大工15秋《高層建筑結(jié)構(gòu)》大作業(yè)題目及參考答案

1、題目一：底部剪力法計(jì)算題某鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地上十層，高度為 40m房屋所在地區(qū)的抗震設(shè)防 烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，W類場(chǎng) 地。已知該樓的基本自振周期Ti 1.0s，經(jīng)計(jì)算已知每層樓屋面的永久荷載標(biāo)準(zhǔn) 值為12000kN，每層樓面和屋面的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值均為2000kN。要求：確定該樓各層的水平地震作用值Fek。解：1、 該樓高度40米，且各層的質(zhì)量和剛度沿高度分布較均勻，可采用底部剪力法。2、 根據(jù)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，知設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為 0.10g。設(shè) 計(jì)地震分組為第一組。3、 查表水平地震影響系數(shù)最大值max 0.08特征周期Tg 0

2、.65s阻尼比 0.05衰減指數(shù)0.94、各樓層的重力荷載代表值 Gi 12000 1.0 2000 0.5 13000kNGo 12000kN0.923Gi結(jié)構(gòu)的總重力荷載代表值Geq 0.85Ge 0.85(9 13000 120000.5 2000)109650 KN5、 T1 1s Tg 0.65s地震影響系數(shù) 1(Tg)2 max ()09 1.0 0.080.0543T1.0&T1 1s 1.4Tg 1.4 0.65 0.91s頂部附加地震作用系數(shù)n 0.08T1 0.02 0.08 1 0.02 0.067、結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值Fek1Geq 0.0543 109650 59

3、54kN8、主體結(jié)構(gòu)水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值FnnFEK0.06 5954 357kNFiGH ek(1n)Fek(1n) 5954 357 5597 kNGiHi(1 23456789 10 0.923)4 Gi 216.92 GiF9Gi 36559725.8 36928.8216.92GiF825.832825.6kNF725.828722.4kNF625.824619.2kNF525.820516.0kNF425.816412.8kNF325.812309.6kNF225.88206.4kNFl25.84103.2kN題目二：結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)計(jì)算題某一結(jié)構(gòu)的第j層平面圖，如下圖所示。圖中除標(biāo)明各

4、軸線間距離外，還給出了各片結(jié)構(gòu)沿x方向和y方向的抗側(cè)移剛度 D值，已知沿y向作用總剪力Vy 5000kN，求考慮扭轉(zhuǎn)后，各片結(jié)構(gòu)的剪力。yh題目三：簡(jiǎn)述剪力墻在房屋設(shè)計(jì)中應(yīng)如何布置?答：剪力墻的布置應(yīng)符合以下要求:（1）剪力墻應(yīng)雙向或多向布置，宜拉通對(duì)齊，不同方向的剪力墻宜分別聯(lián) 結(jié)在一起，避免僅單向有墻的結(jié)構(gòu)布置形式。當(dāng)剪力墻雙向布置且互相聯(lián)結(jié)時(shí)， 縱墻（橫墻）可以作為橫墻（縱墻）的翼緣，從而提高其承載力和剛度。（2） 地震區(qū)，宣將剪力墻設(shè)計(jì)成高寬比H/B較大的墻，因?yàn)榈桶膲?。（H/Bvl.5）的破壞屬剪切脆性破壞，抗震性能差。因此，當(dāng)剪力墻較長(zhǎng)時(shí)，可 用樓板（無(wú)連梁）或跨高比不小于6的連

5、梁將其分為若干個(gè)獨(dú)立的墻段，每個(gè)獨(dú) 立墻段可以是實(shí)體墻、整體小開(kāi)口墻、聯(lián)肢墻或壁式框架，每個(gè)獨(dú)立的墻段的H/B不宜小于2,且墻肢長(zhǎng)度不宜大于8m.當(dāng)房屋高度不是很大，為使整個(gè)剪力 墻結(jié)構(gòu)的房屋剛度適當(dāng)，除抗震等級(jí)為一級(jí)的結(jié)構(gòu)外，也可采用大部分由短肢剪 力墻組成的剪力墻結(jié)構(gòu)，短肢剪力墻是指墻肢截面高度與截面厚度之比為58且墻厚不小于200mm勺剪力墻，這種剪力墻因高寬比較大，其延性和耗能能力均 比普通墻好，因而近年來(lái)得到廣泛的應(yīng)用。（3）錯(cuò)洞墻及洞口布置不合理的剪力墻，受力和抗震性能較差，因此剪力墻的門窗洞口宜上下對(duì)齊，成列布置，形成明確的墻肢和連梁?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，一、 二、三級(jí)抗震等級(jí)的剪力墻不

6、宜采用錯(cuò)洞墻， 當(dāng)必須采用錯(cuò)洞墻時(shí)，洞口錯(cuò)開(kāi)距 離沿橫向及豎向都不宜小于2m.為避免剪力墻墻肢剛度不均勻及墻肢過(guò)弱，要求墻肢截面高度與厚度之比不宜小于 4.（4）剪力墻宜自上到下連續(xù)布置，不宜突然中斷，避免剛度突變。（5）控制剪力墻平面外的彎矩，當(dāng)剪力墻與墻平面外方向的樓面梁相連接， 且梁高大于墻厚時(shí)，可至少采取下列的一個(gè)措施：1）沿梁方向設(shè)置與粱相連的剪力墻，以抵抗平面外彎矩。2）宜在墻與梁相交處設(shè)置扶壁柱。扶壁柱宜按計(jì)算確定截面及配筋。3）應(yīng)在墻與粱相交處設(shè)置暗柱，并宜按計(jì)算確定配筋。4）當(dāng)與剪力墻相連的樓面梁為鋼梁時(shí)，剪力墻內(nèi)宜設(shè)置型鋼。題目四：為什么框架一剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻布置不宜過(guò)

