大工19春高层建筑学大作业文档格式.doc
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表1风荷载作用下各区段合力的计算
区段
（m）
区段合力
突出屋面
800
6
110
0.917
2.15
1.306
69.24
1384.8
5
90
0.750
2.02
1.267
63.11
1262.2
4
70
0.583
1.86
1.225
56.19
1123.8
3
50
0.417
1.67
1.179
48.55
971.0
2
30
0.250
1.42
1.126
39.43
788.6
1
10
0.083
1.00
1.060
26.14
522.8
在风荷载作用下结构底部一层的剪力为：
筏形基础底面的弯矩为：
题目三：
与多层建筑相比，高层建筑结构的设计特点有哪些？
至少选择其中的三点进行详细的论述。
一、高层建筑结构设计的特点
高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构专业在各专业中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。
其主要特点有：
（一）水平力是设计主要因素
在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。
而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。
因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；
而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。
另一方面，对一定高度建筑来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。
（二）侧移成为控指标
与低层或多层建筑不同，结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。
随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧向变形迅速增大，与建筑高度H的4次方成正比（△＝qH4/8EI）。
另外，高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗推刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，否则会产生以下情况：
1.因侧移产生较大的附加内力，尤其是竖向构件，当侧向位移增大时，偏心加剧，当产生的附加内力值超过一定数值时，将会导致房屋侧塌。
2.使居住人员感到不适或惊慌。
3.使填充墙或建筑装饰开裂或损坏，使机电设备管道损坏，使电梯轨道变型造成不能正常运行。
4.使主体结构构件出现大裂缝，甚至损坏。
（三）抗震设计要求更高
有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。
（四）减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要
高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。
从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重意昧着不增加基础造价和处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。
地震效应与建筑的重量成正比，减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。
高层建筑重量大了，不仅作用于结构上的地震剪力大，还由于重心高地震作用倾覆力矩大，对竖向构件产生很大的附加轴力，从而造成附加弯矩更大。
（五）轴向变形不容忽视
采用框架体系和框架——剪力墙体系的高层建筑中，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。
当房屋很高时，此种轴向变形的差异将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁中间支座沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。
（六）概念设计与理论计算同样重要
抗震设计可以分为计算设计和概念设计两部分。
高层建筑结构的抗震设计计算是在一定的假想条件下进行的，尽管分析手段不断提高，分析的原则不断完善，但由于地震作用的复杂性和不确定性，地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性，可能导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多，尤其是当结构进入弹塑性阶段之后，会出现构件局部开裂甚至破坏，这时结构已很难用常规的计算原理去进行分析。
实践表明，在设计中把握好高层建筑的概念设计也是很重要的。
