高层建筑结构设计思考题答案 (2)(2)

2018-11-28 19:03

5.1平面结构和楼板在自身平面内具有无限刚性这两个基本假定是什么意义,在框架、剪力墙、框架-剪力墙结构近似计算中为什么要用这两个假定?

答:(1)一片框架或一片剪力墙可以抵抗在本身平面内的侧向力,而在平面外地刚度很小,可以忽略。因而整个结构可以划分成若干个平面结构共同抵抗与平面结构平行的侧向荷载,垂直于该方向的结构不参加受力。(2)楼板在其自身平面内刚度无限大,楼板平面外刚度很小,可以忽略。因为而在侧向力作用下,楼板可作刚体平移或转动,各个平面抗侧力结构之间通过楼板相互联系并协同工作。

5.3刚度系数D和d的物理意义是什么?有什么区别?为什么?应用的条件是什么?应用时有哪些不同?

答: (1)D的物理意义:当柱端有转角时使柱端产生单位水平位移所需施加的水平推力。d

的物理意义:当柱端固定时使柱端产生单位水平位移所需施加的水平推力。 (2)抗侧刚度D值小于d值,即梁刚度较小时,柱的抗侧刚度减小了。因为当梁的刚度较小时,对柱的约束作用减小,从而使柱的抗侧刚度减小。(3)当梁比柱的抗弯刚度大很多时,刚度修正系数α值接近1,可近似认为α=1,此时第i层柱的侧移刚度为d值,在剪力分配公式中可用d值代替D值,即反弯点法。工程中用梁柱线刚度比判断,当/35bcii≥?时可采用反弯点法,反之,则采用D值法。

5.4影响水平荷载下柱反弯点位置的主要因素是什么?框架顶层、底层和中部各层反弯点位置有什么变化?反弯点高度比大于1的物理意义是什么?

答 (1)影响水平荷载下柱反弯点位置的主要因素:结构的总层数及该层所在位置;梁柱线刚度比;荷载形式;上层梁与下层梁刚度比;上下层层高比。(2)在框架顶层反弯点位置在顶层柱中点以上;底层反弯点位置在2h/3高度处(h是底层柱的高度);中部各层反弯点位置在各柱中点。(3)反弯点高度比大于1的物理意义是表示柱下端的约束弯矩远大于柱上端的约束弯矩,使得反弯点超过了柱的上端,使该柱中没有反弯点。

5.5梁柱杆件的弯曲变形和柱轴向变形对框架侧移有什么影响?框架为什么具有剪切型侧移曲线?

答:(1)框架总位移由杆件弯曲变形产生的侧移和柱轴向变形产生的侧移两部分叠加而成。由杆件弯曲变形引起的“剪切型侧移”,可由D值计算,为框架侧移的主要部分;由柱轴向变形产生的“弯曲型侧移”,可由连续化方法作近似估算。后者产生的侧移变形很小,多层框架可以忽略,当结构高度增大时,由柱轴向变形产生的侧移占总变形的百分比也增大,在高层建筑结构中不能忽略。 (2)因为整体框架可以看成空腹的深梁,整体变形以剪切变形为主;由杆件弯曲变形引起的“剪切型侧移”,为框架侧移的主要部分,所以框架具有剪切型侧移曲线。

5.7剪力墙连续化方法的基本假定是什么?它们对该计算方法的应用范围有什么影响? 答:(1)忽略连梁轴向变形,即假定两墙肢水平位移完全相同,(2)两墙肢各截面的转角和曲率都相等,因此连梁两端转角相等,连梁反弯点在中点(3)各墙肢截面、各连梁截面及层高等几何尺寸沿全高是相同的。

连续化方法适用于开洞规则、由下到上墙厚及层高都不变的联肢墙。实际工程中不可避免地会有变化,如果变化不多,可取各楼层的平均值作为计算参数,如果是很不规则的剪力墙,本方法不适用。

5.8剪力墙连续化方法中,连梁未知力 ()xτ和()mx是什么?()xτ沿高度分布有什么特点?()mx与墙肢内力有什么关系?

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答 (1)()xτ是指连梁中点的剪力。()mx是指连梁对墙肢的约束弯矩。(2)()xτ沿高度是连续分布的。()mx表示连梁对墙肢的反弯作用,()mx=()xτ·2c 其中。

5.10整体墙、联肢墙、单独墙肢沿高度的内力分布和截面应变分布有什么区别?

