高层建筑结构复习

考试题目类型：（1）名词解释（8、9道左右） 40分左右；（2）判断题（10道左右） 20分左右；（3）简答题（5、6道左右） 40分左右

1、绪论

1.高层建筑：10层及10层以上或房屋高度超过28 m 的住宅建筑和高度大于24 m 的其他民用建筑（凡在设计、施工等过程中均需考虑与高度有关的因素的建筑）。

2.超高层建筑：高度超过100 m 的建筑物。

2、高层建筑结构体系和结构布置

1.高层建筑结构体系的分类及其特点：

（1）框架结构体系：布置灵活，可形成较大的室内空间，但刚度小，整体位移和层间位移大。随着高度增加，框架底部梁柱弯矩和剪力显著增加，层数不宜过高。变形曲线呈剪切型。

（2）剪力墙结构体系：刚度大，空间整体性好，抗震性能好，顶点水平位移和层间位移均较小。因房屋开间小，建筑平面布置和使用要求上受到。

（3）框架-剪力墙结构体系：集合框架结构和剪力墙结构的双重优点。布置灵活、使用方便，又有较大的刚度和良好的受力性能、抗震性能。

（4）筒体结构体系：空间刚度很大，抗风、抗震性能好。

（5）巨型结构体系：由多级结构组成，包括巨型框架结构和巨型桁架结构。有良好的防连续倒塌体系，多道抗震防线，抗震性能好。

2.为何要高层建筑结构的高宽比H/B和最大适用高度H？

答：为了防止产生过大的侧向变形，造成电梯运行困难，减少非结构构件和装饰材料的破坏，以及强烈地震作用下火强台风袭击下房屋的整体倾覆，所以要对高层建筑结构的高宽比和最大适用高度进行。

3.结构的平面布置原则：平面形状宜简单、规则、对称，刚度和承载力分布均匀，避免凹角和狭长的缩颈部位，并选用风压较小的形式，不应采用严重不规则的平面形状。

4.平面不规则类型有：扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部不连续。

5.结构竖向布置原则：体型规则、均匀，避免较大的外挑和内收，结构的承载力和刚度自下而上宜均匀变化，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。

6.竖向不规则类型有：侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变。

7.楼层层间抗侧力结构受剪承载力是指在所考虑的水平地震作用方向上，该层全部柱及剪力墙、斜撑的受剪承载力之和。

8.变形缝分为哪几类？设置变形缝的目的是什么？有什么弊端？

答：变形缝分为伸缩缝、沉降缝、抗震缝三类；设置温度缝主要是为了防止结构因温度变化和混凝土的干缩变形产生裂缝，设置沉降缝目的是减轻或消除各种因素产生的不均匀沉降对结构的不良影响，设置抗震缝主要是为了将平面形状复杂的结构划分为简单规则的结构，降低荷载偏心对结构的扭转效应；设置变形缝后将带来建筑使用不便、建筑立面处理困难，防水问题难以解决等问题，并且当缝宽设置不合理时，将加重震害。

9.处理建筑物不均匀沉降的三种方法：“放”——设置沉降缝，让其自由沉降；“抗”——采用端承桩或刚度大的基础抵抗不均匀沉降；“调”——采取措施，降低沉降差产生的内力。其中，“调”的方法主要有（1）调整地基土压力（采用不同的地基形式）；（2）调整施工顺序（先主楼，后裙房）；（3）预留沉降差。

10.结构设计时水平位移限值主要有两个指标？为什么要对楼层层间位移规定限值？

答：主要有楼层层间最大位移与层高之比的限值和层间弹塑性位移角限值两个指标；层间位移过大会带来填充墙、建筑装修和设备管道等非结构性破坏，电梯运行困难，用户舒适度降低等问题，所以要楼层层间位移。

