2014试题库高层建筑结构分析与概念设计2剖析

《高层建筑结构分析与概念设计》历年试题一、名词解释（每个3分，共12分）

1）平面结构假定：一片框架或剪力墙可以抵抗在本身平面内的侧向力，平面外刚度忽略不计。

2）抗侧力结构：抵抗水平力的结构，如抵抗水平力的框架柱或剪力墙。

3）转换结构构件：完成上部楼层到下部楼层的结构型式转变或上部楼层到下部楼层结构布置改变而设置的结构构件，包括转换梁、转换桁架、空腹桁架、箱型结构、斜撑等。

4）加强层：设置连接内筒与外围结构的水平外伸臂（梁或桁架）结构的楼层。它通常结合转换层、设备层，设置在高层及超高层结构中，起到控制结构侧移，减小核心筒内力的作用。

5）平面联肢剪力墙：开有一排或多排较大洞口且洞口排列整齐的剪力墙。

6）框架抗推（剪切）刚度：在框架上下截面不产生转角的情况下，使框架的上端产生垂直于框架方向的单位位移所需要的剪力。

7）等效槽型截面法：引入等效翼缘宽度概念，在翼缘框架与腹板框架相连接的一端取等效翼缘宽度长，与腹板框架组合为等效槽型截面，再按材料力学方法分析梁、柱内力的方法为等效槽型截面法。

8）等效角柱法：框架结构为空间结构，翼缘框架依附于腹板框架参与抗侧力，可以说是通过角柱来实现其加强结构整体刚度的作用的，设想一个“等效角柱”代替翼框作用，将框架结构等代两榀带有“等效角柱”的腹板框架，这种分析方法为等效角柱法。

9）结构弯曲（扭转）中心：横向力作用下，结构分别在两个形心主惯性平面xy和xz 内弯曲时，横截面上剪力Vy和Vz作用线的交点，称为截面的弯曲中心，也称为剪切中心。

10）自由扭转：如果外扭矩仅施加于筒体（杆件）两端，且两端可以自由翘曲则各横截面的翘曲相同，无纵向线应变，横截面上无正应力，筒体的每一部分也不会在纵向平面内发生弯曲。

11）约束扭转：由于支承条件或外力作用方式使构件扭转时截面的翘曲受到约束，称为约束扭转。

11）筒体结构：筒体结构是将剪力墙或密柱框架集中到房屋的内部和外围而形成的空间封闭式的筒体。

12）约束扭转的双力矩：约束扭转两翼缘应力积分所得的扭转力矩。

13）部分框肢剪力墙结构：框支剪力墙指的是结构中的局部，部分剪力墙因建筑要求不能落地，直接落在下层框架梁上，再由框架梁将荷载传至框架柱上，上面的墙就叫框支剪力墙。

14）结构的性能点:将能力曲线和需求曲线画在同一坐标系当中，得到的交点称为结构的性能点。

15）基于性能的抗震设计：从以往只注重结构安全，向全面注重结构的性能、安全及经济等诸多方面发展的抗震设计。

二、判断题（每小题1.5分，共15分）

1）水平荷载作用下，框筒（空腹筒）结构存在剪力滞后现象，而实腹筒结构则不会产生剪力滞后现象。（）2）部分框支剪力墙结构在水平荷载作用下，其顶部侧移的大小不仅与框支柱及其上部墙的刚度有关，也与转换大梁（托梁），尤其是落地墙的数量、位置刚度等有关。（）3）其它条件一定时，结构物自振周期的大小对地震作用效应有较大影响，而对风荷载效应没有影响。（）4）带加强层的高层建筑结构，在风荷载作用下，其顶部侧移与加强层数量和位置有关，与普通楼层梁几乎没有关系。（）5）开口薄壁筒体在产生自由扭转时，其横截面上不会产生正应力。（）6）空间联肢剪力墙的腹框在水平荷载作用下同一高度处各连梁的剪力基本相同。

（）7）结构的抗扭刚度与抗侧力结构单元的布置有关。（）8）连梁能使开口薄壁筒体的扭转效应减小，使筒体的纯扭转刚度增大。（）9）框筒结构中的腹板框架在水平荷载作用下将产生剪切型变形，而不会产生弯曲型变形。（）10）实腹单筒在水平荷载作用下两法向面板上对应点的应力大小与方向相同。（）11）实腹单筒在水平荷载作用下，两侧向面板上对应点的应力大小相等，方向相反。

（）12）在水平荷载作用下，平面连肢剪力墙墙身轴力值等于与墙身相邻两列连梁的剪力值的代数和。（）13）连续化分析方法中假定连梁（连杆）的反弯点在跨中点，说明连梁对整片墙的约束弯矩的代数和为零。（）14）约束扭转同时产生纯扭转和弯曲扭转。（）15）双力矩B w的作用在横截面上不会产生正应力。

