剪跨比、轴压比和剪压比概念
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对于框架(或框剪,剪力墙)结构,一般需要控制的有:宏观控制的5大比值:周期比,位移比,刚度比,剪重比,刚重比微观控制的6大比值:轴压比,剪压比,剪跨比,跨高比,高厚比(剪力墙),长细比(柱)[1]、剪重比控制:剪重比指任一楼层的水平剪力与该层及其以上各层总重力荷载代表值的比值。
一般是指底层水平剪力与结构总重力荷载代表值之比。
它在某种程度上反映了结构的刚柔程度,剪重比应在一个合理的范围内,以保证结构整体的刚度适中,剪重比太小,说明结构整体刚度偏柔,在水平荷载或水平地震作用下将产升过大的水平位移或层间位移;剪重比过大,说明结构整体刚度偏刚,会引起很大的地震力,不经济。
附规范规定:《抗规》5.2.5条“剪重比”在新规范中就是水平地震剪力系数λ。
《高规》3.3.13条出于结构安全的考虑,增加了对各层水平地震剪力最小值的要求,结构的水平地震效应据此进行相应调整。
[2]、位移比控制:位移比是指楼层的最大弹性水平位移(或层间位移)与该楼层弹性水位移(或层间位移)的平均值之比。
位移比的大小是反映结构平面规则与否的重要依据,它侧重控制的是结构侧向刚度和扭转之间的一种相对关系,而非绝对大小,它的目的是使结构抗侧力构件布置更有效、更合理。
附规范规定:《高规》的4.3.5条规定,楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移角,A、B级高度高层建筑均不宜大于该楼层平均值的1.2倍;且A级高度高层建筑不应大于该楼层平均值的1.5倍,B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑,不应大于该楼层平均值的1.3倍。
[3]、周期比控制:周期比使指结构扭转为主的第一周期T1与以平动为主的第一周T1的比值,其主要目的是控制结构在地震作用下的扭转效应。
周期比实际上反映了结构的扭转刚度和侧向刚度之间的一种对应关系,同时也反映了结构抗侧力钩件布置的合理性和有效性。
附规范规定:《高规》4.3.5条规定,结构扭转为主的第一周期Tt与平动为主的第一周期T1之比,A级高度高层建筑不应大于0.9;B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于0.850[4]、层刚比控制:我国的“抗震规范”和“高规”均对结构的楼层侧向刚度比作出了规定,其主要目的是为了保证结构竖向刚度变化的均匀性,防止出现突变的情况。
引言:高层建筑(10层及10层以上或房屋高度超过28m的建筑物)的应用日益广泛,由于高层建筑相对较柔,水平荷载作用效应明显,在满足使用条件下如何才能达到既安全又经济的设计要求,这是结构设计人员必须去追求与面对的。
对于混凝土结构,一般需要控制一些参数,宏观控制的5大比值:周期比,位移比,刚度比,剪重比,刚重比。
微观控制的6大比值:轴压比,剪压比,剪跨比,跨高比,高厚比(剪力墙),长细比(柱),位移比。
对于高层结构设计来说,位移比、周期比、刚度比、刚重比、剪重比、轴压比是保证结构规则、安全、经济的六个极其重要的参数,《建筑抗震设计规范GB 50011-2010》(以下简称为抗规);《混凝土结构设计规范GB 50010-2010》(以下简称为砼规);《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010》(以下简称为高规)均在相关章节对以上”六个比”进行了严格控制。
在初步设计和施工图设计阶段,结构设计和审图人员对以上”六个比”都非常重视,各类结构设计软件也对这”六个比”有详细的电算结果输出,便于设计人员进行分析与调整。
