高層結(jié)構(gòu)課后重點(diǎn)習(xí)題

1.高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)有哪些？

1.構(gòu)件立體化2.結(jié)構(gòu)支撐化3.形體多樣化4.材料高強(qiáng)度化5.建筑輕量化

6組合結(jié)構(gòu)化7.結(jié)構(gòu)耗能減震化中國建筑業(yè)正面臨更大的發(fā)展機(jī)遇，人口及城

市發(fā)展與用地之間的矛盾使高層建筑的發(fā)展成為必然。高層建筑所需承擔(dān)的載荷

和傾覆力矩將越來越大，在確保高層建筑具有足夠可靠度的前提下，為了進(jìn)一步

節(jié)約材料和降低造價(jià)，高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件將不斷的更新,設(shè)計(jì)理念也將不斷發(fā)展。

2.高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)：

水平荷載時(shí)設(shè)計(jì)的主要因素，側(cè)向位移是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制因素，結(jié)構(gòu)延性是重要的

設(shè)計(jì)指標(biāo)，軸線變形不容忽視，減輕高層建筑自重比多層結(jié)構(gòu)更重要。

3.高層建筑常采用的結(jié)構(gòu)體系有哪些？它們各自有哪些特點(diǎn)？

多、高層建筑有以下結(jié)構(gòu)體系：L框架結(jié)構(gòu)2.剪力墻結(jié)構(gòu)3.框架-剪力墻結(jié)構(gòu)4.

框架-筒體結(jié)構(gòu)5.框筒結(jié)構(gòu)6.筒中筒結(jié)構(gòu)7.多筒結(jié)構(gòu)8.懸掛結(jié)構(gòu)9.巨形框架結(jié)

構(gòu)10.巨形桁架結(jié)構(gòu)11.剛性橫梁或剛性桁架結(jié)構(gòu)。

框架結(jié)構(gòu):優(yōu)點(diǎn)1.空間大2.延性好3.造價(jià)稍低。缺點(diǎn)1.承載力低2.剛度?。ㄈ?/p>

性結(jié)構(gòu)）3.側(cè)移大4.非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞重，維修費(fèi)用高5.次生內(nèi)里復(fù)雜6.缺少二

道防線7.震區(qū)建筑物28層時(shí)不應(yīng)采用8.P-△效應(yīng)顯著。需要指出的是，在框

架結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)中，致命的缺點(diǎn)是缺少二道防線，這將顯著降低結(jié)構(gòu)抗震能力。

剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是抗側(cè)移剛度大、變形小，因而非結(jié)構(gòu)構(gòu)件損壞少，斷水、斷

電、火災(zāi)等次生災(zāi)害小。結(jié)構(gòu)次生內(nèi)力、P-△效應(yīng)不顯著，彈塑性穩(wěn)定性等問題

不突出。缺點(diǎn)是平面布置不夠靈活，大房間受到限制，結(jié)構(gòu)自重大，剛度大，

周期短，所受地震力大，可采用調(diào)整剛度的方法減少以上缺點(diǎn)。

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)1.側(cè)移?。ㄍ蚣鼙龋?.減輕節(jié)點(diǎn)負(fù)擔(dān)3.增加超靜定次數(shù)4.

保證塑性較均勻發(fā)展5.層間側(cè)移趨于均勻6.框架部分各層層剪力趨于均勻。缺

點(diǎn)是水平方向剛度不均勻。筒體結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)1,承載力高2.空間剛度大3.抗震抗風(fēng)

