[精品文档]高层建筑结构思考题及参考答案--

[精品文档]高层建筑结构思考题及参考答案--内容摘要：

根据建筑使用功能的重要性，现行《抗震规范》将甲类、乙类、丙类、丁类建筑。 抗震设防标准的依据是设防烈度。 《抗震规范》附录 A 给出了我国主要城镇抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组。 在一般情况下可采用基本烈度。 8．抗震设计总思路是什么。 什么是“三水准”的抗震设防目标与二 阶段设计法。 答：抗震设计总思路是：在建筑物使用寿命期间，对不同频度和强度的地震，建筑物应具有不同的抵抗力。 即对一般较小的地震，由于其发生的可能性较大，因此要求防止结构破坏，这在技术上、经济上是可以做到的；强烈地震发生的可能性较小，而且如果遭遇到强烈地震，要求做到结构不损坏，在经济上不合理，因此允许结构破坏，但在任何情况下，不应导致建筑物倒塌。 《抗震规范》结合我国目前的经济能力，提出了“三水准”的抗震设防目标： 第一水准：当遭受到多遇的低于本地区设防烈度的地震（简称“小震”）影响时，建筑一般应不受损坏或不 需修理仍能继续使用。 第二水准： 当遭受到本地区设防烈度影响时，建筑可能有一定的损坏，经一般修理或不修理仍能继续使用。 第三水准：当遭受到高于本地区设防烈度的罕遇地震（简称“大震”）时，建筑不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。 在进行建筑结构抗震设计时，原则上应满足三水准抗震设防目标的要求，在具体做法上，为简化计算，《抗震规范》采用二阶段设计法，即： 第一阶段设计：按小震作用效应和其他荷载效应的一定组合验算结构构件的承载能力以及构件的弹性变形，以满足第一水准抗震设防目标的要求。 第二阶段设计：在大震作用下验算 结构薄弱层（部位）的弹塑性变形，以满足第三水准的抗震设防目标的要求。 《抗震规范》以一定的抗震构造措施保证结构满足第二水准抗震设防目标的要求。 上述“三水准，二阶段”的抗震设防目标可概括为“小震不坏，中震可修，大震不倒”。 9．什么是地震作用。 地震作用与一般静载荷有何不同。 我国和其他许多国家的抗震设计规范都采用什么理论来确定地震作用。 答：地震所释放出来的能量，以地震波的形式向四周扩散，地震波到达地面后引起地面运动，使地面上原来处于静止的建筑物受到动力 作用而产生强迫振动。 在振动过程中，作用在结构上的惯性力就是地震作用。 因此，地震作用可以理解为一种能反映地震影响的等效作用。 zzz    1地震作用与一般静载荷不同，它不仅取决于地震烈度大小，而且与建筑物的动力特性（结构的自振周期、阻尼）有密切关系，而一般静荷载与结构的动力特性无关，可以独立地确定。 例如，屋面的雪载只与当地的气候条件有关；楼面的使用荷载只取决于房间的用途等等。 因此，确定地震作用比确定一般静荷载要复杂得多。 目前，我国和其他许多国家的抗震设计规范都采用反应谱理论来确定地震作用。 *10．什么是反应谱理论。 为什 么被各国工程界所广泛采用。 答：这种计算理论是根据地震时地面运动的实测纪录，通过计算分析所绘制的加速度（在计算中通常采用加速度相对值）反应谱曲线为依据的。 所谓加速度反应谱曲线，就是单质点弹性体系在一定地震作用下，最大反应加速度与体系自振周期的函数曲线。 如果已知体系的自振周期，那么利用加速度反应谱曲线或相应公式就可以很方便地确定体系的反应加速度，进而求出地震作用。 应用反应谱理论不仅可以解决单质点体系的地震反应计算问题，而且，在一定假设条件下，通过振型组 合的方法还可以计算多质点体系的地震反应。 反应谱理论已经成为当前抗震设计中的主要理论，因为它方法简单，便于掌握，所以为各国工程界所广泛采用。 *11．什么是地震系数 k 、动力系数  、地震影响系数。 《抗震规范》就是以什么作为抗震设计依据的，其值如何确定。 答：（ 1）地震系数 k 地震系数 k 是地 震动峰值加速度与重力加速度之比，即 gxk g max 也就是以重力加速度为单位的地震动峰值加速度。 显然，地面加速度愈大，地震的影响就愈强烈，即地震烈度愈大。 所以，地震系数与地震烈度有关，都是地震强烈程度的参数。 （ 2）动力系数 动力系数  是单质点弹性体系在地震作用下反应加速度与地面最大加速度之比，即 maxgaxS 也就是质点最大反应加速度对地面最大加速度放大的倍数。 （ 3）地震影响系数 为了简化计算，将上述 地震系数 k 和动力系数  的乘积用 a 来表示，并称为地震影响系数。 ka 地震影响系数 a 就是单质点弹性体系在地震时最大反应加速度（以重力加速度 g 为单位）。 