高層建筑結(jié)構(gòu)思考題及參考答案

本文格式為Word版，下載可任意編輯——高層建筑結(jié)構(gòu)思考題及參考答案高層建筑結(jié)構(gòu)講義復習思考題

Ch1緒論

1.高層建筑與多層建筑如何界定？

我國《民用建筑設計通則》(JGJ37-87)規(guī)定，

10層及10層以上的住宅建筑以及高度超過28ｍ的公共建筑和綜合性建筑為高層建筑；高度超過100m時，不管是住宅建筑還是公共建筑，一律稱為超高層建筑。

我國《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：≥10層或H＞28m的建筑物為高層；H＞100m的建筑物均為超高層。

2．高層建筑結(jié)構(gòu)的特點如何？

3．答：高層建筑結(jié)構(gòu)要抗爭豎向和水平荷載，在地震區(qū)，還要抗爭地震作用。在較低的建筑結(jié)構(gòu)中，往往豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設計；隨著建筑高度的增大，水平荷載效應逐漸增大；在高層建筑結(jié)構(gòu)中，水平荷載和地震作用卻起著決定性作用。因此，在高層建筑結(jié)構(gòu)設計時，不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強度，而且還要求有足夠的剛度，使結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下產(chǎn)生的位移限制在一定的范圍內(nèi)，以保證建筑結(jié)構(gòu)的正常使用和安全。

另外，相對于低層建筑而言，高層建筑相對較柔，因此在地震區(qū)，高層建筑結(jié)構(gòu)應具有足夠的延性。也就是說，在地震作用下，結(jié)構(gòu)進入彈塑性階段后，仍具有抗爭地震作用的足夠的變形能力，不致倒塌。這樣可以在滿足使用條件下能達到既安全又經(jīng)濟的設計要求。

綜上所述，對于高層建筑結(jié)構(gòu)，抗爭水平力的設計是個關(guān)鍵，應當很好地理解上述特點，使所設計的結(jié)構(gòu)具有足夠的強度、剛度和良好的抗震性能，還要盡可能地提高材料利用率，降低材料消

3．高層建筑采用的結(jié)構(gòu)可分為哪些類型？各有何特點？

答：高層建筑采用的結(jié)構(gòu)可分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋼-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)等類型。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有造價較低、取材豐富、并可澆筑各種繁雜斷面形狀，而且強度高、剛度大、耐火性和延性良好，結(jié)構(gòu)布置靈活便利，可組成多種結(jié)構(gòu)體系等優(yōu)點，因此，在高層建筑中得到廣泛應用。當前，我國的高層建筑中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)占主導地位

鋼結(jié)構(gòu)具有強度高、構(gòu)件斷面小、自重輕、延性及抗震性能好等優(yōu)點；鋼構(gòu)件易于工廠加工，施工便利，能縮短現(xiàn)場施工工期。近年來，隨著高層建筑建造高度的增加，以及我國鋼產(chǎn)量的大幅度增加，采用鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑也不斷增多。

更為合理的高層建筑結(jié)構(gòu)為鋼和鋼筋混凝土相結(jié)合的組合結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)。這種結(jié)

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高層建筑結(jié)構(gòu)講義復習思考題

構(gòu)可以使兩種材料相互取長補短，取得經(jīng)濟合理、技術(shù)性能優(yōu)良的效果。

組合結(jié)構(gòu)是用鋼材來加強鋼筋混凝土構(gòu)件的強度，鋼材放在構(gòu)件內(nèi)部，外部由鋼筋混凝土做成，成為鋼骨（或型鋼）混凝土構(gòu)件，也可在鋼管內(nèi)部填充混凝土，做成外包鋼構(gòu)件，成為鋼管混凝土。前者可充分利用外包混凝土的剛度和耐火性能，又可利用鋼骨減小構(gòu)件斷面和改善抗震性能，現(xiàn)在應用較為普遍。例如：北京的香格里拉飯店就采用了鋼骨混凝土柱。

混合結(jié)構(gòu)是部分抗側(cè)力結(jié)構(gòu)用鋼結(jié)構(gòu)，另一部分采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（或部分采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)）。多數(shù)狀況下是用鋼筋混凝土做筒（剪力墻），用鋼材做框架梁、柱。Ch2高層結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)布置

1．何謂結(jié)構(gòu)體系？高層建筑中常用的結(jié)構(gòu)體系有哪些？各有何特點和適用范圍？

答：結(jié)構(gòu)體系是指結(jié)構(gòu)抗爭外部作用的構(gòu)件總體組成的方式。在高層建筑中，抗爭水平力成為確定和設計結(jié)構(gòu)體系的的關(guān)鍵問題。高層建筑中常用的結(jié)構(gòu)體系有框架、剪力墻、框架-剪力墻、筒體以及它們的組合。

（1）框架結(jié)構(gòu)體系是由梁、柱構(gòu)件通過節(jié)點連接構(gòu)成，既承受豎向荷載，也承受水平荷載的結(jié)構(gòu)體系。這種體系適用于多層建筑及高度不大的高層建筑。

