高层建筑结构定义.doc

高层建筑结构定义.doc 一 1( 高层建筑结构定义:大于等于十层或超过28米的混凝土结构民用建筑 2( 高建结构受力及变形特点，设计时考虑问题:高建结构可设想成为支承在地面上的竖向悬臂构件，承受着竖向荷载和水平荷载的作用。特点:a水平荷载称谓设计的决定性因素(地震作用 风荷载)b侧移成为设计的控制指标c轴向变形的影响在设计中不容忽视d延性成为结构设计的重要指标e结构材料用量显著增加 3( 从结构材料区分高建结构类型，特点:a砌体结构 取材容易、施工简便、造价低廉等优点，但由于砌体是一种脆性材料，其抗拉、抗弯、抗剪强度均较低，抗震性能较差，现代高层建筑很少采用无尽砌体结构建造b混凝土结构 取材容易、耐久性和耐火性好、承载能力大、刚度好、节约钢材、降低造价、可模性好以及能浇制成各种复杂的截面和形状等优点，现浇整体式混凝土结构还具有整体性好，经过合理设计，可获得较好的抗震性能。但由于其结构自重大，导致构件截面较大，占用较大的面积。此外其施工施工工序复杂、建造周期长、受季节影响c钢结构 具有材料强度高、截面小、自重轻、塑性和韧性好、制造简便、施工周期短、抗震性能好等优点，在高层建筑中有广泛应用。但由于高层建筑钢结构用钢量大，造价高，再加之因钢结构防火性能差，需要采取防火保护措施，增加造价。其应用还收钢铁产量和造价限制d钢混结构 具有告诫够自重轻、截面尺寸小、施工进度快、抗震性能好等优点，同时还兼具混凝土结构刚度大、防火性能好、造价低的优点。 二 4(高建混凝土结构体系，其优缺点、受力特点和应用范围:a框架结构体系 优点:建筑平面布置灵活，能获得较大空间;建筑立面易处理;结构自重较轻;计算理论比较成熟;在一定高度范围内造价较低 缺点:其侧向刚度较小或在框架结构房屋的高度较大时，水平荷载作用下侧移较大b剪力墙结构体系 优点:此结构房屋的楼板直接支承在墙上，房间墙面及天花板平整，层高较小;剪力墙的水平承载力和侧向刚度均很大，侧向变形较小 缺点:结构自重较大，建筑平面布置局限性大，较难活的大的建筑空间 c框架-剪力墙结构体系 优点:充分发挥框架结构平面布置灵活和剪力墙结构侧向刚度大的特点 5(框-剪结构和框-核心筒结构有何异同,框-核心筒结构和框筒结构有何区别,带加层高层建筑结构与框-核心筒结构有何不同, 特点及协同工作原理类似，水平布置灵活。框-剪侧向刚度大，框-核心筒有较大的水平承载力。加强层(伸臂-核心筒)结构具有更大的侧向刚度和水平承载力 6(高建结构平面布置的基本原则,结构平面布置要求,变形缝设置,1除了应根据房屋高度选择合理的结构体系外，尚应对结构平面和结构竖向进行合理的总体布置。结构总体布置时，应综合考虑房屋的使用要求、建筑美观、结构合理以及便于施工等因素 2 高建结构平面布置应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，减少扭转的影响。在地震作用下，建筑平面力求简单、规则、但风向荷载作用下可适当放宽 a在高层建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀，不应采用严重不规则的平面布置 b高层建筑宜选用风作用效应较小的平面形状 c抗震设计的A级高度钢混高层建筑，其平面布置宜简单、规则、对称，减少偏心 d抗震设计的B级高度钢混高层建筑，混合结构高层建筑及复杂高度建筑，其平面布置应简单、规则、减少偏心 e结构平面布置应减少扭转的影响 3 沉降缝，将二者分成独立的结构单元，各部自由沉降;伸缩缝，后浇带可设在框架梁和楼板的1/3跨处，设在剪力墙洞口上方连梁跨中或内外墙连接处;防震缝，为了防止防震缝两侧建筑物在地震中相碰撞，防震缝必须留有足够框读，防震缝净框度原则上应大于两侧结构允许的水平位移之和 7(高层建筑结构竖向布置基本原则,符合要求,基本原则为设计中应尽量避免将高层建筑 设计为竖向不规则建筑。