(5)结构布置的作用是什么?对结构性能有何影响?怎样进行? <6)抗震概念设计有哪些基本原则?怎样体现? (7)钢筋混凝土柱为何要控制轴压比?怎样控制? (8)地震作用怎样计算?应注意哪些问题?
(9)框架剪力墙结构有何结构特点?框架与剪力墙怎样共同工作?怎样计算? (10)抗震承载力调整系数代表什么物理概念?怎样确定?
(11)框架抗震设计为什么要遵循强柱弱梁、墙剪弱弯的原则?怎样实现? (12)延性系数的物理概念是什么?怎样计算?
(13)荷载组合的目的是什么?怎样选择最不利组合? (14)荷载折减的作用是什么?按什么规律折减? (15)楼梯梁板配筋有何特点?
(16)钢柱是否需要控制轴压比?为什么?
(17)柱脚构造设计怎样保证实现计算模型的假定? (18)钢结构节点设计有何特点?应考虑哪些主要因素?
(19)基础方案应考虑哪些影响因素?怎样避免基础不均匀沉降? (20)怎样保证结构整体性能?整体与局部有何辩证关系?
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 1.框架体系布置方法有几种?
按照承重框架的布置方向,框架体系的结构布置可分为三种: ①.横向承重框架:
主梁沿房屋横向布置,连系梁、次梁或板沿纵向布置, 结构的主要荷载由横向框架承担。故一般只需对横向框架进行分析计算。
横向框架一般为刚接,纵向做成刚接或铰接,它横向刚度较大,适用于开间较固定的房屋,但使房内净空有所减小。 ②.纵向承重框架:
主梁沿房屋纵向布置,连系梁、次梁或板沿横向布置, 结构的主要荷载由纵向框架承担。故一般只需对纵向框架进行分析计算。此时连系梁高度小,空间利用较好,对地基较差的狭长房屋也有利。
它横向刚度较差,房屋较高时应设横向抗风结构,如剪力墙等。但横向剪力墙与楼板不宜连成整体,地震区不宜采用。 ③.纵、横向承重框架:
两个方向均按承重空间布置,框架柱为双向偏心受压构件。常采用现浇双向板或井字梁楼面,有利于抗震。
纵横两个方向均应按框架进行结构计算。但当纵向框架梁柱线刚度比大于3,且纵向柱列较多时,纵向框架梁可近似按连续梁计算,相应地横向框架也可近似按单向偏心受压构件计算,但应注意角柱双向偏心受压的受力特点。
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 2.抗侧力结构为什么要求三心(质量中心、刚度中心和水平荷载中心)合一? 一般情况下,风力或地震力在建筑物上的分布是比较均匀的,其合力作用线往往在建筑物的中部。
①. 建筑物的安排应有利于抗侧力结构的均匀布置使抗侧力结构的刚度中心接近于水平
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荷载的合力作用线(即建筑物平面的刚度中心接近其质量中心)以减小水平荷载作用下产生的扭矩。
否则建筑物就会绕通过刚度中心的垂直轴线扭转,致使抗侧力结构处于更复杂的受力状态。
结构刚度相差悬殊时,水平力按刚度分配后,刚、柔两部分之间会产生较大水平力差异,并在它们之间出现剪力和弯矩,结构受力更复杂。
②. 由于偏心分布的质量引起的几何中心与质心的偏离(即水平荷载合力与抵抗剪力的合力之间在平面存在偏心时),也可能引起扭转。
因为质量偏心分布,地震作用也将是偏心的。因为仅仅由于质量的存在,地震才对结构产生荷载,且荷载数值直接与质量的数值成正比。
③.建筑质量重心与支承体系中心不重合,形成倾覆力矩。
由于建筑立面的非对 由于支撑体系的非对 由于恒荷作用重心及支撑 称性产生的偏心 称性产生的偏心 体系中心不重合产生偏心
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 3.抗震区女儿墙在构造上有何要求?