框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是建筑平面布置靈活，可以做成有較大空間的會議室、餐廳、車間、營業(yè)室、教室等。需要時，可用隔斷分隔成小房間，或拆除隔斷改成大房間，因而使用靈活。外墻用非承重構(gòu)件，可使立面設計靈活多變。

框架結(jié)構(gòu)可通過合理的設計，使之具有良好的抗震性能。但由于高層框架側(cè)向剛度較小，結(jié)構(gòu)頂點位移和層間相對位移較大，使得非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如填充墻、建筑裝飾、管道設備等）在地震時破壞較嚴重，這是它的主要缺點，也是限制框架高度的原因，一般控制在10～15層。

框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件類型少，易于標準化、定型化；可以采用預制構(gòu)件，也易于采用定型模板而做成現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，有時還可以采用現(xiàn)澆柱及預制梁板的半現(xiàn)澆半預制結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的整體性好，抗震性能好，在地震區(qū)應優(yōu)先采用。

（2）剪力墻結(jié)構(gòu)體系

剪力墻結(jié)構(gòu)體系是利用建筑物墻體承受豎向與水平荷載，并作為建筑物的圍護及房間分隔構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系。

剪力墻在抗震結(jié)構(gòu)中也稱抗震墻。它在自身平面內(nèi)的剛度大、強度高、整體性好，

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高層建筑結(jié)構(gòu)講義復習思考題

在水平荷載作用下側(cè)向變形小，抗震性能較強。在國內(nèi)外歷次大地震中，剪力墻結(jié)構(gòu)體系表現(xiàn)出良好的抗震性能，且震害較輕。因此，剪力墻結(jié)構(gòu)在非地震區(qū)或地震區(qū)的高層建筑中都得到了廣泛的應用。在地震區(qū)15層以上的高層建筑中采用剪力墻是經(jīng)濟的，在非地震區(qū)采用剪力墻建造建筑物的高度可達140m。目前我國10～30層的高層住宅大多采用這種結(jié)構(gòu)體系。剪力墻結(jié)構(gòu)采用大模板或滑升模板等先進方法施工時，施工速度很快，可節(jié)省大量的砌筑填充墻等工作量。

剪力墻結(jié)構(gòu)的墻間距不能太大，平面布置不靈活，難以滿足公共建筑的使用要求；此外，剪力墻結(jié)構(gòu)的自重也比較大。為滿足旅館布置門廳、餐廳、會議室等大面積公共房間，以及在住宅底層布置商店和公共設施的要求，可將剪力墻結(jié)構(gòu)底部一層或幾層的部分剪力墻取消，用框架來代替，形成底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)和大底盤、大空間剪力墻結(jié)構(gòu)；標準層則可采用小開間或大開間結(jié)構(gòu)。當把底層做成框架柱時，成為框支剪力墻結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)體系，由于底層柱的剛度小，上部剪力墻的剛度大，形成上下剛度突變，在地震作用下底層柱會產(chǎn)生很大的內(nèi)力及塑性變形，致使結(jié)構(gòu)破壞較重。因此，在地震區(qū)不允許完全使用這種框支剪力墻結(jié)構(gòu)，而需設有部分落地剪力墻。

（3）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系是在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻所組成的結(jié)構(gòu)體系。由于框架結(jié)構(gòu)具有側(cè)向剛度差，水平荷載作用下的變形大，抗爭水平荷載能力較低的缺點，但又具有平面布置較靈活、可獲得較大的空間、立面處理易于變化的優(yōu)點；剪力墻結(jié)構(gòu)則具有強度和剛度大，水平位移小的優(yōu)點與使用空間受到限制的缺點。將這兩種體系結(jié)合起來，相互取長補短，可形成一種受力特性較好的結(jié)構(gòu)體系-框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。剪力墻可以單片分散布置，也可以集中布置。

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系在水平荷載作用下的主要特征：

1）受力狀態(tài)方面，框架承受的水平剪力減少及沿高度方向比較均勻，框架各層的梁、柱彎矩值降低，沿高度方向各層梁、柱彎矩的差距減少，在數(shù)值上趨于接近。

2）變形狀態(tài)方面，單獨的剪力墻在水平荷載作用下以彎曲變形為主，位移曲線呈彎曲型；而單獨的框架以剪切變形為主，位移曲線呈剪切型；當兩者處于同一體系，通過樓板協(xié)同工作，共同抗爭水平荷載，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系的變形曲線一般呈彎剪型。

由于上述變形和受力特點，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度和承載力較框架結(jié)構(gòu)都有明顯的提高，在水平荷載作用下的層間變形減小，因而減小了非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞。在我國，

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高層建筑結(jié)構(gòu)講義復習思考題

無論在地震區(qū)還是非地震區(qū)的高層建筑中，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系得到了廣泛的應用。

