 保证稳定性 D 利用箱基等基础外侧墙的土压力 和摩擦力 使基底的土压力分布趋于均匀 减少应力集中 14 8 度地震区某高度 75m 的高层建筑 考虑地震作用效应时 不应该组合的项是 C 竖向地震作 用 15 建筑高度 设防烈度 建筑重要性类别及场地类别等均相同的两个建筑 一个是框架结构 另 一个是框架 剪力墙结构 这两种结构体系中的框架抗震等级下述哪种是正确的 A 前者的抗震 等级高 也可能相等 二 判断题 1 有地震作用组合时 承载力纪纪验算中 引入抗震调整系数 RE 含义是考虑罕遇地震时结构的 可靠度可以略微降低 对 2 地框架 剪力墙结构中 连接总框架与总剪力墙的连杆若是刚性楼板 则整个体系称之为刚接体 系 错 3 剪力墙的分类主要是根据墙面开洞率的大小确定的 错 4 高层建筑的外荷载有竖向荷载和水平荷载 竖向荷载包括自重等恒载和使用荷载等运载 水平 荷载仅考虑地震作用 错 5 框架结构在水平荷载作用下 当上下层梁的线刚度之比增大时 柱的反弯点下移 对 6 在筒体结构中 跨高比小于 1 的框筒梁宜采用交叉暗撑 错 7 钢管混凝土柱特别适合于轴心受压构件 是因为混凝土处于三向受压状态 对 8 在高层建筑结构中 当活荷载 4KN m2时 一般不考虑其不利布置但跨中弯矩要放大 1 1 1 2 对 9 房屋的顶层 结构转换层 平面复杂或开洞过大的楼层楼面结构采用整体式楼面结构的目的是 保证楼板在平面内刚度无穷大 对 10 在组合结构中 大刚度的混凝土部分主要承受竖向荷载 高强度的钢结构部分主要抵抗水平荷 载 错 三 名词解释 1 剪力墙的轴压比 要求列式并说明各字母的含义 答 轴压比指的是柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值的乘积之 比 即柱身平均轴向压应力与混凝土轴心抗压强度的比值 即 ccc hbf N n 式中 N 为柱组合轴压力设计值 bc hc为柱的短边和长边 fc为混凝土轴心抗压强度设计值 2 风振系数 Z 要求列式并说明各字母的含义 答 风载波动中的短周期成分对于高度较大或刚度较小的高层建筑可能产生一些不可忽视的动力效 应 在设计中采用风振系数 z来考虑这种动力效应 其计算公式如下 z z z v 1 式中 z为基本振型 Z 高度处振型系数 对于外形刚度和质量沿高度按连续规律变化的悬臂型高耸 结构及沿高度比较均匀的高层建筑 可近似用 Z H 代替 为脉动增大系数 按表 3 4 取用 其中 W0为基本风压值 T1为结构第一振型自振周期 V 脉动影响系数 按表 3 5 取用 z 风压高度变化系数 四 问答题 1 抗震设防的目标是什么 什么是二阶段设计 在框架结构设计中怎样实现 强柱弱梁 强剪 弱弯 强节点 强锚固 答 抗震设防的目标是 小震不坏 中震可修 大震不倒 第一阶段设计 第一阶段为结构设计阶段 在此阶段 用相应于该地区设防烈度的小震作用计算结 构的弹性位移和构件内力 并进行结构变形验算 用极限状态方法进行截面承载力验算 按延性和 耗能要求进行截面配筋及构造设计 采用相应的抗震构造措施 实现小震不坏 中震可修 大震不 倒的目标 第二阶段为验算阶段 一些重要的或特殊的结构 经过第一阶段设计后 用与该地区设防烈度相应 的大震作用进行弹塑性变形验算 以确定是否达到大震不倒的目标 强柱弱梁 除顶层和柱轴压比小于 0 15 者外 柱端组合弯矩设计值应符合下列公式要求 其中为柱端弯矩增大系数 bcc MM c 强剪弱弯 梁端部塑性铰区的设计剪力要求根据梁的抗弯承载力的大小准定 其中为梁剪力增大系数 Gb n r b l b vb V l MM V vb 强节点 增设箍筋率 实行箍筋加密区 对其中的纵横钢筋实现弯折要求 满足抗震规范的要 求 强锚固 框架梁在框架中间节点内的上部纵向钢筋应贯穿中间节点 柱纵向钢筋在框架节点核 芯区锚固与连接 2 在框架 剪力墙结构中 为什么框架和剪力墙能够协同工作 其目的是什么 刚度特征值的大小 与对其结构的变形和内力有什么影响 答 框架 剪力墙结构协同工作的原理是连续化方法将总的连系梁沿全高连续分布 成为连续杆件 其目的是在结构底部几乎全部的水平荷载与地震作用都由剪力墙承受 在上部结构中 全部的水平 作用由框架承受 由此可以增大结构的抗震性能 刚度特征值 6 时 框 架强 剪力墙弱 以剪切变形为主 框架几乎全部承担剪力 风度特征值 为 1 6 之间时 介于 弯曲与剪切变形之间 五 计算题 某工程为 8 层钢筋混凝土框架结构 梁柱现浇 楼板预制 设防烈度为 8 度 I 类场地土 地震分 组为第一组 尺寸如图所示 