大连理工大学《高层建筑结构》大作业
姓名：
题目一：
反弯点法计算题
已知框架结构如图所示，承受水平风荷载作用，图中数字为框架梁、柱的相对刚度，试用反弯点法求各个框架柱的剪力。
其中，，，。
解:
一、对题目进行分析可知：
（1）各柱反弯点高度：
1层取底层柱高的2/3，即
:
；
2~4层均在各柱中点处:
（2）结构对称，外柱A、D有同样侧移刚度，内柱B、C也有同样侧移刚度，且2~4层柱刚度一致，故2~4层柱剪力分配系数为：
二、根据公式进行计算：
从底层（F1）开始计算，求各柱剪力
（1）、底层（F1）柱剪力计算：
QA=QD=（22+16+20+18）×
=76×
≈25.073KN
QB=QC=（22+16+20+18）×
≈12.913KN
（2）、二层（F2）柱剪力计算：
QA=QD=（22+16+20）×
=58×
≈17.509KN
QB=QC=（22+16+22）×
≈11.491KN
（3）、三层（F3）柱剪力计算：
QA=QD=（22+16）×
=38×
≈11.472KN
QB=QC=（22+16）×
≈7.528KN
（4）、顶层（F4）柱剪力计算：
QA=QD=22×
=22×
≈6.642KN
QB=QC=22×
≈4.358KN
底部剪力法。
钢筋混凝土5层框架经质量集中后计算简图如下图所示，各层高均为3m，集中于各楼层的重力荷载代表值分别为：
，，，，。
结构阻尼比，自振周期为，Ⅰ1类场地类别，设计地震分组为第一组，抗震设防烈度为8度（设计基本地震加速度为0.30g）。
按底部剪力法计算结构在多遇地震时的水平地震作用及地震剪力。
查《建筑设计抗震规范》表5.1.4-1.2知，8度多遇地震设计基本地震加速度为0.30g时=0.24，设计地震分组为第一组。
Ⅰ类场地：
=×
×
1.0×
0.24=0.109≈0.11
查《建筑设计抗震规范》表5.2.1知，=0.55s＞1.4=1.4×
0.25=0.35s
取=0.08+0.07=0.08×
0.55+0.07=0.114
总水平地震作用标准值：
=Geq=0.114×
（450+600+580+550+500）×
85%=259.69KN
顶部附加地震水平作用：
因为T1=0.55>
1.4Tg=0.35，则顶部附加水平地震作用
各楼层水平地震作用标准值：
=（i=1,2,3……）
=450×
15+600×
12+580×
9+550×
6+500×
3=23970KN·
m
==64.79KN
==83.39KN
==50.11KN
==31.68KN
==14.40KN
各楼层地震剪力：
V1=++++=244.37KN
V2=+++=229.97KN
V3=++=198.29KN
V4=+=148.19KN
地震地面运动特性用哪几个特征量来描述？
结构破坏与地面运动特性有什么关系？
（1）地震地面运动的特性可用三个量来描述：
强度（由振幅值大小表示）、频谱和持续时间。
（2）结构破坏与地面运动特性有着密切的关系，主要表现在：
强烈地震的加速度或速度幅值一般很大，但如果地震时间很短，对建筑物的破坏性可能不大；
而有时地面运动的加速度或速度幅值并不太大，而地震波的卓越周期与结构的基本周期接近，或者振动时间很长，都可能对建筑物造成严重影响.
题目四：
框架-剪力墙结构在水平荷载作用下内力计算的基本假定是什么？
（1）楼盖结构在其自身平面内的刚度为无限大，平面外的刚度可忽略不计。
楼板在自身平面内刚度无限大，可以保证楼板将抗震缝区段内的整个框架和剪力墙连成整体，而不产生相对变形。
（2）水平荷载的合力通过结构的抗侧刚度中心，即不考虑扭转的影响。
房屋的刚度中心与作用在房屋上的水平荷载的合力中心相重合，以保证房屋在水平荷载作用下不发生扭转。
否则，产生扭转房屋的受力情况是非常复杂的。
为了简化计算，只要房屋体型规整，剪力墙布置对称、均匀，一般可不考虑扭转的影响。
题目五：
钢筋混凝土剪力墙结构的剪力墙布置原则是什么？
（1）剪力墙结构中全部竖向力和水平力都由剪力墙承受。
所以一般应沿建筑物的主要轴线双向布置。
特别是在抗震结构中，应避免仅单向有墙的结构布置形式，并宜使两个方向抗侧刚度接近，即两个方向的自振周期宜相近。
（2）剪力墙应尽量拉通对直，以增加抗震能力。
门窗洞口上下各层对齐，形成明确的墙肢和连梁，使受力明确，计算简单。
在抗震结构中，应尽量避免出现错洞剪力墙和叠合错洞墙。
叠合错洞墙的特点是洞口错开距离很小，甚至叠合，不仅墙肢不规则，而且还在洞口之间形成薄弱部位，对抗震尤为不利。
（3）剪力墙沿竖向应贯通建筑物全高。
剪力墙沿竖向改变时，允许沿高度改变墙厚和混凝土等级，或减少部分墙肢，使抗侧刚度逐渐减小，避免各层刚度突变，造成应力集中。
（4）剪力墙要避免洞口与墙边，洞口与洞口之间形成小墙肢。
小墙肢宽度不宜小于三倍墙厚（否则应按框架柱设计），并用暗柱加强。
（5）较长的剪力墙宜开设洞口，将其分为均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱梁连接，每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2，墙长较小时，受弯产生的裂缝宽度较小，墙体配筋能够充分的发挥作用，因此墙肢截面高度不宜大于8m.