性能好4.適用于20層以上，層數(shù)較多的高層建筑。缺點(diǎn)1.計(jì)算量大，必須機(jī)算

2.計(jì)算復(fù)雜3.施工難度大。

超限高層

是指超過規(guī)范要求限制的高層建筑。超限高層審查是在項(xiàng)目的初步設(shè)計(jì)階段，

按國家建設(shè)部要求，申請(qǐng)全國超限高層審查委員會(huì)組織專家從技術(shù)角度進(jìn)行多方

論證，力求在抗震、消防等方面保證建筑物的質(zhì)量安全。

4.結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則類型有哪些?它們是如何判斷？

平面：1）扭轉(zhuǎn)不規(guī)則：樓層的最大彈性水平位移（或?qū)娱g位移）大于該樓層兩端

彈性水平位移（或?qū)娱g位移）平均值的1.2倍；

2）凹凸不規(guī)則：結(jié)構(gòu)平面凹進(jìn)的一側(cè)尺寸大于相應(yīng)投影方向總尺寸的30%；

3）樓板局部不連續(xù)：樓板的尺寸和平面剛度急劇變化例如有效樓板寬度小于該

層樓板典型寬度的50%或開洞面積大于該層樓面面積的30%或較大的樓層錯(cuò)層。

豎向（1）側(cè)向剛度不規(guī)則：該層的側(cè)向剛度小于相鄰上一層的70%,或小于其

上相鄰三個(gè)樓層側(cè)向剛度平均值的80%；除頂層或出屋面小建筑外，局部收進(jìn)的

水平向尺寸大于相鄰下一層的25%；

2）豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)：豎向抗側(cè)力構(gòu)件（柱、抗震墻、抗震支撐）的內(nèi)力

由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件（梁、桁架等）向下傳遞；

3）樓層承載力突變：抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80虬

5.伸縮縫：建筑構(gòu)件因溫度和濕度等因素的變化會(huì)產(chǎn)生脹縮變形。為此，通常在

建筑物適當(dāng)?shù)牟课辉O(shè)置垂直縫隙，自基礎(chǔ)以上將房屋的墻體、樓板層、屋頂

等構(gòu)件斷開，將建筑物分離成幾個(gè)獨(dú)立的部分。伸縮縫縫寬20~30mm,內(nèi)填彈

性保溫材料防震縫：為使建筑物較規(guī)則，以期有利于結(jié)構(gòu)抗震而設(shè)置的縫，基

礎(chǔ)可不斷開。它的設(shè)置目的是將大型建筑物分隔為較小的部分，形成相對(duì)獨(dú)立

的防震單元，沉降縫的寬度一般為30~120mm。

沉降縫：沉降縫把建筑物劃分成幾個(gè)段落，自成系統(tǒng)，從基礎(chǔ)、墻體、樓板到

房頂各不連接?？p寬一般為30?70毫米。將建筑物或構(gòu)筑物從基礎(chǔ)至頂部完全

分隔成段的豎直縫。借以避免各段不均勻下沉而產(chǎn)生裂縫。通常設(shè)置在建筑高低、

荷載或地基承載力差別很大的各部分之間，以及在新舊建筑的聯(lián)接處。

7.為什么計(jì)算高層建筑結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的內(nèi)力時(shí)可以不考慮活荷載的折

減和活荷載的不利布置？

在高層建筑中，恒荷載較大，占了總豎向荷載的&5%以上?；詈奢d相對(duì)較小,

所以在實(shí)際工程中，往往不考慮折減系數(shù)，按全部滿荷載計(jì)算，有在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)時(shí)

考慮折減系數(shù)的。

在計(jì)算高層建筑結(jié)構(gòu)豎向荷載下產(chǎn)生的內(nèi)力時(shí)，可以不考慮活荷載的不利布

置，按滿布活荷載一次計(jì)算。因?yàn)楦邔咏ㄖ?，活荷載占的比例很?。ㄗ≌?、旅

館、辦公樓活荷載一般在L5~2.5KN/m?內(nèi)，只占全部豎向荷載的10—15%）,活

荷載不同布置方式對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力產(chǎn)生的影響很?。辉僬?，高層建筑結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的空

