截面变化时结构层间位移变化规律
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第1章绪论1.我国对高层建筑结构是如何定义的《高规》将10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑,以及房屋高度大于24m的其他高层民用建筑混凝土结构房屋,称之为高层。
2.高层建筑结构的受力及变形特点是什么设计时应考虑哪些问题(1)水平荷载对结构的影响大,侧移成为结构设计的主要控制目标之一;(2)楼盖结构整体性要求高;(3)高层建筑结构中的构建的多种变形影响大;(4)结构受到动力荷载作用时的动力效应大;(5)扭转效应大;(6)必须重视结构的整体稳定和抗倾覆问题;(7)当建筑物高度很大时,结构内外与上下温差过大而产生的温度内力和温度位移也是高层建筑结构的一种特点。
4.为什么要限制结构在正常情况下的侧移何谓舒适度高规采用何种限制来满足舒适度要求限制侧移主要原因:防止主题结构及填充墙、装修等非结构构件的开裂与损坏;同时过大的侧向变形会使人有不舒适感,影响正常使用;过大的侧移还会使结构产生较大的附加内力。
人体对居住在高楼内的舒适程度。
通过限制振动加速度满足舒适度要求。
5.什么是结构的重力二阶效应高层建筑为什么要进行稳定性验算如何进行框架结构的整体稳定验算框架结构在水平荷载作用下将产生侧移,如果侧移量比较大,由结构重力荷载产生的附加弯矩也将较大,危及结构的安全与稳定。
这个附加弯矩称之为重力二阶效应。
有侧移时,水平荷载会产生重力二阶效应,重力二阶效应过大会导致结构发生整体失稳破坏。
故要进行稳定性验算。
满足下式要求,式中n为结构总层数,否则将认为结构不满足整体稳定性要求。
第2章高层建筑结构体系与布置1. 何为结构体系高层建筑结构体系大致有哪几类选定结构体系主要考虑的因素有哪些所谓高层建筑建筑的结构体系是指结构抵抗外部作用的构件类型及组成方式。
框架结构;剪力墙结构;框架-剪力墙结构;筒体结构;巨体结构。
因素:建筑高度;抗震设防类别;设防烈度;场地类型;结构材料和施工技术;经济效益;3.在抗震结构中为什么要求平面布置简单、规则、对称,竖向布置刚度均匀怎样布置可以使平面内刚度均匀,减小水平荷载引起的扭转沿竖向布置可能出现哪些刚度不均匀的情况高层建筑结构平面、竖向不规则有哪些类型(1)因为大量宏观震害标明,布置不对称,刚度不均匀的结构会产生难以计算和处理得地震作用(如应力集中,扭曲等)引起的严重后果,建筑平面尺寸过长,如建筑,在蒜辫方向不仅侧向变形加大,而且会产生两端不同步的地震运动,价赔偿的楼板在平面既有扭转又有挠曲,与理论计算结果误差较大。
梁柱截面尺寸改变对层间位移的影响本文中的结构参数均取自《结构框架计算--上》柱子400*400时改变梁截面尺寸层间位移角的数值变化梁截面尺寸 梁截面面积层间位移角一层 二层 三层 250*500125000 0.00373134 0.003546099 0.001957 275*550 151250 0.00344827 0.003021148 0.001667 300*600 180000 0.00326797 0.002688172 0.00149 325*650 211250 0.00315457 0.002487562 0.001383 350*700 245000 0.00309597 0.002369668 0.001323 375*750 281250 0.00307692 0.002309469 0.00129 400*8003200000.003095970.002288330.001282柱子截面尺寸为400*400时:1、梁截面尺寸从250*500调至400*800的情况下1层,2层的层间位移均不满足规范要求(图中横线所示,大小为1/550=0.00182),3层层间位移在梁截面大于275*550时小于1/550,满足规范要求。
2、通过改变梁截面尺寸发现,随着梁截面刚度增加,二层层间位移减小最为明显。
3、当梁截面尺寸增加至350*700时,如果继续再增加梁的截面,对层间位移的影响不大,此时如仍不满足要求,应增加柱的截面。
4、梁截面尺寸250*500时,1、2层的层间位移基本相同。
1000001500002000002500003000003500000.00100.00150.00200.00250.00300.00350.0040三二层间位移角梁截面面积(mm 2)一柱子450*450时改变梁截面尺寸层间位移角的数值变化梁截面尺寸 梁截面面积层间位移角一层 二层 三层 250*500125000 0.00273972 0.00299401 0.001645 275*550 151250 0.00250626 0.00243902 0.001346 300*600 180000 0.00233644 0.00209643 0.001157 325*650 211250 0.00222222 0.00187265 0.00104 350*700 245000 0.00214592 0.00173310 0.000963 375*750 281250 0.00210526 0.00164473 0.000917 400*8003200000.002087680.001594890.0008921000001500002000002500003000003500000.00100.00150.00200.00250.0030三二层间位移角梁截面面积(mm 2)一柱子截面尺寸为450*450时:1、梁截面尺寸从250*500调至400*800的情况下1层层间位移不满足规范要求(图中横线所示,大小为1/550=0.00182),2层层间位移在梁截面大于350*700时小于1/550,满足规范要求,3层层间位移在梁截面在250*500至400*800时均小于1/550,满足规范要求。
关于“楼层位移比翔r层间位移角”问题仁••楼层位移比”D定义一••楼层位移比”抬:楼层的最大弹性水平位移(或层间位移)与楼层两端弹性水平位移(或层间位移〉平均值的比值:2)目的——限制结构的扭转:3)讣算要求——考虑偶然偏心(注总:不考唐双向地震)。
