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1、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JGJ991998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
2、层；前苏联则把9层和9层以上视为高层建筑；联合国教科文组织所属的世界高层建筑委员会在1972年年会上建议将高层建筑为四类第一类高层建筑916层（高度不超过50m）;第二类高层建筑1725层（高度不超过75m）；第三类高层建筑2640层(高度不超过100m）；第四类高层建筑40层以上（高度超过100m以上，即超高层建筑）；JGJ32002高层建筑混凝土结构技术规程规定：将10层及10层以上或高度超过28m的混凝土结构为高层民用建筑；JGJ99-1998高层民用建筑钢结构技术规程规定：10层及10层以上的住宅和约24m以上的其他民用建筑为高层建筑.高层建筑结构是高层建筑中的主要承重骨架.2、高层建
3、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：混凝土结构钢结构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：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;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；框架剪力墙结
4、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；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;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；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。高层建筑结构受力特点和结构概念设计思考题：5、高层建筑中活荷载的不利布置一般怎样考虑？为什么要这样考虑？答：高层建筑中活荷载的不利布置一般不考虑楼面及屋面活荷载的不利布置,而
5、是按满布考虑进行计算，但是当楼面活荷载大于4。0kN/时，各截面内力计算时仍考虑活荷载的布置，按不利荷载计算结构在竖向荷载作用下的内力。不考虑活荷载不利布置是因为：1）在高层建筑中各种活荷载占竖向荷载的比例很小，活荷载一般在1。52。5kN/范围内，只占全部竖向荷载的1020,因此活荷载不同的布置方式对结构内力产生的影响很小；2）高层建筑结构是个复杂的空间体系，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，为了简化起见，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。11。3的放大系数。6、高层建筑结构所受的风荷载主要与哪些因素有关?总
6、风荷载是怎样计算的?答:高层建筑结构所受的风荷载的大小与建筑地点的地貌、离地面或海平面高度、风的性质、风速、风向以及高层建筑自振特性、体型、平面尺寸、表面状况等因素有关。总风荷载是建筑物各个表面承受风力的合力，是沿高度变化的分布荷载，总风荷载的作用点是各个表面风荷载的合力作用点。Z高度处总风荷载值的大小为式中第i个表面的平均风荷载体型系数；第i个表面的宽度;第i个表面的法线与风荷载作用方向的夹角；建筑物的外围表面总数。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
7、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。8、高层建筑结构抗震设防的三水准要求是什么?为达到这些要求，应采用哪几个阶段抗震设计方法?答：高层建筑结构抗震设防的三水准要求使“小震不坏，中震可修，大震不倒”，即:高层建筑结构在小震作用下应维持在弹性状态，建筑物一般不受损坏或不修理仍可继续使用,为第一水准；在中等烈度的地震作用下，可以局部进入塑性状态，可能有一定的损坏,但结构不允许破坏,震后经一般修复可以继续使用，为第二水准；当遭受强烈地震作用时，建筑物不应倒塌或发生危及生命的严重破坏，为第三水准。为达到这些要求,应采用两阶段抗震设计方法：第一阶段设计:是针对所有进行抗震设计的高层建筑。
8、除了确定结构方案和进行结构布置时考虑抗震要求外，还应按照小震作用进行抗震计算和保证结构延性的抗震构造设计,以达到小震不坏，中震可修，大震不倒。第二阶段设计：主要针对甲级建筑和不规则的结构。用大震作用进行结构易损部位（薄弱层）的塑性变形验算。9、高层建筑结构地震作用的计算方法有哪些？它们的实用条件是什么？答：高层建筑结构地震作用的计算方法主要有底部剪力法、振型分解反应谱法和时程分析法实用条件：高层建筑结构宜采用振型分解反应谱法。对质量和刚度不对称、不均匀的结构以及高度超过100m的高层建筑结构应采用考虑扭转耦联振动影响的振型分解反应谱法。高度不超过40m、以剪力变形为主且质量和刚度沿高度分布比较
9、均匀的高层建筑结构，可采用底部剪力法。79度抗震设防的高层建筑，下列情况应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算，A、甲类高层建筑结构。B、表2。4所列的乙、丙类高层建筑结构.C、结构竖向布置特别不规则的高层建筑结构。D、带转换层、带加强层、错层、连体、多塔楼等复杂高层建筑结构。E、质量沿竖向分布特别不均匀的高层建筑结构.表2.4采用时程分析法的高层建筑结构设防烈度、场地类别建筑高度范围8度、类场地和7度100m8度、类场地80m9度60m10、采用底部剪力法计算水平地震作用的步骤是什么?在什么情况下需要考虑竖向地震作用？答：采用底部剪力法计算水平地震作用的步骤： 每一楼层作为一个质点，当
10、顶部有局部突出的小屋时，可将其视为一个集中质点; 求各质点重力荷载代表值； 求结构等效总重力荷载代表值； 求结构基本周期T1; 求相应于结构基本周期T1的地震动影响系数； 按此式求总水平地震作用； 按求顶部附加水平地震作用； 按求各质点的水平地震作用;按力学方法求各层结构的地震作用效应，对于突出屋面的房屋（楼梯间、电梯间、水箱间等）宜作为一个质点参加计算，计算求得的水平地震作用标准值应增大,增大系数可按P2122表2.9采用。增大后的地震作用仅用于突出屋面房屋自身以及与其直接相连的主体结构构件设计。在高层建筑9度抗震设计时,以及对于8度、9度抗震设计的大跨度、长悬臂结构的情况下应计算竖向地震作
11、用。11、高层建筑结构基本自振周期的近似计算方法有哪些？答：高层框架结构、框架剪力墙结构和剪力墙结构的自振周期近似计算公式以剪切变形为主的高层框架结构的自振周期（以能量法为基础)框架剪力墙结构的自振周期在采用微分方程建立自由振动方程解无限自由度体系连续结构的基础上，求出结构动力特性,查p26图2。6可以由下式计算第1、2、3振型的自振周期经验公式一般情况下，高层钢筋混凝土结构的基本自振周期为钢筋混凝土框架结构、框架剪力墙结构：钢筋混凝土剪力墙结构：12、减少高层建筑温差影响的措施是什么？答：在高层建筑中,减少温差影响的综合技术措施主要有：采取合理的平面和立面设计,避免截面的突变。合理选择结构形
12、式，降低结构约束程度，从而减少约束应力。合理布置分布钢筋，重视构造钢筋作用，加强构造配筋。在顶层、屋顶、山墙及纵墙两端开间等温度变化影响较大部位提高配筋率。优选有利于抗拉性能的混凝土级配,减少坍落度，对于超长结构采用后浇带方法施工或将结构划分为长度较短的区段。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：采取利用压缩性小的地基，减少总沉降量及沉降差。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。将裙房做在
13、高层建筑的悬挑基础上，达到裙房与高层部分沉降一致。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：结构设计时,应考虑高层建筑结构的整体工作性能；水平作用对高层建筑结构的影响占主导地位；高层建筑结构具有刚度大、延性差、易损的特点；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
14、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。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。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
15、梁。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.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.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。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.剪力墙相邻洞口之间及洞口与墙边缘之间要避免小墙肢.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。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
