第2章 高层建筑结构体系与布置思考题
1. 何为结构体系？高层建筑结构体系大致有哪几类？选定结构体系主要考虑的因素有哪些？ 2. 试述各种结构体系的优缺点，受力和变形特点，适用层数和应用范围。
3. 在抗震结构中为什么要求平面布置简单、规则、对称，竖向布置刚度均匀？怎样布置可以使平面内刚度均匀，减小水平荷载引起的扭转？沿竖向布置可能出现哪些刚度不均匀的情况？高层建筑结构平面、竖向不规则有哪些类型？
4. 防震缝、伸缩缝和沉降缝在什么情况下设置？各种缝的特点和要求是什么？在高层建筑结构中，特别是抗震结构中，怎么处理好这3种缝？
5. 框架-剪力墙结构与框架-筒体结构有何异同？哪一种体系更适合于建造较高的建筑？为什么？ 6. 框架-筒体结构与框筒结构有何区别？
7. 高层建筑结构总体布置的原则是什么?框剪结构体系A级高度的最大高宽比在设防烈度为6、7、8度时为多少？
8．高层建筑的基础都有哪些形式？在选择基础形式及埋置深度时，高层建筑与多、低层建筑有什么不同？高层建筑的基础埋深有什么要求？
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第3章 高层建筑结构的荷载和地震作用 [例题] 某高层建筑剪力墙结构，上部结构为38层，底部1-3层层高为4m,其他各层层高为3m，室外地面至檐口的高度为120m，平面尺寸为30m?40m，地下室采用筏形基础，埋置深度为12m，如图3.2.4(a)、(b)所示。已知基本风压为w0?0.45kNm2，建筑场地位于大城市郊区。已计算求得作用于突出屋面小塔楼上的风荷载标准值的总值为800kN。为简化计算，将建筑物沿高度划分为六个区段，每个区段为20m，近似取其中点位置的风荷载作为该区段的平均值，计算在风荷载作用下结构底部（一层）的剪力和筏形基础底面的弯矩。 （a） （b） （c） 图3.2.4 高层结构外形尺寸及计算简图 解：（1）基本自振周期：根据钢筋混凝土剪力墙结构的经验公式，可得结构的基本周期为： T1?0.05n?0.05?38?1.90s w0T12?0.45?1.92?1.62kN?s2m2 （2）风荷载体型系数：对于矩形平面，由附录1可求得 ?s1?0.80 ?s2???0.48?0.03??H?120??????0.48?0.03????0.57 L?40??（3）风振系数：由条件可知地面粗糙度类别为B类，由表3.2.2可查得脉动增大系数??1.502。脉动影响系数?根据H/B和建筑总高度H由表3.2.3确定，其中B为迎风面的房屋宽度，由H/B=3.0可从表3.2.3经插值求得??0.478；由于结构属于质量和刚度沿高度分布比较均匀的弯剪型结构，可近似采用振型计算点距室外地面高度z与房屋高度H的比值，即?z?Hi/H，Hi为第i层标高；H为建筑总高度。则由式（3.2.8）可求得风振系数为： ?z?1?? ? ?z??Hi1.502?0.478Hi ?1???1???z?zH?zH（4）风荷载计算：风荷载作用下，按式（3.2.1）可得沿房屋高度分布的风荷载标准值为： q(z)=0.45×(0.8+0.57)×40?z?z=24.66?z?z 按上述公式可求得各区段中点处的风荷载标准值及各区段的合力见表3.2.4，如图3.2.4(c)所示。 表3.2.4 风荷载作用下各区段合力的计算 区段 突出屋面 6 5 4 3 2 1 Hi(m) 110 90 70 50 30 10 HiH 0.917 0.750 0.583 0.417 0.250 0.083 ?z 2.15 2.02 1.86 1.67 1.42 1.00 ?z 1.306 1.267 1.225 1.179 1.126 1.060 q(z)(kNm2) 69.24 63.11 56.19 48.55 39.43 26.14 区段合力Fi(kN) 800 1384.8 1262.2 1123.8 971.0 788.6 522.8 小