3、高层建筑结构荷载作用与结构设计原则

1.高层建筑结构设计时，是否需要考虑活荷载的不利布置？为什么？

答：不需要：因为活荷载占竖向荷载的比例很小，活荷载不利布置所产生的影响也就很小，同时高层建筑层数和跨数较多，不利布置方式繁多，难以一一计算，所以设计时将恒荷载和活荷载合并计算，不考虑活荷载的不利布置。

2.什么叫基本风压？

答：基本风压是指当地空旷平坦地面上离地10 m 高统计50年一遇 10 min平均最大风速V0为标准，按w0=1/2ρv02确定的风压值。

3.风载体型系数与哪些因素相关？

答：风载体型系数不但与建筑的平面外形、高宽比、风向与受风墙面的角度相关，还与建筑物的立面处理、周围建筑物的密集程度及其高低有关。

4.地貌根据地面粗糙度可分为四类，A类地面粗糙度最小，梯度风高度最低。从A到D，依次增大。

5.什么叫风振系数？如何取值？

答：风主要由平均风和脉动风两种成分组成。平均风主要使建筑物产生一定的侧移，而脉动风则带来建筑物的振动。设计时采用加大风载的方式考虑此动力效应，即在风压值上乘以风振系数βz。风振系数βz=。

6.计算地震作用的方法主要有哪些？其中底部剪力法的适用条件是什么？

答：方法主要有底部剪力法、振型分解反应谱法和时程分析法；底部剪力法的适用条件：（1）建筑高度不超过40 m ，以剪切变形为主；（2）刚度与质量沿高度变化均匀；（3）结构地震反应以第一振型为主，忽略其他振型反应且第一振型为线性倒三角形分布。

7.重力荷载代表值为永久荷载标准值和可变荷载组合值之和。

8.画出地震影响曲线的大致形状并标出相应拐点的很坐标值并加以说明。曲线为何在T=6.0 s 后就进行截断？

答：见课本P32页。

9.什么叫鞭梢效应？设计时如何考虑？

答：突出屋面的塔楼，其刚度和质量比主题结构小很多，受高阶振型影响大，在地震作用时，破坏现象非常严重，这种现象就叫鞭梢效应；设计时，在求得的地震作用基础上乘以一个增大系数即可。

10.高层建筑结构简化的基本假定有哪些？

答：（1）设计时假定结构处于弹性工作状态；（2）高层建筑结构应考虑整体共同工作；（3）楼板在自身平面内刚度为无限大，平面外刚度可以不考虑；（4）计算中应考虑柱子轴向变形的影响。

11.高层建筑结构计算中为何要考虑柱子轴向变形的影响？

答：高层建筑层数多，高度大，轴力值达，高度累积的轴向变形显著，轴向变形会使高层建筑结构的内力数值和分布产生显著的改变。

12.高层建筑结构设计中如何处理扭转问题？扭转计算时的基本假定是什么？

答：一方面尽可能减少扭转，另一方面尽可能增强结构的抗扭能力；扭转计算建立在平面结构和楼板在自身刚度无穷大的基本假定的基础上。

13.什么叫结构的质心和刚心？

答：惯性力合力的作用点，与质量分布有关，称为质心。个抗侧力结构抗侧移刚度的中心，简称为刚心。

14.什么叫做反应谱？随着周期T的增加，位移、速度和加速度反应谱如何变化？

答：不同周期下反应值的大小画成曲线，这些曲线称为反应谱；随着周期的延长，位移反应谱为上升的曲线，速度反应谱比较恒定，加速度反应谱则是大体下降的曲线。

15.请结合图形说明构件塑性变形能力和构件所受到的地震作用之间的关系。

答：塑性变形能力越大，则受到的地震作用越小。结合P45页图说明即可。

16.扭转修正系数的物理含义是什么？

答：结构平移和转动产生的剪力值与结构平移产生的剪力的比值称为扭转修正系数α。

17.工程结构抗震设防的三个水准是什么？如何通过两阶段设计方法实现？

答：第一水准：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理仍可继续使用；第二水准：当遭受相当于本地区抗震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； 第三水准：当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏两阶段设计方法：第一阶段设计：验算工程结构在多遇地震影响下的承载力和弹性变形，并通过合理的抗震构造措施来实现三水准的设防目标； 第二阶段设计：验算工程结构在罕遇地震下的弹塑性变形，以满足第三水准抗震设防目标。

