高层建筑结构设计 第02章 高层建筑结构设计基本规定
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1201212(...)coscoscosnnzzsssnWaaaBBB第三章
3.1 计算总风荷载和局部风荷载的目的是什么?二者计算有何异同?
答:(1)总风荷载是建筑物各表面承受风作用力的合力,是沿高度变化的分布荷载,计算总风荷载的目的是为了计算抗侧力结构的侧移及各构件内力。局部风荷载是用于计算结构局部构件或围护构件与主体的连接。
(2)二者的异同:二者都用下列公式计算但计算局部风荷载的时候采用的是部风荷载体型系数。
3.2 对图3-13结构的风荷载进行分析。图示风的作用下,各建筑立面的风是吸力还是压力?是什么方向?结构的总风荷载是哪个方向?如果要计算与其成90°方向的总风荷载,其大小与前者相同吗?为什么?
3.3 计算一个框架-剪力墙结构的总风荷载。结构平面即图3-13的平面,16层,层高3m,总高度为48m。由现行荷载规范上找出你所在地区的基本风压值,按50年重现期计算。求出总风荷载合力作用线及其沿高度的分布。
3.4 地震地面运动特性用哪几个特征量来描述?结构破坏与地面运动特性有什么关系?
答:(1)地震地面运动的特性可用三个量来描述:强度(由振幅值大小表示)、频谱和持续时间。
(2)结构破坏与地面运动特性有着密切的关系,主要表现在:强烈地震的加速度或速度幅值一般很大,但如果地震时间很短,对建筑物的破坏性可能不大;而有时地面运动的加速度或速度幅值并不太大,而地震波的卓越周期与结构的基本周期接近,或者振动时间很长,都可能对建筑物造成严重影响。
3.5 什么叫地震地面运动的卓越周期?卓越周期与场地有什么关系?卓越周期与场地特征周期有何关系?
答:(1)地震地面运动的卓越周期是指地震功率谱中能量占主要部分的周期。
(2)卓越周期与场地的关系:硬土的卓越周期短;软土的卓越周期长。
(3)卓越周期T与特征周期Tg间的关系应理解为: 二者都是场地固有周期
T0的不同预测值, 因预测方法不同而冠以不同的名称。
第五章
5.1 平面结构和楼板在自身平面内具有无限刚性这两个基本假定是什么意义,在框架、剪力墙、框架-剪力墙结构的近似计算中为什么要用这两个假定?
答:(1)假定一,一片框架或一片剪力墙可以抵抗在本身平面内的侧向力,而在平面外的刚度很小,可以忽略。因而整个结构可以划分成若干个平面结构共同抵抗与平面结构平行的侧向荷载,垂直于该方向的结构不参加受力。
假定二,楼板在其自身平面内刚度无限大,楼板平面外刚度很小,可以忽略。因而在侧向力作用下,楼板可作刚体平移或转动,各个平面抗侧力结构之间通过楼板互相联系并协同工作。
上述两个基本假定的意义在于:近似方法将结构分成独立的平面结构单元,内力分析解决两个问题,第一,水平荷载在各片抗侧力结构之间的分配。荷载分配与抗侧力单元的刚度有关,要计算抗侧力单元的刚度,然后按刚度分配水平力,刚度愈大,分配的荷载也愈多。第二,计算每片平面结构在所分到的水平荷载作用下的内力和位移。
(2)在框架、剪力墙、框架-剪力墙结构的近似计算中要用这两个假定,这三大结构体系的抗侧力构件均为平面构件,可以简化为平面结构,同时是为了简化计算,在不考虑扭转效应下,对计算的精度不会产生大的影响。
5.2分别画出一片三跨4层框架在垂直荷载(各层各跨满布均布荷载)和水平荷载作用下的弯距图形、剪力图形和轴力图形。
5.3 刚度系数D和d的物理意义是什么?有什么区别?为什么?应用的条件是什么?应用时有哪些不同?