間體系，層數(shù)、跨數(shù)很多，不利分布情況太多，各種情況都要計(jì)算工作量極大，

對(duì)實(shí)際工程設(shè)計(jì)往往是不現(xiàn)實(shí)的。

8.高層結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，基本風(fēng)壓、風(fēng)荷載體型系數(shù)和高度變化系數(shù)應(yīng)如何取值？

基本風(fēng)壓系以當(dāng)?shù)乇容^空曠平坦地面上離地10m高統(tǒng)計(jì)所得的50年一遇lOmin

平均最大風(fēng)速（單位：kN/m2）為標(biāo)準(zhǔn)，確定的風(fēng)壓值。但不得小于0.3kN/m2。

對(duì)于高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)以及對(duì)風(fēng)荷載比較敏感的高層結(jié)構(gòu)，

風(fēng)壓高度變化系數(shù)按《荷載規(guī)范》取用。風(fēng)速大小與高度有關(guān)，一般地面處的風(fēng)

速較小，愈向上風(fēng)速愈大。但風(fēng)速的變化還與地貌及周圍環(huán)境有關(guān)。

風(fēng)荷載體型系數(shù)是指風(fēng)作用在建筑物表面上所引起的實(shí)際風(fēng)壓與基本風(fēng)壓的比

值，它描述了建筑物表面在穩(wěn)定風(fēng)壓作用下的靜態(tài)壓力的分布規(guī)律，主要與建筑

物的體型和尺寸有關(guān)，也與周圍環(huán)境和地面粗糙度有關(guān)。

在計(jì)算風(fēng)荷載對(duì)建筑物的整體作用時(shí)，只需按各個(gè)表面的平均風(fēng)壓計(jì)算，即采用

各個(gè)表面的平均風(fēng)載體型系數(shù)計(jì)算。對(duì)高層建筑，風(fēng)荷載體型系數(shù)與建筑的體型、

平面尺寸等有關(guān)

9.高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的作用：豎向荷載，風(fēng)荷載，地震作用，雪荷載，材

料體積變化受阻引起的作用，地基不均勻沉降等引起的附加荷載。

6.在什么情況下需要考慮豎向地震作用效應(yīng)？

8度及9度抗震設(shè)防時(shí)，水平長懸臂構(gòu)件、大跨度結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)上部樓層外挑部

分要考慮豎向地震作用。8度和9度設(shè)防時(shí)豎向地震作用的標(biāo)準(zhǔn)值，可分別取該

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受的重力荷載代表值的10%和20%進(jìn)行計(jì)算。

16.底部剪力法和振型分解反應(yīng)譜法在地震作用計(jì)算時(shí)有何異同？

答：根據(jù)大量的強(qiáng)震記錄，求出不同自振周期的單自由度體系地震最大反應(yīng)，取

這些反應(yīng)的包線，稱為反應(yīng)譜。以反應(yīng)譜為依據(jù)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，則結(jié)構(gòu)在這些地

震記錄為基礎(chǔ)的地震作用下是安全的，這種方法稱為反應(yīng)譜法。利用反應(yīng)譜，可

很快求出各種地震干擾下的反應(yīng)最大值，因而此法被廣泛應(yīng)用。以反應(yīng)譜為基礎(chǔ),

有兩種實(shí)用方法。

（1）振型分解反應(yīng)譜法

此法是把結(jié)構(gòu)作為多自由度體系，利用反應(yīng)譜進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于任何工程結(jié)構(gòu)，

均可用此法進(jìn)行地震分析。

（2）底部剪力法

對(duì)于多自由度體系，若計(jì)算地震反應(yīng)時(shí)主要考慮基本振型的影響，則計(jì)算可以

大大簡(jiǎn)化，此法為底部剪力法，是一種近似方法。利用這種方法計(jì)算時(shí)，也是要

利用反應(yīng)譜。它適用于高度不超過40m,以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分

布比較均勻的結(jié)構(gòu)，以及近似于單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu)。

用反應(yīng)譜計(jì)算地震反應(yīng),應(yīng)解決兩個(gè)主要問題:計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)的重力荷載代表值;