答: (1)整体剪力墙的受力状态如同竖向悬臂梁,为静定结构,截面变形后仍符合平面假定,因而截面应力可按材料力学公式计算,整体墙弯矩沿高度都是一个方向(没有反向弯矩),弯矩图为曲线,由下到上逐渐减小,截面应力分布是直线,墙为弯曲型变形。 (2) 由于联肢墙的洞口开得比较大,截面的整体性已经破坏,横截面上正应力的分布远不是遵循沿一根直线的规律,但墙肢的线刚度比同列两孔间所形成的连梁的线刚度大得多,每根连梁中部有反弯点,各墙肢单独弯曲作用较为显著,但仅在个别或少数层内,墙肢出现反弯点。 (3)对于单独墙肢,它的计算可看成是多个单片悬臂剪力墙。

5.11框架-剪力墙结构结构协同工作计算的目的是什么?总剪力在各榀抗侧力结构间的分配与纯剪力墙结构、纯框架结构有什么根本区别?

答:(1)框架-剪刀墙结构协同工作计算的目的是:计算在总水平荷载作用下的总框架层剪力Vf、总剪力墙的总层剪力Vw和总弯矩Mw、总联系梁的梁端弯矩Ml和剪力Vl,然后按照框架的规律把Vf分配到每根柱,按照剪力墙的规律把Vw、Mw分配到每片墙,按照连梁刚度把

Ml和剪力Vl分配到每根梁,这样就可以得到每一根杆件截面设计需要的内力。 (2)在水平荷载作用下,因为框架与剪力墙的变形性质不同,不能直接把总水平剪力按抗侧刚度的比例分配到每榀结构上而是必须采用协同工作方法得到侧移和各自的水平剪力及内力。

5.12框架结构微分方程中的未知量y是什么?

答:框剪结构微分方程中的未知量y 是指整体结构的侧向位移。 5.13求得总框架和总剪力墙的剪力后,怎样求得各杆件的 M、N、V?

答:在求得总框架和总剪力墙的剪力后,按照框架的规律把剪力分配到每根柱,按照剪力墙的规律把剪力、弯矩分配到每片墙,按照连梁刚度把弯矩和剪力分配到每根梁,这样就可以得到每一根杆件截面设计需要的内2c表示墙肢重心到重心的距离。 5.14怎么区分铰结体系和刚结体系?

答:铰结体系是框架-剪力墙结构,墙肢之间没有连梁,或者有连梁而连梁很小,墙肢与框架柱之间也没有连系梁,剪力墙和框架柱之间仅靠楼板协同工作,所有剪力墙和框架在每层楼板标高处的侧移相等。

刚结体系它墙肢之间有连梁和墙肢与框架柱之间有联系梁相连,则这些联系梁对墙肢和框架柱会起作用总联系梁刚度为所有连梁和联系梁刚度之和。 5.15D值和Cf值物理意义有什么不同?他们有什么关系?

答: D的物理意义:当柱结点有转角时使柱端产生单位水平位移所需施加的水平推力。 Cf是总抗推刚度,它的物理意义:产生单位层间变形所需的推力。 5.16什么是刚度特征值λ?它对内力分配、侧移变形有什么影响?

答:λ称为框-剪结构的刚度特征值,它的物理意义是总框架抗推刚度Cf与总剪力墙抗剪刚度EIw的相对大小,它对框-剪结构的受力及变形性能有很大影响。 5.19什么是质量中心?风荷载的合力作用点与质心计算有什么不同?

答:等效地震荷载作用点即惯性力的合力作用点,与质量分布有关,称为质心。

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第六章 钢筋混凝土框架构件设计

6.1为了使钢筋混凝土框架成为延性耗能框架,应采用哪些抗震概念设计?

答:1、强柱弱梁2、强剪弱弯3、强核芯区、强锚固4、局部加强5、限制柱轴压比,加强柱箍筋对混凝土的约束。

6.2为什么梁铰机制比柱铰机制对抗震有利?

答:梁铰机制是指塑性铰出在梁端,除柱脚外,柱端无塑性铰;柱铰机制是指在同一层所有柱的上、下端形成塑性铰。梁铰机制之所以优于柱铰机制是因为:梁铰分散在各层,即塑性变形分散在各层,不至于形成倒塌机构,而柱铰集中在某一层,塑性变形集中在该层,该层为柔软层或薄弱层,形成倒塌机构;梁铰的数量远多于柱铰的数量,在同样大小的塑性变形和耗能要求下,对梁铰的塑性转动能力要求低,对柱铰的塑性转动能力要求高;梁是受弯构件,容易实现大的延性和耗能能力,柱是压弯构件,尤其是轴压比大的柱,不容易实现大的延性和耗能能力。

6.3为什么减小梁端相对受压区高度可以增大梁的延性?设计中采用什么措施减小梁端相对受压区高度?梁端相对受压区高度的限值是多少?

