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《高层建筑结构设计》作业答案第1章概述思考题：1、什么是高层建筑和高层建筑结构？JGJ3-2002《高层建筑混凝土结构技术规程》和JGJ99-1998《高层民用建筑钢结构技术规程》是如何规定的？答：高层建筑尚无统一的严格定义，不同国家、不同时期，对高层建筑定义也不同，但原则上是以层数和建筑高度来标定的。如：德国规定22m以上的建筑物为高层建筑英国规定24.3m以上的建筑物为高层建筑美国规定24.6m以上或7层以上的建筑物为高层建筑法国规定居住建筑物高度在50m以上，其他建筑物高度在28m以上的建筑为高层建筑日本规定8层以上或者高度超过31m的建筑为高层建筑，而30层以上的旅馆、办公楼和20层以上的住宅为超高层；高层建筑结构是高层建筑中的主要承重骨架。2、高层建筑结构中结构轴力、弯矩和位移与结构高度的关系大体如何？答：高层建筑结构中轴力和结构高度成线性关系；弯矩和结构高度成二次方关系；位移和结构高度成四次方关系。3、按功能材料分，高层建筑结构类型主要有哪几种？答：按功能材料分：①混凝土结构②钢结构③钢和混凝土的混合结构型式.4、高层建筑的抗侧力体系主要有哪几类？各有哪些组成和承受作用特点？答：高层建筑的抗侧力类型主要有：框架结构、剪力墙结构、框架－剪力墙结构、筒体结构、悬臂结构及巨型框架结构。组成和承受作用特点：①框架结构体系架结构体系有线型杆件－梁和柱作为主要构件组成的，承受竖向和水平作用；②剪力墙结构体系：混凝土墙体组成，承受全部竖向和水平作用的；③框架－剪力墙结构体系：框架结构中布置一定数量的剪力墙组成由框架和剪力墙共同承受竖向和水平作用；④筒体结构体系：由竖向筒体为主组成的承受竖向和水平作用；⑤悬臂结构体系：在钢筋混凝土内筒为主要受力结构的高层建筑中，从内筒不同高度处伸出金属悬臂杆，并在其端部挂有钢吊杆与内筒共同承受各层楼板的自重与附加的活荷载；⑥巨型框架结构体系：由若干巨柱以及巨梁组成，承受主要的水平力和竖向荷载；其余的楼面截面梁柱组成二级结构，只将楼面荷载传递到巨型框架结构上去。第2章高层建筑结构受力特点和结构概念设计思考题：7、什么是地震作用？地震作用大小与哪些因素有关？答：地震作用是指地震波从波源通过基岩传播引起的地面运动，使处于静止的建筑物受到动力作用而产生的强烈振动。地震作用的大小与地震波的特性有关，还与场地土性质及房屋本身的动力特性有很大关系。13、设沉降缝的目的是什么？在实际设计中常用的处理方法有哪些？答：设沉降缝的目的是避免不均匀沉降的影响，避免由于地基不均匀沉降产生的结构内力。常用的处理方法：①采取利用压缩性小的地基，减少总沉降量及沉降差。②对于有不同高度及基础设计成整体的结构，在施工时它们暂时断开，待主体结构施工完毕，已完成大部分沉降量以后再浇灌连接部分的混凝土。③将裙房做在高层建筑的悬挑基础上，达到裙房与高层部分沉降一致。④综合采用上述方法处理。14、高层建筑结构的工作特点有哪些？其布置原则是什么？答：高层建筑结构的工作特点：①结构设计时，应考虑高层建筑结构的整体工作性能；②水平作用对高层建筑结构的影响占主导地位；③高层建筑结构具有刚度大、延性差、易损的特点；④在进行结构设计时，应考虑结构的薄弱层。其布置原则：高层建筑不应采用严重不规则的结构体系；宜采用规则结构，[即体型（平面、立面）规则，结构平面布置均匀、对称并具有较好的抗扭刚度；结构竖向布置均匀，结构的刚度、承载力和质量分布均匀，无突变的结构]；应使结构具有必要的承载能力、刚度和变形能力；应避免部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承载重力荷载、风荷载和地震作用的能力；对可能出现的薄弱部位应采取有效的措施予以加强，宜设置多道防线。15、高层结构剪力墙设计中，剪力墙的布置应满足什么要求？答：（1）高宽比限制高层结构剪力墙的最大适用高宽及高宽比应满足水平荷载作用下的整体抗倾覆稳定性要求。