（6）高层建筑不应采用全部为短肢剪力墙的结构形式，短肢墙应尽可能设置翼缘。
在短肢剪力墙较多时，应布置筒体（或一般剪力墙），以形成共同抵抗水平力的剪力墙结构。
（7）控制剪力墙平面外弯矩，应采取增加与沿梁轴线方向的垂直墙肢，或增加壁柱、柱等方式，来减少梁端部弯矩对墙的不利影响。
对截面较小的楼面梁可设计为铰接或半刚接，减小墙肢平面外弯矩。
（8）不宜将楼面主梁直接支承在剪力墙之间的连梁上。
因为一方面主梁端部约束达不到要求，连梁没有抗扭刚度去抵抗平面外弯矩；
另一方面对连梁本身不利，连梁本身剪切应变较大，容易出现裂缝，因此应尽量避免
姓名：
结构扭转效应计算题。
某一结构的第层平面图，如下图所示。
图中除标明各轴线间距离外，还给出了各片结构沿方向和方向的抗侧移刚度值，已知沿向作用总剪力，求考虑扭转后，各片结构的剪力。
基本数据表
序号
Dyi
x’
Dyix’
x’2
Dxk
y’
Dxky’
y’2
Dxky’2
∑
18
8
16
15
65
24
32
64
256
192
480
992
576
1024
512
4096
4608
15360
24576
25
-
95
120
400
720
1240
960
6400
17280
24640
刚度中心
Xo=∑Dyix’/∑Dyi=992/65=15.26m
Yo=∑Dxky’/∑Dxk=1240/95=13.05m
以刚度中心为原点，建立坐标系统XoDy.
因为Y=y’-Yo,∑Dxky’=Yo∑Dxk
∑Dxky’2=24640-13.05*13.05*95=8461
∑DyiX2=24576-15.26*15.26*65=9440
ayi=1+65*0.74/8464+9440*xi=1+0.002687*xi
x1=-15.26ay1=1-0.002687*15.26=0.959
x2=-7.26ay2=1-0.002687*7.26=0.981
x3=-0.74ay3=1+0.002687*0.74=1.002
x4=-8.74ay4=1+0.002687*8.74=1.023
x5=-16.74ay5=1+0.002687*16.74=1.044
vy1=0.959*18/65*5000=1327.8KN
vy2=0.981*8/65*5000=603.78KN
vy3=1.002*16/65*5000=1233.2KN
vy4=1.023*8/65*5000=629.5KN
vy5=1.044*15/65*5000=1204.6KN
什么是小震、中震和大震？
其概率含义是什么？
与设防烈度是什么关系？
抗震设计目标要求结构在小震、中震和大震作用下处于什么状态？
怎样实现？
答：
（1）我国根据现有的科学水平和经济条件，对建筑抗震提出了“三个水准”的设防目标，即通常所说的“小震不坏，中震可修，大震不倒”。
通常所讲的小震是指该地区50年内超越概率为63%的地震烈度，又称多遇地震；
中震是指该地区50年内超越概率为10%的地震烈度，又称基本烈度或设防烈度；
大震是指该地区50年内超越概率约为2%—3%的地震烈度，又称罕遇地震。
（2）小、中、大震是指概率统计意义上的地震烈度大小，是指事件（小、中、大震）发生的可能性（几率）。
（3）设防烈度是按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度，确定了抗震设防烈度就确定了设计基本地震加速度和设计特征周期、设计地震动参数，在确定地震作用标准值时，用到设计基本地震加速度值，《抗震规范》3.2.2指出了加速度和设防烈度的对应关系，通俗的讲就是建筑物需要抵抗地震波对建筑物的破坏程度，要区别于地震震级，设防烈度取值的标准：
是基本烈度，就是一个地区在今后50年期限内，在一般场地条件下超越概率为10%的地震烈度。
其具体的取值根据抗震规范中的抗震设防区划来取值。
小震烈度大约比基础烈度低1.55度，大震烈度大约比基本烈度高1度。
（4）抗震设计目标要求结构在小震、中震和大震作用下处于的状态是结构应该实现小震不坏，中震可修，大震不倒。
（5）实现方式为抗震设计采用两阶段方法。
第一阶段为结构设计阶段。
在初步设计及技术设计时，就要按有利于抗震的做法去确定结构方案和结构布置，然后进行抗震计算及抗震构造设计。
