24 模块10多高层钢筋混凝土房屋计算能力训练.docx

第1页：模块10 多高层钢筋混凝土

模块10 多高层钢筋混凝土：房屋计算能力训练1.简答题1）多、高层结构有哪几种主要结构体系？简述各自的特点？

• (1)框架结构体系。优点是：建筑平面布置灵活，能获得大空间，也可按需要做成小房间；建筑立面容易处理；结构自重较轻；计算理论比较成熟；在一定高度范围内造价较低。缺点是：框架结构的侧向刚度小，水平荷载作用下侧移较大，故需要控制建筑物的高度
• (2)剪力墙结构体系。优点是：剪力墙的承载力和侧向刚度均很大，侧向变形较小。缺点是：结构自重较大；建筑平面布置局限性大，较难获得大的建筑空间
• (3)框架一剪力墙结构体系。优点是：框架一剪力墙结构房屋比框架结构房屋的水平承载力和侧向刚度都有所提高
• (4)筒体结构体系。优点是：最主要的优点是它的空间性能好。缺点是：容易有剪力滞后现象
• (5)框架一筒体结构体系。优点是：这种结构体系兼有框架体系与筒体体系两者的优点，建筑平面布置灵活便于设置大房间，又具有较大的侧向刚度和水平承载力。2）框架结构由哪几种布置形式？各由何优缺点？框架结构是由若干平面框架通过连系梁连接而形成的空间结构体系，可将空间框架分解成纵、横两个方向的平面框架，楼盖的荷载可传递到纵、横两个方向的框架上。根据框架楼板布置方案和荷载传递线路的不同，框架布置形式可分为以下三种：
• （1）横向框架承重布置。主要承重框架由横向主梁（框架梁）与柱构成，楼板纵向布置，支承在主梁上，纵向连系梁将横向框架连成一空间结构体系，如图10.2（a）所示。采用这种布置方案有利于增大

第2页：房屋的横向刚度

房屋的横向刚度：，有利于抵抗横向水平荷载。

而纵向连系梁截面较小，有利于房屋室内的采光和通风。2纵向框架承重布置。主要承重框架由纵向主梁（框架梁）与柱构成，楼板沿横向布置，支承在纵向主梁上，而横向连系梁则将纵向框架连成一空间结构体系，如图10.2（b）所示。由于横向连系梁的高度较小，有利于设备管线的穿行，可获得较高的室内空间，且开间布置灵活，室内空间可以有效利用。

但横向刚度差，故只适用于层数较少的房屋。3纵横向框架混合承重布置。沿房屋纵、横两个方向布置的梁均要承担露面荷载，如图所示。当采用现浇双向板或井字梁楼盖时，常采用这种方案。由于纵横向的梁均承担荷载，梁截面均较大，故房屋的双向刚度均较大，具有较好的整体工作性能，目前采用较多。（a）横向布置（b）纵向布置（c）纵横向混合布置3）如何确定框架计算简图？

框架结构是由横向框架和纵向框架组成的空间结构。在实际工程中，为了简化计算，忽略它们之间的空间作用，将空间结构简化为若干个横向和纵向平面框架分别进行内力和位移计算,计算单元取相邻两框架柱距的一半，如图10.3所示。

第3页：4）框架梁

4）框架梁：框架的计算单元（b）纵.横向框架（a）计算单元；4）框架梁、柱的截面尺寸如何选取？11答：框架结构的主梁截面高度hb，可按~lb确定，lb为主梁计算跨度；梁1018净跨与截面高度之比不宜小于4，梁的截面跨度不宜小于200mm，梁截面的高宽比不宜大于4。为了避免框架节点处纵、横钢筋相互干扰，框架梁底部通常较连系梁底部低50mm以上。柱截面尺寸宜符合下列要求