现已计算出结构自振周期 T1 0 55s 集中在屋盖和楼盖的恒载为顶层 5500kN 2 7 层 4500kN 底层为 6300kN 活载为顶层 650kN 1 7 层 900kN 按底部剪力法计算 各楼层地震作用标准值与剪力 按多遇地震计算 要求画图 解 楼层重力荷载标准值 1 G8 5500 0 650kN 5500kN G2 7 4500 50 900kN 4950kN G1 6300 50 900kN 6750kN 总重力荷载代表值 GE Gi 5500 4950 6 6750 41950kN 总地震作用荷载值 2 由地震分组和场地类别查得 T g 0 25 由设防烈度查得 max 0 16 钢筋混凝土结构的阻尼比 0 05 则衰减指数 0 9 T g T1 0 58s 5Tg 阻尼调整系数 2 1 0 于是得地震影响系数为 0787 0 16 0 0 1 55 0 25 0 9 0 max2 1 r g T T 结构等效总重力荷载代表值为 G eq 0 85GE 35657 5kN 总地震作用标准值为 FE k G eq 2806 2kN 各楼层地震作用标准值 3 因 T1 0 55s 1 4Tg 0 35s 故须考虑顶部附加水平地震作用 查表得 n 0 08T1 0 07 0 114 于是 得 F n n FE k 0 114 2806 2 319 9kN 由式子求得各层地震作用标准值 顶层须加上 F n nEk n i ii ii i F HG HG F 1 1 除顶层外 各层地震剪力为 Vi F i Vi 1 而顶层为 Vi F i F n 计算结果如下表 层Hi m Gi k N Gi Hi Gi HiF i k N Vi k N 8255500137500595150574 4894 3 7224950108900595150455 01349 3 619495094050595150382 91732 2 516495079200595150330 92063 1 413495064350595150268 92332 310495049500595150206 82538 8 27495034650595150144 82683 6 14675027000595150112 82796 4 所求图如下 一 绪论 1 高层建筑的定义 10 层及 10 层以上或房屋高度超过 28 米的住宅建筑结构和房屋高度大于 24 米的其他高层民用建筑结构 二 高层建筑结构体系和布置原则 1 建筑物达到一定高度或层数之后 内力和位移急剧增加的原因是 在水平荷载作用下的弯矩和侧移分别与高度呈二次方和四次方的曲线关系 2 框架剪力墙结构 把框架和剪力墙两种结构共同组合在一起形成的结构体系 竖向荷载由框架体系和剪力墙等竖 向承重单位共同承担 水平荷载则主要由剪力墙这一具有较大刚度的抗测力单元承担 3 水平荷载作用下变形特点 剪力墙作为竖向悬臂构件 变形曲线以弯曲型为主 越向上 侧移增加越快 框架类 作为竖向悬臂剪切梁 变形为剪切型 越向上 侧移增加越慢 框架 剪力墙结构 越接近底部的剪力墙所承受的剪力越大 有利于控制框架的变形 在结构上部 框架的水平位移 有比剪力墙的位移小的趋势 剪力墙还承受框架约束的负剪力 从而综合两者的受力性能 使层间变形趋于均匀 4 剪力滞后效应 正应力在角柱较大 中部逐渐减小 由于翼缘框架中梁的剪切变形和梁柱的弯曲变形所造成 5 负剪力滞后效应 在顶部 角柱的正应力反而小于翼缘框架中柱内的正应力 6 结构抗震等级 与设防烈度 结构类型 房屋高度有关 框架的抗震等级要比剪力墙的抗震等级高 7 平面不规则类型 1 扭转不规则 2 凹凸不规则 3 楼板局部不连续 8 竖向不规则类型 1 侧向刚度不规则 2 竖向抗侧力构件不连续 3 楼层承载力突变 9 变形缝 1 沉降缝 2 伸缩缝 3 防震缝 注意 不包括施工缝 10 抗震缝的最小缝宽 100mm 11 基础的埋深 1 基础的埋深必须满足地基变形和稳定性的要求 保证高层建筑在风力和地震作用下的稳定性 减少建筑的整体倾斜 防止倾覆和滑移 2 增加基础埋深 可以提高地基的承载力 减少基础沉降 3 设置地下 室 设置多层地下室有利于建筑物抗震 三 高层建筑结构荷载及效应组合 1 水平荷载作用下 平面化假定 1 每榀框架或剪力墙可以抵抗自身平面内的侧力 平面外刚度很小 可忽略不 计 2 楼盖结构在自身平面内刚度无限大 平面外刚度很小 可忽略不计 为保证楼盖在平面内刚度无限大 应 使用整体式现浇楼盖 2 高层建筑中的活荷载 当活荷载 4kN 时 可以不考虑 但跨中弯矩要乘以 