高層建筑結構設計蘇原第3章習題

1、第三章3.1 計算總風荷載與局部風荷載的目的是什么？二者計算有何異同？答：(1)總風荷載是建筑物各表面承受風作用力的合力，是沿高度變化的分布荷載，計算總風荷載的目的是為了計算抗側力結構的側移及各構件內(nèi)力。局部風荷載是用于計算結構局部構件或圍護構件與主體的連接。(2)二者的異同：二者都用下列公式計算但計算局部風荷載的時候采用的是部風荷載體型系數(shù)。3.2 對圖3-13結構的風荷載進行分析。圖示風的作用下，各建筑立面的風是吸力還是壓力？是什么方向？結構的總風荷載是哪個方向？如果要計算與其成90°方向的總風荷載，其大小與前者相同嗎？為什么？3.3 計算一個框架-剪力墻結構的總風荷載。結構平面

2、即圖3-13的平面，16層，層高3m，總高度為48m。由現(xiàn)行荷載規(guī)范上找出你所在地區(qū)的基本風壓值，按50年重現(xiàn)期計算。求出總風荷載合力作用線及其沿高度的分布。3.4 地震地面運動特性用哪幾個特征量來描述？結構破壞與地面運動特性有什么關系？答：(1)地震地面運動的特性可用三個量來描述：強度（由振幅值大小表示）、頻譜與持續(xù)時間。(2)結構破壞與地面運動特性有著密切的關系，主要表現(xiàn)在：強烈地震的加速度或速度幅值一般很大，但如果地震時間很短，對建筑物的破壞性可能不大；而有時地面運動的加速度或速度幅值并不太大，而地震波的卓越周期與結構的基本周期接近，或者振動時間很長，都可能對建筑物造成嚴重影響。3.5

3、什么叫地震地面運動的卓越周期？卓越周期與場地有什么關系？卓越周期與場地特征周期有何關系？答：(1)地震地面運動的卓越周期是指地震功率譜中能量占主要部分的周期。(2)卓越周期與場地的關系：硬土的卓越周期短；軟土的卓越周期長。(3)卓越周期T與特征周期間的關系應理解為: 二者都是場地固有周期 T0的不同預測值, 因預測方法不同而冠以不同的名稱。3.6 地震作用與風荷載各有什么特點？答：(1)地震作用的特點：地震時，由于地震波的作用產(chǎn)生地面運動，并通過房屋基礎影響上部結構，使結構產(chǎn)生震動，這就是地震作用。地震波會使房屋產(chǎn)生豎向震動與水平震動，一般對房屋的破壞主要是由水平振動造成。設計中主要考慮水平地

4、震作用，只有震中附近的高烈度區(qū)或豎向振動會產(chǎn)生嚴重后果時，才同時考慮豎向地震作用。地震地面運動是一種隨機振動；強烈地震時加速度峰值或速度峰值（振幅）往往很大，但如果地震時間很短，對建筑物的影響也可能不大。而有時地面運動的加速度或速度峰值并不太大，而地震波的特征周期與結構物的基本周期接近，或者振動時間很長，都可能對建筑物造成嚴重影響。(2)風荷載的特點：風的作用是不規(guī)則的，風壓隨著風速、風向的紊亂變化而不停的改變，風荷載是隨時間而波動的動力荷載，但在房屋設計中一般把它看成靜荷載。在設計抗側力結構、圍護構件及考慮人們的舒適度時都要用到風荷載。3.7 什么是小震、中震、與大震？其概率含義是什么？與設

5、防烈度是什么關系？抗震設計目標要求結構在小震、中震、與大震作用下處于什么狀態(tài)？怎樣實現(xiàn)？答：(1)小震指該地區(qū)50年內(nèi)超越概率為63%的地震烈度，即眾值烈度，又稱多遇地震；中震指該地區(qū)50年內(nèi)超越概率為10%的地震烈度，又稱為基本烈度或設防烈度；大震指該地區(qū)50年內(nèi)超越概率為23%的地震烈度，又稱為罕遇地震。(2)抗震設計目標要求：小震不壞，中震可修，大震不倒。這些目標是通過采取二階段方法進行抗震設計來實現(xiàn)。3.8 什么是抗震設計的二階段方法？為什么要采用二階段設計方法？答：(1)抗震設計的二階段方法：第一階段為結構設計階段，此階段能實現(xiàn)小震不壞、中震可修、大震不倒的目標。第二階段為驗算階段，

6、此階段用來檢驗是否達到了大震不倒的目標。(2)二階段設計方法能夠實現(xiàn)三水準抗震設防的目標，并能獲得較好的經(jīng)濟效益，是一種比較成熟的方法，因此在抗震設計中采用二階段的方法。3.9 設計反應譜是通過什么樣的結構技術模型得到的？阻尼比對反應譜有什么影響？鋼筋混凝土結構及鋼結構的阻尼比分別多少？答：(1)設計反應譜是通過單自由度彈性體系的結構技術模型得到的。(2)結構自振周期T時各阻尼絕對加速度反應譜均趨近于0，相互之間的差異越來越?。浑S著阻尼比的增大，不同阻尼值之間譜值相差越來越小；在譜平臺段，各周期處的譜值因阻尼而造成的差異差別不大，在下降段，隨著阻尼比增高，下降速率越來越低；不同阻尼比的反應譜特