答:(1)D的物理意义:当柱端有转角时使柱端产生单位水平位移所需施加的水平推力。d的物理意义:当柱端固定时使柱端产生单位水平位移所需施加的水平推力。
(2)抗侧刚度D值小于d值,即梁刚度较小时,柱的抗侧刚度减小了。因为当梁的刚度较小时,对柱的约束作用减小,从而使柱的抗侧刚度减小。
(3)当梁比柱的抗弯刚度大很多时,刚度修正系数α值接近1,可近似认为α=1,此时第i层柱的侧移刚度为d值,在剪力分配公式中可用d值代替D值,即反弯点法。工程中用梁柱线刚度比判断,当/35bcii时可采用反弯点法,反之,则采用D值法。 5.4 影响水平荷载下柱反弯点位置的主要因素是什么?框架顶层、底层和中部各层反弯点位置有什么变化?反弯点高度比大于1的物理意义是什么?
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?每种结构体系举1~2 个工程实例。
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臵有什么区别?框筒结构的剪力滞后现象表现在哪儿?
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臵框架,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。框筒结构是由密柱深梁组成的空间结构,沿四周布臵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)框筒结构的剪力滞后现象表现在:翼缘框架中各柱轴力分布并不均匀,角柱的轴力大于平均值,中部柱的轴力小于平均值;腹板框架各柱的轴力也不是线性分布。
高层建筑结构设计的特点与基本要求
(2011-05-15 )
论文摘要:文章从分析高层建筑的设计特点出发,以高层建筑结构设计理论为基础,分析高层建筑结构体系类型,从而得到高层建筑分析与设计方法,最后讨论了高层建筑的抗震分析等方面。
论文关键词:高层建筑;结构设计;选型;结构体系;水平载荷
20世纪的最后2O年,改革开放之后的中国随着综合国力的提高,新建了大批的高层建筑。由于我国钢产量居世界前列,混凝土使用量亦居世界第一,这都为后来高层建筑的发展创造了良好的物质条件。但是目前我国内地高层建筑中,仍以高层住宅(12~30层)占主体,约占全部高层建筑的80%,所以钢筋混凝土高层建筑仍是具有很强的优势。本文就高层建筑的结构分析与设计特点进行分析,总结了高层建筑的结构体系类型,最后并分析了抗震设计在高层建筑中的应用。
一、结构分析与设计特点
(一)水平载荷成为决定因素
任何一个建筑结构都要同时承受垂直荷载和风产生的水平荷载,还要具有抵抗地震作用的能力。在较低楼房中,往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计,水平荷载产生的内力和位移很小,对结构的影响也就较小;但在较高楼房中尽管竖向荷载仍对结构设计产生着重要影响,水平荷载却起着决定性的作用。随着楼房层数的增多,水平荷载愈益成为结构设计中的控制因素。一方面,因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与楼房高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩,以及由此在竖构件中所引起的轴力,是与楼房高度的两次方成正比;另一方面对某一高度楼房来说,竖向荷载的风荷载和地震作用,其数值随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。
(二)轴向变形不容忽视通常在低层建筑结构分析中,只考虑弯矩项,因为轴力项影响很小,而剪切项一般可不考虑。但对于高层建筑结构,情况就不同了。由于层数多,高度大,轴力值很大,再加上沿高度积累的轴向变形显着,轴向变形会使高层建筑结构的内力数值与分布产生显着的改变。对连续粱弯矩的影响:采用框架体系和框一墙体系的高楼中,框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力,中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时,此种差异轴向变形将会达到较大的数值,其后果相当于连续梁的中间支座产生沉陷,从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩值和端支座负弯矩增大。对构件剪力和侧移的影响,与考虑竖向杆件轴向变形的剪力相比较,不考虑竖杆件轴向变形时,各构件水平剪力的平均误差达30%以上,结构顶点侧移减小一半以上。