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 4.保证楼面整体性的措施有哪些? ①.板间灌缝:
一般采用细石混凝土密实灌缝。混凝土强度等级不低于预制板的混凝土强度等级,一般用C20细石混凝土;缝隙上口一般以5mm为宜;楼板边做成凹槽,与后浇混凝土互相咬合,增加抗剪能力。 ②.板缝加筋:
多用于抗震设防区或楼面上有较大震动设备时。
在板缝中放置钢筋网片、跨过横梁,对加强楼盖的抗震性能(板间混凝土的抗震能力和使预制板具有连续性)有很大作用。 ③.板面做现浇层:
现浇层的混凝土等级不低于C20,厚度不低于35mm,双向钢筋网θ4--θ6, 间距不大于250mm。它通过粘结力与空心板、板缝、梁共同工作; 同时它的双向钢筋应与板缝、梁、周边框架的纵横梁等抗侧力构件有效锚固,以保证使楼板有效地传递水平荷载。 工业厂房一般均做现浇层。
民用房屋─┬有抗震要求,─┐ ┌设计烈度为9度时,每层均做现浇层; │但刚度分布不均┴─┼设计烈度为8度时,每隔一层做现浇层; │ └设计烈度为7度时 每隔二层做现浇层。 ├有抗震要求,刚度分布均匀
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│ 且抗侧力结构间距不超过6m─┬可每隔三层 └无抗震要求,且刚度分布不均匀 ──┘做现浇层。
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 5.地震作用与竖向荷载组合时,楼面活荷载如何取?
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 6.在可变荷载参加组合时,为什么要考虑荷载组合系数? 框架构件的内力,往往在几种不同类别的荷载同时作用时达到最大,我们就要把它们组合起来考虑综合效应,但参加组合的荷载们同时达到各自最大值的可能性几乎不存在。因此,在组合荷载时,我们有必要对某些可变荷载值进行折减,而不变荷载一般始终以不变值作用在结构上,其值就不能折减。
在计算各种荷载引起的结构最不利内力的组合时,可将有风荷载出现的可变荷载值适当降低,即乘以小于1的组合系数,来实现折减的目的。 如:恒荷载+0.85(活荷载+风荷载)。
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 7.现浇楼盖的框架属于双向承重方案,其荷载计算单元如何取? 计算简图如体刚度变化会引起地震作用产生什么变化? 作用在结构上的地震作用,是由于质量体系受到地面加速度而引起的内部惯性力。它取决于几方面的因素:受震源及其向建筑物传播情况所决定的地面运动之强度和特性;诸如振型、振动周期及阻尼特性等的建筑物的动力特性;建筑物整体的质量或构件的质量。
①.反应谱理论:根据弹性力学分析, 找出单质点结构体系在地震作用下,最大的动力反应(如最大的位移、最大速度、最大加速度)与结构体系自振周期的函数关系。
以阻尼比(阻尼与临界阻尼之比C/Ccr)δ为参数,在任意给定的地震波下,作出自振周期T与最大反应的关系曲线族,即地震反应谱。 取最有代表性的平均曲线作为设计的依据,称标准反应谱。
反应谱曲线影响的因素很多,主要有场地条件、震级及离震中的距离。
结构阻尼主要与结构形式、材料性能和节点刚度有关。一般结构的阻尼比在0.01~0.1之间标准加速度反应谱取δ=0.05后,得设计反应谱(如图)。有了设计 柱端的最小及最大轴向力配合成反应谱,就可求得单自由度体系质点上作用的水平地震作用的标准值。 ②.结构刚度(1/δ)增大,结构自振周期(T=2π√mδ)减小、 地震影响系数α增大。 结构刚度较大(Tg<T≤3.0)时,刚度越大(T↓)、土越软(Tg↑), 则α=(Tg/T)0.9αmax↑──┐ 结构刚度较小(0≤T<0.1)时,刚度越小(T↑)、土不产生影响 ├F=αG↑。 则α=(0.45+5.5T)αmax↑───┘
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━_ 13.框架竖向及水平荷载作用下的内力计算可用哪些方法?为什么? ①.竖向荷载作用下的内力近似计算:
可采用分层法(用结构力学的弯矩分配法计算梁柱端弯矩,故又称二次分配法)。此法适用于节点梁柱线刚度比大于等于3,且结构与荷载沿高度比较均匀的多层框架。 假定:
⑴.在竖向荷载作用下,多层多跨框架的侧移忽略不计。这是因为:在竖向荷载作用
下,侧移实际上对内力(尤其对设计起控制作用的内力)影响比较小。
⑵.不考虑上、下层荷载的相互影响,即每层梁上的竖向荷载对其他各层梁的影响
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忽略不计。这是因为:不考虑侧移后,受荷构件的弯矩通过分配和传递,逐渐向上下左右衰减。在通常的梁线刚度大于柱线刚度的情况下,衰减得更快。 计算步骤及注意事项:
⑴.画出框架计算简图(标明荷载、轴线尺寸)。 ⑵.计算梁柱的线刚度。i=EI/l.
