自考高层建筑结构设计复习试题及答案1

答：对高层建筑，在计算活荷载产生的内力时，可不考虑活荷载的最不利布置。这是因为目前我国钢筋混凝土高层建筑单位面积的重量大约为12～14kN／m2(框架、框架—剪力墙结构体系)和14～16kN／m2(剪力墙、简体结构体系)，而其中活荷载平均值约为2.0kN／m2左右，仅占全部竖向荷载15％左右，所以楼面活荷载的最不利布置对内力产生的影响较小；另一方面，高层建筑的层数和跨数都很多，不利布置方式繁多，难以一一计算。为简化计算，可按活荷载满布进行计算，然后将梁跨中弯矩乘以1.1—1.2的放大系数。

3．结构承受的风荷载与哪些因素有关?

答：当计算承重结构时，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值 应按下式计算：

式中 ——风荷载标准值，kN／m2；

——基本风压；

——风荷载体型系数，应按《荷载规范》第7．3节的规定采用；

——风压高度变化系数；

——高度 处的风振系数。

对于围护结构，由于其刚性一般较大，在结构效应中可不必考虑其共振分量，此时可仅在平均风压的基础上，近似考虑脉动风瞬间的增大因素，通过阵风系数进行计算。其单位面积上的风荷载标准值 应按下式计算：

式中 ——高度 处的阵风系数。

4．高层结构计算时，基本风压、风荷载体型系数和高度变化系数应分别如何取值？

答：基本风压系以当地比较空旷平坦地面上离地10m高统计所得的50年一遇10min平均最大风速 (单位：kN／m2)为标准，按 确定的风压值。它应按《荷载规范》全国基本风压分布图及附录D.4给出的数据采用，但不得小于0.3kN／m2。对于高层建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的高层结构，基本风压分布图及附录D.4规定的基本风压值乘以1．1的系数后采用。

风压高度变化系数按《荷载规范》取用。风速大小与高度有关，一般地面处的风速较小，愈向上风速愈大。但风速的变化还与地貌及周围环境有关。

风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面上所引起的实际风压与基本风压的比值，它描述了建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力的分布规律，主要与建筑物的体型和尺寸有关，也与周围环境和地面粗糙度有关。

在计算风荷载对建筑物的整体作用时，只需按各个表面的平均风压计算，即采用各个表面的平均风载体型系数计算。对高层建筑，风荷载体型系数与建筑的体型、平面尺寸等有关，可按下列规定采用；

(1)圆形平面建筑取0.8。

(2)正多边形及截角三角形平面建筑，按下式计算：

式中 —多边

形的边数；

(3)高宽比H/B不大于4的矩形、方形、十字形平面建筑取1.3。

(4)下列建筑取1.4：

1) V形、Y形、弧形、双十字形、井字形平面建筑；

2) L形、槽形和高宽比H/B大于4的十字形平面建筑；

3) 高宽比H/B大于4，长宽比L/B不大于1．5的矩形、鼓形平面建筑。

(5)在需要更细致进行风荷载计算的情况下；可按《高层规范》附录A采用，或由风洞试验确定。

在计算风荷载对建筑物某个局部表面的作用时，需要采用局部风荷载体型系数，用于验算表面围护结构及玻璃等的强度和构件连接强度。檐口、雨篷、遮阳板、阳台等水平构件计算局部上浮风荷载时，风荷载体型系数不宜于于2.0。

5．计算地震作用的底部剪力法适用于什么情况？

答：高度不超过40m，以剪切变形为主，刚度与质量沿高度分布比较均匀的建筑物，可采用底部剪力法计算地震作用。

6．何谓反应谱？底部剪力法和振型分解反应谱法在地震作用计算时有何异同？

答：根据大量的强震记录，求出不同自振周期的单自由度体系地震最大反应，取这些反应的包线，称为反应谱。以反应谱为依据进行抗震设计，则结构在这些地震记录为基础的地震作用下是安全的，这种方法称为反应谱法。利用反应谱，可很快求出各种地震干扰下的反应最大值，因而此法被广泛应用。以反应谱为基础，有两种实用方法。

