高层建筑结构设计第二版

1、框架结构:由梁,柱组成的结构称为框架,全部竖向 荷载和侧向荷载由框架承受的 结构体系,称为框架结构 2、框架只能在自身平面内抵抗侧向力,必须在两个正交的主 轴方向设置框架,以抵抗各个 方向的侧向力 3、框架在侧向力作用下侧移有两部分组成:梁和柱的弯曲变 形产生的侧移,侧移曲线呈剪 切性,自下而上侧键位移减小;柱的轴向变形产生的侧移,侧 移曲线弯曲形,自下而上层间 位移增大。框架的侧移曲线以 剪切性为主 4、剪力墙结构:用钢筋混凝土剪力墙承受竖向荷载和抵抗侧 向力的结构称为剪力墙结构, 也称为抗震墙结构 5、剪力墙是平面结构,在自身平面内有较大的承载力和刚度,平面外的承载力和刚度小, 6、框剪结构:框架和剪力墙共同承受竖向荷载和侧向力,就 成为框架-剪力墙结构 7、框剪结构常用组成形式:框架与一般剪力墙组合;与一般 剪力墙和剪力墙围城的井筒组合;框架与带边框剪力墙的组 合 8、框架-剪力墙结构是一种双 重抗侧力结构 9、框架和剪力墙的变形分别呈剪切性和弯曲形,由于楼板的 作用,框架和剪力墙的侧向位 移必须协调。在结构的底部, 框架的侧移减小,在结构的上部,剪力墙的侧移减小,侧移 曲线的形状呈弯剪行10、框剪结构特点:布置灵活, 延性好,刚度大,承载力大, 是一种比较好的抗侧力体系 11、其他结构形式:板柱-剪力 墙结构;框架-支撑结构;筒体 结构(框筒结构,桁架筒结构, 筒中筒结构,束筒结构)框架- 核心筒结构;巨型结构 12、剪力滞后:倾覆力矩使框 筒的一侧翼缘框架柱受拉,另 一侧翼缘框架柱受压,而腹板 框架柱有拉有压。翼缘框架柱 中各柱轴力分布不均匀,角柱 的轴力大于平均值,中柱的轴 力小于平均值;腹板框架各柱 的轴力也不是线性分布,这种 现象称为剪力滞后 13、体型和总体布置:建筑体 型指的是建筑的平面和立面; 结构的总体布置是指结构构件 的平面布置和竖向布置 14、概念:是指结构设计 中,用概念进行,作出判 断,并采取相应措施 15、高层建筑外形可分为板式 和塔式两种 16、基础:基础承托房屋的全部 重量和外部作用力并将其传到 地基,伐型基础基础及箱型基 础是高层建筑的常用基础形式, 伐基有板式?梁板式 17、地震动三要素:强度,频 谱,持续时间 18、限制侧向变形的主要原因: 防止主体结构开裂,损坏;防 止填充墙及装修开裂,损坏; 过大的侧向变形会使人有不舒 服感,影响正常使用,过大的 侧移会使结构产生附加内力 19、延性是指构件和结构屈服 后,具有的承载力不降低或基 本不降低,且有足够的塑形变 形的能力的一种性能,一般用 延性比表示?延性比:是指极限 变形与屈服变形的比值 20、要设计延性结构,与那些 因素有关:(1)选择延性 (?2)进行结构概念设计(3) 设计延性结构(4)钢筋混凝土 结构的抗震构造措施及抗震等 级 21、框架,剪力墙,框剪的两 个计算基本假定:(1)一片框 架或一片剪力墙可以可以抵抗 在本身平面内的侧向力,而在 平面外的刚度很小,可以忽略? (2)楼板在其自身内刚度无限 大,楼板平面外刚度很小,可 以忽略 22、框架近似计算的一些假定: (1)忽略梁柱轴向变形及剪切 变形?(2)杆件为等截面(等刚 度),以杆件轴线作为框架计 算轴线?(3)在竖向荷载下结构的 侧移很小,因此在做竖向荷载 下计算时,假定结构无侧移 23、用力矩分配法计算的要点: (1)计算各层梁上竖向荷载和梁 的固端弯矩(?2)将框架分层, 各层梁跨度及柱高与原结构相 同,柱端假定为固端(?3)计 算梁柱线刚度(?4)计算和确定 梁,柱弯矩分配系数和传递系 数?(5)按力矩分配法计算单层梁, 柱弯矩(?6)将分层计算得到的, 但属于同一层的柱端弯矩叠加 得到柱的弯矩 24、抗侧移刚度d:单位位移 所需施加的水平推力 25、抗侧刚度D:柱节点有转 角时使柱端产生水平位移所需 施加的水平推力 26、反弯点法基本假定:(1)假定框架梁的抗弯刚度无穷 大?