除底层柱外其余柱远端均为弹性约束端(有转角),为减小计算误差, 在计算这些柱的抗弯刚度时可取为0.9i(即取固端的i与铰支的0.75i之平均值),而相应的传递系数也改为1/3(底层柱仍为1/2)。
⑶.计算各节点处的弯矩分配系数。
第jk杆:μjk=ijk/Σi. Σi--与该节点连接的各杆i之和。
⑷.将框架分层,每层为一计算单元。
每个计算单元由本层横梁和相连的上下柱组成。柱远端为固定端,荷 载仅为本层梁上所有的荷载。
⑸.用弯矩分配法,分别计算从上至下各计算单元的杆端弯矩。
计算可从不平衡弯矩较大的节点开始,分配两轮即可满足计算要求。
⑹.将各计算单元杆端弯矩对应叠加,可得原框架的近似弯矩图。
单元梁弯矩即为框架梁弯矩;上下两单元的单元柱弯矩,按对应柱端 叠加,可得框架柱弯矩。
⑺.如框架节点弯矩不平衡值较大,可在本节点再分配一次,但不传递。 ⑻.按静力平衡条件,绘出框架的其他内力图。
1).梁端剪力:截取整梁为计算单元,梁上保持原有荷载,梁端作用有 框架弯矩图中的梁端弯矩。对梁端取矩,可列出平衡方程,即可求出梁端剪力。
2).梁跨内弯矩:可根据1).中的计算单元,对计算截面取矩,列出平衡 方程,即可求出梁内任意截面的弯矩。
3).柱的轴力:逐层叠加柱内的竖向荷载、柱自重、梁端剪力,可得各 柱的轴力。
图见张洪学《钢筋混凝土结构概念计算与设计》P242.
②.水平荷载作用下的内力近似计算: ⑴.反弯点法:
适用于各层结构比较均匀,节点梁柱线刚度比≥5(节点转角可以忽略不计, 横梁可以看成线刚度无限大的刚性梁)的多层框架。多用于少层框架结构,因 为这时柱的截面较小,易满足梁柱线刚度比的要求。 假定:
1).在进行各柱间的剪力分配时,认为梁与柱的线刚度比无限大。
2).在确定各柱的反弯点位置时,认为除底层柱以外的其余各层柱,受力后上下两端的转角相等,且与此柱相邻的各杆杆端转角相同。(即反弯点在柱高的中点处)
反弯点的特点:柱的弹性曲线在该点改变凹凸方向,曲率为零。弯矩在该点等于零。如果设想在结构计算简图的这一截面上加上一个铰,显然不会改变原框架的变形和受力特点。
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3).梁端弯矩可由节点平衡条件求出。
图见张洪学《钢筋混凝土结构概念计算与设计》P244。
计算步骤及注意事项:
1).求出柱的侧移刚度D:(又称抗剪刚度、刚度特征值、抗推刚度) 侧移刚度就是使柱产生单位水平位移所需施加的水平力。 12ijk Djk ---第j层第k个柱子的侧移刚度. Djk =─── ijk ---第j层第k个柱子的线刚度. hjk hjk ---第j层第k个柱子的高度. 2).求剪力分配系数:
Djk ηjk ---第j层第k个柱子的分配系数. ηjk =─── ΣDjk ---第j层柱子的分配系数之和. ΣDjk
3).将外荷载产生的楼层剪力ΣP(即计算层以上所有水平荷载总和)分配
到各柱,得到计算层第k柱的剪力: Vk =ηjk ΣP.
作用于反弯点处。
4).求出各层柱的反弯点的高度y:(柱脚到反弯点的距离) 对底层柱(柱脚固定):y=0.6h, 或y=2/3*h. 对其他层各柱:y=0.5h. 5).求出柱端弯矩:
M柱上端 =Vjk yj , M柱下端 =Vjk (h-y). 6).由节点平衡条件(节点上下柱端弯矩之和应等于节点左右梁端弯矩之
和),求得梁端弯矩;再按节点各梁端的刚度比例将该梁端弯矩分配给各梁端(依据节点各杆件转角相等的变形协调条件)。
7).将梁左右端弯矩之和除以梁跨,可得梁的剪力。
8).从上到下,逐层叠加柱内的竖向荷载、柱自重、梁端剪力,可得各柱的轴力。 ⑵.改进反弯点法(D值法):
适用于用反弯点计算误差较大的情况(当柱线刚度大,上下层的层高变化大,上下
层梁的线刚度变化大时)。它考虑了抗剪节点转动的影响和反弯点位置的变化。 这种方法只是对反弯点法中的柱侧移刚度和反弯点高度进行修正,其余计算与反弯点法完全相同。
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