结
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（1）作用于高层建筑结构上的荷载可分为两类：竖向荷载，包括恒载和楼、屋面活荷载以及竖向地震作用；水平荷载，包括风荷载和水平地震作用。
（2）计算作用在高层建筑结构上的风荷载时，对主要承重结构和围护结构应分别计算。对高度大于30m且高宽比大于1.5的高层建筑结构，采用风振系数考虑脉动风压对主要承重结构的不利影响。
(3)计算高层建筑结构水平地震作用的基本方法是振型分解反应谱法，此法适用于任意体型、平面和高度的高层建筑结构。当建筑物高度不大且体型比较简单时，可采用底部剪力法计算。对于重要的或复杂的高层建筑结构，宜采用弹性时程分析法进行多遇地震作用下的补充计算。
思 考 题
（1）高层建筑结构设计时应主要考虑哪些荷载或作用？
（2）高层建筑结构的竖向荷载如何取值？进行竖向荷载作用下的内力计算时，是否要考虑活荷载的不利布置？为什么？
（3）结构承受的风荷载与哪些因素有关？和地震作用相比，风荷载有何特点
（4）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？ （5）什么是风振系数？在什么情况下需要考虑风振系数？如何取值？
（6）高层建筑结构自振周期的计算方法有哪些？为什么要对理论周期值进行修正？如何修正？各类结构基本周期的经验公式是什么？
（8）在进行抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应满足什么要求？
（9）水平荷载的作用方向如何确定？把空间结构简化为平面结构的基本假定是什么？ （10）计算总风荷载和局部风荷载的目的是什么？二者计算有何异同？
框架结构小结
（1）框架结构是多、高层建筑的一种主要结构形式。结构设计时，需首先进行结构布置和拟定梁、柱截面尺寸，确定结构计算简图，然后进行荷载计算、结构分析、内力组合和截面设计，并绘制结构施工图。
（2）竖向荷载作用下框架结构的内力可用分层法、迭代法等近似方法计算。分层法在分层计算时，将上、下柱远端的弹性支承改为固定端，同时将除底层外的其他各层柱的线刚度乘以系数0.9，相应地柱的弯矩传递系数由1/2改为1/3，底层柱和各层梁的线刚度不变且其弯矩传递系数仍为1/2。
（3）水平荷载作用下框架结构内力可用D值法、反弯点法等简化方法计算。其中D值法的计算精度较高，当梁、柱线刚度比大于3时，反弯点法也有较好的计算精度。
（4）D值是框架结构层间柱产生单位相对侧移所需施加的水平剪力，可用于框架结构的侧移计算和各柱间的剪力分配。D值是在考虑框架梁为有限刚度、梁柱节点有转动的前提下得到的，故比较接近实际情况。 影响柱反弯点高度的主要因素是柱上、下端的约束条件。柱两端的约束刚度不同，相应的柱端转角也不相等，反弯点向转角较大的一端移动，即向约束刚度较小的一端移动。D值法中柱的反弯点位置就是根据这种规律确定的。
（5）在水平荷载作用下，框架结构各层产生层间剪力和倾覆力矩。层间剪力使梁、柱产生弯曲变形，引起的框架结构侧移曲线具有整体剪切型变形特点；倾覆力矩使框架柱（尤其是边柱）产生轴向拉、压变形，引起的框架结构侧移曲线具有整体弯曲型变形特点。当框架结构房屋较高或其高宽比较大时，宜考虑柱轴向变形对框架结构侧移的影响。
思 考 题
（1） 简述分层法和迭代法的计算要点及步骤。
（2）D值的物理意义是什么？影响因素有哪些？具有相同截面的边柱和中柱的D值是否相同？具有相同截面及柱高的上层柱与底层柱的D值是否相同（假定混凝土弹性模量相同）？
（3）有一框架结构，假定楼盖的平面内刚度无穷大，用D值法分配层间剪力。先将层间剪力分配给每一榀平面框架，再分配到各平面框架的每根柱；或者用每根柱的D值与层间全部柱的∑D的比值将层间剪力直接分配给每根柱。这两种方法的计算结果是否相同？为什么？