其规则:a结构的侧向刚度沿竖向突变，结构沿竖向出现外挑或内收等，均会使某些楼层的变形过分集中，高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收;结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用竖向布置严重不规则的结构b抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%，否则水平地震作用下结构的变形会集中于侧向刚度小的下部楼层而形成结构刚度软层c抗侧力结构层间受剪承载力的突变将导致薄弱层出现严重破坏甚至倒塌。为防止结构出现薄弱层，A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层的80%，不应小于其上一层的65%;B级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于上一层的75% d底层或底部若干层取消一部分剪力墙或柱子、中部楼层剪力墙中断或顶部取消剪力墙或内柱等，造成结构竖向抗侧力构件上下不连续，形成局部柔软层或薄弱层。抗震设计，结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通 e设计时，当结构上部楼层收进部位到室内地面的高度H1与房屋高度H只比大于0.2时，上部楼层收进的水平尺寸B1不宜小于下部楼层水平尺寸B的0.75倍;当结构上部楼层相对于下部楼层外挑时，下部楼层的水平尺寸B不宜小于上部楼层水平尺寸B1的0.9倍，且水平外挑尺寸a不宜大于4m f结构顶层取消部分墙、柱形成空旷房间时，其楼层侧向刚度和承载力可能与其下部楼层相差较多，形成刚度和承载力突变，使结构顶层的地震反应增大很多，所以应进行详细的计算分析，并采取有效的构造措施。 g高层建筑宜设地下室，而且同一结构单元应全部设置地下室，不宜采用部分地下室，地下室应有相同的深埋。 三 8(结构承受风荷载的有关因素,风荷载的分布和大小非常复杂，除与风速、风向有关外，还与建筑物的高度、形状、表面状况、周围环境等因素有关，一般可通过实测或风洞试验来确定 9(高层建筑结构计算时基本风压、风载体型系数和风压高度变化系数分别如何取值,基本风压系数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v。(m/s)为标准，按w。=v。平方/1600确定的风压值，应按《荷载规范》中全国基本风压分布图及有关数据采用，但不得小于0.3kN/m平方。风载体型系数一般都是通过实测或风洞模拟试验的方法确定，它表示建筑物表面再稳定风压作用下的静态压力分布规律，主要与建筑物的体型与尺度有关。风压高度变化系数即风压高度变化系数定义为某地表上空z高度处的风压Wz与今本风压w。的比值，该系数取决于地面粗糙成都指数α。 四 10(荷载效应组合,荷载效应组合要考虑哪些工况,有地震作用效应组合和无地震作用效应组合的区别,荷载效应组合就是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。区别，前者主要考虑重力荷载代表值效应、水平地震作用效应、竖向地震作用效应及风荷载效应的组合;后者主要考虑恒荷载、楼面活荷载及风荷载的组合。 11(为什么要限制结构在正常情况下的水平位移, 六 1(剪力墙结构的布置具体要求,a 剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向或多向布置，不同方向的剪力墙宜分别联结在一起，应尽量通过拉通、对直有较好的空间工作性能;抗震设计时，应避免仅单向有墙的结构布置形式，宜使两个方向侧向刚度接近，两个方向的自振周期宜相近。