（4）筒體結(jié)構(gòu)體系

筒體結(jié)構(gòu)為空間受力體系。筒體的基本形式有三種：實腹筒、框筒及桁架筒。用剪力墻圍成的筒體稱為實腹筒。在實腹筒的墻體上開出大量規(guī)則的窗洞所形成的開孔筒體稱為框筒，它實際上是由密排柱和剛度很大的窗裙梁形成的密柱深梁框架圍成的筒體。假使筒體的四壁是由豎桿和斜桿形成的桁架組成，則成為桁架筒；假使體系是由上述筒體單元所組成，稱為筒中筒或組合筒。尋常由實腹筒做內(nèi)部核心筒，框筒或桁架筒做外筒。筒體最主要的受力特點是它的空間受力性能。無論哪一種筒體，在水平力作用下都可以看成固定于基礎上的箱形懸臂構(gòu)件，它比單片平面結(jié)構(gòu)具有更大的抗側(cè)剛度和承載力，并具有很好的抗扭剛度。因此，該種體系廣泛應用于多功能、多用途，層數(shù)較多的高層建筑中。

4．何謂“概念設計〞？什么狀況下還要正確運用“概念設計〞？哪些方面須用概念設計的方法加以正確處理？

答：“概念設計〞是指對一些難以做出確切計算分析，或在某些規(guī)程中難以具體規(guī)定的問題，應當由設計人員運用概念進行判斷和分析，以便采取相應的措施，做到比較合理地進行結(jié)構(gòu)設計。

理論與實踐均說明，一個先進而合理的設計，不能僅依靠力學分析來解決。由于對于較繁雜的高層建筑，某些部位無法用解析方法確切計算；特別是在地震區(qū)，地震作用的影響因素好多，要求確切計算是不可能的。因此，不能僅僅依靠于“計算設計〞，還要正確運用“概念設計〞。

須用概念設計的方法加以正確處理的方面：結(jié)構(gòu)平面布置、結(jié)構(gòu)豎向布置、變形縫的設置、基礎設計。

結(jié)構(gòu)概念設計是保證結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良抗震性能的一種方法。概念設計包含極為廣泛的內(nèi)容，選擇對抗震有利的結(jié)構(gòu)方案和布置，采取減少扭轉(zhuǎn)和加強抗扭剛度的措施，設計延性結(jié)構(gòu)和延性結(jié)構(gòu)構(gòu)件，分析結(jié)構(gòu)薄弱部位，并采取相應的措施，避免薄弱層過早破壞，防止局部破壞引起連鎖效應，避免設計靜定結(jié)構(gòu)，采取二道防線措施等等。應當說，從方案、布置、計算到構(gòu)件設計、構(gòu)造措施每個設計步驟中都貫穿了抗震概念設計容

5．結(jié)構(gòu)平面布置與結(jié)構(gòu)豎向布置有哪些要求？

答：（1）結(jié)構(gòu)平面布置

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高層建筑結(jié)構(gòu)講義復習思考題

高層建筑的開間、進深尺寸和選用的構(gòu)件類型應符合建筑模數(shù)，以利于建筑工業(yè)化。在一個獨立的結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，宜使結(jié)構(gòu)平面形狀和剛度均勻?qū)ΨQ。需要抗震設防的高層建筑，其平面布置應符合以下要求：

1）平面宜簡單、規(guī)則、對稱、減少偏心；

2）平面長度L不宜過長，突出部分長度l不宜過長，L、l值宜滿足教材表1－3的要求；

3）不宜采用角部重疊的平面圖形或細腰形平面圖形。（2）結(jié)構(gòu)豎向布置

高層建筑中控制側(cè)向位移往往成為結(jié)構(gòu)設計的主要控制因素。而且隨著高度增加，傾覆力矩也相應迅速增大。因此，高層建筑的高寬比H/B不宜過大。一般將高寬比H/B控制在5～6以下，H是指建筑物地面到檐口高度，B是指建筑物平面的短方向總寬。當設防烈度在8度以上時，H/B限制應更嚴格一些。

高層建筑的豎向體型宜規(guī)則、均勻，避免有過大的外挑和內(nèi)收，這些應遵循《高層規(guī)程》中的具體規(guī)定。2．什么是風荷載？返回

答：風受到地面上各種建筑物的阻礙和影響，風速會改變，并在建筑物表面上形成壓力或吸力，這種風力的作用稱為風荷載。

3．什么是基本風壓值w0、風載體型系數(shù)?s、風壓高度變化系數(shù)?z、風振系數(shù)?z返回

答：（1）基本風壓值w0

基本風壓值w0系以當?shù)乇容^空曠平坦地面上離地10m高統(tǒng)計所得的重現(xiàn)期為50年

2一遇10min平均最大風速v0（m/s）為標準，按w0=v0/1600確定的風壓值。它應根據(jù)

