高层课后思考题答案Word文档下载推荐.docx
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1）水平力引起的楼层剪力，使梁、柱构件产生弯曲变形，形成框架结构的整体剪切变形Us；
2）由水平力引起的倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形（一侧柱拉伸，另一侧柱压缩）形成框架结构的整体弯曲变形Ub；
3）当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切变形，整体弯曲变形的影响很小。
注：
框架结构属于柔性结构，侧移主要表现为整体剪切变形。
优点：
①建筑平面布置灵活，分隔方便；
②整体性、抗震性能好，设计合理时结构具有较好的塑性变形能力；
③外墙采用轻质填充材料时，结构自重小。
缺点：
侧向刚度小，抵抗侧向变形能力差。
正是这一点，限制了框架结构的建造高度。
《高规》规定，在非地震区，现浇钢筋混凝土框架结构房屋的最大适用高度为70m，最大高宽比为5。
剪力墙结构：
在水平荷载作用下，剪力墙可视为竖向悬臂构件。
在竖向荷载作用下，剪力墙是受压的薄壁柱；
在水平荷载作用下，剪力墙则是下端固定、上端自由的悬臂柱（深梁）。
1）剪力墙结构水平承载力和侧向刚度均很大，侧向变形较小。
2）剪力墙结构属于刚性结构，对于高宽比较大的剪力墙，侧向变形呈弯曲型。
①整体性好、刚度大，抵抗侧向变形能力强②抗震性能较好，设计合理时结构具有较好塑性变形能力，因而剪力墙结构适宜的建造高度比框架结构要高。
房间墙面及天花板平整，层高较小，特别适用于住宅、宾馆等建筑。
（结构高度：
几十米~100多米，十几层到三十多层）
结构自重较大；
受楼板跨度的限制（一般为3～8m），剪力墙间距不能太大，建筑平面布置不够灵活。
框架-剪力墙结构：
框架-剪力墙结构体系以框架为主，并布置一定数量的剪力墙，通过水平刚度很大的楼盖将二者联系在一起共同抵抗水平荷载。
其中剪力墙承担大部分水平荷载，框架只承担较小的一部分。
注：
在水平荷载作用下，框架的侧向变形属剪切型，层间侧移自上而下逐层增大；
剪力墙的侧向变形一般是弯曲型，其层间侧移自上而下逐层减小。
当框架与剪力墙通过楼盖形成框架-剪力墙结构时，各层楼盖因其巨大的水平刚度使框架与剪力墙的变形协调一致，其侧向变形介于剪切型与弯曲型之间，一般属于弯剪型。
剪力墙结构属于中刚性结构。
兼有框架和剪力墙的优点，比框架结构的水平承载力和侧向刚度都有很大提高，比剪力墙结构布置灵活，可应用于10～40层的办公楼、教学楼、医院和宾馆等建筑中。
框筒结构：
筒体的水平截面为单孔或多孔的箱形截面。
筒体最主要的受力特点是它的空间性能，在水平荷载作用下筒体可视为下端固定、顶端自由的（筒状）悬臂构件。
注1）空间性能：
按材料力学计算其应力分布特点。
2）剪力滞后现象：
对于框筒结构，在翼缘框架中，远离腹板框架的各柱轴力愈来愈小；
在腹板框架中，远离翼缘框架各柱轴力的递减速度比按直线规律递减的要快。
上述现象称之为剪力滞后（书P35）
优缺点：
筒体结构具有很大的侧向刚度及水平承载力，并具有很好的抗扭刚度。
剪力滞后使结构计算变得更复杂。
3.高层建筑结构平面布置的基本原则是什么？
结构平面布置应符合哪些要求？
变形缝如何设置？
（1）基本原则：
有利于抵抗水平荷载和竖向荷载，受力明确，传力直接，力求均匀对称，减少扭转影响。
在地震作用下，建筑平面力求简单、规则。
风荷载作用下可适当放宽。
（2）课本第30页
（1）-（5）