4、框架结构设计

1.框架结构中如何进行竖向荷载下的内力计算（可结合计算简图进行说明）？又如何根据实际情况对计算假定进行修正？

答：框架结构在竖向荷载作用下的内力采用分层法进行计算，结合图P52页进行说明；考虑下层柱顶对上层柱底的约束为弹性支承，做以下修正：

（1）除底层以外其他各层柱的线刚度均乘以0.9的折减系数；

（2）柱的弯矩传递系数取为1/3。

2.反弯点法的基本假定是什么？

答：（1）梁的线刚度与柱的线刚度之比为无限大；

   （2）各层框架柱的反弯点位于层高的中点，底层柱反弯点位于距制作2/3层高处；

   （3）同层柱具有相同的位移；

   （4）同层柱的抗侧刚度相同；

   （5）梁端弯矩有节点平衡求得，按照左右梁的线刚度进行分配。

3.如何计算梁中剪力和柱中轴力？

答：去梁为脱离体，将梁的左右端弯矩之和除以该梁长，便得梁内剪力；以柱子为脱离体自上而下逐层叠加节点左右的梁端剪力，即得柱内轴力。

4.反弯点法计算结构内力存在哪些问题？

答：反弯点关于梁柱之间的线刚度无穷大与“强柱弱梁”的抗震要求不符。其次，框架节点对柱的约束为弹性支承，柱子的抗侧刚度不能用来计算。

5.D值法中D的物理含义是什么？

答：柱子上下端产生单位相对位移时，柱子所受到的剪力。

6.框架结构在侧向荷载作用下，柱子的反弯点与哪些因素有关？

答：柱子的反弯点与侧向外荷载的形式、梁柱线刚度比、结构总层数及该柱所在的层次、柱上下横梁线刚度比、上下层层高变化等因素相关。

7.清楚D的推导过程。（见P57）

8.请简要说明框架结构承载力设计时梁柱的控制截面和相应的最不利内力组合。

答：梁取梁端和跨中作为梁承载力设计的控制截面。最不利内力组合：梁端：+Mmax，-Mmax,Vmax ;梁跨中：+Mmax；

柱的控制界面为上、下端截面，最不利内力组合：|Mmax|及相应的N和V；Nmax和相应的M；Nmin和相应的M。

9.梁端的控制界面就是结构计算简图中的柱轴线处。（错误）

10.框架结构设计时为何要进行弯矩调幅？

答：首先，按照框架结构的合理的破坏形式，在梁端是允许出现塑性铰的；其次，为了便于浇捣混凝土，往往希望节点处梁的负钢筋放的少一些；最后，对于装配式或装配整体式，节点并非绝对刚性，梁端实际弯矩将小于其弹性计算值。因此，设计时，认为降低梁端弯矩，减少节点处梁端配筋。