本文仅以我国目前较为权威且应用最为广泛的PKPM软件中的SATWE程序的电算结果,结合规范条文的要求,谈谈如何对电算结果进行判读、控制与调整。
1.位移比(层间位移比):1.1名词释义:位移比:即楼层竖向构件的最大水平位移与平均水平位移的比值。
层间位移比:即楼层竖向构件的最大层间位移角与平均层间位移角的比值。
最大水平位移:墙顶、柱顶节点的最大水平位移。
平均水平位移:墙顶、柱顶节点的最大水平位移与最小水平位移之和除2。
层间位移角:墙、柱层间位移与层高的比值。
最大层间位移角:墙、柱层间位移角的最大值。
平均层间位移角:墙、柱层间位移角的最大值与最小值之和除2。
1.2控制目的:高层建筑层数多,高度大,为了保证高层建筑结构具有必要的刚度,应对其最大位移和层间位移加以控制,位移比的大小是反映结构平面规则与否的重要依据,它侧重控制的是结构侧向刚度和扭转之间的一种相对关系,而非绝对大小,它的目的是使结构抗侧力构件布置更有效、更合理。
轴压比:指柱(墙)的轴压力设计值与柱(墙)的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值(进一步理解为:柱(墙)的轴心压力设计值与柱(墙)的轴心抗压力设计值之比值)。
u=N/(A×fc)
剪重比:为地震作用与重力荷载代表值的比值。
λ=V
eki/∑=
n
j
j
G
1
侧向刚度比:该层的侧向刚度与相邻层侧向刚度的比值。
n=D/
1
i+
D
位移比:楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层平均值的比值。
周期比: 结构扭转为主的第一周期Tt与平动为主的第一周期T1之比。
刚重比:指结构的侧向刚度和重力荷载设计值之比。
λ=Di*Hi/Gi
剪跨比:指的是构件截面弯矩与剪力和有效高度乘积的比值(更深一层理解为:主应力与切应力之比)。
λ=a/h0=M/Vh0
剪压比:梁柱截面上的名义剪应力与混凝土轴心抗压强度设计值的比值(进一步理解为:水平作用与竖向作用的比值)。
λ= V ÷b o h /c c f ⨯β
跨高比:简支梁计算跨度与其梁截面高度之比值。
n=Ln/hb
延性比:极限变形(曲率、转角、挠度)与屈服变形(曲率、转角、挠度)的比值。
(结构延性比:指达到极限时顶点位移与屈服时顶点位移的比值。
μ=u ∆/y ∆)
以上内容根据土木在线的资料整理编辑得到。
抗震名词解释和简答1、⑴抗震设计是指通过设计使结构能够抵抗一定程度的地震所造成的破坏。
⑵抗震设计包括概念设计、计算设计及构造措施等。
⑶抗震设计的4个准则:①强度准则:保证不坏(小震)②刚度准则:保证适用性(小震)③能量准则:减小地震作用(大震)④延性准则:增强抗倒塌能力(大震)2、设计地震分组:(近震与远震的不同影响)讨论的是同烈度,不同震中距对不同建筑的震害影响。
3、地震按成因分为:构造地震、火山地震、陷落地震和诱发地震。
4、按震源深度分为深源地震(震源深度>300km)、中源地震(震源深度60~300km)和浅源地震(震源深度<60km)。
5、按地震序列的特点分为:主震型、震群型、单发型(或孤立型)地震。
6、按剧烈程度分为:微震(1级)、有感地震(2~4级)、破坏性地震(5级以上)。
7级以上称为强烈地震,8级以上为特大地震。
7、现行规范的抗御地震基本做法是:1)、抗震方案设计(概念设计)2)、采取抗震构造措施(构造设计)3)、进行抗震验算(计算设计)通过以上手段达到抗震的目的。
这就是抗震设防。
8、震级:一次地震强弱的等级。
9、烈度定义:某一地点地面震动的强烈程度,由地面建筑的破坏程度、物体的振动及运动强烈程度而定。
10、基本烈度:在50年期限内,一般场地条件下可能遭遇超越概率为10%的地震烈度值。