在房屋建筑的总体布置中，为了消除结构不规则、收缩和温度应力、不均匀沉降对结构的有害影响，可以用防震缝、伸缩缝和沉降缝将房屋分成若干独立的部分。
（3）各缝的特点和要求：
防震缝应有一定的宽度，防震缝基础可不断开。
伸缩缝从基础以上设置，基础可不断开。
若为抗震结构，伸缩缝的宽度不小于防震缝的宽度。
沉降缝将建筑物的两部分从顶层到基础全部断开。
沉降缝的宽度应符合防震缝最小宽度的要求。
目前的趋势是避免设缝或尽可能少设缝。
3.框架-筒体结构与框筒结构有何异同？
框架结构与框筒结构区别？
框架-筒体结构与框筒不是同一个概念。
后者指的是由密柱深梁组成的空腹筒（空间），一般作为结构单元；
而前者是由框架和筒体（核心筒）结构单元组成的结构，其中的框架与筒体是平行的受力单元。
框架是平面结构，主要由于水平力方向平行的框架抵抗层剪力及倾覆力矩。
框筒是空间结构，沿四周布置的框架参与抵抗水平力，层剪力由平行于水平力作用方向的腹板框架抵抗。
倾覆力矩由腹板框架和垂直于水平力方向的翼缘框架共同抵抗。
框筒结构的四榀框架位于建筑物周边，形成抗侧、抗扭刚度及承载力都很大的外筒，使建筑材料得到充分的利用。
因此，框筒结构的适用高度比框架结构高得多。
（百）剪力滞后现象：
上述现象称之为剪力滞后。
4.高层建筑结构竖向布置的基本原则是什么？
《p37》应符合哪些要求？
《p38》
5.高层建筑楼盖结构如何选型?
有哪些构造要求？
《p34》
6.高层建筑的基础都有哪些形式？
基础埋深如何确定？
《p42》
基础形式：
条形，交叉梁式，片筏，箱型，桩；
第3章高层建筑结构荷载和地震作用
1.高层建筑结构设计时应主要考虑哪些荷载或作用？
自重，使用活荷载，风荷载，地震作用温度变化，地基不均匀沉降
2.高层建筑结构的竖向荷载如何取值？
进行竖向荷载作用下的内力计算时，是否要考虑活荷载的不利布置？
为什么？
竖向荷载：
结构自重按材料密度与用量计算；
使用活荷载，按规范选取并进行荷载效应组合。
不考虑，因为一般高层建筑的活荷载不大，产生的内力所占比重较小。
3.结构承受的风荷载与哪些因素有关？
和地震作用相比，风荷载有何特点？
因素：
风的性质，风速，风向；
建筑所在地貌及周边环境，建筑高度，体型，表面状况。
风荷载具有静力和动力双重性质，持续时间大，风力大小估计可靠。
4.高层建筑结构风荷载标准值计算式中，基本风压、风载体型系数和风压高度变化系数分别如何取值？
我国《荷载规范》规定，基本风压系以当地比较空旷平坦地面上离地10m高，重现期为50年的10分钟平均最大风速v0（m/s）为标准近似按w0=v0²
/16（kN/m2）计算风压。
风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面所引起的实际压力或吸力（平均值）与原始风速算得的理论风压的比值。
风压高度变化系数是指某类地表上空高度处的风压与基本风压的比值，取决于地面粗糙程度指数。
5.什么是风振系数？
在什么情况下需要考虑风振系数？
如何取值？
考虑风的动力特性对建筑产生的动力效应。
对于高度较大刚度较小对风荷载的动力效应不可忽略的高层建筑。
根据结构类型，建筑高度，高宽比，基本阵型，等确定。
6.高层建筑地震作用计算的原则有哪些？
《p55》
7.高层建筑结构自振周期的计算方法有哪些？
《p63》
8.计算地震作用的方法有哪些？
如何选用？
地震作用与哪些因素有关？
9.底部剪力法和振型分解反应谱法在计算地震作用时的异同？
《p57》
10.在计算地震作用时，什么情况下应采用动力时程分析法？
《p63》计算时有哪些要求？
《p56》
11.在什么情况下需要考虑竖向地震作用效应？