11.相对于现浇整体框架梁来说，装配式框架梁的负弯矩调整幅度要更大一些。（正确）

12.影响框架梁延性的措施有哪些？

答：

（1）纵筋配筋率。随着受拉钢筋配筋率的提高而降低，随着受压钢筋配筋率的提高而提高。

（2）剪压比。剪压比愈大，延性愈差。

（3）跨高比。跨高比越大，延性越好。

（4）塑性铰区的箍筋用量。塑性铰区箍筋用量愈大，延性愈好。

13.影响框架柱延性的措施有哪些？

答：

（1）剪跨比。剪跨比越大，延性越好。

（2）轴压比。柱子的延性随着轴压比的增大而急剧下降。

（3）箍筋配箍率。配箍率愈大，延性愈好。

（4）纵筋配筋率。延性大致岁纵筋配筋率的增大而线性增大。

14.对于框架支撑结构，框支柱的轴压比限值比普通框架柱要更小。（正确）

15.塑性铰和理想铰有什么区别？

答：理想铰不能承担弯矩，塑性铰可以承担弯矩；理想铰为双向铰，塑性铰为单向铰；理想铰集中于一点，塑性铰分布在一定长度内。

16.“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱构件”的含义。设计过程中是如何来做到的？

17.答：“强柱弱梁”即为柱端抗弯承载力应高于梁端承载力来设计，梁端先于柱端产生塑性铰；“强剪弱弯”即梁端斜截面受剪承载力应高于正截面抗弯承载力来设计；“强节点弱构件”即要保证钢筋在节点区的锚固长度。后一问结合此类“”公式来说明。

5、剪力墙结构设计

1.剪力墙的破坏形态：弯曲破坏、弯剪破坏、剪切破坏、滑移破坏。

2.剪力墙结构平面和竖向布置的原则（要求）有哪些？

答：

（1）剪力墙应沿结构的主要轴线布置，并遵循“均匀、分散、对称、周边”的原则；

（2）剪力墙应布置得比较规则，拉通，对直；

（3）剪力墙宜自下到上连续布置，不宜突然取消或中断，避免刚度突变；

（4）剪力墙不宜布置太密，结构的侧向刚度不宜过大。

3.控制剪力墙平面外弯矩的措施主要有哪些？

答：

（1）沿梁轴线方向设置与梁相连的剪力墙；

（2）不能设置于梁轴线相连的剪力墙时，宜在墙与梁相交处设置扶壁柱；

（3）不能设置扶壁柱时，应在墙于梁相交处设置暗柱；

（4）必要时，剪力墙内可以设置型钢。

4.剪力墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁。

5.剪力墙按受力特性分为：整体墙、整体小开口墙、联肢墙（截面变形不符合平截面假定）和壁式框架。

6.壁式框架：洞口尺寸交大，墙肢宽度小，连梁的线刚度接近于墙肢的线刚度，受力性能已接近于框架的剪力墙称为壁式框架。

7.剪力墙的分析方法有材料力学分析法、连续化方法、壁式框架分析法、有限元法和有限条法。

8.等效刚度EIeq：把剪切变形和弯曲变形综合用弯曲变形的形式表达所引入的刚度就叫等效刚度EIeq。

9.联肢剪力墙计算时的基本假定：（1）连梁的反弯点在跨中，连梁的作用可以用沿高度均匀分布的连续弹性薄片代替；（2）各墙肢的刚度相差不过分悬殊，因而变形曲线相似；（3）连梁和墙肢考虑弯曲和剪切变形，墙肢还应考虑轴向变形的影响。

10.熟悉双肢剪力墙微分方程的建立。见课本P88页。

11.连续连杆法（连续化方法）：将窗洞口排列整齐的剪力墙中的连梁看成墙肢间的连杆，并将它们沿墙离散为均匀分布的连续连杆，用微分方程求解剪力墙的方法就叫连续化方法。

12.求解双肢剪力墙微分方程的两个边界条件：（1）当x=0,ε=0时，墙顶弯矩为0；（2）当x=H，ε=1时，墙底弯曲转角为0。

13.刚域：壁式框架中梁柱节点区中某段弯曲刚度无限大的部分称为刚域。

14.水平荷载下壁式框架内力分析的D值法和框架结构的D值法有什么区别？

答：（1）壁式框架由于壁柱和壁梁截面都较宽，剪切变形的影响不可忽略；（2）壁式框架梁柱节点处存在刚域；（3）计算形式上虽与框架结构D值法一致，但已引入参数c。

15.整体参数α：反应连梁刚度和墙肢刚度的一个参数，是衡量连梁转动刚度的依据。其值越大，连梁对墙肢的约束作用也就越大，剪力墙的整体性也就越好。

16.剪力墙类型判别的两个指标：整体参数α和剪力墙墙肢惯性矩的比值IA/I。（I为剪力墙对组合截面形心轴的惯性矩，IA=I-ΣIi ，式中Ii 为第i个墙肢对自身形心轴的惯性矩。