2、“层间位移角”1)定义——按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层商之比:2)目的——控制结构的侧向刚度:3) il•算要求——不考农偶然偏心,不考虑双向地震。
3、综合说明:1)现行规范通过两个途径实现对结构扭转和侧向刚度的控制,即通过对“楼层位移比”的控制,达到限制结构扭转的目的:通过对“层间位移角”的控制.达到限制结构最小侧向刚度的目的。
2)对“层间位移角”的限制是宏观的。
“层间位移角”讣算时只需考虑结构自身的扭转藕联,无需考虑偶然偏心及双向地丧。
3)双向地震作用计算,木质是对抗侧力构件承载力的一种放大.属于承载能力汁算范畸.不涉及对结构扭转控制的判别和对结构抗侧刚度大小的判断c4)常有収位要求按双向地震作用汁算控制“楼层位移比”和“层间位移角S这是没有依据的。
但对特别重要或特别复杂的结构•作为一种拓于规范标准的性能设汁要求也有它一定的合理性°高层结构设计中经常要控制轴压比、剪重比、刚度比、周期比、位移比和刚重比“六种比值1、轴压比:主要为控制结构的延性,规范对墙肢和柱均有相应限值要求,见抗规6.3.7和6.4.6o2、剪重比:主要为控制各楼层最小地震剪力,确保结构安全性,见抗规5.2.5。
3、刚度比:主要为控制结构竖向规则性,以免竖向刚度突变,形成薄弱层,见抗规3.4.2。
4、位移比:主要为控制结构平而规则性,以免形成扭转,对结构产生不利影响。
见抗规3.4.2。
5、周期比:主要为控制结构扭转效应,减小扭转对结构产生的不利影响,要求见高规6、刚重比:主要为控制结构的稳泄性,以免结构产生滑移和倾覆,要求见高规。
转自钢结构论坛。
1•一个建筑物结构设计部分,一般来说,包含两个过程:1)结构分析:2)结构设计方案选定后要结构分析,结构分析就是看方案的布宜是否合理,包括水平布置和竖向布置:具体的说就是八个比值:轴压比,周期比,位移比,剪重比,刚重比,层间受剪承载力比,侧向刚度比,层间位移角。
第二章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?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例。
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。
梁柱截面尺寸改变对层间位移的影响本文中的结构参数均取自《结构框架计算--上》柱子400*400时改变梁截面尺寸层间位移角的数值变化梁截面尺寸 梁截面面积层间位移角一层 二层 三层 250*500125000 0.00373134 0.003546099 0.001957 275*550 151250 0.00344827 0.003021148 0.001667 300*600 180000 0.00326797 0.002688172 0.00149 325*650 211250 0.00315457 0.002487562 0.001383 350*700 245000 0.00309597 0.002369668 0.001323 375*750 281250 0.00307692 0.002309469 0.00129 400*8003200000.003095970.002288330.001282柱子截面尺寸为400*400时:1、梁截面尺寸从250*500调至400*800的情况下1层,2层的层间位移均不满足规范要求(图中横线所示,大小为1/550=0.00182),3层层间位移在梁截面大于275*550时小于1/550,满足规范要求。
2、通过改变梁截面尺寸发现,随着梁截面刚度增加,二层层间位移减小最为明显。
3、当梁截面尺寸增加至350*700时,如果继续再增加梁的截面,对层间位移的影响不大,此时如仍不满足要求,应增加柱的截面。
4、梁截面尺寸250*500时,1、2层的层间位移基本相同。
1000001500002000002500003000003500000.00100.00150.00200.00250.00300.00350.0040三二层间位移角梁截面面积(mm 2)一柱子450*450时改变梁截面尺寸层间位移角的数值变化梁截面尺寸 梁截面面积层间位移角一层 二层 三层 250*500125000 0.00273972 0.00299401 0.001645 275*550 151250 0.00250626 0.00243902 0.001346 300*600 180000 0.00233644 0.00209643 0.001157 325*650 211250 0.00222222 0.00187265 0.00104 350*700 245000 0.00214592 0.00173310 0.000963 375*750 281250 0.00210526 0.00164473 0.000917 400*8003200000.002087680.001594890.0008921000001500002000002500003000003500000.00100.00150.00200.00250.0030三二层间位移角梁截面面积(mm 2)一柱子截面尺寸为450*450时:1、梁截面尺寸从250*500调至400*800的情况下1层层间位移不满足规范要求(图中横线所示,大小为1/550=0.00182),2层层间位移在梁截面大于350*700时小于1/550,满足规范要求,3层层间位移在梁截面在250*500至400*800时均小于1/550,满足规范要求。
2、通过改变梁截面尺寸发现,随着梁截面刚度增加,二层层间位移减小最为明显。
3、当梁截面尺寸增加至350*700时,如果继续再增加梁的截面,对层间位移的影响不大,此时如仍不满足要求,应增加柱的截面。
4、由上两张图可以看出,柱截面尺寸的改变对各层层间位移的走势影响并不明显,各层层间位移的走势基本一致。