《p64》
12.突出屋面小塔楼的地震作用影响如何考虑？
《p60》
第4章高层建筑结构的计算分析和设计要求
（1）为什么要限制结构在正常情况下的侧移？
在正常状态下，限制侧向变形的主要原因有：
防止主体结构及填充墙、装修等非结构构件的开裂与损坏；
同时过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使用；
过大的侧移还会使结构产生较大的附加内力（P-Δ效应）。
（2）何谓舒适度？
为什么应对高度超过150m的高层建筑进行舒适度验算？
高规采用何种限制来满足舒适度要求？
舒适度是指人们对客观环境从生理与心理方面所感受到的满意程度而进行的综合评价。
受各种因素及条件的影响，舒适度会因个体差异而呈现不同结果。
高层建筑物在风荷载作用下将产生振动，过大的振动加速度将使居住在高楼内的人们感觉不舒适，甚至不能忍受。
《高层民用建筑钢结构技术规程》要求：
高度超过150m的高层建筑混凝土结构应满足舒适度的要求，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009规定的10年一遇的风荷载取值计算或由专门风洞试验确定的结构顶点最大加速度不应超过表1-4的限值。
（PPT）
使用功能
（m/s2）
住宅、公寓
0.15
办公、旅馆
0.25
（3）什么是结构的重力二阶效应？
影响高层建筑结构整体稳定的主要因素是什么？
在水平力作用下，高层建筑结构产生水平位移，竖向重力荷载由于水平位移而是结构产生附加内力，附加内力又增大水平位移，这种现象称为重力二阶效应。
风荷载或水平地震作用。
（书）
（4）何谓刚重比？
如何采用刚重比进行框架结构的整体稳定验算？
刚重比:
结构的刚度（Di）与重量（Gi）之比。
应符合右下式要求：
第6章高层建筑结构的近似计算方法
框架部分
（1）简述分层法和迭代法的计算要点及步骤。
分层法：
1）将多层多跨框架分层：
即每层梁与上下柱构成的单层作为计算单元，柱的远端为固定端；
2）各层柱的线刚度乘以折减系数0.9（底层柱除外），楼层柱弯矩传递系数为1/3，底层柱为1/2；
3）按力矩分配法计算各单元内力；
4）横梁的最后弯矩即分层计算所得弯矩；
5）柱的最后弯矩为上、下两相邻简单刚架柱的弯矩叠加,若节点弯矩不平衡，对节点不平衡弯矩，再作一次分配；
6）画出结构弯矩图。
迭代法：
《混凝土结构设计》P194
Δ
（2）D值的物理意义是什么？
影响因素有哪些？
具有相同截面的边柱和中柱的D值是否相同？
具有相同截面及柱高的上层柱与底层柱的D值是否相同（假定砼弹性模量相同）？
D的物理意义：
当柱端有转角时使柱端产生单位水平位移所需施加的水平推力。
Δ（3）一框架结构，假定楼盖的平面内刚度无穷大，用D值法分配层间剪力。
先将层间剪力分配给每一榀平面框架，再分配到各框架的每根柱；
或者用每根柱的D值与层间全部柱的∑D的比值将层间剪力直接分配给每根柱。
这两种方法的计算结果是否相同？
Δ（4）水平荷载作用下框架柱的反弯点位置与哪些因素有关？
试分析反弯点位置的变化规律与这些因素的关系。
在均布竖向荷载和水平集中力作用下框架的弯矩图形状如何？
a、结构总层数及该层所在的位置b、梁柱线刚度比c、荷载形式d、上层与下层梁线刚度比e、上下层层高比。
（书134）
Δ（5）水平荷载作用下框架结构的侧移由哪两部分组成？