現(xiàn)行《荷載規(guī)范》中“全國基本風壓分布圖〞采用，但不得小于0.3kN/㎡。

（2）風載體型系數(shù)?s

風載體型系數(shù)?s是指實際風壓與基本風壓的比值。它描述的是建筑物表面在穩(wěn)定風壓作用下靜態(tài)壓力的分布規(guī)律，主要與建筑物的體型與尺度有關(guān)，也與周邊環(huán)境和地面粗糙度有關(guān)。當風流經(jīng)建筑物時，對建筑物不同部位會產(chǎn)生不同的效果，即產(chǎn)生壓力和吸力。

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高層建筑結(jié)構(gòu)講義復習思考題

yh??y0?y1?y2?y3??h（X-8）

式中，y為反彎點距柱下端的高度與柱全高的比值（簡稱反彎點高度比），y1為考慮上、下橫梁線剛度不相等時引入的修正值，y2、y3為考慮上層、下層層高變化時引入的修正值，h為該柱的高度（層高）。

為了便利使用，系數(shù)y0、y1、y2和y3已制成表格，可通過查表的方式確定其數(shù)值。15．在水平荷載作用下框架內(nèi)力計算門架法的具體計算方法？答：1）.門架法適用條件

層數(shù)在25層以內(nèi)；

高寬比不大于4；(限定框架為中等柔度）

2）.基本假定

(1)梁,柱的反彎點位于它們的中點；

(2)柱中點處的水平剪力按各柱支承框架梁的長度與框架總寬度之比進行分派．

3）計算過程：與反彎點法一致。

17．框架在水平荷載作用下側(cè)移的變形特點如何？其總的側(cè)移如何計算？

答：框架結(jié)構(gòu)側(cè)移的變形特點：

假使只考慮梁柱桿件彎曲產(chǎn)生的側(cè)移，則側(cè)移曲線的變形形狀愈終究層，相鄰兩點間的相對變形愈大，當q向右時，曲線凹向左?？煞Q為剪切型變形曲線。

假使只考慮柱軸向變形形成的側(cè)移，則側(cè)移曲線的變形愈到頂層，變形愈大，當q向右時，曲線凹向右?？煞Q為彎曲型變形曲線。

框架在水平荷載作用下的總側(cè)移，可近似地看做由梁柱彎曲變形和柱的軸向變形所引起側(cè)移的疊加。總體上框架是剪切型的變形曲線。

19．簡述框架抗震設計的基本原則并舉例說明在設計要求上如何表達。抗震設計的的基本原則：強柱弱梁，強剪弱彎，強節(jié)點，強錨固?？拐鹪O計基本原則在設計時的表達：

“強柱弱梁〞――一、二、三級框架的柱端彎矩，剪力均進行放大調(diào)整；“強剪弱彎〞――一、二、三級框架的梁，剪力均進行放大調(diào)整；框架梁柱的兩端均設置箍筋加密區(qū)。

“強節(jié)點，強錨固〞――一、二級框架節(jié)點進行節(jié)點抗剪驗算，為了加強錨固，規(guī)范

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明確規(guī)定了鋼筋在不同節(jié)點錨固的構(gòu)造要求。26.框架梁、柱箍筋加密區(qū)的長度如何確定？

梁：二級，三級框架：梁端1.5h,500二者中選大者；柱箍筋加密區(qū)范圍

長柱箍筋加密區(qū)范圍取柱凈高的1/6、柱截面高度h、500mm三者中的較大值。短柱及角柱：沿柱子全高加密箍筋。

短柱：柱的長細比不大于4的柱子。（由于它的線剛度大，在地震作用下會產(chǎn)生較大的剪力，簡單產(chǎn)生斜向或交織的剪切裂縫，其破壞是脆性的）。

27.框架柱的軸壓比限值？

抗震等級：一級；二級；三級；框架柱：0.70.80.9

32．什么是強柱弱梁？是不是當柱子的截面大于梁的截面或柱子線剛度大于梁的線剛度就是強柱弱梁？什么是強剪弱彎？設計中如何實現(xiàn)強剪弱彎？

答：控制梁、柱的相對承載力，使塑性鉸首先在梁端出現(xiàn)，盡量避免或減少柱子中的塑性鉸，底層柱柱根的塑性鉸較晚形成，各層柱子的屈服順序應錯開，不要集中在某一層。這就是強柱弱梁。

當柱子的截面大于梁的截面或柱子線剛度大于梁的線剛度均不是強柱弱梁。在進行框架梁、柱設計時，應使構(gòu)件的受剪承載力大于其受彎承載力，使構(gòu)件發(fā)生延性較好的彎曲破壞，避免發(fā)生延性較差的剪切破壞，而且保證構(gòu)件在塑性鉸出現(xiàn)之后也不過早剪壞，這就是“強剪弱彎〞的設計原則，它實際上是控制構(gòu)件的破壞形態(tài)。

設計中，將剪力設計值乘以增大系數(shù)，實現(xiàn)強剪弱彎，推遲剪切破壞。

33．哪些截面是框架梁、柱的內(nèi)力控制截面？

答：框架在恒載、樓面活荷載、屋面活荷載、風荷載作用下的內(nèi)力求出以后，要計算各主要截面可能發(fā)生的最不利內(nèi)力。這種計算各主要截面可能發(fā)生的最不利內(nèi)力的工作，稱之為內(nèi)力組合。