11、多遇烈度:出现频率最多的低于基本烈度的称为多遇烈度;12、罕遇烈度:很少出现的高于基本烈度的大的地震烈度称为罕遇烈度。
13、两阶段的常规设计方法:第一阶段,通过对多遇地震弹性地震作用下的结构截面强度验算,保证小震不坏和中震可修。
第二阶段,通过对罕遇地震烈度作用下结构薄弱部位的弹塑性变形验算,并采取相应的构造措施保证大震不倒。
14、抗震设防烈度:按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。
15、抗震设防的一般目标:“小震不坏”:当遭遇多遇的、低于设防烈度的地震时,建筑物一般不受损坏或不需修理仍可使用;“中震可修”:当遭遇设防烈度的地震影响时,可能损坏,经一般修理或不需修理仍可继续使用;“大震不倒”当遭受高于本地区设防烈度的预估罕遇地震影响时,不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。
轴压比、剪跨比和剪压比的深入分析剪跨比《混凝土结构设计规范GB50010-2010[2015修订]》第2.1.22规定:剪跨比(ratio of shear span to effective depth)为截面弯矩与剪力和有效高度乘积的比值.狭义定义:a/h0广义定义:M/(Vh0)剪跨比实质上是截面上正应力σ与剪应力τ的比值关系,正应力σ与剪应力τ决定了主应力的大小和方向,所以必然对斜截面的抗剪性能和破坏形态起着重要影响.更深一层:主应力与剪切应力之比,延伸至延性与脆性.简支梁上集中荷载作用点到支座边缘的最小距离a(a称剪跨)与截面有效高度h0之比,以λ=a/h0表示.在其它因素相同时,剪跨比越大,抗剪能力越小.当剪跨比大于3时,抗剪能力基本不再变化.斜压破坏和斜拉破坏都属于突然的脆性破坏,结构设计时要尽量避免.试验表明:长柱一般发生弯曲破坏;短柱多数发生剪切破坏;极短柱发生剪切斜拉破坏,这种破坏属于脆性破坏.抗震设计的框架结构柱,柱端剪力一般较大,从而剪跨比λ较小,易形成短柱或极短柱,产生斜裂缝导致剪切破坏.柱的剪切受拉和剪切斜拉破坏属于脆性破坏,在设计中应特别注意避免发生这类破坏.所以不管砼规范、抗规还是高规等都规定抗震设计时柱的剪跨比宜大于2,对于剪跨比小于2的框架柱有更严格的抗震构造要求.轴压比《混凝土结构设计规范GB50010-2010[2015修订]》第11.4.16条规定:柱轴压比指地震作用下柱组合的轴向压力设计值与柱全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值;即:μ=N/(fcA)《混凝土结构设计规范GB50010-2010[2015修订]》第11.7.16条规定:剪力墙肢轴压比指在重力荷载代表值作用下墙的轴压力设计值与墙的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积的比值.墙采用的是“名义”轴压比,并未考虑地震组合.为啥呢?有专家说,地震作用下,剪力墙部分受拉部分受压,拉压平衡,所以剪力墙轴压比不考虑地震作用.也有专家曾批判过规范这个问题,表明剪力墙轴压比不考虑地震作用组合的做法是错误的,并进行了详细阐述.《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010》第11.4.4条抗震设计时,混合结构中型钢混凝土柱的轴压比不宜大于表11.4.4的限值,轴压比可按下式计算:限制轴压比主要是为了控制结构的延性,随着轴压比增大,构件延性降低,耗能能力减少.在同等位移条件下,轴压比大的柱子混凝土压应力大,轴力小的柱子混凝土压应力小,因此轴压比小的柱子能比轴压比大的柱子达到更大的顶点位移下才破坏,也就是说位移延性高于轴压比大的柱子,这就是提高延性的原因.