根據(jù)結(jié)構(gòu)的自振周期確定相應(yīng)的地震影響系數(shù)。

10.為什么要整體傾覆驗(yàn)算：

當(dāng)高層，超高層建筑高寬比較大，水平風(fēng)荷載和地震作用較大，地基剛度較弱時(shí),

結(jié)構(gòu)整體傾覆驗(yàn)算十分重要，直接關(guān)系到整體結(jié)構(gòu)安全度的控制。

11.重力二階效應(yīng)的概念：

側(cè)向剛度較柔的建筑物，在風(fēng)荷載或水平地震作用下將產(chǎn)生較大的水平位移^,

由于結(jié)構(gòu)在豎向荷載P的作用下，使結(jié)構(gòu)進(jìn)一步增加側(cè)移值且引起結(jié)構(gòu)內(nèi)部各構(gòu)

件產(chǎn)生附加內(nèi)力。這種使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生幾何非線性的效應(yīng)，稱之為重力二階效應(yīng)。

重力二階效應(yīng)將降低結(jié)構(gòu)的承載力和結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。

12.D值法中的D的物理意思是什么？

柱的抗側(cè)移剛度不但與柱的線剛度和層高有關(guān),而且還與梁的線剛度有關(guān),另外,

柱的反彎點(diǎn)高度也與梁柱線剛度比、上下層橫梁的線剛度比,上下層層高的變化

等因素有關(guān).日本武藤清教授在分析了上述影響因素的基礎(chǔ)上，對(duì)反彎點(diǎn)法中柱

的抗側(cè)移剛度和反彎點(diǎn)高度進(jìn)行了修正.修正后,柱的抗側(cè)移剛度以D表示,故此

法又稱“D值法”，也成為修正反彎點(diǎn)法.因此D的物理意義是柱的抗側(cè)移剛度”

13.影響水平荷載下柱反彎點(diǎn)位置的主要因素是什么？

柱反彎點(diǎn)位置與柱端轉(zhuǎn)角有關(guān)，即與柱端約束有關(guān)。當(dāng)兩端固定時(shí)，或兩端

轉(zhuǎn)角相等時(shí)，反彎點(diǎn)在柱中點(diǎn)；當(dāng)柱一端約束較小，即轉(zhuǎn)角較大時(shí)，反彎點(diǎn)向該

端靠近，極端情況為一端較接，彎矩為0,即反彎點(diǎn)在較接端，規(guī)律就是反彎點(diǎn)

向約束較弱的一端靠近。

具體來講：結(jié)構(gòu)總層數(shù)、梁柱線剛度比、荷載形式、上層梁與下層梁剛度比、上

下層層高比。

14.剪力墻有哪幾種類型？

（1）整截面墻，指沒有洞口的實(shí)體墻或洞口很小的剪力墻，受力狀態(tài)如豎向懸臂

構(gòu)件。剪力墻高寬比較大時(shí)，受彎變形后截面仍保持平面，法向應(yīng)力呈線性分布;

（2）整體小開口墻，指洞口稍大且成列分布的剪力墻，截面上法向應(yīng)力稍偏離直

線分布，相當(dāng)于整體彎矩直線分布和墻肢局部彎矩應(yīng)力的疊加。墻肢的局部彎矩

一般不超過總彎矩的15%,且墻肢在大部分樓層沒有反彎點(diǎn)。（3）聯(lián)肢墻，指洞

口更大且成列布置，使連梁剛度比墻肢剛度小得多，連梁中部有反彎點(diǎn)，各墻肢

單獨(dú)作用較顯著，可看成若干個(gè)單肢剪力墻由連梁聯(lián)結(jié)起來的剪力墻。當(dāng)開有一

列洞口時(shí)為雙肢墻，當(dāng)開有多列洞口時(shí)為多肢墻。4）壁式框架，當(dāng)洞口寬而大，

墻肢寬度相對(duì)較小，墻肢剛度與連梁剛度相差不太遠(yuǎn)時(shí)，剪力墻的受力性能與框

架結(jié)構(gòu)相類似；其特點(diǎn)是墻肢截面的法向應(yīng)力分布明顯出現(xiàn)局部彎矩，在許多樓

層內(nèi)墻肢有反彎點(diǎn)

