高层建筑结构期末复习资料

1．何谓结构体系？高层建筑中常用的结构体系有哪些？各有何特点和适用范围？

答：结构体系是指结构抵抗外部作用的构件总体组成的方式。在高层建筑中，抵抗水平力成为确定和设计结构体系的的关键问题。高层建筑中常用的结构体系有框架、剪力墙、框架-剪力墙、筒体以及它们的组合。

（1）框架结构体系是由梁、柱构件通过节点连接构成，既承受竖向荷载，也承受水平荷载的结构体系。这种体系适用于多层建筑及高度不大的高层建筑。

框架结构的优点是建筑平面布置灵活，可以做成有较大空间的会议室、餐厅、车间、营业室、教室等。需要时，可用隔断分隔成小房间，或拆除隔断改成大房间，因而使用灵活。外墙用非承重构件，可使立面设计灵活多变。

框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的抗震性能。但由于高层框架侧向刚度较小，结构顶点位移和层间相对位移较大，使得非结构构件（如填充墙、建筑装饰、管道设备等）在地震时破坏较严重，这是它的主要缺点，也是限制框架高度的原因，一般控制在10～15层。

框架结构构件类型少，易于标准化、定型化；可以采用预制构件，也易于采用定型模板而做成现浇结构，有时还可以采用现浇柱及预制梁板的半现浇半预制结构。现浇结构的整体性好，抗震性能好，在地震区应优先采用。

（2）剪力墙结构体系

剪力墙结构体系是利用建筑物墙体承受竖向与水平荷载，并作为建筑物的围护及房间分隔构件的结构体系。

剪力墙在抗震结构中也称抗震墙。它在自身平面内的刚度大、强度高、整体性好，在水平荷载作用下侧向变形小，抗震性能较强。在国内外历次大地震中，剪力墙结构体系表现出良好的抗震性能，且震害较轻。因此，剪力墙结构在非地震区或地震区的高层建筑中都得到了广泛的应用。在地震区15层以上的高层建筑中采用剪力墙是经济的，在非地震区采用剪力墙建造建筑物的高度可达140m。目前我国10～30层的高层住宅大多采用这种结构体系。剪力墙结构采用大模板或滑升模板等先进方法施工时，施工速度很快，可节省大量的砌筑填充墙等工作量。

剪力墙结构的墙间距不能太大，平面布置不灵活，难以满足公共建筑的使用要求；此外，剪力墙结构的自重也比较大。为满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共房间，以及在住宅底层布置商店和公共设施的要求，可将剪力墙结构底部一层或几层的部分剪力墙取消，用框架来代替，形成底部大空间剪力墙结构和大底盘、大空间剪力墙结构；标准层则可采用小开间或大开间结构。当把底层做成框架柱时，成为框支剪力墙结构。这种结构体系，由于底层柱的刚度小，上部剪力墙的刚度大，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大的内力及塑性变形，致使结构破坏较重。因此，在地震区不允许完全使用这种框支剪力墙结构，而需设有部分落地剪力墙。

（3）框架-剪力墙结构体系

框架-剪力墙结构体系是在框架结构中布置一定数量的剪力墙所组成的结构体系。由于框架结构具有侧向刚度差，水平荷载作用下的变形大，抵抗水平荷载能力较低的缺点，但又具有平面布置较灵活、可获得较大的空间、立面处理易于变化的优点；剪力墙结构则具有强度和刚度大，水平位移小的优点与使用空间受到限制的缺点。将这两种体系结合起来，相互取长补短，可形成一种受力特性较好的结构体系-框架-剪力墙结构体系。剪力墙可以单片分散布置，也可以集中布置。