(1)振型分解反应谱法

此法是把结构作为多自由度体系，利用反应谱进行计算。对于任何工程结构，均可用此法进行地震分析。

（2）底部剪力法

对于多自由度体系，若计算地震反应时主要考虑基本振型的影响，则计算可以大大简化，此法为底部剪力法，是一种近似方法。利用这种方法计算时，也是要利用反应谱。它适用于高度不超过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，以及近似于单质点体系的结构。

用反应谱计算地震反应，应解决两个主要问题：计算建筑结构的重力荷载代表值；根据结构的自振周期确定相应的地震影响系数。

7．在计算地震作用时，什么情况下采用动力时程分析法计算，有哪些要求？

答：采用动力时程分析时，应按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于两组实际地震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符；地震波的持续时间不宜小于建筑结构基本自振周期的3～4倍，也不宜小于12s，时间间隔可取0.01s或0.02s；且按照每条时程曲线计算所得的结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的65％，多条时程曲线计算所得的

结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的80％。

8．在什么情况下需要考虑竖向地震作用效应？

答：8度及9度抗震设防时，水平长悬臂构件、大跨度结构以及结构上部楼层外挑部分要考虑竖向地震作用。8度和9度设防时竖向地震作用的标准值，可分别取该结构或构件承受的重力荷载代表值的10％和20％进行计算。

9．什么是荷载效应组合？有地震作用组合和无地震作用组合表达式是什么？

答：结构或结构构件在使用期间，可能遇到同时承受永久荷载和两种以上可变荷载的情况。但这些荷载同时都达到它们在设计基准期内的最大值的概率较小，且对某些控制截面来说；并非全部可变荷载同时作用时其内力最大。按照概率统计和可靠度理论把各种荷载效应按一定规律加以组合，就是荷载效应组合。《高层建筑混凝土结构设计规程》规定高层建筑结构的荷载效应和地震作用效应组合的表达式如下：

(1)无地震作用效应组合时：

式中 ——荷载效应组合的设计值；

—分别为永久荷载、楼面活荷载和风荷载的分项系数；

—分别为永久荷载、楼面活荷载和风荷载效应标准值。

—分别为楼面活荷载组合值系数和风荷载组合值系数，当永久荷载效应起控制作用时应分别取 和 ；当可变荷载效应起控制作用时应分别取 和 或 和 。

(2)有地震作用效应组合时：

式中 ——荷载效应与地震作用效应组合的设计值

——重力荷载代表值效应；

——水平地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大系数或调整系数；

——竖向地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大系数或调整系数；

—相应的作用分项系数；

——风荷载的组合值系数，应取0.2。

10．高层建筑按空间整体工作计算时，要考虑哪些变形？（10分）

梁的弯曲、剪切、扭转变形，必要时考虑轴向变形；（4分）

柱的弯曲、剪切、轴向、扭转变形；（3分）

墙的弯曲、剪切、轴向、扭转变形。（3分）

11．为什么计算高层建筑结构在竖向荷载作用下的内力时可以不考虑活荷载的折减和活荷载的不利布置？

在高层建筑中，恒荷载较大，占了总竖向荷载的85%以上。活荷载相对较小，所以在实际工程中，往往不考虑折减系数，按全部满荷载计算，有在设计基础时考虑折减系数的。

在计算高层建筑结构竖向荷载下产生的内力时，可以不考虑活荷载的不利布置，按满布活荷载一次计算。因为高层建筑中，活荷载占的比例很小（住宅、旅馆、办公楼活荷载一般在1.5~2.5KN/㎡内，只占全部竖向荷载的10—15%），活荷载不同布置方式对结构内力产生的影响很小

；再者，高层建筑结构是复杂的空间体系，层数、跨数很多，不利分布情况太多，各种情况都要计算工作量极大，对实际工程设计往往是不现实的。

(五)计算题

1．某十二层的框架—剪力墙结构（阻尼比为0.05），抗震设防烈度为8度，地震加速度为0.2g（即 ），Ⅰ类场地，设计地震分组为第二组（即 ），结构基本周期 ，结构总重力荷载代表值 ，按底部剪力法计算结构多遇地震下总水平地震作用标准值 。

解：

考试时 、 、 会给出，其他公式要记住。