剪力墙墙肢截面宜简单、规则b剪力墙的侧向刚度及承载力均较大，故剪力墙不宜布置得太密;若侧向刚度刚度过大，则加大自重及地震作用c剪力墙宜自下到上连续布置， 避免刚度突变;允许沿高度改变墙厚和混凝土强度等级，或减少部分墙肢，使侧向刚度沿高度逐渐减小d当剪力墙长度很长时，可通过开设洞口将长墙分成长度较小、较均匀的整截面墙或联肢墙，墙段长度不宜大于8m e剪力墙的门窗洞口宜上下对齐，成列布置，能形成明确的墙肢和连梁，应力分布规则，结构安全可靠 f当剪力墙墙肢与其平面外方向的楼面梁连接，且梁截面高度大于墙厚时，可通过设置与梁相连的剪力墙、增设扶壁柱或暗桩、墙内设置与梁相连的型钢等措施以减小梁端部弯矩对墙的不利影响;除了加强剪力墙平面外的抗弯刚度和承载力外，对截面较小的楼面梁可设计为铰接或半刚接，减小墙肢平面外的弯矩;铰接端或半刚接端可通过弯矩调幅或梁变截面来实现g由于短肢墙抗震性能较差，高层建筑不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。当短肢剪力墙较多时，应布置成筒体 5(剪力墙根据洞口大小、位置分类,其判别条件,各自特点,a整截面墙 当剪力墙无洞口或虽有洞口但其总面积不大于剪力墙总面积的16%，且洞口间的净距及洞口至墙边的距离均大于洞口长边尺寸时，可忽略洞口影响 b整体小开口墙 当剪力墙的洞口稍大，且洞口沿竖向成列布置，洞口的面积超过剪力墙总面积的16%，但洞口对剪力墙的受力影响仍较小时。在水平荷载作用下，由于洞口的存在，剪力墙的墙肢中会出现局部弯曲，其截面应力可认为由墙体的整体弯曲和局部弯曲二者叠加组成，截面变形仍接近于整截面墙c联肢墙 当剪力墙沿竖向开有一列或多列较大洞口时，由于洞口较大，剪力墙截面的整体性大为削弱，其截面变形已不再符合平截面假定，这类剪力墙可看做是若干个单肢剪力墙或墙肢由一系列连梁联结起来组成。一列开口成为双肢强，多列洞口为多肢墙d壁式框架 当剪力墙成列布置的洞口很大，且洞口较宽、墙肢宽度相对较小、连梁的刚度接近或大于墙肢的刚度是，剪力墙的受力性能与框架结构相类似e错洞墙和叠合错洞墙 受力复杂，一般得不到解析 7(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 8(采用用连续连杆法进行联肢墙内力和位移分析时的基本假定,连梁未知力τ(z)和σ(z)表示什么,假定:a每一楼层处的连梁简化为沿该楼层均匀分布的连杆，即将墙肢仅在楼层标高处由连梁连接在一起的结构变为墙肢在整个高度上由连续连杆连接在一起的连续结构b忽略连梁的轴向变形，故两墙肢在同一标高处的水平位移相等;同时还假定，在同一标高处两墙肢的转角和曲率相同c每层连梁的反弯点在梁的跨度中央d墙肢和连梁沿竖向的刚度及层高均不变，及层高h、惯性矩I1、I2、Ib0及截面面积A1、A2、Ab等参数沿高度均为常数，从而使所建立的微分方程为常系数微分方程，便于求解。当截面尺寸或层高沿高度有变化时，可取集合平均值计算 第二问:分别表示剪力集度和轴力集度 10(联肢墙的内力分布和侧移曲线特点,整体工作系数α对内力和位移影响,分布特点 a-双墙的侧移曲线呈弯曲型。α值越大，墙的刚度越大，位移越小b-连梁中，剪力最大的连梁不在底层，当α值较大时，连梁剪力增大，剪力最大的连梁位置向下移c-当α值增大，连梁剪力增大，墙肢轴力也加大d-当α值增大，墙肢轴力增大，墙肢弯矩减小 11(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,剪力墙分类判别准则,特点:1整截面墙的受力状态如同竖向悬臂构件，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，连梁的约束作用很弱，犹 如铰接于墙肢上的连杆，每个墙肢相当于一个独立悬臂墙，墙肢轴力为零，各墙肢自身截面上的连杆，每个墙肢相当于一个独立悬臂墙，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，变形曲线以弯型为主3整体小开口墙的洞口较小，连梁刚度很大，墙肢的刚度相对较小，即α值很大。