抗震设计规范控制框架柱轴压比的意义,就在于使柱尽量处于大偏心受压状态,避免出现延性差的小偏心受压破坏.柱和墙是竖向关键构件,完全承受竖向荷载.抗震设计时,必须保证柱和墙具有充分的延性.试验表明,在这些竖向构件中配置箍筋是提高构件延性的有效措施.箍筋的存在约束了混凝土的横向变形,提高了混凝土的极限变形能力.可以看到竖向荷载是这些构件破坏的外力(效应),而箍筋是一种抗力,二者之间应该有着某种关联.当“竖向荷载”大,可以通过多配置箍筋来抵消破坏的不利趋势.当“竖向荷载”较小时,则可以少配置箍筋,以求经济.国内外试验研究结果表明,设置芯柱,采用井字复合箍筋等配筋方式,能进一步提高对核心混凝土的约束效应,改善柱的位移延性性能.轴压比本质是控制延性的,但是我国规范为考虑到其他因素,诸如:柱截面尺寸、纵筋配筋率等方面的影响,可以说偏于严格.梁的面积配箍率0.24*ft/fyv柱和墙的体积配箍率ρv≥λvfc/fyv.之所以用体积配箍率,是因为只有“体积”才能表征这种约束能力.而配箍特征值λv正类似于梁面积配筋率中的0.24.不过λv不再是一个定值,而是和轴压比(竖向荷载)相关.轴压比影响配箍特征值,这也是柱、墙跟梁的一个不同之处.剪压比是截面上平均剪应力与混凝土轴心抗压强度设计值的比值,用于说明截面上承受名义剪应力的大小.注意:剪压比反映截面抵抗剪力与抵抗压力的相对大小,而剪跨比是反映截面剪应力内力与正应力内力的相对大小.剪压比也是梁柱截面上的名义剪应力V/bh0与混凝土轴心抗压强度设计值的比值,若梁的截面尺寸过小,致使截面的平均剪应力与混凝土轴心抗压强度之比很大,这种情况下,增加箍筋不能有效地防止斜裂缝过早出现,也不能有效地提高截面的承载能力,因此,限制梁的名义剪应力作为确定梁最小截面的条件之一.对剪力墙进行的实验结果证明,墙肢截面的剪压比超过一定值时,将过早出现斜裂缝,即使增加横向钢筋,也不能提高其受剪承载力,很可能在横向钢筋未屈服的情况下,墙肢混凝土发生斜压破坏.为避免这种破坏,应限制墙肢截面的平均剪应力与混凝土轴心抗压强度的比值,即限制剪压比.由以上叙述可以得出,限制剪压比,其实质是在约束截面尺寸.。
高层建筑结构课程习题解答土木工程学院二0一二年秋Chap11、高层建筑定义JGJ3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》将10层及10层以上或高度超过28m的住宅建筑结构和房屋高度大于24m的其他民用建筑,划为高层民用建筑。
1)层数大于10层;2)高度大于28m;3)水平荷载为主要设计因素;4)侧移成为控制指标;5)轴向变形和剪切变形不可忽略;2、建筑的功能建筑结构是建筑中的主要承重骨架。
其功能为在规定的设计基准期内,在承受其上的各种荷载和作用下,完成预期的承载力、正常使用、耐久性以及突发事件中的整体稳定功能。
3、高层按结构体系分类结构体系是指结构抵抗外部作用构件的组成方式。
从结构体系上来分,常用的高层建筑结构的抗侧力体系主要有:框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构、悬挂结构及巨型框架结构等。
Chap 21、为什么活荷载的不考虑不利布置?计算高层建筑结构在竖向荷载作用下的内力时,一般不考虑楼面及屋面竖向活荷载的不利布置,而是按满布考虑进行计算的。
其一,在高层建筑中各种活荷载占总竖向荷载的比例很小,尤其对于住宅、旅馆和办公楼等,活荷载一般在1.5~2.5kN/㎡范围内,只占全部竖向荷载的10%~20%,因此活荷载不同的布置方式对结构内力产生的影响很小;其二,高层建筑结构是个复杂的空间结构体系,层数与跨数多,不利分布的情况复杂多样,计算工作量极大且计算费用上不经济,因此,为简化起见,在实际工程设计中,可以不考虑活荷载不利分布,按满布方式布置作内力计算后再将框架梁的跨中弯矩乘以1.1~1.3的放大系数。