(2)_假定梁的轴向变形很小,可以忽略 27、反弯点法计算框架内力的 步骤:(1)确定各柱反弯点位置(2)分层取脱离体计算各反弯点 处剪力(3)先求柱端弯矩,再由 节点平衡求梁端弯矩,当为中 间节点时,按梁的相对线刚度 分配节点处的柱端不平衡弯矩 28、影响D值的因素:(1)该柱本身刚度(2)上下梁的刚度(3)上下层柱的高度(4)上下层剪力(5)柱所在层的位置 29、D值法计算内力的步骤: (1)计算作用在第i层结构上的 总剪力并假定他作用在结构的 刚心上(2)计算各梁柱的线刚度(3)计算各柱抗侧刚度(4) 计算总剪力在各柱间的剪力分 配(5)确定反弯点高度系数(6)根据各柱分配到的剪力及反弯点位置计算柱端弯矩(7)由柱端弯矩,并根据节点平衡 计算梁端弯矩(8)根据力的平衡,由梁端弯矩和作用在该梁 上的竖向荷载梁跨中的弯矩和 剪力 30,剪力墙类型(1)整体墙:墙上门窗洞口面积不超过墙面 面积的16%,且空洞间距至墙 边净距大于空洞边长(2)联肢墙:当洞门较大,切排列整齐,可划分为墙肢和连梁,称为联 肢墙(3)不规则开洞剪力墙:当洞口较大,而排列不规则, 不能简化成杆件体系进行计算31、联肢墙连续化计算方法基 本假定:(1)忽略连梁的轴向 变形,即假定两墙肢的水平位 移完全相同(2)假定两墙肢各截 面的转角和曲率都相等,因此 连梁的转角相等,连梁的反弯 点在梁的中点(3)各个墙肢截 面,各连梁截面积及层高等几 何尺寸沿双肢墙全高都是相同 的 32、双肢墙位移及内力分布特 点:(1)双肢墙的侧移曲线呈 弯曲形,(2)连梁的剪力分布 具有明显特点,剪力最大的连 梁不在底层,他的位置大小将 随a值改变(3)墙肢的轴力与 a值有关,当a值增大时,连梁 剪力增大,墙肢轴力也必然加 大(4)墙肢的弯矩也与a有关, 但正好相反,a值愈大,墙弯矩 愈小 33、双肢墙多肢墙计算步骤: (1)计算几何参数(2)计算 墙肢邓小刚度(3)计算连梁约 束弯矩函数(4)计算连梁内力 (5)计算墙肢轴力,弯矩及剪 力(6)计算顶点位移 34、小开口墙的内力和应力分 布特点:(1)墙肢中大部分层 都没有反弯点(2)截面上正应 力分布接近于直线分布 35、壁式框架:在联肢墙中, 当洞口较大,连梁刚度接近于 或大于墙肢刚度时,其性能已 接近于框架,称为壁式框架 36、剪力墙和框架之间的联系: (1)通过楼板联系,铰接体系 (2)通过连系梁联系,刚接体 系 37、抗推刚度:产生单位层间 变形角所需的推力 38、刚度特征值很小时,剪力 墙承担大部分剪力;当刚度特 征值很大时,框架承担大部分 剪力;框架的剪力最大值在结 构中部某层,随着刚度特征值 的增大,最大剪力层向下移动 39、刚度中心:各抗侧力结构 抗侧移刚度的中心;另一个解 释:他是在不考虑扭转情况下 各抗侧力单元层剪力的合力中 心40、扭转偏心距:水平力作 用线及刚度中心二者距离 41、为了使钢筋混凝土框架称 为延性耗能框架,应采用的抗 震概念设计:(1)强柱弱梁 (2)强剪弱弯(3)强核心区, 强锚固(4)局部加强(5)限 制柱轴压比,加强柱箍筋对混 凝土的约束 42、影响梁的延性和耗能的主 要因素:破坏形态;截面混凝 土相对受压区高度,塑性铰区 混凝土约束程度 43、柱的破坏形态:压弯破坏 或弯曲破坏,剪切受压破坏, 剪切受拉破坏,剪切斜拉破坏, 粘结开裂破坏 44、轴压比:柱的平均轴向压 力与混凝土轴心抗压强度设计 值的比值 45、为了实现延性剪力墙,剪 力墙的抗震设计应符合的原则: (1)强墙弱梁(2)强剪弱弯 (3)限制墙肢的轴压比和墙肢 设置边缘构件(4)加强重点部 位(5)连梁特殊措施 46、墙肢控制截面:墙底界面, 改变混凝土强度等级,改变配 筋量的截面 47、在轴压力和水平力作用下,墙肢的破坏形态与实体墙破坏 形态相同:弯曲破坏,弯剪破坏,剪切破坏,滑移破坏 48、大偏心破坏:在极限状态下,墙肢截面相对受压区高度 不大于相对界限受压区高度时,为大偏心受压破坏 49、小偏心破坏:在极限状态下,墙肢截面混凝土相对受压 区高度大于其相对界限受压区 高度时微小偏心受压 50、墙肢截面剪切破坏形态: (1)剪拉破坏,属脆性破坏 (2)斜压破坏(3)剪压破坏,最常见破坏形态 51、计算高层结构的基本计算 类型:平面协同计算;空间协 同分析;空间结构计算;完全 空间结构计算? 