1）由于框架结构具有一定的水平抗侧刚度EI，框架在水平荷载作用下产生弯矩，因此会产生水平的初始位移2）重力二阶效应，框架在1）中已经引起了水平位移的情况下，竖向荷载引起的轴力乘以1）中已存在的水平位移=附加弯矩M，该弯矩进一步增大了1）中的水平位移，最重要的是，水平位移增大后，在轴力作用下，又会进一步产生附加弯矩，该弯矩又会增大水平位移，如此反复进行迭代，直到达到一个受力平衡状态（位移值收敛），或者无法平衡而倒塌（位移值发散）（特点没找到）（百）
剪力墙
（1）剪力墙结构的布置有哪些具体要求？
1）宜沿主轴方向双向或多向布置，不同方向的剪力墙宜联结在一起，应尽量拉通、对直；
抗震设计时，宜使两个方向侧向刚度接近；
剪力墙墙肢截面宜简单、规则。
2）剪力墙布置不宜太密，使结构具有适宜的侧向刚度；
若侧向刚度过大，不仅加大自重，还会使地震力增大。
3）剪力墙宜自下到上连续布置，避免刚度突变。
4）剪力墙长度较大时，可通过开设洞口将长墙分成若干均匀的独立墙段。
墙段的长度不宜大于8m。
5）剪力墙洞口的布置会极大地影响其力学性能。
剪力墙的门窗洞口宜上下对齐，成列布置。
宜避免使用错洞墙和叠合错洞墙。
6）当剪力墙与平面外方向的梁连结时（会造成墙肢平面外弯矩，而一般情况下并不验算墙的平面外刚度和承载力），可加强剪力墙平面外的抗弯刚度和承载力（可在墙内设置扶壁柱、暗柱或与钢梁相连的型钢等措施）；
或减小梁端弯矩的措施（如设计为铰接或半刚接）。
7）短肢剪力墙是指墙肢截面长度与厚度之比为5~8的剪力墙，由于其有利于减轻自重和建筑布置，在住宅建筑中应用较多，但短肢剪力墙抗震性能差，地震区应有经验不多，为安全起见，《高规》规定，高层结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。
短肢剪力墙结构的最大适用高度应适当降低。
（PPT）
（2）试述剪力墙结构在水平荷载作用下的平面协同工作的假定和计算方法。
假定：
a楼盖在自身平面内的刚度为无限大，而在其平面外的刚度很小，可以忽略不计b各片剪力墙在其平面内的刚度较大，忽略其平面外的刚度c水平荷载作用点与结构刚度中心重合，结构不发生扭转计算方法：
a将作用在结构上的水平荷载划分均布荷载、倒三角形分布荷载或顶点集中荷载，或划分为这三种荷载的某种组合b在每一种水平荷载作用下，计算结构单元内沿水平荷载作用方向的m片剪力墙的总等效刚度c对每一种水平荷载形式可根据剪力墙的等效刚度计算剪力墙结构中每一片剪力墙所承受的水平荷载d根据每一片剪力墙所承受的水平荷载形式，进行各片剪力墙中连梁和墙肢的内力和位移计算（PPT）（计算方法与PPT有点差别，建议与PPT一起看）
（3）什么是剪力墙的等效刚度？
各类剪力墙的等效刚度如何计算？
假定相同的水平荷载和相同的侧向位移，则认为竖向悬臂构件与剪力墙具有相同的刚度，故可采用竖向悬臂构件的刚度作为剪力墙的等效刚度。
各类剪力墙的等效刚度计算：
（4）简述剪力墙在水平荷载下的分析方法及适用对象。
剪力墙在水平荷载作用下的内力计算方法概述
在水平荷载作用下剪力墙的受力分析实际上是二维平面问题，精确计算应该按照平面问题进行求解。
可以借助于计算机，用有限元方法进行计算，计算精度高，但工作量较大。
在工程设计中，可以根据不同类型剪力墙的受力特点，进行剪力墙内力和位移的简化计算。
（一）单榀剪力墙内力和位移的计算方法
①整体墙和小开口整体墙
在水平力的作用下，整体墙类似于一悬臂柱，可以视为悬臂构件按材料力学方法来计算整体墙的截面弯矩和剪力。
小开口整体墙，由于洞口的影响，墙肢间应力分布不再是直线，但偏离不大。
可以在整体墙计算方法的基础上加以修正。
②联肢墙
联肢墙是由一系列连梁约束的墙肢组成，可以采用连续化方法近似计算。
③壁式框架
壁式框架可以简化为带刚域的框架，用改进反弯点法即D值法进行计算。
以上为三种常用的手算方法。