框架每一根桿件都有許多截面，內(nèi)力組合只需在每根桿件的幾個主要截面進行。這幾個主要截面的內(nèi)力求出后，按此內(nèi)力進行桿件的配筋便可以保證此桿件有足夠的可靠度。這些主要截面稱之為桿件的控制截面。

每一根梁一般有三個控制截面：左端支座截面、跨中截面和右端支座截面。而每一根柱一般只有兩個控制截面：柱頂截面和柱底截面。

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36.為什么梁、柱構(gòu)件應按“強剪弱彎〞設計？

答：梁、柱剪切破壞是脆性破壞，延性小，力-變形滯回曲線“捏攏〞嚴重，構(gòu)件的耗能能力差；而彎曲破壞為延性破壞，滯回曲線呈“梭形〞或捏攏不嚴重，構(gòu)件的耗能能力大。因此，梁、柱構(gòu)件應按〞強剪弱彎“設計。

37.影響水平荷載下柱反彎點位置的主要因素是什么？

答：柱反彎點位置與柱端轉(zhuǎn)角有關(guān)，即與柱端約束有關(guān)。當兩端固定時，或兩端轉(zhuǎn)角相等時，反彎點在柱中點；當柱一端約束較小，即轉(zhuǎn)角較大時，反彎點向該端靠近，極端狀況為一端鉸接，彎矩為0，即反彎點在鉸接端，規(guī)律就是反彎點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。

//第五章剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計算1．剪力墻結(jié)構(gòu)體系的特點是什么？

答：剪力墻承受豎向荷載及水平荷載的能力都較大。其特點是整體性好，側(cè)向剛度大，水平力作用下側(cè)移小，并且由于沒有梁、柱等外露與凸出，便于房間內(nèi)部布置。缺點是不能提供大空間房屋，結(jié)構(gòu)延性較差。

當?shù)叵率一蛳虏恳粚?、幾層，需要大空間時（如商場、停車庫等）即形成部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)。在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)兩種不同結(jié)構(gòu)的過渡層必需設置轉(zhuǎn)換層。

剪力墻結(jié)構(gòu)由于承受豎向力、水平力的能力均較大，橫向剛度大，因此可以建造比框架結(jié)構(gòu)更高、更多層數(shù)的建筑，但是只能以小房間為主的房屋，如住宅、賓館、單身宿舍。而賓館中需要大空間的門廳、餐廳、商場等往往設置在另外的建筑單元中。

為了適用任何方向的水平力（或地震作用），因此對于矩形平面，剪力墻在縱橫雙向均應設置；對于圓形平面，剪力墻應沿徑向及環(huán)向設置；三角形平面，宜沿三個主軸方向設置剪力墻。

剪力墻結(jié)構(gòu)在水平力作用下側(cè)向變形的特征為彎曲型。2．剪力墻主要承受哪兩類荷載？

答：剪力墻主要承受兩類荷載：一類是樓板傳來的豎向荷載，在地震區(qū)還應包括豎

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高層建筑結(jié)構(gòu)講義復習思考題

向地震作用的影響；另一類是水平荷載，包括水平風荷載和水平地震作用。3．剪力墻在水平荷載作用下計算時作了什么假定？有何實際意義？

答：剪力墻結(jié)構(gòu)是一個比較繁雜的空間結(jié)構(gòu)，為了簡化，剪力墻在水平荷載作用下計算時，作如下假定：

（1）樓板在其自身平面內(nèi)的剛度極大，可視其為剛度無限大的剛性樓蓋；（2）剪力墻在其自身平面內(nèi)的剛度很大，而在其平面外的剛度又微小，可忽略不計。因此可以把空間結(jié)構(gòu)化作平面結(jié)構(gòu)處理，即剪力墻只承受在其自身平面內(nèi)的水平荷載。

基于以上兩個假定，剪力墻結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下可按各片剪力墻的等效抗彎剛度分派水平力給各片剪力墻，然后分別進行內(nèi)力和位移計算。同時，現(xiàn)行國家標準《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3－2023）為考慮縱、橫墻的共同工作，將縱墻的一部分作為橫墻的有效翼緣，橫墻的一部分也可以作為縱墻的有效翼緣。

7．各類剪力墻內(nèi)力與位移計算要點如何？（計算重點：整體墻，小開口墻，壁式框架）

答：各類剪力墻內(nèi)力與位移計算要點：1)整體剪力墻

對于整體剪力墻，在水平荷載作用下，根據(jù)其變形特征（截面變形后仍符合平面假定），可視為一整體的懸臂彎曲桿件，用材料力學中懸臂梁的內(nèi)力和變形的基本公式進行計算。

（1）內(nèi)力計算

整體墻的內(nèi)力可按上端自由，下端固定的懸臂構(gòu)件，用材料力學公式，計算其任意截面的彎矩和剪力?？偹胶奢d可以按各片剪力墻的等效抗彎剛度分派，然后進行單片剪力墻的計算。