1,框架结构和框筒结构的结 构构件平面布置有什么区别? 框筒结构的剪力滞后表现在哪?框架结构的柱距,可以是4-5 米的小柱距,也可是7-8米的 大柱距,可以用隔断墙分隔空间,以适应不同使用功能的需求,框筒结构是由布置在建筑 物周边的柱距小,梁截面高的 密柱深梁的框架组成,形式上 框筒由四榀框架围城,(剪力 滞后见小炒1) 2、筒中筒结构和框架-核心筒 结构的结构平面布置有什么区别?框架-核心筒结构设置加强层有什么作用?筒中筒:用框 筒作为外筒,将楼电梯间,管 道竖井等服务设施集中在建筑 平面的中心做成内筒,就成为 筒中筒结构,框架-核心筒,加大外框筒的柱距,减小梁的高度,周边形成稀柱框架,与内 筒一起,组成了框架-核心筒结 构,其周边框架与核心筒之间 形成的可用空间大;使一侧框 架柱受压,另一侧框架柱受拉, 对核心筒形成反弯,减小结构 的侧移和减小伸臂构件所在楼 层以下核心筒各截面的弯矩。 3、中心支撑钢框架和偏心支撑 钢框架的支撑斜杆是如何布置 的?偏心支撑钢框架有哪些类 型?为什么偏心支撑钢框架的 抗震性能比中心支撑钢框架好? 中心支撑钢框架的支撑斜杆的 轴线交汇于框架梁柱轴线的交 点,基本形式有:单斜杆支撑, 人字形支撑,v行支撑,k行支 撑和交叉支撑,偏心支撑框架 的特点是支撑连接位置偏离梁 柱节点,每根斜杆应至少一端 与框架梁相连,在梁端或梁的 跨中形成一段短梁,称为消能 梁段,基本形式有,人字形和v 行等;消能梁段的腹板剪切屈 服,具有塑性变形大,屈服后 承载力继续提高,滞回能耗稳 定,抗震优于中心支撑 4、为什么规范对每一种结构体 系规定最大适用高度?工程实 际是否允许超过规范规定的最 大高度?每一种结构有其最佳 的适用高度范围;允许,当房 屋高度超过规定的最大高度时, 结构设计应采取有效的加强措 施,并且有可靠依据,或进行 专门的研究和论证 5、什么样的建筑体型对结构 抗震有利?为什么?为什么结 构平面布置对称,均匀及沿竖 向布置连续,无突变有利于抗 震?简单,规则,长宽比不大 的平面,因为可以实现承载力, 刚度,质量分布对称,均匀, 刚度中心和质量中心重合,减 小扭转;因为,可以使结构的 侧向刚度和承载力上下相同, 避免造成薄弱层和柔弱层,地 震时不容易破坏 6、简述房屋建筑平面不规则和 竖向不规则的类型:平面不规 则:扭转不规则,楼板凹凸不 规则和楼板局部不连续,竖向 不规则:侧向刚度不规则,竖 向抗侧力构件不连续和楼板承 载力突变 7、在地震作用下,特别不规 则结构的薄弱部位容易造成震 害,可以用防震缝将其划分为 若干独立的抗震单元,防震缝 应有一定的宽度;为了避免收 缩裂缝和温度裂缝,房屋建筑 可以设置伸缩缝,最大间距的 要求,框架55 剪力墙45;主 体和裙房的高度计重量相差悬 殊,可以用沉降缝将裙房和主 体从层顶到基础全部断开,以 使各部分自由沉降,避免有沉 降差引起裂缝或破坏,要求基 础也断开 8、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?总风荷载是建筑物个表 面承受风作用力的合力,是沿 高度变化的分布荷载,用于计 算抗侧力结构的侧移及各构件 内力;局部风荷载用于计算结 构局部构件或维护构件与主体 的连接, 9、地震作用和风荷载有什么特 点?风:风的作用是不规则的, 风压随着风速,风向的紊乱变 化而不停的改变,地震: 10、计算水平地震作用有哪些 方法?适用于什么样的建筑结 构?