（2）结构平面布置①剪力墙结构中，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置；一般情况下，采用矩形、L型、T形平面时，剪力墙沿两个正交的主轴方向布置；三角形及Y形平面可沿三个方向布置；正多边形、圆形和弧形平面，则可沿径向及环向布置。②关高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。③剪力墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明确的短肢和连梁。④同一轴线的连续剪力墙过长时，应该用楼板（不设连梁）或细弱的连梁分成若干各墙段，每个墙段相当于一片独立剪力墙，墙段的高宽比应不小于2。⑤剪力墙结构中，如果剪力墙的数量太多，会使结构刚度和重量都太大，，不仅材料用量大而且地震力也增大，一般采用大开间剪力墙比采用小开间剪力墙更好。（3）结构竖向布置①普通剪力墙结构的剪力墙应在整个建筑竖向连续，上应到顶，下要到底，中间楼层不要中断。②为减少上下剪力墙结构的偏心，一般情况下厚度宜两侧同时内收。③剪力墙的洞宜上下对齐，成列布置，使剪力墙形成明确的墙肢和连梁。④剪力墙相邻洞口之间及洞口与墙边缘之间要避免小墙肢。⑤采用刀把形剪力墙会使剪力墙受力复杂，应力局部集中，而且竖向地震作用会产生较大的影响，宜十分慎重。⑥抗震设计时，一般剪力墙结构底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/8和底部两层二者的较大值，当剪力墙高度超过150m时，其底部加强部位的高度可取墙肢总高度得到1/10；部位框支剪力墙底部加强部位的高度可取框支层以上两层的高度及墙肢总高度的1/8二者的较大值。16、什么是高层建筑结构的概念设计？在进行概念设计时的要点主要有哪些？答：高层建筑结构的概念设计是指工程结构设计人员运用所掌握的理论知识和工程经验，在方案阶段和初步设计阶段，从宏观上，总体上和原则上去决策和确定高层建筑结构设计中的一些最基本、最本质也是最关键的问题，主要涉及结构方案的选定和布置、荷载和作用传递路径的设置、关键部位和薄弱环节的判定和加强、结构整体稳定性保证和耗能作用的发挥以及承载力和结构刚度在平面内和沿高度的均匀分配；结构分析理论的基本假定等。在进行概念设计时的要点：①结构简单规则均匀；②刚柔适度，性能高③加强连接，整体稳定性强；④轻质高强、多道设防。第3章结构设计的一般原则思考题：17、高层建筑设计采用的三个基本假定是什么？答：三个基本假定①弹性变形假定；②刚性楼板假定；③平面抗侧力假定。20、什么是结构的延性？结构应具有哪些特点才能具有较好的延性？答：结构延性是结构屈服后变形能力大小的一种性质，是结构吸收能量能力的一种体现，常用延性系数来表示。结构应具有较好延性特点：①强柱弱梁；②强剪弱弯；③强节弱杆；④强压弱拉。23、多道抗震防线的含义和目的是什么？对于框架-剪力墙体系、框架-筒体体系、筒中筒体系、交叉支撑及耗能器结构中，多道防线分别是哪些？答：多道抗震防线的含义，一是指一个抗震结构体系，应有若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件将各分体系联系起来协同工作；二是指抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部赘余度，有意识的建立起一系列分布的屈服区，以使结构能吸收和消耗大量的地震能量，一旦遭受破坏也易于修复。框架－剪力墙体系是由延性框架和剪力墙二个系统组成，剪力墙为第一道防线，框架为第二道防线；框架－筒体体系是延性框架和筒体组成，筒体为第一道防线，框架为第二道防线；筒中筒体系是内实腹筒及外空腹筒组成，内内实腹筒为第一道防线，外空腹筒为第二道防线；在交叉支撑及耗能器结构中，交叉耗能支撑和耗能阻尼器为第一道防线，结构本身为第二道防线。24、什么是延性系数？进行延性结构设计时应采用什么方法才能达到抗震设防三水准目标？答：延性系数是结构最大变形与屈服变形的比值，即进行延性结构设计时是通过验算薄弱层弹塑性变形，并采取相应的构造措施使结构有足够的变形能力来达到抗震设防三水准目标。第4章框架结构设计思考题：25、框架结构定义及优点、缺点及其适用范围如何？