另一方面，若将式 (227)写成 GFa Ek / ，则可以看出，地震影响系数乃是作用在质点上的地震作用与结构重力荷载代表值之比。 《抗震规范》就是以地震影响系数 a 作为抗震设计依据的，其数值应根据烈度、场地类别、设计地震分组以及结构自振周期和阻尼比确定。 12．多自由度弹性体系的水平地震作用及其地震内力可采用什么方法求得。 底部剪力法的适用条件如何。 答：多自由度弹性体系的水平地震作用及其地震内力可采用振型分解反应谱法或底部剪力法求得。 底部剪力法的适用条件：当结构高度不超过 40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构以及近似 于单质点体系的结构，可采用底部剪力法。 13．底部剪力法的基本思路。 答：底部剪力法是先计算出作用于结构的总水平地震作用，也就是作用于结构底部的剪力，然后将总水平地震作用按一定的规律分配给各质点。 14．什么是“鞭端效应”。 采用底部剪力法时《抗震规范》是如何规定的。 答：震害表明，突出屋面的屋顶间（电梯机房、水箱房）、女儿墙、烟囱等，它们的震害比下面主体结构严重。 这是由于出屋面的这些建筑的质量和刚 度突然变小，地震反应随之加大的缘故。 在地震工程中，把这种现象称为“鞭端效应”。 采用底部剪力法时，《抗震规范》规定，对这些结构的地震作用效应，宜乘以增大系数 3，此增大部分不应往下传递。 15．《抗震规范》中地震影响系数  的含义是什么。 答：将地震系数 k 和动力系数  以其乘积  表示，  就称为地震影响系数。  k （ 1） 这样，地震力可以写成 GFEK  （ 2） 因为 gSxSgxk agagm a x..m a x.. （ 3） 所以，地震影响系数  就是单质点弹性体系在地震时最大反应加速度（以重力加速度 g 为单位）。 ；另一方面，如将（ 2）式写成GFEK / ，则可以看出，地震影响系数乃是作用与质点上的地震作用与结构重力荷载代表值之比。 16．三水准设防原则，二阶段设计方法的具体内容是什么。 答：第一水准：当遭受到多遇的低于本地区设防烈 度的地震（简称“小震”）影响时，建筑一般应不受损坏或不需修理仍能继续使用。 第二水准：当遭受到本地区设防烈度的地震（简称“中震”）影响时，建筑可能有一定损坏，经一般修理或不经修理仍能继续使用。 第三水准：当遭受到高于本地区设防烈度的罕遇地震（简称“大震”）影响时，建筑不至于倒塌或发生危及生命的严重破坏。 第一阶段设计：按小震作用效应和其他荷载效应的基本组合验算结构构件的承载能力，以及在小震作用下验算结构的弹性变形，以满足第一水准抗震设防目标的要求。 第二阶段设计：在大震作用下验算结构的弹塑性变形，以满足第三 水准抗震设防目标的要求。 概括起来，“三水准，二阶段”抗震设防目标的通俗说法是：“小震不坏，中震可修，大震不倒”。 17．怎样确定地震作用。 答：前在我国广泛采用反映应力谱理论来确定地震作用。 其中以加速度反应谱应用最多。 所谓加速度反应谱，就是单质点弹性体系在一定的地面运动作用下，最大反应加速度（一般用相对值）与体系自振周期的变化曲线。 如果已知体系的自振周期，利用反应谱曲线和计算公式，就可以很方便的确定体系的反应加速度，进而求出地震作用。 应用反应谱理 论不仅可以解决单质点体系的地震反应计算问题，而且可以通过振型分解法还可以计算多质点体系的地震反应。 在工程上，除应用反应谱计算结构地震作用外，对于高层建筑和特别不规则建筑等，还可以采用时程分析法来计算结构的地震反应。 这个方法先选定地震地面加速度图，然后用数值积分方法求解运动方程，算出每一个时间增量的结构反应，如位移，速度和加速度反应。 18．各类抗震设防类别建筑的抗震设防标准应符合哪些要求。 答：各类抗震设防类别建筑的抗震设防标准，应符合下列要求： （ 1） 甲类建筑 地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求，其值应按批准的地震安全性评价结果确定；抗震措施，当抗震设防烈度为 6~8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为 9 度时，应符合比 9 度抗震设防更高的要求。 （ 2） 乙类建筑 地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施，一般情况下，当抗震设防烈度为 6~8 度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为 9 度时，应符合比 9 度抗震设防更高的要求。 