（4）水平荷载作用下框架柱的反弯点位置与哪些因素有关？试分析反弯点位置的变化规律与这些因素的关系。如果与某层柱相邻的上层柱的混凝土弹性模量降低了，该层柱的反弯点位置如何变化？此时如何利用现有表
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格对标准反弯点位置进行修正？
（5）水平荷载作用下框架结构的侧移由哪两部分组成？各有何特点？为什么要进行侧移验算？如何验算？
剪力墙结构例题
[例题]某12层钢筋混凝土整体小开口剪力墙，如图6.6.3所示，混凝土强度等级为C25，承受倒三角形水平荷载。试计算其顶点位移和底层各墙肢的内力。 [解] 首先计算各墙肢的几何参数，见表6.6.1。 表6.6.1 各墙肢的几何参数计算 墙肢 1 2 3 图6.6.3 整体小开口墙 Aj(m2) 0.643 0.554 0.099 1.296 xj(m) 2.01 6.65 9.59 1.292 3.684 0.949 5.925 yj(m) 2.56 2.08 5.02 Ij(m4) 0.866 0.552 0.003 1.421 4.21 2.40 2.49 9.10 组合截面的形心轴坐标为 组合截面的惯性矩为各墙肢对组合截面形心轴的惯性矩之底层总弯矩和总剪力分别为Mi?6761.64kN?m，和，即 肢的内了附加
Vi?291.45kN。根据整体小开口墙的内力计算公式，可求得各墙力，见表6.6.2。由于墙肢3较细小，其弯矩还按式（6.6.6）计算弯矩。表中负值表示受压墙肢。 表6.6.2 各墙肢底层的内力分配 墙肢 1 2 0.496 0.427 0.609 0.388 0.156 0.110 0.082 0.052 各墙肢内力 底层墙肢内力 0.161Mi 0.102Mi 0.0006Mi+ 0.133Mi -0.094Mi 0.553Vi 0.408Vi (kN?m) 1088.6 689.7 (kN) 899.3 -635.6 (kN) 161.2 118.9 3 0.076 0.002 0.047 0.0003 0.039Vi -0.040Mi 0.039Vi 15.4 -270.5 11.4 剪力墙混凝土强度等级为C25，E?2.80?107kNm，故等效刚度为 可求得顶点位移为
剪力墙结构小结
（1）剪力墙可按洞口的大小、形状和位置划分为整截面墙、整体小开口墙、联肢墙和壁式框架等。对整截面墙、整体小开口墙和联肢墙，简化计算时，可采用等效刚度，它是按顶点位移相等的原则并用剪力墙截面弯曲刚度表达的剪力墙刚度，其中考虑了剪力墙的弯曲变形、剪切变形和轴向变形的影响。
（2）在水平荷载作用下，对剪力墙结构进行简化分析时，如假定楼盖在自身平面内的刚度为无限大、各片剪力墙只考虑其平面内刚度、结构无扭转，则可对结构的两个主轴方向分别进行计算。当结构计算单元内含有整截面墙、整体小开口墙和联肢墙时，各片剪力墙的内力可由总内力乘以等效刚度比确定；当结构单元内仅有壁式框架时，可按D值法进行计算；当壁式框架与其他类型的剪力墙同时存在时，可按框架-剪力墙结构的简化分析方法计算其内力与位移。 （3）整截面墙可视为上端自由、下端固定的竖向悬臂构件，简化计算时其内力和位移可按材料力学公式计算，
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但需考虑剪切变形对位移的影响。整体小开口墙除绕组合截面形心轴产生整体弯曲外，各墙肢还绕各自截面形心轴产生局部弯矩，但局部弯矩值较小，整个墙的受力性能仍接近于整截面墙，故其内力和位移仍可按材料力学公式计算，但需考虑局部弯曲的影响。