• ①矩形截面柱的边长，非抗震设计时不宜小于250mm，圆柱截面直径不宜小于350mm
• ②柱剪跨比不宜大于2
• ③柱截面高宽比不宜大于3。5）为什么竖向恒荷载作用下可近似采用分层法计算内力?分层法计算有何基本假定?答：竖向荷载作用下，力法、位移法等精确方法的计算结果表明，当梁的线刚度大于柱的线刚度时，且结构基本对称，在荷载较为均匀的情况下，框架的侧移值很小，而且作用在某层横梁上的荷载对本层横梁及与之相连的柱的弯矩影响较大，而对其它各层横梁和柱的弯矩影响较小。为了简化计算，框架结构竖向荷载作用下采用分层法，并作如下假定:
• (1)在垂直荷载作用下，多层多跨框架的侧移可忽略不计
• (2)每层梁上的荷载对其它各层梁、柱内力的影响可忽略不计，仅考虑对本层梁、柱内力

第4页：6）分层法

6）分层法：的影响。6）分层法计算时，柱的线刚度为什么要折减?弯矩传递系数为什么取1／3(除底层外)?答;分层法计算时，假定柱的远端是固定端，而实际上，除底层柱下端在基础处为嵌固外，其余各层柱的柱端均有转角产生，是弹性嵌固。分层法简化时增大了结构的实际刚度，梁、柱变形减小。为了减小计算误差，进行如下修正

• (1)除底层柱外其它各层柱的线刚度均乘以折减系数0.9
• (2)底层柱和各层梁的传递系数按远端为固定支承，均为1/2，其他各柱的传递系数按远端为弹性支承，为1/3。7）水平荷载作用下框架内力计算常用的有哪两种方法?它们之间有何区别?答：注意有反弯点法和D值法。区别：D值法中对反弯点法中柱的抗侧刚度和反弯点高度提出了修正
• （1）修正后柱的抗侧刚度D值框架节点均有转角，节点的转动会降低柱的抗侧刚度，降低后的抗侧刚度为c12ih2cD
• （2）柱的反弯点位置取决于该柱上下端转角的比值。8）竖向荷载作用下，梁端负弯矩为何要进行调幅?答：进行调幅（是人为干预手段）是对框架采取的抗震措施。框架分析下来，梁的跨中弯矩经常可能比按简支梁计算的跨中弯矩小50%，而支座弯矩很大，这对于边柱、角柱确很不利，因为梁柱节点的不平衡弯矩来自梁的固端弯矩，必分配给柱端，这样设计下来，梁的能力有富余而柱不足，呈现‘强梁弱柱’之势，不利于结构抗震；竖向荷载作用下,使梁端负弯矩人为调小而跨中弯矩相应调大后，当地震降临时，让梁端抢先开裂，形成塑性铰，一则消耗地震能量，二则框架内力自动重分布，再次减小柱端弯矩，

第5页：9）反弯点法的基本假定有哪些?试简述其理

9）反弯点法的基本假定有哪些?试简述其理：减小柱的负担。抗震概念设计除上述抗震措施外，还有抗震构造措施，抗规6.3.4规定梁端配筋率不得大于2.5%。就是要人设计出的梁，刚度又要小，配筋还要小，而且还要满足正常使用的极限状态的限制。9）反弯点法的基本假定有哪些?试简述其理由。答：水平荷载作用下，反弯点法计算的关键是确定各柱间的剪力和各柱的反弯点高度。为了简化计算，作如下假定

• (1)在确定各柱间的剪力分配时，认为梁的线刚度与柱的线刚度之比无限大，各柱上下两端都不发生角位移
• (2)在确定各柱的反弯点位置时，假定除底层以外的其余各柱受力后，上、下两端的转角相同，反弯点位于层高的中点；对于底层柱，假定其反弯点位于距支座2/3层高处
• (3)梁端弯矩可由节点平衡条件求出，并按节点左、右梁的线刚度进行分配。理由：反弯点法适用于结构比较均匀，层数不多的多层框架。这种框架楼面荷载较大、柱截面尺寸较小，而梁的线刚度较大。梁的线刚度ib比柱的线刚度ic大的多时(ib/ic≥5)，上部各节点转角很小，相邻节点的转角可近似认为相等。采用反弯点法计算内力，可满足工程设计的精度要求。10）框架结构抗侧移刚度如何确定？答：框架节点均有转角，节点的转动会降低柱的抗侧刚度，降低后的抗侧刚度为c12ih2cD11）D值法在反弯点法的基础上作了哪些修正?它的主要依据是什么?答;对反弯点法中柱的抗侧刚度和反弯点高度提出了修正。12）D值法中D值的物理意义是什么？