2、高层建筑结构抵抗水平力的构件有哪几种?各种构件有哪些类型(1)有:梁、柱、支撑、墙和筒组成;(2)梁:钢梁、钢筋混凝土梁、钢骨(型钢)混凝土梁;柱:钢柱、钢筋混凝土柱、钢骨(型钢)混凝土柱;钢管混凝土柱等;支撑有:中心支撑和偏心支撑等;墙:实体墙、桁架剪力墙;钢骨混凝土剪力墙等;筒有:框筒、实腹筒、桁架筒、筒中筒、束筒等;3、如何确定高层建筑的结构方案(1)、结构体系的确定:按:高度、风荷载、地震作用;功能、场地特征;经济因素、体型等因素确定采用以下结构体系;(2)、构件的布置(3)、对构件截面进行初选;4、如何确定高层建筑的风荷载和地震作用;1、风荷载的确定:大多数建筑(300m 以下)可按荷载规范规定的方法计算;少数建筑(高度大、对风荷载敏感或有特殊情况者)还要通过风洞试验);规范规定的方法:0k z s z w βμμω=z β--基本风压;s μ--风载体型系数;z μ--风压高度变化系数;z β--z 高度处的风振系数;2、地震荷载分为:反应谱法和时程分析法;《抗震规范》要求在设计阶段按照反应谱方法计算地震作用,少数情况需要采用时程分析进行补充;5、减少高层建筑温差影响的措施是什么?减少温差影响的综合技术措施主要有:(1)采取合理的平面和立面设计,避免截面的突变。
结构设计中各种比的定义及调整方法1、轴压比:结构形式和抗震等级是直接影响轴压比限值的主要因素。
在剪力墙的轴压比计算中,轴力取重力荷载代表设计值,与柱子的不一样。
主要为限制结构的轴压比,保证结构的延性要求,规范对墙肢和柱均有相应限值要求,见抗规6.3.6和6.4.2,.高规6.4.2和7.2.13及相应的条文说明轴压比不满足要求,结构的延性要求无法保证;轴压比过小,则说明结构的经济技术指标较差,宜适当减少相应墙、柱的截面面积轴压比不满足时的调整方法:增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度。
2、剪重比:主要为限制各楼层的最小水平地震剪力,确保周期较长结构的安全,见抗规5.2.5,高规4.3.12及相应的条文说明。
这个要求如同最小配筋率的要求,算出来的水平地震剪力如果达不到规范的最低要求,就要人为提高,并按这个最低要求完成后续的计算。
剪重比不满足时的调整方法:1、程序调整:在SATWE的“调整信息”中勾选“按抗震规范5.2.5调整各楼层地震内力”后,SATWE按抗规5.2.5自动将楼层最小地震剪力系数直接乘以该层及以上重力重力荷载代表值之和,用以调整该楼层地震剪力,以满足剪重比要求。
2、人工调整:如果还需人工干预,可按下列三种情况进行调整:1)当地震剪力偏小而层间侧移角又偏大时,说明结构过柔,宜适当加大墙,柱截面,提高刚度。
2)当地震剪力偏大而层间侧移角又偏小时,说明结构过刚,宜适当减小墙、柱截面,降低刚度以取得合适的经济技术指标。
3)当地震剪力偏小而层间侧移角又恰当时,可在SATWE的“调整信息”中的“全楼地震作用放人系数”中输入大于l的系数增人地震作用,以满足剪重比要求。
3、侧向刚度比:主要为限制结构竖向布置的不则性,避免结构刚度沿竖向突变,形成薄弱层,见抗规3.4.3,高规3.5.2及相应的条文说明;对于形成的薄弱层则按高规3.5.8予以加强。
刚度比小满足时的调整力法:。
1、程序调整:如果某楼层刚度比的计算结果不满足要求,SATWE 自动将该楼层定义为薄弱层,并按高规3.5.8将该楼层地震剪力放大1.25倍。
剪跨比、轴压比和剪压比概念剪跨比ratio of shear span to depth简支梁上集中荷载作用点到支座边缘的最小距离a(a称剪跨)与截面有效高度h0之比。
以λ=a/h0表示。
它反映计算截面上正应力与剪应力的相对关系,是影响抗剪破坏形态和抗剪承载力的重要参数。