答:(1)混凝土相对受压区高度大的截面曲率延性小;反之,相对受压区高度小,则延性大。对于矩形截面混凝土适筋梁,由于纵向配筋不同,受压区边缘混凝土达到极限压应变cuε时的压区高度不同,截面的极限曲率分别用11/ucuxφε=和22/ucuxφε=计算,显然,21uuφφ>,即相对受压区高度小,截面的极限曲率大。 6.4 什么是强剪弱弯?

答:柱、梁的受剪承载力应分别大于其受弯承载力对应的剪力,推迟或避免其剪切破坏,实现延性的弯曲破坏。

6.5 影响框架柱延性和耗能的主要因素有哪些?这些因素是如何影响框架柱的延性和耗能能力的?

答:混凝土强度等级、纵向钢筋配筋率等是影响框架柱延性和耗能的因素,主要影响因素可归纳为剪跨比、轴压比和箍筋配置。 6.6 什么是强柱弱梁?如何实现强柱弱梁?

答: (1)强柱弱梁是指汇交在同一节点的上、下柱端截面在轴压力作用下的受弯承载力之和应大于两侧梁端截面受弯承载力之和,实现塑性铰先出在梁端,推迟或避免柱端形成塑性铰。 (2)实现强柱弱梁的途径:框架柱设计时弯矩设计值乘上一个柱端弯矩增大系数。 6.7除了通过强柱弱梁调整柱的弯矩设计值外,还有哪些情况需要调整柱的弯矩设计值?为什么在这些情况下要调整柱的弯矩设计值?

答:除了通过强柱弱梁调整柱的弯矩设计值外,还有以下三种情况需要调整柱的弯矩设计值:(1)框架结构柱固定端弯矩增大。为了推迟框架结构底层柱固定端截面屈服,一、二、三级框架结构的底层柱固定端截面组合的弯矩设计值,应分别乘以增大系数1.5、1.25、1.15。 (2)框支柱。为了避免框支柱过早破坏,部分框支剪力墙结构的框支柱设计内力要调整。 (3)角柱。调整后的组合弯矩设计值再乘以不小于1.10的增大系数。

6.8 框架柱的箍筋有哪些作用框架柱的箍筋有哪些作用框架柱的箍筋有哪些作用框架柱的箍筋有哪些作用?为什么轴压比大的柱配箍特征值也大为什么轴压比大的柱配箍特征值也

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大为什么轴压比大的柱配箍特征值也大为什么轴压比大的柱配箍特征值也大?如何计算体积配箍率如何计算体积配箍率如何计算体积配箍率如何计算体积配箍率?

答:(1)框架柱的箍筋有三个作用:抵抗剪力、对混凝土提供约束、防止纵筋压屈。 (2)体积配箍率:vcvyvffλρ≥ 其中:vλ-最小配箍特征值 ;cf-砼轴心抗压强度设计值强度等级,低于C35时,应按C35计算 ;yvf-箍筋或拉筋抗拉强度设计值,超过360N/mm2时,应取360N/mm2计算。(3)矩形柱加密区的普通箍、复合箍筋的体积配箍率可按下式计算: ()()022???=sAchcblsvccnvρ式中:ln—不计重叠部分的箍筋长度; Asv—一根箍筋的截面面积; bc、hc—矩形截面柱的宽度、高度;s—箍筋间距。

6.9为什么限制框架梁、柱和核芯区的剪压比?为什么跨高比不大于2.5的梁、剪跨比不大于2的柱的剪压比限制要严一些?

答: (1)限制框架梁、柱和核芯区剪压比是为了防止由于柱截面过小、配筋过多而产生斜压破坏。(2)对于跨度高比不大于2.5的梁、剪跨比不大于2的柱,它们的截面剪应力都较大,从而导致剪压比较大,所以剪压比限制要严一些。

6.10梁柱核芯区的可能破坏形态是什么?如何避免核芯区破坏? 答:(1)在竖向荷载和地震作用下,梁柱核芯区受力比较复杂,但主要是压力和剪力,若核芯区的受剪承载力不足,在剪压作用下出现斜裂缝,在反复荷载作用下形成交叉裂缝,混凝土挤压破碎,纵向钢筋压屈成灯笼状。 (2)保证核芯区不过早发生剪切破坏的主要措施是配置足够的箍筋。框架梁、柱采用不同强度等级的混凝土时,核芯区的混凝土等级宜与柱的混凝土等级相同,也可以略低,施工中要采取措施保证核芯区的混凝土强度和密实性。

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