④框支剪力墙和开有不规则洞口的剪力墙
此两类剪力墙比较复杂，最好采用有限元法借助于计算机进行计算。
（5）怎样计算整体墙和整体小开口墙的底层总弯矩和总剪力及顶点侧移？
计算在水平均布荷载作用下，剪力墙底部弯矩和剪力。
Vo=qHMo=qH²
/2（PPT）（自己再结合书本查查）
（6）怎样计算整体小开口墙的内力和位移？
当有个别小墙肢产生局部弯曲时，墙肢弯矩如何调整？
内力计算先将整体小开口墙视为一个上端自由、下端固定的竖向悬臂构件，计算出标高z处（第i楼层）的总弯矩Mi和总剪力Vi，再计算各墙肢的内力。
小开口整体墙（α>
10）墙肢中的局部弯矩不超过整体弯矩的15%
1）墙肢的弯矩:
k=0.85Mij=Mi’+Mi"
=（0.85Ij/I+0.15Ij/ΣIj）Mi
2）墙肢的剪力:
第i层第j列墙肢所承受的剪力可近似按下式计算：
Vij=Vwi/2（Aj/ΣAj+Ij/ΣIj）
3）墙肢的轴力:
由于局部弯曲并不在各墙肢中产生轴力，故各墙肢的轴力等于整体弯曲在各墙肢中所产生正应力的合力，即
连梁内力:
墙肢间连梁即传递水平力，又传递弯矩和剪力。
值得注意的是，当剪力墙多数墙肢基本均匀，又符合整体小开口墙的条件，但夹有个别细小墙肢时，仍可按上述整体小开口墙计算内力，但小墙肢端（底）部宜考虑局部弯曲的影响，附加局部弯矩，进行如下修正：
Mj=Mjo+ΔMjΔMj=Vj（ho/2）
Mjo—按整体小开口墙计算的墙肢弯矩；
ΔMj—由于小墙肢局部弯曲增加的弯矩；
Vj—第j墙肢剪力；
ho—洞口高度。
（全是PPT上的，是图片所以没有加下划线，但应该都是答案）
（7）如何确定整体小开口墙的等效刚度？
如何计算其顶点位移？
《p166》
（8）剪力墙根据洞口大小、位置等共分为那几类？
其判别条件是什么？
一般按照剪力墙上洞口的大小、多少及排列方式，将剪力墙分为以下几种类型：
1）整体墙：
没有门窗洞口或只有少量很小的洞口时，可以忽略洞口的存在，这种剪力墙即称为整体剪力墙，简称整体墙。
当门窗洞口的面积之和不超过剪力墙侧面积的15%，且洞口间净距及孔洞至墙边的净距大于洞口长边尺寸时，即为整体墙。
2）小开口整体墙：
门窗洞口尺寸比整体墙要大一些，此时墙肢中已出现局部弯矩，这种墙称为小开口整体墙。
3）联肢墙：
剪力墙上开有一列或多列洞口，且洞口尺寸相对较大，此时剪力墙的受力相当于通过洞口之间的连梁连在一起的一系列墙肢，故称连肢墙。
4）框支剪力墙：
当底层需要大空间时，采用框架结构支撑上部剪力墙，就形成框支剪力墙。
在地震区，不容许采用纯粹的框支剪力墙结构。
5）壁式框架：
在连肢墙中，如果洞口开的再大一些，使得墙肢刚度较弱、连梁刚度相对较强时，剪力墙的受力特性已接近框架。
由于剪力墙的厚度较框架结构梁柱的宽度要小一些，故称壁式框架。
（百）
（9）剪力墙分类的判别主要考虑哪两个方面？
试说明整截面墙、整体小开口墙、联肢墙、壁式框架和独立悬臂墙的受力特点。
由于各类剪力墙洞口大小、位置及数量的不同，在水平荷载作用下其受力特点也不同。
这主要表现为两点：
一是各墙肢截面上的正应力分布；
二是沿墙肢高度方向上弯矩的变化规律。
（1）整截面墙如同竖向悬臂构件，截面正应力呈直线分布，沿墙的高度方向弯矩图既不发生突变也不出现反弯点，变形曲线以弯曲型为主。
（2）独立悬臂墙是指墙面洞口很大，连梁刚度很小，墙肢的刚度又相对较大时，即α值很小（α≤1）的剪力墙。
每个墙肢相当于一个悬臂墙，墙肢轴力为零，各墙肢自身截面上的正应力呈直线分布。
弯矩图既不发生突变也无反弯点，变形曲线以弯曲型为主。
（3）整体小开口墙的洞口较小，α值很大，墙的整体性很好。