1-5 √√××√

6-10 ×√×××

11-15 ×√×√×

三、问答题（每题4分，共12分）

1）试分别回答框架结构产生剪切型和弯曲型变形的原因？

答：梁柱的弯曲产生剪切型变形，柱的轴向力变形产生弯曲型变形。

2）平面双肢剪力墙在侧向荷载作用下，墙肢顶部出现负弯矩的原因是什么？

答：实际过程中连梁是不连续的，两端对墙肢产生约束弯矩，产生局部负弯矩。

3）框架-剪力墙结构在侧向荷载作用下，剪力墙顶部出现负剪力的原因是什么？

答：框架-剪力墙结构由框架和剪力墙两类抗侧力单元构成，在水平荷载作用下，剪力墙以弯曲型变形为主，上部层间变形大，下部小，框架以剪切型变形为主，下部层间变形大，上部小。在同一的结构中，通过楼板把两者联系起来。剪力墙和框架在楼板的强制作用下变形必须协调，所以剪力墙下部变形必须加大，上部必须减小。而框架正好相反。在结构的下部剪力墙承担大部分剪力，框架承担小部分剪力。向上，剪力墙承担的剪力迅速减小，到顶部时承受负剪力。

5）自由扭转的特点有哪些？

答：外扭矩仅作用于筒体两端，且两端可以自由翘曲。各横截面的翘曲相同，无纵向线应变，横截面上无正应力，筒体的每一部分也不会在纵向平面内发生弯曲

6）约束扭转的特点有哪些？

答：由于筒体截面沿高度变化、扭矩不限于施加于筒体两端或者端截面受到支座的约束，截面翘曲受阻，截面产生不均匀的正应力，杆的每一部分在纵向平面内各自产生弯曲。

7）框筒化作等效实腹筒的等效原则有哪些？

答：把每一面由梁、柱体系形成的框架转化为均匀的正交异性板，将框筒结构转化为闭合等效实腹筒。①在竖直方向的弹性模量应能代表柱的轴向刚度②剪变模量应能代表框架的剪切刚度

8）试分别回答实腹筒体在侧向荷载作用下俩侧向面板及俩法向面板对应点的应力关系和变形关系？

如果结构对两个竖平面对称则在跟荷载方向平行的两个侧面板上同点处应力状态是相同的，在跟荷载方向垂直的两个法相面板上，应力等值而反向。

9）在水平荷载作用下高层建筑结构中竖向构件产生轴力的原因是什么？

水平荷载对结构产生的倾覆力矩，由此在竖向构件中引起的轴力

10）在平面联肢剪力墙结构的连续化分析方法中，连杆切开点竖向相对位移有哪几部分组成？

1、墙肢弯曲变形产生的相对位移

2、墙肢轴向变形产生的相对位移

3、连梁弯曲和剪切变形产生的相对位移

11）试回答框-筒结构在水平荷载作用下，腹板框架梁剪力分布规律？

腹板框架梁的剪力随刚度特征值的增大而增大，剪力分布随楼层的增加曾线性增加12）何为框筒结构的等代角柱分析法，其等代原则有哪些？

答：框筒结构的角柱（翼框与腹框共有）可一分为二，若翼缘部分截面特性为Ac1、Ic1，腹板部分为Ac2、Ic2，则有Ac1+Ac2=Ac，可取Ac1=Ac2=Ac/2，二者的相对大小对结构计算结果影响不大；Icl=Icy:角柱截面对垂直于荷载方向的形心轴y的惯性矩Ic2=Icx:角柱截面对平行于荷载方向的形心轴x的惯性矩

13）连梁对开口薄壁筒体结构的约束扭转的影响有哪些？

答：连梁的存在加强了薄壁筒体结构抵抗界面翘曲变形的能力，增强了筒体抵抗约束扭转的刚度。

14）影响框筒结构剪力滞后现象的主要因素有哪些？

答：有以下因素：1、柱距与窗裙梁高度2、角柱面积3、框筒结构高度4、框筒平面形状

四、简述题（1～3小题各7分；第4小题10分，共31分）

1）何谓框架-剪力墙结构的刚度特征值？并简述在侧向荷载作用下刚度特征值对结构受力和变形的影响。

答:λ是一个无量纲的量，称为框架-剪力墙结构刚度特征值。是反映综合框架和综

合剪力墙之间刚度比值的一个参数，是影响框架-剪力墙结构受力和变形的主要参

数。

。框架结构在水平力作用下，框架与剪力墙之间楼层剪力的分配比例和框架各楼层

剪力分布情况随着楼层所处高度而变化，与结构刚度特征值λ直接相关。框剪结构

中的框架底部剪力为零，剪力控制部位在房屋高度的中部甚至在上部，而纯框架最

大剪力在底部。

2）简述剪力墙中设置边缘构件的目的，提高边缘构件中混凝土的变形能力的措施有哪些？

剪力墙设置边缘构件可以有效约束剪力墙边缘的混凝土，提高剪力墙极限强度和极限位移，提高剪力墙的耗能能力，并可以提高其平面的稳定性，增强其抗震性能。提供横向钢筋约束，可改善混凝土的受压性能，增大延性。措施：控制轴压比值、在一定程度上增大配筋率、增大配箍特征值，增大高宽比3）试分别简述框筒（空腹筒）结构在水平均布荷载作用下，腹板框架梁和翼缘框架梁的分布剪力沿水平方向和高度方向的分布规律。