15.整體小開口剪力墻的內(nèi)力和位移計(jì)算：

其內(nèi)力可仍按材料力學(xué)公式計(jì)算。再考慮局部彎曲的影響稍作修正。

1）內(nèi)力計(jì)算先將整體小開口墻視為一個(gè)上端自由、下端固定的豎向懸臂構(gòu)件。

計(jì)算出標(biāo)高z處（第i樓層）截面的總彎矩iM和總剪力iV,再進(jìn)行計(jì)算各墻肢

的內(nèi)力。由于局部彎曲并不在各墻肢中產(chǎn)生軸力，故各墻肢的軸力等于整體彎曲

在各墻肢中所產(chǎn)生正應(yīng)力的合力；當(dāng)剪力墻符合整體小開口墻的條件而又有個(gè)別

細(xì)小墻肢時(shí)，細(xì)小墻肢會(huì)產(chǎn)生顯著的局部彎曲，使墻肢彎矩增大。此時(shí)，細(xì)小墻

肢截面彎矩宜再附加一個(gè)局部彎矩；

2）位移和等效剛度試驗(yàn)及有限元分析表明：由于洞口的削弱影響，整體小開口

墻的位移比按材料力學(xué)計(jì)算的位移增大20%左右。其考慮彎曲和剪切變形后的頂

點(diǎn)位移公式仍可按整截面剪力墻的簡(jiǎn)化計(jì)算公式計(jì)算。

16.如何區(qū)分較接和剛接體系

（1）錢接體系是指墻肢之間沒有連梁，或者有連梁而連梁很?。╝Wl）,

墻肢與框架柱之間也沒有聯(lián)系梁，剪力墻和框架之間僅靠樓板協(xié)同工作，所有剪

力墻和框架在每層樓板標(biāo)高處的側(cè)移相等。

（2）剛接體系是指墻肢之間有連梁（a21）和/或墻肢與框架柱之間有聯(lián)系梁相

連，則這些聯(lián)系梁對(duì)墻肢會(huì)起約束作用。

17.什么是剛度特征值入？它對(duì)內(nèi)力分配、側(cè)移變形有什么影響？

1）剛度特征值人是框架抗推剛度（或廣義抗推剛度）與剪力墻抗彎剛度的比值，

它集中反映了結(jié)構(gòu)的變形狀態(tài)及受力狀態(tài)。

2）人對(duì)側(cè)移曲線的影響：框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系的側(cè)向位移曲線呈彎剪型，結(jié)

構(gòu)側(cè)移曲線隨剛度特征值人的變化而變化。當(dāng)人值較?。ㄈ缛?1）可知，總框

架的抗推剛度較小、總剪力墻的等效抗彎剛度相對(duì)較大，結(jié)構(gòu)的側(cè)移曲線接近彎

曲型，這時(shí)剪力墻起主要作用；而當(dāng)人較大（如入=6）時(shí)，總框架的抗推剛度

相對(duì)較大，總剪力墻的等效抗彎剛度相對(duì)較小，框架的作用愈加顯著，所以結(jié)構(gòu)

的側(cè)移曲線接近剪切型；當(dāng)人在1?6之間時(shí)，結(jié)構(gòu)側(cè)移曲線介于二者之間，表

現(xiàn)為彎剪型，即下部以彎曲變形為主，越往上部逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟行汀?/p>

（3）人對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響：框架、剪力墻之間的剪力分配關(guān)系隨人變化：當(dāng)入