水平荷载产生的弯矩主要由墙肢的轴力负担，墙肢弯矩较小，弯矩图有突变，但基本上无反弯点，截面正应力接近于直线分布，变形曲线仍以弯曲型为主。
（4）双肢墙（联肢墙）介于整体小开口墙和独立悬臂墙之间，连梁对墙肢有一定的约束作用，仅在一些楼层，墙肢局部弯矩较大，整个截面正应力已不再呈直线分布，变形曲线为弯曲型。
Δ（10）采用连续连杆法进行联肢墙内力和位移分析时的基本假定是什么？
连梁未知力
和
各表示什么？
连梁的作用可以用沿高度均匀分布的连续弹性薄片即连杆代替，此即为连梁连续化假定。
1）
是指连梁中点的剪力。
是指连梁对墙肢的约束弯矩。
（11）联肢墙的内力分布和侧移曲线有何特点？
并说明整体工作系数
对内力和位移的影响。
（1）连肢墙的内力分布特点：
由于连肢墙的洞口开得比较大，截面的整体性已经破坏，横截面上正应力的分布远不是遵循沿一根直线的规律。
但墙肢的线刚度比同列两孔间所形成的连梁的线刚度大得多，每根连梁中部有反弯点，各墙肢单独弯曲作用较为显著，但仅在个别或少数层内，墙肢出现反弯点。
侧移变形曲线的特点:
连肢墙的侧移曲线呈弯曲型，当洞口加大而墙肢减细时，其变形向剪切型靠近。
（2）整体系数α对内力分布和变形的影响主要表现在以下几个方面:
a.连肢墙的侧移曲线呈弯曲型，α值大，墙的抗侧刚度愈大，侧移减小。
b.连梁内力沿高度分布特点：
连梁最大剪力在中部某个高度处，向上、向下都逐渐减小。
最大值
的位置与参数α有关，α值愈大，
的位置愈接近底截面。
此外，α值增大时，连梁剪力增大。
c.墙肢轴力与α有关，因为墙肢轴力即该截面以上所有连梁剪力之和，当α值加大时，连梁剪力加大，墙肢轴力也加大。
d.墙肢的弯矩也与α值有关，与轴力相反，α值愈大，墙肢弯矩愈小。
Δ（12）与一般框架结构相比，壁式框架在水平荷载作用下的受力特点是什么？
如何确定壁式框架的刚域尺寸。
《p167》
（13）采用D值法进行内力和位移计算时，壁式框架与一般框架有何异同？
1梁柱杆端均有刚域，从而使杆件的刚度增大；
2梁柱截面高度较大，需考虑杆件剪切变形影响。
3柱刚度和反弯点高度虚应进行修正。
4可采用一般的D值法进行简化计算。
框架—剪力墙部分
（1）试从变形和内力两方面分析框架和剪力墙是如何协同工作的？
框架-剪力墙结构的计算简图可简化成哪两种体系？
如何区分这两种体系？
框-剪结构变形特点：
在水平荷载作用下，单独剪力墙的变形曲线以弯曲变形为主；
单独框架的变形曲线以整体剪切变形为主，而在框架-剪力墙结构中，其变形曲线介于弯曲型与整体剪切型之间。
框-剪结构受力特点：
首先，剪力墙单元的刚度比框架大得多，往往由剪力墙担负大部分外荷载；
其次，框架与剪力墙二者分担荷载的比例并不是一个定值，它上下是变化的。
由于框架和剪力墙存在协同工作，框-剪结构的侧移及内力分布都较为合理，沿高度方向各层层间位移较均匀；
剪力墙下部承受的内力较大，而框架的剪力分布上下比较均匀，这有利于框架梁、柱构件设计。
按照剪力墙之间和剪力墙与框架之间有无连梁，或者根据连梁的相对刚度大小是否考虑这些连梁对剪力墙转动的结束作用，将框架-剪力墙结构分为：
框架-剪力墙铰结体系、框架-剪力墙刚结体系。
（1）框架-剪力墙铰结体系（≤1）对于下图所示结构单元平面，如沿房屋横向的3榀剪力墙均为双肢墙，因连梁的转动约束作用已考虑在双肢墙的刚度内，则总框架与总剪力墙之间可按铰结考虑。
连杆是刚性的（即EA→∞），反映了刚性楼板的假定，保证总框架与总剪力墙在同一楼层标高处的水平位移
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