第6页：13)框架结构的侧移变形

13)框架结构的侧移变形：答：修正后柱的抗侧刚度。

13)框架结构的侧移变形是怎样形成的?设计中如何对待侧移的各组成部分?答;引起框架侧移的主要原因是水平荷载作用。在水平荷载作用下，框架的变形由总体剪切变形和总体弯曲变形两部分组成。14)框架梁、柱的纵向钢筋和箍筋应满足哪些构造要求?如何处理框架梁与柱、柱与柱的节点构造?答：略15）框架剪力墙结构体系在水平荷载作用下的内力分析中的假定如何？

1房屋体系规则、剪力墙布置对称均匀，各楼层刚心和质心相重合，楼盖在自身平面内刚度无限大，在同一楼层的标高上，框架与剪力墙的水平位移相等，不考虑扭转的影响2水平荷载由框架与剪力墙共同承担3剪力墙与框架的刚度沿高度均匀分布16）框剪剪力墙结构中剪力墙的布置要求？1剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及横在较大的部位，剪力墙间距不宜过大2平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙3纵横剪力墙宜组成L形、T形和槽型等形式4单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总水平剪力的40%5剪力墙宜贯通建筑物的全高，宜避免刚度突变；剪力墙开洞时，洞口宜上下对齐6楼电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置7抗抗震设计时，剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。

17）什么是框架与剪力墙协同工作？试从变形方面分析框架剪力墙是如何协同工作的。

第7页：2.计算题

2.计算题

框架剪力墙

框架剪力墙是由两种变形性质不同的抗侧力单元通过楼板协调变形而共同抵抗垂直荷载及水平荷载的结构。

在垂直荷载作用下，按各自的承载面积计算出每榀框架和每榀剪力墙的垂直荷载，分别计算内力。在水平荷载作用下，因为框架和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1在水平荷载作用下，框架结构的侧向变形曲线以剪切型为主，而剪力墙的变形则以弯曲型为主。受力性能不同的这两种结构通过楼板互相联系在一起，由于楼板平面内的刚度大，他们在同一层楼板处必须有相同的侧移，形成了弯剪型变形。剪力墙下部变形加大而上部变形减少，框架下不变形减少而上部加大，由此框架-剪力墙结构的层间变形趋于均匀。2框架-剪力墙结构的刚度特征值的物理意义是总框架抗推刚度和总剪力墙抗弯刚度的相对大小，其值的变化，表示了两种不同变形性质的结构的相对数量，对框架-剪力墙结构的受力和变形性能有很大的影响。2.计算题1）解：分层。将底层以外的各柱线刚度乘以0.9，得出各层框架的计算简图。计算各个节点的弯矩分配系数节点G:610.8470.15361.20.9GHGD0.847;节点H:

第8页：61.40.96.HE

61.40.96.HE：60.452;61.40.96.06.00.452;61.40.96.0HE10.4520.4520.096节点I:HGHI661.20.9IHIF0.847;10.8470.153节点D:1.20.90.134;61.20.91.06.00.743;61.20.96.0DA10.1340.7430.123节点E:DGDE6.00.415;61.40.961.26.00.415;61.40.961.21.20.08361.40.961.2EB10.4150.4150.0830.087节点F:lpFEDE0.743;FIDG0.134;FCDA0.123计算每一跨梁在竖向荷载作用下的固端弯矩。

、EDEFEB12121212GHHGMM1507.52234.38KN.mDEEDMM1507.52234.38KN.mHIIHMM15062150KN.mEFFEMM15062150KN.m

第9页：④将弯矩

④将弯矩：进行分配与传递，如下图所示。

⑤弯矩图略DEF-271.1599.26-63.53-54.29--54.2911.5027.154.1540.01-40.0123-10.40280.45-13.74-266.72-10.40-2.21234.15-18.818.811.5013.34-6.27-4.58顶层计算简图下柱左梁右梁下柱左梁右梁上柱0.8470.1530.8470.8470.1530.8470.153I150-150H234.38-234.38G-22.95-127.05198.5235.86