在其它因素相同时,剪跨比越大,抗剪能力越小。
当剪跨比大于3时,抗剪能力基本不再变化。
狭义定义:a/h0广义定义:M/Vh0更深一层:主应力与切应力之比,延伸至延性与脆性。
框架柱端一般同时存在着弯矩M和剪力V,根据柱的剪跨比λ=M/Vho 来确定柱为长柱、短柱和极短柱,ho为与弯矩M平行方向柱截面有效高度。
λ>2(当柱反弯点在柱高度Ho中部时即Ho/ho>4)称为长柱;<λ≤2称为短柱;λ≤称为极短柱。
试验表明:长柱一般发生弯曲破坏;短柱多数发生剪切破坏;极短柱发生剪切斜拉破坏,这种破坏属于脆性破坏。
抗震设计的框架结构柱,柱端剪力一般较大,从而剪跨比λ较小,易形成短柱或极短柱,产生斜裂缝导致剪切破坏。
柱的剪切受拉和剪切斜拉破坏属于脆性破坏,在设计中应特别注意避免发生这类破坏。
轴压比轴压比指柱(墙)的轴压力设计值与柱(墙)的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值(进一步理解为:柱(墙)的轴心压力设计值与柱(墙)的轴心抗压力设计值之比值)。
它反映了柱(墙)的受压情况,《建筑抗(50010-2002)(50011-2001)中6.3.7和《混凝土结构设计规范》震设计规范》中都对柱轴压比规定了限制,限制柱轴压比主要是为了控制柱的延性,因为轴压比越大,柱的延性就越差,在地震作用下柱的破坏呈脆性。
u=N/A*fc,u—轴压比,对非抗震地区,u=N—轴力设计值A—截面面积fc—混凝土抗压强度设计值《抗规》表6.3.7 中的注释第一条:可不进行地震作用计算的结构,取无地震作用组合的轴力设计值。
限制轴压比主要是为了控制结构的延性,规范对墙肢和柱均有相应限值要求,见《抗规》6.3.7和,在剪力墙的轴压比计算中,轴力取重力荷载代表设计值,与柱子的不一样。
⾼层建筑结构抗震与设计考试重点复习题(含答案)1.从结构的体系上来分,常⽤的⾼层建筑结构的抗侧⼒体系主要有:_框架结构,剪⼒墙结构,_框架-剪⼒墙_结构,_筒体_结构,悬挂结构和巨型框架结构。
2.⼀般⾼层建筑的基本风压取_50_年⼀遇的基本风压。
对于特别重要或对风荷载⽐较敏感的⾼层建筑,采⽤_100_年⼀遇的风压值;在没有_100_年⼀遇的风压资料时,可近视⽤取_50_年⼀遇的基本风压乘以1.1的增⼤系数采⽤。
3.震级――地震的级别,说明某次地震本⾝产⽣的能量⼤⼩地震烈度――指某⼀地区地⾯及建筑物受到⼀次地震影响的强烈程度基本烈度――指某⼀地区今后⼀定时期内,在⼀般场地条件下可能遭受的最⼤烈度设防烈度――⼀般按基本烈度采⽤,对重要建筑物,报批后,提⾼⼀度采⽤4.《建筑抗震设计规范》中规定,设防烈度为_6_度及_6_度以上的地区,建筑物必须进⾏抗震设计。
5.详细说明三⽔准抗震设计⽬标。
⼩震不坏:⼩震作⽤下应维持在弹性状态,⼀般不损坏或不需修理仍可继续使⽤中震可修:中震作⽤下,局部进⼊塑性状态,可能有⼀定损坏,修复后可继续使⽤⼤震不倒:强震作⽤下,不应倒塌或发⽣危及⽣命的严重破坏6.设防烈度相当于_B_A、⼩震 B 、中震C、中震7.⽤《⾼层建筑结构》中介绍的框架结构、剪⼒墙结构、框架-剪⼒墙结构的内⼒和位移的近似计算⽅法,⼀般计算的是这些结构在__下的内⼒和位移。
A ⼩震B 中震C⼤震8.在建筑结构抗震设计过程中,根据建筑物使⽤功能的重要性不同,采取不同的抗震设防标准。
请问建筑物分为哪⼏个抗震设防类别?甲:⾼于本地区设防烈度,属于重⼤建筑⼯程和地震时可能发⽣严重次⽣灾害的建筑⼄:按本地区设防烈度,属于地震时使⽤功能不能中断或需尽快恢复的建筑丙:除甲⼄丁外的⼀般建筑丁:属抗震次要建筑,⼀般仍按本地区的设防烈度9.下列⾼层建筑需要考虑竖向地震作⽤。