答：水平方向上，外荷载的悬臂弯矩使筒体横截面产生弯曲应力，使翼缘框架产生轴拉力或轴压力。腹板及翼缘框架柱中轴力的分布均为非线性，柱中轴力离端部越近越大，离中部越近越小（剪力滞后）。高度方向上，剪力基本保持不变，弯曲正应力增大。

4）简述平面联肢剪力墙在水平荷载作用下①第i列墙肢的轴N ij(j=1,2,…n为层数)与其相邻两侧连梁剪力V bij和V bi-1,j之间的关系（5分）；②连梁在平面联肢剪力墙中的受力与变形特性（5分）。

5）简述在部分框支剪力墙中转换层设置的目的和主要作用？

部分框支剪力墙中上部楼层部分竖向构件(剪力墙、框架柱)不能直接连续贯通落地，此时应在其间设置结构转换层，在结构转换层布置转换结构构件。转换层在建筑功能上的作用主要有：

（1）提供大的室内空间；

（2）为建筑物提供大的入口

（3）在高层建筑中部提供大空间

6）简述在框架-核心筒设置加强层的目的是什么？并说明加强层的作用机理水平加强层，又被称为水平刚性加强层、刚性伸臂结构或腰架。它通常结合转换层、设备层，设置在高层及超高层结构中，起到控制结构侧移，减小核心筒内力的作用。

核心筒承受的弯矩；外框架柱承受的弯矩；外框柱轴向拉压产生的力偶矩。因此，减轻核心筒承担的内力矩和限制核心筒的转动，这两点就是加强层减小结构侧移的基本原理。

7）简述在带加强层的框架-核心筒结构中，减小核心筒弯矩突变量和剪力突变量的措施有哪些？

( 1) 当需要提高建筑物的整体抗侧能力时, 在满足建筑使用功能的前提下, 应首先

考虑增加外框架梁的刚度.

( 2) 设置加强层的同时增大该层周边框架梁的

截面高度, 对减小结构的顶点位移和控制内力突变的作用并不明显, 在不影响建筑使用功能的前提下可以采用.

( 3) 设置2 道加强层时, 在保证结构整体抗侧刚度不变的前提下, 宜使上部加强层伸臂的刚度大于下部加强层伸臂的刚度, 这样有利于控制结构的内力突变. ( 4) 高规建议的加强层设置位置, 更加偏重于对结构内力的控制, 对结构侧移的减小效果不理想, 适宜于抗震等级高的建筑物和抗震设防标准高的地区.(

5) 在设置加强层时, 一般不必特别强调其最佳位置, 如建筑上允许, 可多设几道, 更加有利于控制结构的内力突变, 避免薄弱层的出现. 但一般设2~3 道为好, 如房屋高度较大可再增设一道. 如继续增加加强层的道数, 结构的顶点侧移不再有进一步的明显减小, 且每个加强层的刚度应尽量小即设置 有限刚度的加强层, 并以斜撑桁架式控制内力突变效果最好.

8）简述框架柱的轴向刚度的大小对框架-剪力墙结构的受力与变形性能的影响。 答：当框架的轴向刚度增大，总框架抗推刚度C f 变大，又框架-剪力墙结构刚度特征值 变大，这样会导致结构的变形中剪切变形成分变大，位移曲线曾剪切型，受力方面剪力墙受剪变小，框架变大

9）简述框支剪力墙在竖直荷载作用下的框支上部墙体正应力分布特点与托梁受力特点。

答

：

10）由钢筋混凝土柱和钢梁组成的RCS 组合框架结构体系的基本破坏模式有哪几种？并简述各种破坏模式的主要特征。

答：5种基本破坏模：1、梁塑性铰2、梁节点混合破坏（梁和节点混合破坏系指节点外梁发 生塑性铰破坏与节点区域剪切破坏同时发生的混合模式,而非指与节点混凝土承压破坏同时发生的机理）3、柱破坏4、节点承压破坏5、节点剪切破坏。

11）试简述关于结构、构件、截面及材料之间有关延性要求的相对大小关系，并简要说明原因。

答：对材料的延性要求高于对截面的延性要求，对截面的延性要求高于对构件的延性要求，对构件的延性要求高于对结构的延性要求。因为截面的延性与材料的延性有着直接关系。构件的位移延性又与截面的延性相关，最后，结构延性和构间延性两者的关系与结构形成塑性λ=f

w C H EI

铰后的破坏机制有关。

12）简述平面双肢剪力墙、平面联肢剪力墙、空间联肢剪力墙的连续化分析方法和高层建筑广义连续化分析方法中，在微分方程建立过程中的相同之处和主要不同之处？ 答：基本微分方程具有完全相同的形式，均为}{[]}{[]}{*0t B t B L -=仅系数矩阵有区别。