反应谱底部剪力法,振兴 分解反应谱法,时程分析法 11、内力组合和最不利内力组 合有什么关系?内力组合是要 组合控制截面处的内力,位移 组合主要是组合水平荷载作用 下的结构层间位移, 12、为什么钢筋混凝土框架梁 的弯矩能做塑形调幅?如何进 行调幅?调幅与组合的先后顺 序怎样安排?为了减小钢筋混 凝土框架梁支座处的配筋数量,在竖向荷载作用下可以考虑框 架塑形内力重分布,主要是降 低支座负弯矩,以减小支座处 的配筋,跨中则相应增大弯矩;竖向荷载作用下的弯矩应先调幅,在于其他荷载进行组合。 13、什么是剪力墙结构的等效 抗弯刚度?抗弯刚度ei 由于还 存在剪切变形,而且剪力墙上 开洞—因此才采用等效抗弯刚 度 14、剪力墙连续化方法的基本 假定是什么?他们对该计算方 法的应用范围有什么影响? (假定见小炒1)连续化方法适用于开洞规则,由下到上墙后 及层高都不变的联肢墙。 15、框架-剪力墙结构协同工作的计算目的是什么?总剪力在 各榀抗侧力结构间的分配与纯 剪力墙,纯框架有什么区别? 目的:计算在总水平荷载作用下,总框架层剪力Vf,总剪力 墙的总层剪力和总弯矩,总连 系梁的梁端弯矩和剪力 16、求得总框架和总剪力墙的 剪力后,怎样求各杆件的m n v?按照框架的规律把vf分配到每 根柱,按照剪力墙的规律把vm , mw 分配到每片墙,按 照连梁刚度把ml 和剪力vl分 配到每根梁,这样就可以得到 每一根杆件截面设计需要的内 力 17、怎样区分铰接体系和刚接 体系?通过楼板连接,铰接体 系,通过连系梁连接,刚接体 系 18、什么是刚度特征值?它对 内力分配,侧移变形有什么影 响?他的物理意义是总框架的 抗推刚度cf与总剪力墙抗弯刚 度eiw的相对大小当其较大时, 结构中以框架为主,位移曲线 是剪切行的,其很小时,结构 中以剪力墙为主,位移曲线主 要是弯曲形,比例相当1-6 为 弯剪行, 19、为什么说很难精确计算扭 转效应,在设计时应采取些什 么措施减小扭转可能产生的不 良后果?要着重从设计, 抗侧力结构布置或配筋构造, 连接构造上妥善考虑,一方面 尽可能减小扭转,另一方面尽 可能加强结构的抗扭能力,计 算仅做一种补充手段 20、扭转修正系数a的物理意 义是什么?为什么各片抗侧力结 构a值不同?什么情况下a 大 于1?什么情况下a等于1或 小于1?当某片抗侧力结构的 a>1时,表示他的剪力在考虑 扭转以后将增大;a<1时表示 考虑扭转后该单元的剪力将减 小,离刚心愈远的抗侧力结构, 剪力修正也越多 21、框架柱的箍筋有哪些作用? 抵抗剪力,对混凝土提供约束, 防止纵筋压屈 22、剪力墙抗震设计的原则是 什么?为什么按强墙弱梁设计 剪力墙?什么是强墙弱梁? (原则见小抄1)因为要实现延 性剪力墙,强墙弱梁:连梁屈 服先于墙肢屈服,使塑形变形 和耗能分散于连梁中,避免因 墙肢过早屈服使塑形变形集中 在某一层而形成软弱层或薄弱 层 23、在墙肢大小偏心受压和大 偏心受拉承载力验算中,做了 哪些假定?忽略哪一范围内的 竖向分布钢筋对承载力贡献? 为什么?(1)截面变形符合平 截面假定(2)不考虑受拉混凝 土的作用(3)受压区混凝土的 应力图用等效矩形应力图替换 (4)强制端部的纵向受拉,受 压钢筋屈服(5)从受压区边缘 算起1,5x(x为等效矩形应力 图受压区高度)范围以外的手 拉竖向分布钢筋全部屈服并参 与计算,1,5x范围以外的竖向 分布钢筋未受压屈服或为受压, 不参与受力计算 24、框剪结构协同分析的基本 假定和主要步骤是什么?(1) 一片框架或一片剪力墙可以可 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(2)楼板在其自身内刚 度无限大,楼板平面外刚度很 小,可以忽略(3)把结构中所 有的框架集合成总框架,采用 D值法计算它的抗侧刚度及内 力,(4)把所有的墙肢集合成 总剪力墙,按照悬臂墙方法计 算它的抗侧刚度,(5)所有连 系梁集合成总联系梁