（4）采用连续连杆法对联肢墙进行简化分析时，根据连梁切口处竖向位移为零的变形连续条件，可建立微分方程以求得连梁的剪力或连梁对墙肢的约束弯矩，进而可计算墙肢的内力和位移。
（5）壁式框架可简化为带刚域的框架，与一般框架的主要区别有两点：一是杆端存在刚域会使杆件的刚度增大；二是需要考虑杆件剪切变形的影响。计算时可将带刚域的杆件用一个具有等效刚度的等截面杆件来代替，求得带刚域杆件的等效刚度，然后利用D值法进行内力和位移的近似计算。 （6）各类剪力墙的受力特点有较大不同，主要表现为各墙肢截面上的正应力分布及沿墙肢高度方向的弯矩变化规律。墙肢截面上的正应力分布主要取决于剪力墙的整体工作系数?，?值越大，说明连梁的刚度相对较大，墙肢刚度相对较小，连梁对墙肢的约束作用大，剪力墙的整体工作性能好，接近于整截面墙或整体小开口墙。因此可用?值作为剪力墙分类的判别准则。但对整体小开口墙和壁式框架，?值均较大，故还需要利用墙肢惯性矩比值In/I判别墙肢高度方向是否会出现反弯点，作为剪力墙分类的第二个判别准则。
（7）剪力墙属于偏心受力构件，由于墙肢成片状，故墙肢两端除集中配置竖向钢筋外，沿截面高度方向还需配置均匀分布的竖向钢筋。大偏心受压构件承载力计算时需考虑竖向分布钢筋的作用，小偏心受压构件则不考虑。剪力墙斜截面受剪承载力计算时应考虑轴力的有利（偏心受压）或不利（偏心受拉）影响。墙肢之间的连梁的受力性能与其跨高比有关，承载力计算时应考虑跨高比的影响。
思考题
（1）剪力墙结构的布置有哪些具体要求？
（2）什么是不规则开洞剪力墙？其受力有哪些特点？如何进行构造处理和计算分析？ （3）什么是短肢剪力墙？其结构布置有哪些要求？
（4）如何确定剪力墙结构的混凝土强度等级和墙体厚度？
（5）剪力墙根据洞口大小、位置等共分为那几类？其判别条件是什么？各有那些受力特点？ （6）什么是剪力墙的等效刚度？各类剪力墙的等效刚度如何计算？
（7）试述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。
（8）采用连续连杆法进行联肢墙内力和位移分析时的基本假定是什么？连梁未知力??z?和??z?各表示什么？ （9）说明用连续连杆法进行联肢墙内力和位移计算步骤，以及多肢墙和双肢墙在计算方法上有何异同？ （10）联肢墙的内力分布和侧移曲线有何特点？并说明整体工作系数?对内力和位移的影响。
（11）试说明整截面墙、整体小开口墙、联肢墙、壁式框架和独立悬臂墙的受力特点？说明剪力墙分类的判别准则？为什么？
（12）怎样计算整体小开口墙的内力和位移？连梁刚度对墙肢、连梁内力和位移有何影响？
（13）与一般框架结构相比，壁式框架在水平荷载作用下的受力特点是什么？如何确定壁式框架的刚域尺寸。 （14）如何计算带刚域杆件的等效刚度，采用D值法进行内力和位移计算时，壁式框架与一般框架有何异同？
以上内容在教材第四章第二节，以下为第七章
（15）什么是剪力墙的加强部位？加强部位的范围如何确定？
（16）剪力墙截面的弯矩和剪力为什么要进行调整？那些部位需要调整以及如何进行调整？ （17）剪力墙的截面承载力计算与一般偏心受力构件的截面承载力计算有何异同？ （18）为什么要规定剪力墙的轴压比限制？ （19）什么是剪力墙的边缘构件？什么情况下设置约束边缘构件？什么情况下设置构造边缘构件？剪力墙的约束边缘构件和构造边缘构件各应符合那些要求？ （20）剪力墙的分布钢筋配置有哪些构造要求？ （21）跨高比对连梁的性能有什么影响？为什么要对连梁的剪力进行调整？如何调整？连梁的配筋构造主要有哪些？
框架-剪力墙结构小结
（1）框架-剪力墙结构是高层建筑主要结构形式之一，它发挥了框架和剪力墙各自的优点，且具有协同工作性能，这种结构的侧移曲线一般呈弯剪型。
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高层建筑结构复习思考题