(D)A 8°抗震设计时B 跨度较⼤时C 有长悬臂构件时D 9°抗震设计10. 什么样的⾼层建筑结构须计算双向⽔平地震作⽤下的扭转影响?对质量和刚度不对称、不均匀的结构以及⾼度超过100m 的⾼层建筑结构11. 结构的⾃振周期越⼤,结构的刚度越_⼩_,结构受到的地震作⽤越_⼩_。
高层建筑结构复习题一、填空题50道及答案1板柱体系是指钢筋混凝土【无梁楼板】和【柱】组成的结构。
2.由框架和支撑框架共同承担竖向荷载和水平荷载的结构,称为【框架-支撑结构】。
3.单独采用框筒作为抗侧力体系的高层建筑结构较少,框筒主要与内筒组成【筒中筒】结构或多个框筒组成【束筒】结构。
4.框架-核心筒结构可以采用【钢筋混凝土结构】、【钢结构】、或混合结构。
5.巨型框架结构也称为主次框架结构,主框架为【巨型】框架,次框架为【普通】框架。
6.钢筋混凝土巨型框架结构有【两】种形式。
7. 高层建筑的外形可以分为【板式】和【塔式】两大类。
8.结构沿高度布置应【连续】、【均匀】,使结构的侧向刚度和承载力上下相同,或下大上小,自下而上连续,逐渐减小,避免有刚度或承载力突然变小的楼层。
9.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。
10. 钢结构房屋建筑一般不设置【防震缝】。
11.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】及使用荷载等【活载】。
水平荷载主要考虑【风荷载】和【地震作用】。
12. 结构的地震反应包括【加速度】、【速度】和【位移】反应。
所13.抗震设计的两阶段设计分别为:第一阶段为【结构设计】阶段,第二阶段为【验算】阶段。
14.计算地震作用的方法可分为【静力法】、【反应谱法】和【时程分析法】三大类。
15.影响α值大小的因素除自振署期和阻尼比外,还有【场地特征周期】。
16.场地土愈【软】,软土覆盖层的厚度愈【大】,场地类别就愈【高】,特征周期愈【大】,对长周期结构愈不利。
17.框架-核心筒结构设置水平楼伸臂的楼层,称为【加强层】。
18.巨型框架也称为主次框架结构,主框为【巨型框架】,次框架为【普通框架】。
19.水平何载作用下,出现侧移后,重力荷载会产生【附加弯矩】。
附加弯矩又增大侧移,这是一种【二阶效应】,也称为“P-Δ“效应。
20.一般用延性比表示延性,即【塑性变形】能力的大小。
剪跨比、轴压比和剪压比概念
剪跨比
ratio of shear span to depth
简支梁上集中荷载作用点到支座边缘的最小距离a(a称剪跨)与截面有效高度h0之比。
以λ=a/h0表示。
它反映计算截面上正应力与剪应力的相对关系,是影响抗剪破坏形态和抗剪承载力的重要参数。
在其它因素相同时,剪跨比越大,抗剪能力越小。
当剪跨比大于3时,抗剪能力基本不再变化。
狭义定义:a/h0
广义定义:M/Vh0
更深一层:主应力与切应力之比,延伸至延性与脆性。
框架柱端一般同时存在着弯矩M和剪力V,根据柱的剪跨比λ=M/Vho 来确定柱为长柱、短柱和极短柱,ho为与弯矩M平行方向柱截面有效高度。
λ>2(当柱反弯点在柱高度Ho中部时即Ho/ho>4)称为长柱;1.5<λ≤2称为短柱;λ≤1.5称为极短柱。
试验表明:长柱一般发生弯曲破坏;短柱多数发生剪切破坏;极短柱发生剪切斜拉破坏,这种破坏属于脆性破坏。
抗震设计的框架结构柱,柱端剪力一般较大,从而剪跨比λ较小,易形成短柱或极短柱,产生斜裂缝导致剪切破坏。
柱的剪切受拉和剪切斜拉破坏属于脆性破坏,在设计中应特别注意避免发生这类破坏。
轴压比
轴压比指柱(墙)的轴压力设计值与柱(墙)的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值(进一步理解为:柱(墙)的轴心压力设计值与柱(墙)的轴心抗压力设计值之比值)。
它反映了柱(墙)的受压情况,《建筑抗