框架-剪力墙结构体系在水平荷载作用下的主要特征：

1）受力状态方面，框架承受的水平剪力减少及沿高度方向比较均匀，框架各层的梁、柱弯矩值降低，沿高度方向各层梁、柱弯矩的差距减少，在数值上趋于接近。

2）变形状态方面，单独的剪力墙在水平荷载作用下以弯曲变形为主，位移曲线呈弯曲型；而单独的框架以剪切变形为主，位移曲线呈剪切型；当两者处于同一体系，通过楼板协同工作，共同抵抗水平荷载，框架-剪力墙结构体系的变形曲线一般呈弯剪型。

由于上述变形和受力特点，框架-剪力墙结构的刚度和承载力较框架结构都有明显的提高，在水平荷载作用下的层间变形减小，因而减小了非结构构件的破坏。在我国，无论在地震区还是非地震区的高层建筑中，框架-剪力墙结构体系得到了广泛的应用。

（4）筒体结构体系

筒体结构为空间受力体系。筒体的基本形式有三种：实腹筒、框筒及桁架筒。用剪力墙围成的筒体称为实腹筒。在实腹筒的墙体上开出许多规则的窗洞所形成的开孔筒体称为框筒，它实际上是由密排柱和刚度很大的窗裙梁形成的密柱深梁框架围成的筒体。如果筒体的四壁是由竖杆和斜杆形成的桁架组成，则成为桁架筒；如果体系是由上述筒体单元所组成，称为筒中筒或组合筒。通常由实腹筒做内部核心筒，框筒或桁架筒做外筒。筒体最主要的受力特点是它的空间受力性能。无论哪一种筒体，在水平力作用下都可以看成固定于基础上的箱形悬臂构件，它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力，并具有很好的抗扭刚度。因此，该种体系广泛应用于多功能、多用途，层数较多的高层建筑中。

5．结构平面布置与结构竖向布置有哪些要求？

答：（1）结构平面布置

高层建筑的开间、进深尺寸和选用的构件类型应符合建筑模数，以利于建筑工业化。在一个独立的结构单元内，宜使结构平面形状和刚度均匀对称。需要抗震设防的高层建筑，其平面布置应符合下列要求：

1）平面宜简单、规则、对称、减少偏心；

2）平面长度不宜过长，突出部分长度不宜过长，、值宜满足教材表1－3的要求；

3）不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。

（2）结构竖向布置

高层建筑中控制侧向位移常常成为结构设计的主要控制因素。而且随着高度

增加，倾覆力矩也相应迅速增大。因此，高层建筑的高宽比不宜过大。一般将高宽比控制在5～6以下，是指建筑物地面到檐口高度，是指建筑物平面的短方向总宽。当设防烈度在8度以上时，限制应更严格一些。

高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收，这些应遵循《高层规程》中的具体规定。

7．高层建筑结构平面布置的一般原则是什么？

答：一独立结构单元的结构布置应满足以下要求：

(1) 简单、规则、均匀、对称。

(2) 承重结构应双向布置，偏心小，构件类型少。

(3) 平面长度和突出部分应满足规范要求，凹角处宜采用加强措施。

(4) 施工简便，造价省。

8. 简述房屋建筑平面不规则和竖向不规则的类型。

答：《规范》列举了三种平面不规则和三种竖向不规则类型，并要求对不规则结构的水平地震作用和内力进行调整等。

平面不规则类型包括扭转不规则、楼板凹凸不规则和楼板局部不连续。

竖向不规则类型包括侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续和楼层承载力突变。

9.在什么情况下设置防震缝、伸缩缝和沉降缝？

答：不规则结构设防震缝

平面长度和高度超过一定限值时设伸缩缝

主体结构与裙房高度与重量相差悬殊时，或分段二次施工，或地基差异原因设置沉降缝。

10.防震缝、伸缩缝、沉降缝的特点和要求是什么？

答：防震缝从基础至建筑顶部断开，防震缝应有一定的宽度。

伸缩缝从基础以上设置，若为抗震结构，伸缩缝的宽度不小于防震缝的宽度。沉降缝将建筑物的两部分从顶层到基础全部断开。沉降缝的宽度应符合防震缝最小宽度的要求。

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”。