1 1 1 2 倍的扩大系数 大于 4kN 时 则应该考虑活荷载的最不利布置 3 地面的粗糙程度 1 a 类指近海海面 海岛 海岸 湖岸及沙漠地区 2 b 类指田野 乡村 丛林 丘陵以及房屋比 较稀疏的乡镇和城市郊区 3 c 类指 有密集建筑群的城市市区 4 d 类指 有密集建筑群且房屋较高的城市市区 4 可能是问答 抗震设防的 3 准则和 2 阶段方法 3 水准目标 小震不坏 中震可修 大震不倒 即 在小震作用下 房屋不需修理仍可使用 在中震作用下 允 许结构局部进入屈服阶段 经过一般修理仍可继续使用 在大震作用下 构件严重屈服 结构破坏 但房屋不应倒 塌 不应出现危及生命财产的严重破坏 2 阶段方法 第一阶段为结构设计阶段 在此阶段 用相应于该地区设防烈度的小震作用计算结构的弹性位移和构 件内力 并进行结构变形验算 用极限状态方法进行截面承载力验算 按延性和耗能要求进行截面配筋及构造设计 采用相应的抗震构造措施 实现小震不坏 中震可修 大震不倒的目标 第二阶段为验算阶段 一些重要的或特殊的结构 经过第一阶段设计后 用与该地区设防烈度相应的大震作用进行 弹塑性变形验算 以确定是否达到大震不倒的目标 3 地震的分类 1 小震指该地区 50 年内超越概率约为 63 的地震烈度 即众值烈度 称多遇地震 2 中震指 该地区 50 年内超越 概率约为 10 的地震烈度 称为基本烈度或设防烈度 3 大震 该地区 50 年内超越概率约为 2 3 的地震烈度 称为罕遇地震 4 反应谱底部剪力法 只考虑结构的基本震型 适用高度不超过 40m 以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比 较均匀的结构 5 地震作用调整系数意义 1 地震作用对结构是随机反复作用 由试验可知 在反复荷载作用下承载力会降低 地 震时受剪承载力就小于无地震时受剪承载力 2 地震是一种偶然作用 作用时间短 材料性能也与在静力作用下 不同 因此可靠度可以略微降低 6 侧向变形验算 1 使用阶段层间位置限制 2 罕遇地震作用下层间位移限制 7 荷载效应组合 1 60m 以上高层建筑需要考虑风荷载作用 2 9 度设防设防建筑需要考虑竖向地震作用 四 高层建筑的近似计算方法 1 分层法的基本假定 1 在竖向荷载作用下 框架的侧移很小 可以忽略 2 各层梁上的荷载只在本层梁柱传递 对其他层梁的影响很小 可以忽略 2 竖向荷载下内力计算方法 1 分层法 2 迭代法 3 系数法 3 水平荷载下内力计算方法 1 反弯点法 2 D 值法 3 门架法 4 反弯点法和 D 值法的相同与不同处 1 两者都是由确定反弯点位置后 再由水平荷载计算构件内力 2 D 值法根 据框架的层数 柱子位置 上下层梁刚度比值 上下层层高与本层层高的比值 及荷载的作用形式对反弯点高度进 行修正 5 可能是问答 剪力墙结构的分类及近似计算方法 分类方法 1 按墙肢截面长度和宽度之比分类 h b 5 柱 h b 5 8 短肢剪力墙 h b 8 普通剪力墙 2 按墙面开洞情况分类 近似计算方法 1 整截面剪力墙 开洞面积 15 材料力学计算方法 2 整体小开口剪力墙 15 开洞面积 30 材料力学公式计算并修正 3 双肢及多肢剪力墙 连肢墙 30 开洞面积 50 连续化方法 4 壁式框架 开洞面积 50 修正 D 值法 分类界限 因素 1 整体性系数 2 墙肢惯性矩比值 3 楼层层数 IIn 1 当 10 且 时 按整体小开口墙计算 IIn 2 当 10 且 时 按壁式框架计算 IIn 3 当 1 10 时 按联肢墙计算 4 当 1 时 认为梁约束作用很小 按独立墙肢计算 6 双肢墙内力及变形特点 1 侧移曲线呈弯曲型 2 连梁的最大剪力不在底层 随着连梁与墙的刚度比的增大 连梁的剪力增大 剪力最大的梁在高度上的位 置下移 3 墙肢轴力等于该截面以上所有连梁剪力之和 当连梁与墙的刚度比增大时 连梁剪力加大 墙肢轴力也加 大 4 连梁与墙的刚度比增大时 墙肢弯矩减小 5 双肢墙截面应力 根据整体弯曲应力和局部弯曲应力的相对大小不同 双肢墙截面应力分布会相应改变 7 框架 剪力墙内力计算分类 1 铰接体系 剪力墙与框架通过楼板联系 2 刚接体系 剪力墙与框架通过连梁联系 8 框架 剪力墙位移特征 1 1 以弯曲变形为主 2 6 以剪切变形为主 3 1 6 时 介于弯曲变形和剪切变形之间 五 扭转近似计算 1 质心与刚心 质心 质量中心 刚心 结构抗侧移刚度中心 六 钢筋混凝土框架结构设计 1 延性比 一般介于 4 8 之间合适 yu u 结构 屈服 时的