在这阶段，用相应于该地区设防烈度的小震作用计算结构的弹性位移和构件内力，并进行结构变形验算，用极限状态方法进行截面承载力验算，按延性和耗能要求进行截面配筋及构造设计，采取相应的抗震构造措施。
第二阶段为验算阶段。
一些重要的或特殊的结构，经过第一阶段设计后，要求用与该地区设防烈度相应的大震作用进行弹塑性变形验算，以检验是否达到了小震不坏，中震可修，大震不倒的目标。
（直属）[30]
振型分解反应谱法计算题。
某16层办公楼采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系，层高均为4m，平面对称，结构布置均匀规则，质量和刚度沿高度分布均匀，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.2g，设计地震分组为第二组，建筑场地类别为Ⅲ类。
考虑折减后的结构自振周期为。
各楼层的重力荷载代表值为，结构的第一振型如图所示。
求：
采用振型分解反应谱法计算地震作用时，第一振型对应的基底剪力标准值和基底弯矩标准。
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）第5.1.4条，当抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.2g时，水平地震影响系数最大值；
当设计地震分组为第二组，建筑场地类别为Ⅲ类时，特征周期；
结构自振周期。
由于，故地震影响系数为：
根据第5.2.2条，采用振型分解反应谱法，振型参与系数为：
由结构第一振型质点的水平地震作用计算公式：
得基底剪力为：
整体墙、小开口整体墙、联肢墙、带刚域框架和单独墙肢等计算方法的特点及适用条件是什么？
整体墙计算中认为平面假定仍然适用，截面中的正应力符合直线分布规律，按照整体悬臂墙方法计算墙在水平荷载作用下的截面内力和变形。
适用于墙面上门窗、洞口等开孔面积不超过墙面面积的15%，且孔洞间净距及孔洞至墙边的净距大于孔洞长边尺寸。
小开口整体墙的整体弯曲变形仍是主要的，其内力可按材料力学公式计算，但需考虑局部弯曲的影响稍作修正。
适用于洞口稍大一些，且洞口沿竖向成列布置；
洞口面积超过墙面总面积的16%，但洞口对剪力墙的受力影响较小。
联肢墙计算比较复杂，在引入连杆连续化假定，对于竖向布置规则的双肢墙结构，以连梁中间断开点处的竖向相对位移为零作为数学方程的目标条件建立高阶微分方程，求解得到其本身固有的外力-位移关系及墙肢、连梁内力分布特征。
适用于由连梁连接起来的剪力墙。
带刚域框架即壁式框架可用以D值法基础上的计算方法计算。
适用于具有多列洞口的剪力墙，当剪力墙洞口尺寸较大，特别是当洞口上梁的刚度大于或接近于洞口侧边墙的刚度时。
对于单独墙肢，它的计算可看成是多个单片悬臂剪力墙。
网络教育学院
专升本
土木工程
2012年12月30日
2019年3月份《高层建筑学》离线作业
（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：
已知建筑物的基本自振周期为
（2）风荷载体型系数对于矩形平面，由《高规》附录A可求得
（3）风振系数
由条件可知地面粗糙度类别为B类，由《高规》表3.2.6-1可查得脉动增大系数ξ=1.502，脉动影响系数υ根据H/B和建筑总高度H由《高规》表3.2.6-2确定，其中B为迎风面的房屋宽度，由H/B=3可从《高规》表3.2.6-2经插值求得υ=0.474；
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，Hi为第i层标高；
H为建筑总高度，则由《高规》式（3.2.6）可求得风振系数为：
（4）风荷载计算
风荷载作用下，按《高规》式（3.2.1）可得沿房屋高度分布的风荷载标准值为：
按上述方法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2.1.5
则可计算求得在风荷载作用下结构底部一层的剪力设计值为：
V=1.4×
（800+1380.8+1256.2+1122.0+971.6+789.2+522.2
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