对较小的乙类建筑，当其结构改用抗震性能较好的结构类型时，应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采 取抗震措施。 （ 3）丙类建筑 地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度的要求 （ 4）丁类建筑 一般情况下， 地震作用仍应符合本地区抗震设防烈度的要求；抗震措施，应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低，但抗震设防烈度为 6 度时不应降低。 抗震设防烈度为 6 度时，除《抗震规范》有具体规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算。 、中震和大震。 答：小震指该地区 50 年内超越概率约为 63%的地震烈度，即众值烈度， 又 称为多遇地震。 中震指 该地区 50 年内超越概率约为 10%的地震烈 底 ， 又称 基本烈度或设防烈度。 大震指该地区 50 年内超越概率约为 2%的地震烈度，又为称为罕遇地震 .。 为什么抗震结构要具有延性。 答：：延性是指构件和结构屈服后，具有承载力不降低或基本不降低、且有足够塑性变形能力的一种性能。 构件延性比：对于钢筋混凝土构件，当受拉钢筋屈服后，进入塑性状态，构件刚度降低，随着变形迅速增加，构件承载力略有增大，当承载力开始降低，就达到极限状态。 延性比是极限变 形与屈服变形的比值。 结构延性比：对于一个钢筋混凝土结构，当某个杆件出现塑性铰时，结构开始出现塑性变形，但结构刚度只略有降低；当塑性铰达到一定数量以后，结构也会出现“屈服现象”即结构进入塑性变形迅速增大而承载力略微增大的阶段，是“屈服”后的塑性阶段。 结构的延性比通常是指达到极限时顶点位移与屈服时顶点位移的比值。 第 四 章 框架结构内力与位移计算 1． 框架结构计算简图是如何确定的。 答： 框架结构计算简图的确定： 一般情况下，框架结构忽略结构纵向和横向之间的空间联系，忽略各构件的抗扭作用，将框架结构简化为沿横方 向和纵方向的平面框架，承受竖向荷载和水平荷载，进行内力和位移计算。 结构设计时一般取中间有代表性的一榀横向框架进行分析，若作用于纵向框架上的荷载各不相同，则必要时应分别进行计算。 框架结构的节点在常见的现浇钢筋混凝土结构中，梁和柱内的纵向受力钢筋都将穿过节点或锚入节点区，这时节点应简化为刚接节点；对于现浇钢筋混凝土柱与基础的连接形式，一般也设计成固定支座，即为刚性连接。 作用于框架结构上的荷载有竖向荷载和水平荷载两种。 竖向荷载包括结构自重及楼（屋）面活荷载，一般为分布荷载，有时也有集中荷载。 水平荷载包括风荷 载和水平地震作用，一般均简化成节点水平集中力。 2. 简述在确定框架的某一榀平面框架计算简图时，荷载传递与计算是怎样的 ? 答： 1）与框架平面相垂直方向框架梁荷载简化为节点荷载，当梁有偏心时应计算偏心弯矩。 2），由板传到框架梁上荷载化为线荷载，此线荷为三角形或梯形荷载，也可简化为矩形荷载。 3）当框架梁上有次梁时，次梁传来荷载为集中荷载。 4）恒荷与活荷分别进行清理。 3． 框架结构在竖向荷载作用下内力计算采用什么方法。 其基本假定与计算步骤如何。 答： 框架结构在竖向荷载作用下的内力计算分层法。 弯矩二次分配法， 迭代法。 分层法的基本假定： （ 1）在竖向荷载作用下，不考虑框架的侧移； （ 2）每层梁上的荷载对其他各层梁的影响可忽略不计。 分层法的计算步骤： （ 1）计算单元的确定 根据计算假定，计算时先将各层梁及其上下柱所组成的框架作为一个独立的计算单元，而按无侧移的框架进行计算（上下柱的远端均假设为固定端）。 （ 2）各杆件弯矩的计算 一般用结构力学中的弯矩分配法，分别计算每个单层框架中梁与柱的弯矩。 在用弯矩分配法计算各杆件的弯矩之前，应先计算各杆件在节点处的弯矩分配系数及传递系数。 对底层基础处，可按原结构确定其支座 形式，若为固定支座，传递系数为 1/2；若为铰支座，传递系数为 0。 至于其余柱端，在分层计算时，假定上下柱的远端为固定端，而实际上，上下柱端在荷载作用下会产生一定转角，是弹性约束端。 对这一问题，可在计算分配系数时，用调整柱的线刚度来考虑支座转动影响。 因此，对这类柱子的线刚度应乘一个折减系数 ，相应的传递系数为 1/3。 （ 3）弯矩汇总 分层计算所得的梁的弯矩即为最后的弯矩，由于每一层柱属于上、下两层，因此每一根柱的弯矩需由上、下两层计算。