7、分集中？框架一剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的布置要求是什么?1、剪力墻結(jié)構(gòu)的定義由墻體承受全部水平作用和豎向荷載的結(jié)構(gòu)體系成為剪力墻結(jié)構(gòu)體系。一般情況下，剪力墻結(jié)構(gòu)均做成落地形式，但是由于建筑功能及其他方面的要求， 部分剪力墻可能不能落地，如下圖3所示，即為此類部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)口口口口口口口口口口口口口口口口口口皿皿圖3部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)立面布置示意圖剪力墻結(jié)構(gòu)按照施工方法的不同，可以分為以下三種：（1）剪力墻全部現(xiàn)澆的結(jié)構(gòu)；（2）全部用預(yù)制墻板裝配而成的剪力墻結(jié)構(gòu)；（3）部分現(xiàn)澆、部分為預(yù)制裝配的剪力墻結(jié)構(gòu)。2、剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移在承受水平力作用時(shí)，剪力墻相當(dāng)于一根懸臂深梁，其水平位移由彎曲變形

8、和剪切變形兩部分組成，在高層建筑結(jié)構(gòu)中，框架柱的變形以剪切變形為主，剪 力墻的變形以彎曲變形為主，其位移曲線呈彎曲性，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)層間位移隨樓層 的增高而增加。3、剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)相比框架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，剪力墻結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度大，整體性好，結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)水平位 移和層間位移通常較小，經(jīng)過(guò)恰當(dāng)設(shè)計(jì)的剪力墻結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能， 結(jié)構(gòu) 的用鋼量也較省。4、剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)由于剪力墻結(jié)構(gòu)中采用了一定數(shù)量的墻體用以承擔(dān)全部水平作用和豎向荷 載，因此結(jié)構(gòu)的平面布置相對(duì)不靈活，結(jié)構(gòu)自重較大框架一剪力墻結(jié)構(gòu)1、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的定義框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系是把框架和剪力墻兩種結(jié)構(gòu)共同組合在一起形成的 結(jié)構(gòu)體系，豎向荷載由框架

9、和剪力墻等豎向承重單體共同承擔(dān)， 水平荷載則主要 由剪力墻這一具有較大剛度的抗側(cè)力單元來(lái)承擔(dān)。2、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移框架一剪力墻結(jié)構(gòu)很好的綜合了框架的剪切變形和剪力墻的彎曲變形的受力性能，它們的協(xié)同工作使各層層間變形趨于均勻，改善了純框架或者純剪力墻結(jié)構(gòu)中上部和下部樓層層間變形相差較大的缺點(diǎn)。其變形特征如下圖4所示。7777777777777/7(a) 計(jì)算簡(jiǎn)圖(b) 框架的變形(c) 剪力墻的變形(d) 框架剪力墻的變形圖4框架一剪力墻結(jié)構(gòu)在側(cè)向力作用下協(xié)同工作時(shí)的變形特征總體說(shuō)來(lái)，框架一剪力墻結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)彎一剪型變形：(1) 下部樓層：剪力墻位移較小，框架位移較大，剪力墻拉著框架，彎曲

10、 型變形。(2) 上部樓層：剪力墻位移較大，框架位移較小，框架拉著剪力墻，剪切 型變形。3、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系綜合了框架和剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，并在一定程度上規(guī) 避了兩者的缺點(diǎn)，達(dá)到了揚(yáng)長(zhǎng)避短的目的，使得建筑功能要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)得 比較好。它既具有框架結(jié)構(gòu)平面布置靈活、 使用方便的特點(diǎn)，又具有較大的剛度 和較好的抗震能力。因此，在高層建筑用應(yīng)用非常廣泛，它與框架結(jié)構(gòu)、剪力墻 結(jié)構(gòu)一起構(gòu)成了目前最常用的三大常規(guī)結(jié)構(gòu)。4、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)布置要點(diǎn)框架一剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成雙向抗側(cè)力體系。關(guān)鍵應(yīng)該注意剪力墻的數(shù)量和 位置。如果剪力墻布置數(shù)量多，則結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度大，側(cè)向變形小，布置

11、難度大; 如果剪力墻布置的數(shù)量少，則結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度小，側(cè)向變形大，對(duì)框架的抗震要 求高。因此在進(jìn)行框架一剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)， 對(duì)于剪力墻的布置，應(yīng)注意以下一 些要求：（1）抗震設(shè)計(jì)時(shí)使各主軸方向側(cè)向剛度接近；（2）對(duì)稱布置；（3）貫穿建筑全高；（4）布在周邊附近、樓梯間、電梯間、平面形狀變化處、豎向荷載變化處；（5）平面形狀凸凹較大時(shí)在突出部位的端部設(shè)置；（6）形成翼墻；（7）布置3片以上；（8）間距不宜過(guò)大；（9）不宜布置在長(zhǎng)框架的兩端。題目五：承載力驗(yàn)算和水平位移限制為什么是不同的極限狀態(tài)？這兩種驗(yàn)算在荷載效應(yīng)組合時(shí)有什么不同？答：（1）高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)保證結(jié)構(gòu)在可能同時(shí)出現(xiàn)的各種外荷載作用下，各個(gè)構(gòu)件及其連接均有足夠的承載力。我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定構(gòu)件按 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，承載力極限狀態(tài)要求采用由荷載效應(yīng)組合得到的構(gòu)件最不利內(nèi)力 進(jìn)行構(gòu)件截面承載力驗(yàn)算。水平位移限制是正常使用極限狀態(tài)，主要原因有：要 防止主體結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、損壞；防止填充墻及裝修開(kāi)裂、損壞；過(guò)大的側(cè)向變形會(huì)使人