5、梁截面尺寸275*500时,1、2层的层间位移基本相同。
柱子500*500时改变梁截面尺寸层间位移角的数值变化梁截面尺寸 梁截面面积层间位移角一层 二层 三层 250*500125000 0.002083333 0.002680965 0.001468 275*550 151250 0.001908397 0.002114165 0.001161 300*600 180000 0.001763668 0.001754386 0.000967 325*650 211250 0.001658375 0.001519757 0.00084 350*700 245000 0.001582278 0.00136612 0.000758 375*750 281250 0.0015313940.0012626260.000703400*8003200000.001501502 0.001197605 0.0006681000001500002000002500003000003500000.00050.00100.00150.00200.00250.0030一二层间位移角梁截面面积(mm 2)三柱子截面尺寸为500*500时:1、梁截面尺寸大于300*600时,所有层间位移均满足规范要求。
最经济适用的组合为柱子500*500,梁300*600。
2、通过改变梁截面尺寸发现,随着梁截面刚度增加,二层层间位移减小最为明显。
3、梁截面尺寸300*600时,1、2层的层间位移基本相同。
柱子550*550时改变梁截面尺寸层间位移角的数值变化梁截面尺寸 梁截面面积层间位移角一层 二层 三层 250*500125000 0.001620746 0.0025 0.001366 275*550 151250 0.001492537 0.001919386 0.001052 300*600 180000 0.001381215 0.001547988 0.000852 325*650 211250 0.00129199 0.001305483 0.00072 350*700 245000 0.001221001 0.001141553 0.000632 375*750 281250 0.001169591 0.001030928 0.000572 400*8003200000.0011350740.000955110.0005321000001500002000002500003000003500000.00050.00100.00150.00200.0025一二层间位移角梁截面面积(mm 2)三柱子截面尺寸为550*550时:1、梁截面尺寸大于300*600时,所有层间位移均满足规范要求。
最经济适用的组合为柱子550*550,梁300*600。
2、本例中,梁截面尺寸由250*500至400*800,1、3层层间位移均满足规范要求。
3、通过改变梁截面尺寸发现,随着梁截面刚度增加,二层层间位移减小最为明显。
4、梁截面尺寸325*650时,1、2层的层间位移基本相同。
柱子600*600时改变梁截面尺寸层间位移角的数值变化梁截面尺寸 梁截面面积层间位移角一层 二层三层 250*500 1250000.00127551 0.002392344 0.001304 275*550 151250 0.001187648 0.001801802 0.000984 300*600 180000 0.001106195 0.001422475 0.000779 325*650 211250 0.001034126 0.00117096 0.000644 350*700 245000 0.000974659 0.001001001 0.000552 375*750 281250 0.000927644 0.000883392 0.000489 400*8003200000.0008928570.0008012820.0004451000001500002000002500003000003500000.00040.00060.00080.00100.00120.00140.00160.00180.00200.00220.00240.0026一二层间位移角梁截面面积(mm 2)三柱子截面尺寸为600*600时:1、梁截面尺寸大于275*550时,所有层间位移均满足规范要求。
最经济适用的组合为柱子600*600,梁275*550。
2、本例中,梁截面尺寸由250*500至400*800,1、3层层间位移均满足规范要求。
3、通过改变梁截面尺寸发现,随着梁截面刚度增加,二层层间位移减小最为明显。
4、梁截面尺寸325*650时,1、2层的层间位移基本相同。
5、当柱截面取值较大时(如本例),适当减小梁的截面也可达到规范要求。
梁截面325*650时改变柱截面尺寸层间位移角的数值变化柱截面尺寸 柱截面面积层间位移角一层 二层 三层 400*400160000 0.003154574 0.002487562 0.001383 450*450 202500 0.002217295 0.001872659 0.00104 500*500 250000 0.001658375 0.001519757 0.00084 550*550 302500 0.00129199 0.001305483 0.00072 600*6003600000.0010341260.001170960.0006441500002000002500003000003500004000000.00050.00100.00150.00200.00250.00300.0035二三层间位移角柱截面尺寸(mm 2)一梁截面尺寸为325*650时:1、柱截面尺寸大于500*500时,所有层间位移均满足规范要求。
最经济适用的组合为柱子500*500,梁325*650。
3、通过改变梁截面尺寸发现,随着梁截面刚度增加,一层层间位移减小最为明显。
4、梁截面尺寸550*550时,1、2层的层间位移基本相同。
5、由上图可知,固定梁截面,改变柱截面尺寸的结构层间位移图形的走势与固定柱截面改变梁截面图走势基本相同。