很小時(shí)，剪力墻承擔(dān)大部分剪力；當(dāng)人很大時(shí)，框架承擔(dān)大部分剪力?？蚣芎图?/p>

力墻之間的剪力分配關(guān)系隨樓層的不同而變化：剪力墻的下部受力較大；而框架

的中部受力較大。

18.筒體結(jié)構(gòu)的布置體系，特點(diǎn)

框架-核心筒結(jié)構(gòu)：由核心筒與外圍的稀柱框架組成的高層建筑結(jié)構(gòu)。南京玄武

飯店，特點(diǎn)：這一結(jié)構(gòu)形式有利于提高結(jié)構(gòu)整體的受力性能，從而提高高層建筑

物抗震性能。良好的受力性能和內(nèi)部空間的靈活性

框筒結(jié)構(gòu)：外圍為密柱框筒，內(nèi)部為普通框架柱組成的結(jié)構(gòu)。框架-核心筒結(jié)構(gòu)

有良好的受力性能2、內(nèi)部空間的靈活性3、具有較高的抗側(cè)移剛度。

筒中筒結(jié)構(gòu)：由核心筒與外圍框筒組成的高層建筑結(jié)構(gòu)。紐約世貿(mào)中心

內(nèi)、外筒之間空間較大，可靈活進(jìn)行平面布置；通過設(shè)計(jì)各種不同平面的筒體，

可獲得較好的立面效果。

成束筒：是想由兩個(gè)以上框筒或其他筒體排列成束狀，稱為成束筒，可更充分發(fā)

揮結(jié)構(gòu)空向作用，其剛度和強(qiáng)度都有很大提高，可建造層數(shù)更多、高度更高的高

層建筑。

19.筒體結(jié)構(gòu)的高寬比、平面長寬比、柱距立面開洞情況有哪些要求？為什么要

提這些要求？

高寬比大于3才能發(fā)揮框筒的作用，長寬比不超過2,否則在長一邊，剪力滯后

非常嚴(yán)重，長邊中柱不能充分利用。開孔率是框筒結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)之一，框筒的

開孔率不宜大于60,且洞口高寬比宜盡量和層高與柱距之比相似。

20什么是組合結(jié)構(gòu)，組合結(jié)構(gòu)與混合結(jié)構(gòu)是什么關(guān)系？

1.同一截面或各桿件由兩種或兩種以上材料制作的結(jié)構(gòu)稱組合結(jié)構(gòu)。具體而言，

包括兩種結(jié)構(gòu)：1.鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)；2.組合砌體結(jié)構(gòu)。

2.混合結(jié)構(gòu)是相對(duì)于指單一結(jié)構(gòu)如碎、木結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)而言的，是指多種結(jié)構(gòu)形

式總和而成的一種結(jié)構(gòu)。最常用的是鋼筋混凝土和磚木的混合

21什么叫鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)？如何發(fā)揮各自的性能？

鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)是由鋼材和混凝土兩種不同性質(zhì)的材料經(jīng)組合而成的一種新

型結(jié)構(gòu)。是鋼和混凝土兩種材料的合理組合，充分發(fā)揮了鋼材抗拉強(qiáng)度高、塑性

好和混凝土抗壓性能好，彌補(bǔ)彼此各自的缺點(diǎn)鋼-混凝土結(jié)構(gòu)中鋼骨、鋼筋、混

凝土三種材料協(xié)同工作。鋼骨和混凝土直接承受荷載，由于混凝土增大了構(gòu)件截

面剛度，防止了鋼骨的局部屈曲，使鋼骨部分的承載力得到了提高另外，被鋼骨

圍繞的核心混凝土因?yàn)殇摴堑募s束作用，使核心區(qū)混凝土的強(qiáng)度得以提高，鋼骨

和混凝土二者的材料強(qiáng)度得到了充分的發(fā)揮，從而使構(gòu)件承載力大大提高：

22.型鋼混凝正截面計(jì)算基本假定：

1.截面應(yīng)變保持平面2.不考慮混凝土的抗拉強(qiáng)度3.受壓邊