此时连梁的约束作用很强，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，变形曲线以弯型为主4双肢墙(联肢墙)介于整体小开口墙和独立悬臂墙之间，连梁对墙体有一定的约束作用，墙肢弯矩图有突变，并且有反弯点存在，墙肢局部弯矩较大，整个截面正应力已不在呈直线分布，变形曲线为弯曲型5壁式框架的洞口较宽，连梁与墙肢的截面弯曲刚度接近，墙肢中弯矩与框架柱相似，其弯矩图不仅在楼层处有突变，而且在大多数楼层中都出现反弯点，变形曲线为整体剪切型 判别准则:一是各墙肢间的整体性，由剪力墙的整体工作系数α来反映;而是沿墙肢高度方向是否会出现反弯点，出现反弯点的层数越多，其受力性能越接近于壁式框架 15(剪力墙加强部位,加强部位的范围确定,剪力墙底部截面弯矩最大，可能出现塑性铰，底部截面钢筋屈服以后，由于钢筋和混凝土的粘结破坏，钢筋屈服的范围扩大而形成塑性铰区。在塑性铰区要采取加强措施，故该部位称为剪力墙的加强部位。《高层规程》规定，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，为避免加强区太高，其底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/10;部分框支剪力墙结构底部加强部位的高度可取为框支层加上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。 七 7.1从变形和内力两方面分析框架和剪力墙如何协同工作,框架-剪力墙结构的简图物理意义,在水平荷载作用下，单独剪力墙以弯曲变形为主，单独框架以整体剪切变形为主，但在框架-剪力墙结构中，框架与剪力墙时相互连接在一起的一个整体结构，并不是单独分开，故其变形曲线介于弯曲型与整体剪切型之间。在结构下部，剪力墙的位移比框架小，墙将框架向左拉，框架将墙向右拉，故而框架-剪力墙结构的位移比框架的单独位移小，比剪力墙的单独位移大;在结构上部，剪力墙的位移比框架搭，框架将墙向左推，墙将框架向右推，因为框架-剪力墙的位移比框架的单独位移大，比剪力墙的单独位移小。 框架-剪力墙结构的下端为固定端，一般取至基础顶面;当设置地下室且地下室的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍时，可将地下室的顶板作为上部结构嵌固部位 7.2框架-剪力墙结构计算简图中的总剪力墙、总框架和总连梁各代表实际结构中的哪些具体构件,它们是否有具体的几何尺寸,各用什么参数表示其刚度特征,总剪力墙代表该方向上几榀剪力墙的总和 总框架代表该方向上几榀框架的总和 总连续梁在铰接体系中代表刚性楼板 在刚接体系中即代表楼板又代表框架剪力墙之间的连梁 。他们都没有具体的几何尺寸。参数有剪力墙的弯曲刚度Ec.Iep 总框架的剪切刚度Cf 总连续梁的等效剪切刚度Cb。 7.3框架-剪力墙结构中剪力墙的合理数量如何确定,分析剪力墙数量变化对结构侧移及内力的影响,框架梁、柱截面尺寸确定后，应在充分发挥框架抗侧移能力的前提下，按层间弹性位移角限值的要求确定剪力墙数量。在初步设计阶段，可根据房屋底层全部剪力墙截面面积Aw和全部柱截面面积Ac之和与楼面面积Af的比值，或者采用全部剪力墙截面面积Aw与楼面面积Af的比值，来粗估剪力墙的数量。结构的侧向刚度主要由同方向各片剪力墙截面弯曲刚度的综合EcIw控制，结构的水平位移随EcIw增大而减小。为满足结构水平位移的限值要求，建筑物越高，所需EcIw值越大但剪力墙的数目也不宜过多，否则地震作用相应增加，还会使水平地震作用力绝大部分被剪力墙吸收，框架的作用不能充分发挥，不合理 也不经济，一帮满足结构水平位移限制要求作为设置剪力墙数量的依据较为合适。 7.5什么是结构刚度特征值,它对结构的侧移及内力分配有何影响,λ是刚结体系刚度特征值，它是一个框架与剪力墙有关的参数。对于铰结体系λ=H?Ct/EcIeq，对刚接体系λ=H?(Cb+Ct/EcIeq)。对结构的侧移和内力影响:λ较小时，剪力墙承受的水平荷载比较大，侧移曲线呈以弯曲型为主的弯剪型;λ?1时，框架-剪力墙结构基本上为弯曲型变形。λ较大时，侧移曲线呈以剪切型为主的弯剪型;当λ?6时，框架-剪力墙结构基本上为整体剪切型变形。当λ=0时，框架剪力为零，剪力墙承担全部剪力;当λ很大时，框架几乎承担全部剪力;当λ为任意值时，框剪和剪力墙刚度比各承受一定的剪力