剪力墻的等效抗彎剛度（或叫等效慣性矩）就是將墻的彎曲、剪切和軸向變形之后的頂點位移，按頂點位移相等的原則，折算成一個只考慮彎曲變形的等效豎向懸臂桿的剛度。

（2）位移計算

整體墻的位移，如墻頂端處的側(cè)向位移，同樣可以用材料力學的公式計算，但由于剪力墻的截面高度較大，故應考慮剪切變形對位移的影響。當開洞時，還應考慮洞口對位移增大的影響。

2)小開口整體剪力墻

小開口墻是指門窗洞口沿豎向成列布置，洞口的總面積雖超過墻總面積的15％，但

14高層建筑結(jié)構(gòu)復習題參考答案2023.12(共72頁)

高層建筑結(jié)構(gòu)講義復習思考題

仍屬于洞口很小的開孔剪力墻。通過試驗發(fā)現(xiàn)，小開口剪力墻在水平荷載作用下的受力性能接近整體剪力墻，其截面在受力后基本保持平面，正應力分布圖形也大體保持直線分布，各墻肢中僅有少量的局部彎矩；沿墻肢高度方向，大部分樓層中的墻肢沒有反彎點。在整體上，剪力墻仍類似于豎向懸臂桿件。就為利用材料力學公式計算內(nèi)力和側(cè)移提供了前提，再考慮局部彎曲應力的影響，進行修正，則可解決小開口剪力墻的內(nèi)力和側(cè)移計算。

首先將整個小開口剪力墻作為一個懸臂桿件，按材料力學公式算出標高z處的總彎

矩MFZ、總剪力VFZ和基底剪力V0。（圖2）

圖2

其次，將總彎矩分為兩部分：1）產(chǎn)

生整2）產(chǎn)

'體彎曲的總彎矩MFZ（占總彎矩的85％），

生局部彎曲的總彎矩（占15％）。

（1）墻肢彎矩計算

'第i墻肢受到的整體彎曲的彎矩MZi為:

圖3小開口整體剪力墻內(nèi)力圖

''MZi?MFZIiI?0.85MFZiII（1）

式中Ii——墻肢i的慣性矩；

I——剪力墻整個截面的慣性矩第i墻肢受到的局部彎曲的彎矩M''Zi

'M''Zi?MFZIi?0.15MFZIIi?I

i15高層建筑結(jié)構(gòu)復習題參考答案2023.12(共72頁)

高層建筑結(jié)構(gòu)講義復習思考題

第i墻肢受到的彎矩MZi

MZi?0.85MFZIi?0.15MFZIIi?I

i（2）墻肢剪力計算

墻肢剪力，底層按墻肢截面面積分派；其余各層墻肢剪力，可按材料力學公式計算截面面積和慣性矩比例的平均值分派剪力，第i墻肢分派到的剪力VZi可近似地表達為：

?AI1VZi?VFZ?i?i??A?I2ii???（2）??式中，Ai為墻肢截面面積。

（3）頂點位移計算

考慮到開孔后剛度的減弱，應將整體墻的水平位移計算結(jié)果乘1.20。3)雙肢剪力墻

聯(lián)肢墻由于門窗洞口尺寸較大，墻截面上的正應力不再成直線分布，其受力和變形發(fā)生了變化，墻肢的線剛度比連梁的線剛度大得多，每根連梁中部有反彎點，各墻肢單獨彎曲作用較顯著，僅在少數(shù)層內(nèi)墻肢出現(xiàn)反彎點，故需采用相應方法分析。

墻面上開有一排洞口的墻稱雙肢墻；當開有多排洞口時，稱多肢墻。

雙肢墻由于連系梁的連結(jié)，而使雙肢墻結(jié)構(gòu)在內(nèi)力分析時成為一個高次超靜定的問題。為了簡化計算，一般可用解微分方程的方法（連續(xù)連桿法）計算。

（1）基本假定

a）將每一樓層處的連系梁簡化為均勻連續(xù)分布的連桿，見圖4；

圖4雙肢剪力墻計算圖

b）忽略連系梁的軸向變形，即假定兩墻肢在同一標高處的水平位移相等；c）假定兩墻肢在同一標高處的轉(zhuǎn)角和曲率相等，即變形曲線一致；d）假定各連系梁的反彎點在該連系梁的中點；

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高層建筑結(jié)構(gòu)講義復習思考題

f）認為雙肢墻的層高h、慣性矩I1、I2；截面積A1、A2；連系梁的截面積Al和慣性矩Il等參數(shù)，沿墻高度方向均為常數(shù)。

根據(jù)以上假定，可得雙肢墻的計算簡圖，如圖4（b）所示。（2）內(nèi)力及側(cè)移計算

將連續(xù)化后的連續(xù)梁沿中線切開，見圖4（c），由于跨中為反彎點，故切開后在截面上只有剪力集度V（z）及軸力集度Nl?z?。根據(jù)外荷載、V（z）及Nl?z?共同作用下，沿V（z）方向的相對位移等于零的變形協(xié)調(diào)條件，可建立一個二階常系數(shù)非齊次線性微分方程，考慮邊界條件后，可求得微分方程的解，進而可求得雙肢剪力墻在水平荷載作用下的內(nèi)力和側(cè)移。