答：框架结构是指由梁柱杆系构件构成，能承受竖向和水平荷载作用的承重结构体系。优点：框架结构平面布置灵活，可根据需要分隔成小房间或者改成大房间；结构自重较轻。缺点：框架结构侧向刚度较小。适用范围：仅适用于房屋高度不大、层数不多的结构26、框架结构的破坏机理是什么？答：竖向荷载作用下，一般情况，梁端抗弯承载力首先达到其极限承载力，出现塑性铰区域，相应地梁端截面转角位移显著加大，内力向跨中发生转移，导致跨中弯矩进一步提高，跨中挠曲变形增大，直至破坏。水平荷载作用下，框架柱承受水平剪力和柱端弯矩，并由此产生水平侧移，同时由水平力引起的倾覆力矩，使框架的近侧柱拉伸、远侧柱压缩，形成框架的整体弯曲变形，水平力也引起楼层剪力，使梁、柱产生垂直其杆轴线的剪切变形和弯曲变形，形成框架的整体剪切变形，直至破坏。27、框架结构结构整体布置原则有哪些？答：（1）高宽比限制水平荷载是高层框架结构的主要荷载，由此产生的整体倾覆力矩可能使部分柱受拉,整体抗倾覆稳定性验算要求决定了结构的最大高度。框架结构高宽比限值满足非抗震设计时为5；设防烈度为6度、7度时为4；8度时为3；9度时为2。（2）框架结构结构平面布置及竖向布置应按照第二章2.3节的要求布置。28、框架结构梁、柱构件截面几何尺寸的初选方法是什么？答：（1）梁梁高：梁宽：（2）柱：柱截面面积一般根据轴压比限值估算，同时截面的高度、宽度要满足以下要求：29、分层法计算竖向荷载作用下平面框架结构的荷载效应时的基本假定是什么？答：分层法的基本假定(1)梁上荷载仅在该梁上与其相连的上下层柱上产生内力，在其他层梁及柱上产生的内力可忽略不计；（2）竖向荷载作用下框架结构产生的水平位移可忽略不计。30、分层法计算时为什么要将上层柱的线刚度乘以0.9进行折减？传递系数为什么要变为0.3333？答：在分层的时候，各个开口刚架的上下端均为固定支承，而实际上，除底层的下端外，其他各层柱端均有转角产生，即上层的刚架中，其它层对本层刚架约束作用应介于铰支承与固定支承之间的弹性支承，为了改善由此所引起的误差，在计算时做以下修正：①除底层以外其他各层柱的线刚度均乘0.9的折减系数；②除底层以外其他各层柱的弯矩传递系数取为1/3.31、分层法所得弯矩荷载效应计算结果有什么特征？节点力矩不平衡时通常如何处理？答：在求得各开口刚架中的结构内力后，则可将相邻的两个开口刚架中同层柱号的柱内力叠加，作为原框架中柱的内力，而分层计算所得的各层梁的内力，即为原框架结构中相应层次的梁内力，分层法所得的框架节点处的弯矩之和常常不等于零。节点不平衡力矩较小（小于10％），直接按叠加成果进行下一步计算，否则需再分配一次，修正原杆端弯矩，得到最终计算成果。32、反弯点法计算水平荷载作用下平面框架结构的荷载效应时，其基本假定是什么？答：（1）梁的线刚度与柱线刚度之比大于3时，可认为梁刚度为无限大；（2）梁、柱轴向变形均可忽略不计。33、柱抗侧移刚度的物理意义是什么？答：柱抗侧移刚度指无角位移的两端固定杆件，单位侧移时所产生的剪力。34、反弯点法计算弯矩时，与框架中节点相连的梁端弯矩计算公式说明了什么？答：反弯点法计算弯矩时，与框架中节点相连的梁端弯矩计算公式说明了梁端弯矩不当与相连的柱端弯矩有关,而且还与该梁的线刚度成正比。35、D值法的基本假定是什么？答：（1）水平荷载作用下，框架结构同层各结点转角位移相等；（2）梁、柱轴向变形均忽略不计。36、柱反弯点高度与哪些因素有关？答：柱反弯点高度与荷载形式、梁柱刚度比、建筑物总层数和柱所在的楼层号有关。37、什么是标准反弯点高比？答：根据标准框架总层数n，计算柱所在层数m，梁、柱线刚度比k，以及水平荷载形式由有关表格查得的反弯点高度与计算柱高度的比值。40、为什么对高层建筑结构来说，必须验算结构的侧向位移？答：对高层建筑结构来说，其层数度，高度大，为保证在正常使用条件下，主体结构基本处于弹性受力状态，控制裂缝的开展及控制其宽度在规范允许范围内，以及保证填充墙、隔墙及幕墙等非结构构件的完好，要求高层建筑结构必须具有足够的刚度，且须对结构楼层层间最大位移与层高之比进行限值，所以必须验算结构的侧向位移。41、高层框架结构中的侧移哪些是有害性侧移、哪