7、征周期略有變化，但阻尼比在0.010.1范圍之內(nèi)變化不大。(3)一般鋼筋混凝土結構阻尼比取0.05，鋼結構取0.02.3.10 什么是地震系數(shù)k、動力系數(shù)與地震影響系數(shù)？寫出、k的表達式。譜曲線有什么特點？答：(1)地震系數(shù),即地面運動最大加速度與重力加速度的比值。動力系數(shù)，即結構最大加速度反應相對于地面最大加速度的放大系數(shù)。地震影響系數(shù)。(2)由于同一烈度的k值為常數(shù)，譜曲線形狀與譜曲線形狀相同。3.11 什么是特征周期分組？對設計反應譜有什么影響？答：(1)在相同烈度下，震中距離遠近不同與震級大小不同的地震，產(chǎn)生的震害是不同的，如果距離震中較近，則地面運動的頻率成分中短周期成分多，場地卓越

8、周期短，對剛性結構造成的震害大，長周期的結構反應較??；如果距離震中遠，短周期振動衰減比較多，場地卓越周期比較長，則高柔的結構受地震影響大?？拐鹨?guī)范用設計分組，粗略的反應這一宏觀現(xiàn)象。(2)在分組中，特征周期越大，反應譜曲線平臺段越長，長周期結構的地震作用將加大。3.12 地震作用大小與場地有什么關系？請分析影響因素及其影響原因。如果兩幢相同建筑，基本自震周期是3s，建造地點都是屬于第一組，分別建在類場地與類場地上，它們地震作用相差多少？如果它們建筑地點分別為第一組與第三組，都是建在類場地上，地震作用又相差多少？答：(1)對于同一個設計地震分組，場地類別越高，特征周期越大，對長周期結構越不利。這

9、是因為不同性質的土層對地震波包含的各種頻率成分的吸收與過濾效果不同，場地土愈軟，軟土覆蓋層厚度愈大，場地類別就愈高，從而特征周期就愈大。3.13 計算水平地震作用有哪些方法？適用于什么樣的建筑結構？答：計算水平地震作用有兩種方法：(1)反應譜底部剪力法，它適用于高度不超過40m、以剪切變形為主且質量與剛度沿高度分布比較均勻的結構。(2)振型分解反應譜法，除基本振型的影響外，高振型的影響比較大，一般高層建筑都要用振型反應譜法考慮多個振型的組合。該方法又分為平面結構振型分解反應譜法與空間結構振型分解反應譜法。3.14 計算水平地震作用時，重力荷載怎么計算？各可變荷載的組合值系數(shù)為多少？答：計算水平

10、地震作用時，計算重力荷載即計算結構等效總重力荷載,其中是結構總重力代表值，為各層重力荷載代表值之與。重力荷載代表值是指100%的恒荷載、5080%的樓面活荷載與50%的雪荷載之與。3.15 用底部剪力法計算水平地震作用及其效應的方法與步驟如何？為什么在頂部有附加水平地震作用?答：(1)用底部剪力法計算地震作用時，將多自由度體系等效為單自由度體系，只考慮結構基本自振周期計算總水平地震力，然后再按一定規(guī)律分配到各個樓層。（2）在頂部附加水平地震作用的原因是為了考慮高振型對水平地震力沿高度分布的影響。3.16 n個自由度的結構有多少個頻率與振型？頻率與周期如何換算？計算結構的頻率與振型有哪些方法？為

11、什么計算與實測的周期都要進行修正？如何修正？答：(1)n個自由度的結構有n個頻率與振型。頻率與周期互為倒數(shù)。(2)計算結構的頻率與振型的方法有：理論計算，半理論半經(jīng)驗公式與經(jīng)驗公式三大類。(3)理論方法得到的周期比結構的實際周期長，原因是計算中沒有考慮填充墻等非結構構件對剛度的增大作用，實際結構的質量分布、材料性能、施工質量等也不像計算模型那么理想，如直接用理論周期值計算地震作用，則地震作用可能偏小，因此必須對周期值（包括高振型周期值）作修正?？蚣艿男拚禂?shù)取0.60.7，框架-剪力墻取0.70.8（非承重填充墻較少時，取0.80.9），剪力墻結構取1.0。另外通過實測方法得到的經(jīng)驗公式，也有

12、局限性與誤差，一方面，一個經(jīng)驗公式只適用于某類特定結構，結構變化，經(jīng)驗公式就不適用；另一方面，實測時，結構的變形很微小，實測的結構周期短，它不能反映地震作用下結構的實際變形與周期，因此要進行修正。修正方法為：在應用的經(jīng)驗公式中將實測周期的統(tǒng)計回歸值乘以1.11.5的加長系數(shù)。3.17 試述振型分解反應譜法計算水平地震作用及效應的步驟。為什么不能直接將各振型的效應相加？答：(1)計算步驟：a.將質量集中在樓層位置，n個樓層為n個質點，有n個振型。b.在組合前分別計算每個振型的水平地震作用及其效應（彎矩、軸力、剪力、位移等）。c.進行內(nèi)力與位移的振型組合。(2)因為采用了反應譜，由各振型的地震影響系數(shù)得到的等效地震力是振動過程中的最大值，其產(chǎn)生的內(nèi)力與位移也是最大值，實際上各振型的內(nèi)力與位移達到最大值的時間一般并不相同，因此，不能簡單的將各振型的內(nèi)力與位移直接相加，而是通過概率統(tǒng)計將各個振型的內(nèi)力與位移組合起來，即振型組合。3.18 平面結構與空間結構一般各取多少個振型進行組合？振型參與系數(shù)與振型參與等效重量（或質量）公式有何區(qū)別？請參考空間振型的振型參與等效重量公式怎么寫？答：(1)對于規(guī)則的、假定為平面結構的建筑，一般取前三個振型就夠了；但如果建筑較高或柔，基本自振周期大于1.5s，或房