4)多肢剪力墻

具有多于一排且排列整齊的洞口時，就成為多肢剪力墻。多肢墻也可以采用連續(xù)連桿法求解，基本假定和基本體系取法都和雙肢墻類似。由于墻肢及洞口數(shù)目比雙肢墻多，因此沿豎向切口的基本未知量將相應增多。在每個連梁切口處建立一個變形協(xié)調(diào)方程，則可建立k個微分方程。要注意，在建立第i個切口處協(xié)調(diào)方程時，除了i跨連梁內(nèi)力影響外，還要考慮第i-1跨連梁內(nèi)力和第i+1跨連梁內(nèi)力對i墻肢的影響，這是與雙肢剪力墻的一個明顯區(qū)別。5)壁式框架

答：剪力墻開洞較大，連梁剛度與墻肢剛度接近，受力特點接近框架結(jié)構(gòu)，

壁式框架在水平荷載作用下內(nèi)力計算采用D值法，其與框架內(nèi)力計算的區(qū)別有兩點，1）因墻肢截面較寬，考慮了剪切變形的影響；2）因剛域的存在。壁式框架的節(jié)點不能象框架按一個“點〞而是按一個“區(qū)〞彎曲變形與剪切變形均很小的剛域考慮，壁式框架的梁柱均為帶剛域的變截面桿。

壁梁與壁柱均按具體計算時，是修正了壁柱的抗側(cè)剛度，D=αcki12/h2,修正了反彎點的位置。Y=a+syn+y1+y2+y3

10當墻高、墻寬、墻厚及水平荷均一致但因開洞不同分別為四種剪力墻時、請對以下四項由小至大進行排序。

a)開洞；b)抗側(cè)剛度；c)墻的整體性；d)墻頂點最大水平位移。11．壁式框架與框架結(jié)構(gòu)在計算內(nèi)力時，采用D值法有何區(qū)別？

由于壁柱和壁梁的截面都比較寬，剪切變形的影響是不可忽略的；k117高層建筑結(jié)構(gòu)復習題參考答案2023.12(共72頁)

高層建筑結(jié)構(gòu)講義復習思考題

在梁柱節(jié)點處有剛域存在。壁式框架是桿件端部帶有剛域的變截面剛架。其計算方法可以采用D值法，但是需要對梁、柱剛度和柱子反彎點高度進行修正。帶剛域桿件的剛度系數(shù)為：

梁：左端：K右端：12?ci（此剛度系數(shù)在計算柱D值的影響系數(shù)時要用到）。

壁柱的抗推剛度D計算式為

'12c?cD??Kc2Kc?i(1?ah?b)(1?a?b)2c?c'?(1?a?b)3(1??i)(1?a?b)3(1??i)

K21?c'ikck3k2bh

h

h’

yhk4ah?i——考慮剪切變形影響后的附加系數(shù)，

12?EI?i?GAl'2壁柱反彎點高度比按下式計算：

y?a?syn?y1?y2?y3式中，a——柱子下端剛域長度系數(shù)；

s——壁柱扣除剛域部分柱子凈高與層高的比值(s=h’/h)；其他符號意義同框架計算一致。

12．劃分剪力墻類別，主要考慮哪兩個方面？分別用什么來表示？各類剪力墻如何劃分？

答：劃分剪力墻類別，主要考慮兩個方面：一是各墻肢之間的整體性；二是是否出現(xiàn)反彎點，出現(xiàn)反彎點層數(shù)越多，就越接近框架。

?值實際上反映了連系梁與墻肢之間剛度的比值，表達了整個剪力墻的整體性。連梁剛度大而墻肢剛度相對較小時，?值大，連梁對墻肢的約束強，剪力墻的整體性好；反之則差。

墻肢是否出現(xiàn)反彎點，與墻肢慣性矩的比值若

In，整體性系數(shù)?，層數(shù)n等因素有關(guān)。IInI小，說明洞口狹窄，截面減弱較小；反之，若n大，則洞口大，截面減弱大。當II18高層建筑結(jié)構(gòu)復習題參考答案2023.12(共72頁)

高層建筑結(jié)構(gòu)講義復習思考題

In由小到大，且大到一定程度時，剪力墻墻肢則表現(xiàn)出框架柱的受力特點，出現(xiàn)反彎I點。根據(jù)墻肢彎矩是否出現(xiàn)反彎點的分析，給出了其次個判別準則。???，N?值可查表1。