17.剪力墙大偏心受压时，考虑部分达屈服的分布钢筋影响；但在小偏心受压时，即使受压交大端部部分钢筋已达屈服，但计算时仍不予考虑。（正确）

6、框架-剪力墙结构设计

1.框剪结构的共同作用机理是什么？

答：连接框架和剪力墙结构的楼板在其自身平面内刚度是无穷大的，因此框架和剪力墙的变形必须一致。在水平作用下，下部楼层，因剪力墙位移小，它拉住框架的变形，使剪力墙承担了大部分剪力；上部楼层则刚好相反，剪力墙的位移越来越大，而框架的变形反而小，所以，框架除承受水平作用下的那部分剪力外，还要负担拉回剪力墙变形的附加剪力。框架和剪力墙正是通过这样的作用来协同工作。

2.框剪结构中梁的种类：（1）两端均与框架柱相连的梁；（2）两端均与墙肢相连的梁；（3）一端与墙肢相连，一端与框架柱相连的梁。

3.框剪结构中剪力墙布置“均匀、分散、对称、周边”的具体含义是什么？

答：“均匀、分散”：建筑平面上，单片剪力墙承担的剪力不宜过大；“对称”：剪力墙在结构单元的平面上尽可能对称布置，是水平力作用线尽可能靠近刚度中心，避免产生过大的扭转；“周边”：剪力墙尽可能布置在建筑平面周边，以加大其抗扭内壁，提高其抵抗扭转能力。

4.框架剪力墙计算的基本假定是什么？主要有哪些计算体系？有何区别？

答：计算假定：（1）楼板在自身平面内刚度无穷大；（2）结构体型规则、剪力墙布置对称均匀是，结构在水平荷载作用下不计扭转作用，否则，考虑扭转影响；（3）不考虑剪力墙和框架柱的轴向变形及基础转动的影响；有铰接计算体系和刚接计算体系两种，两者的主要区别就是是否考虑连梁对剪力墙弯曲的约束作用，即是否考虑约束弯矩的作用。

5.结构刚度特征值λ：反应总框架和总剪力墙刚度之比的一个参数。λ≤1时，侧移曲线接近剪力墙侧移曲线，凸向原始位置；当λ≥6时，侧移曲线接近框架结构侧移曲线，曲线凹向原始位置。

6.在水平均布荷载下，框剪结构的底部，框架所承受的总剪力总是等于0，外荷载所产生的剪力均由剪力墙来承担。（正确）

7、筒体结构设计

1.剪力滞后效应：侧向力作用下，框筒底部柱内正应力在角柱较大，在中部逐渐减小的现象。

2.负剪力滞后效应：侧向力作用下，框筒顶部角柱内正应力小于翼缘框架中柱内正应力的现象。

3.剪力滞后效应是远离角柱的柱子应力较小，不能充分发挥材料的作用，也减小的结构的空间整体抗侧刚度。

8、钢与混凝土组合结构设计

1.钢与混凝土组合结构的优点：（1）受力合理，材料利用充分；（2）稳定性好，抗风抗震性能好；（3）综合经济效益好；（4）钢筋混凝土外壳可作为保护层，增强型钢的防火防锈能力，提高结构的耐久性；（5）施工方便，建造速度快。

2.型钢混凝土柱设计的计算模型：（1）强度叠加模型。型钢构件和混凝土构件变形相互，整个组合构件的承载力为两者承载力之和；（2）变形协调模型。型钢与混凝土变形协调，没有相对滑移。优点：保持了普通钢筋混凝土构件的连贯性。缺点：与实际不符，实际存在相对滑移。