(50010-2002)(50011-2001)中6.3.7和《混凝土结构设计规范》
震设计规范》
中11.4.16都对柱轴压比规定了限制,限制柱轴压比主要是为了控制柱的延性,因为轴压比越大,柱的延性就越差,在地震作用下柱的破坏呈脆性。
u=N/A*fc,
u—轴压比,对非抗震地区,u=0.9
N—轴力设计值
A—截面面积
fc—混凝土抗压强度设计值
《抗规》表6.3.7 中的注释第一条:可不进行地震作用计算的结构,取无地震作用组合的轴力设计值。
限制轴压比主要是为了控制结构的延性,规范对墙肢和柱均有相应限值要求,见《抗规》6.3.7和6.4.6,在剪力墙的轴压比计算中,轴力取重力荷载代表设计值,与柱子的不一样。
《混凝土结构设计规范GB 500102002》
11.4.16 轴压比(N/fcA)指考虑地震作用组合的框架柱和框支柱轴向
压力设计值N与柱全截面面积A和混凝土轴心抗压强度设计值fc乘积之比值。
对不进行地震作用计算的结构取无地震作用组合的轴力设计值。
剪压比:是截面上平均剪应力与混凝土轴心抗压强度设计值的比值,用于说明截
面上承受名义剪应力的大小。
梁柱截面上的名义剪应力V/BH0与混凝土轴心抗压强度设计值的比值:梁塑性铰区的截面剪压比对梁的延性、耗能能力及保持梁的强度、刚度有明显的影响,当剪压比大于0.15的时候,梁的强度和刚度有明显的退化现象,此时再增加箍筋用量,也不能发挥作用,因此对梁柱的截面尺寸有所要求。
1.剪重比、剪压比是一个概念,是指水平作用与竖向作用的比值。
在78规范的时
候,人们用重力乘以系数来反映地震作用,因为在那时安全度设计的概念里,只是用这样一种方法来反映地震实质上是惯性力这样一个客观道理。
2.我国78规范把这个系数称之为结构系数,
3.最小值的确定实际上可以根据反应谱曲线上计算的最小值来确定,当然,超出了反应谱估计的自震周期的部分可以专门论证,但是,一般工程超出了反应谱规定的最小值是不应该的
4.以上海IV类场地计算最小的剪压比是(7度)1.64%左右
5.如果在6度区II类场地,最小剪压比应是0.6%(2001规范),按89规范应为
0.5%
6.如果计算的结果不满足最小值的限定,计算肯定是存在明显的错误,如输入有误、设置有误,模型不合理,甚至于结构不合理,希望慎重,当然,6度区只要按
抗震构造即可,无需计算验算
根据《抗规》GB50011-2001条文说明5.2.5条“对于扭转效应时显或基本周期小于
3.5S的结构,剪力系数取0.2amax”,由此可据《抗规》表5.1.4-1推算出各地震列
度下的剪力系数:9度为0.2*0.32=0.064,8度为0.2*0.16(0.24)=0.032 (0.048),7度为0.2*0.08(0.12)=0.016(0.024),6度为0.2*0.04=0.008。
在计算时应注意《抗规》5.2.5条,对于6度区可不要求该剪力系数,可详读该条
的条文说明。
我来补充几句,在抗震规范的抗震截面验算的条文说明中,明确指出,剪重比是一个
调整系数,即这不是一个指标,计算结果出来后,若剪重比大于规定的最小值,计算结
果不作调整,若小于,将地震剪力调大,使剪重比达到规定的最小值.类似框剪结构的
0.2Qo,在satwe的结果文件Wmass.out,给出这一调整的信息,多看看这一信息,对
剪重比的理解会更深刻.
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6.4.6。
2、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:主要为控制结构平面规则性,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定性,以免结构产生滑移和倾覆,要求见高规。