各類剪力墻劃分如下：

若?（整體性系數(shù)）高層建筑結(jié)構(gòu)講義復習思考題

會在二者之間產(chǎn)生相互作用力，導致框架與剪力墻的荷載和剪力分派沿結(jié)構(gòu)高度方向不斷變化，且荷載分布形式與外荷載形式也不一致。

圖2為均布荷載作用下，框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的荷載分派示意圖。從圖中不難看出，剪力墻下部承受的荷載大于外荷載，到了上部，荷載逐漸減小，頂部作用有反向的集中力。而框架下部承受的荷載明顯小于剪力墻承受的荷載，且與外荷載作用方向相反，說明框架在下部實際上是加大了對剪力墻的負擔；越往上部，框架承受的荷載逐漸變?yōu)榕c外荷載作用方向一致，說明框架在上部對剪力墻起卸荷作用；框架頂部亦作用有集中力，它與剪力墻上部的集中力大小相等，方向相反。

3．框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力分布有何特點？

答：框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力分布特點：

在均布水平荷載作用下，樓層的總剪力是按三角形分布的（圖3（b）），框架和剪力墻分派到的層剪力分別如圖（c）、（d）所示。剪力墻在下部承受大部分剪力，往上迅速減小，到上部可能出現(xiàn)負剪力；而框架的剪力在下部很小，向上層剪力增大，在結(jié)構(gòu)的中部大約距結(jié)構(gòu)底部0.3H～0.6H處（H為結(jié)構(gòu)總高），達到最大值，然后又逐漸減小，但上部的層剪力依舊相對較大。因此，框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力分布具有如下特點：

1）框架上下各層的層剪力趨于均勻，而剪力墻上下各層剪力很不均勻。

均布荷載作用下，單純框架所承受的水平剪力上小下大。而在框剪結(jié)構(gòu)中，由于剪力墻分擔水平剪力的作用，使框架的受力狀況和內(nèi)力分布得到改善。主要表現(xiàn)為，框架在房屋上部所承受的水平剪力有所增加，在框架下部所承受的水平剪力減小，結(jié)果是框架承受的水平剪力上、下分布比較均勻（圖3（d）），沿高度方向各層梁柱彎矩的差距減小，截面尺寸不致有過大的變化，有利于減少構(gòu)件的規(guī)格型號。

2）框架剪力Vf與剪力墻剪力Vw的分派比例隨截面所在位置的不同而不斷變化。其中，剪力墻在下部受力較大，而框架在中部受力較大，所以設計框剪結(jié)構(gòu)時應著重底部和中部。

3）結(jié)構(gòu)的頂部，盡管外荷載所產(chǎn)生的總剪力應當?shù)扔诹悖蚣芎图袅Φ捻敳考袅粸榱?，它們大小相等，方向相反。這是由于相互間在頂部有集中力作用（圖2）的起因。

在框架結(jié)構(gòu)中，層剪力按各柱的抗側(cè)剛度在各柱間分派；在剪力墻結(jié)構(gòu)中，層剪力按各片墻的等效抗彎剛度在各片墻間分派；但在框－剪結(jié)構(gòu)中，水平力卻按著協(xié)同工作

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高層建筑結(jié)構(gòu)講義復習思考題

進行分派。

此外，框架和剪力墻之間的協(xié)同工作是借助于樓蓋結(jié)構(gòu)平面內(nèi)的剪力傳遞實現(xiàn)的，這就要求樓板應能傳遞剪力，因此，在框剪結(jié)構(gòu)中，樓蓋結(jié)構(gòu)的整體性和平面內(nèi)剛度必需得到保證，特別頂層還要傳遞相互作用的集中剪力。這是設計時應當注意的地方。

4．框架一--剪力墻協(xié)同工作具有哪些特點？

答：框架一剪力墻協(xié)同工作具有以下特點：（1）在房屋的上部，框架“幫〞剪力墻

在房屋的上部（即A點以上），單獨剪力墻的變形大于單獨框架的變形。但在框架—--剪力墻結(jié)構(gòu)中，由于樓板的約束作用使得框架和剪力墻共同變形，兩者變形協(xié)調(diào)后，剪力墻的變形從a減小到c，而框架的變形從b加大到c，這說明在結(jié)構(gòu)的上部，框架將剪力墻向里拉，變形減小，從而剪力墻的受力要比單獨受力時小，而框架的受力恰好相反，比單獨受力時加大，因此，在房屋的上部，框架幫了剪力墻的忙。

（2）在房屋的下部，剪力墻“幫〞框架

在房屋下部(即A點以下)，狀況剛好相反，是剪力墻幫了框架的忙。由于剪力墻的剛度遠遠大于框架的剛度，這種“幫忙〞的作用就十分顯著，剪力墻承受了大部分剪力，而框架卻只承受小部分剪力。因此，在地震作用下，尋常是剪力墻首先屈服，之后將產(chǎn)生內(nèi)力重分派，框架承受的剪力比例將會增加。假使地震作用繼續(xù)增大，則框架也會隨后進入屈服狀態(tài)。因此，框架—--剪力墻結(jié)構(gòu)中，可將剪力墻作為第一道防線，框架作為其次道防線。

(a)總荷載(b)總剪力Vp(c)框—剪結(jié)構(gòu)中剪力墻剪力V