第10页：顶层柱3V3FiF310kNi3

顶层柱3V3FiF310kNi3：根据各柱的抗侧移刚度分配各柱剪力，由于各柱高度相同，可按各柱线刚度分配剪力31331.5103.33kN1.521DijVVDijj132332104.44kN1.521DijVVDijj133331102.22kN1.521DijVVDijj1根据假定，反弯点在层高的中点，所以计算各柱端弯矩为DEFDEF-234.38234.3815-15029.0174.14-24.0187.07--111.45---8.92-24.0117.8-2.2117.8-20.18.9216.0-5.54底层计算简图2）解：计算各柱剪力VijGHI11.5-3.87-5.63下柱上柱左梁右梁下柱上柱左梁右梁下柱上柱0.120.130.740.410.080.080.410.740.120.13-18.6-3.222.982.98-7.81--32.3-7.40-1.48-1.55--32.0-252.23-280.45274.31.413.2234.63

第11页：M1上M1下

M1上M1下：3.3326.66kNmM2上M2下4.4428.88kNmM3上M3下2.2224.44kNm3中间层柱：V2FiF2F329kNi2根据各柱的抗侧移刚度分配各柱剪力，由于各柱高度相同，可按各柱线刚度分配剪力21233299.67kN342DijVVDijj1222342912.89kN342DijVVDijj123232296.44kN342DijVVDijj1根据假定，反弯点在层高的中点，所以计算各柱端弯矩为M1上M1下9.672.524.18kNmM2上M2下12.892.532.23kNmM3上M3下6.442.516.1kNm3底层柱V1FiF1F2F351kNi1根据各柱的抗侧移刚度分配各柱剪力，由于各柱高度相同，可按各柱线刚度分配剪力111355117kN564DijVVDijj1121365120.4kN564DijVVDijj1

第12页：131345113.6kN564DijV

131345113.6kN564DijV：131345113.6kN564DijVVDijj1根据假定，反弯点在距柱底三分之二高度处，所以计算各柱端弯矩为M1上17234kNmM1下17468kNmM1上20.4240.8kNmM1下20.4481.6kNmM1上13.6227.2kNmM1下13.6454.4kNm框架的弯矩图（略）3）解：计算各柱抗侧刚度及剪力底层柱：边柱CK72.330.5K0.65432Kh2D12ic0.654中柱CK773.50.5K0.72742Kh2D12ic0.969D0.6540.9690.6542.277根据各柱抗侧刚度分配剪力，各柱剪力为：2.277GJILVV510.64514.65kN2.277HKV510.96921.7kN中层柱：边柱220.636CK573.52KKh2D12ic0.61中柱K57754CK232Kh20.667D12ic0.96D0.610.960.612.18根据各柱抗侧刚度分配剪力，各柱剪力为：2.18DGFIVV290.618.11kN

第13页：2.18EHV

2.18EHV：2.18EHV290.9612.77kN顶层柱：边柱CK3.552.821.52KKh20.58D12ic0.65中柱K3.5553.53.422.52KCKh20.63D12ic1.18D0.651.180.652.48根据各柱抗侧刚度分配剪力，各柱剪力为：2.48ADCFVV100.652.62kNBE2.48V101.184.76kN计算各层反弯点高度：底层边柱012236n3,j1,K2.33,y0.55,y0,5,y0,y0,yh0.5563.3m中柱012236n3,j1,K3.5,y0.55,y0,5,y0,y0,yh0.5563.3m中层边柱01122337n3,j2,K3.5,y0.5,5,y0,554,y0,6,y0,yh0.552.5m中层中柱01122337n3,j2,K4,y0.5,5,y0,554,y0,6,y0,yh0.552.5m顶层边柱0112335n3,j3,K2.8,y0.44,3.5,y0.01,4y0,5,y0,yh(0.440.01)41.8m顶层中柱0112335n3,j3,K3.4,y0.45,3.5,y0,4y0,5,y0,yh0.4541.8m各层弯矩值为

第14页：MJGMLI

MJGMLI：14.653.3=48.345kNmMKH21.73.3=71.61kNmMGJMIL14.652.7=39.555kNmMHK21.72.7=58.59kNmMGDMIFMDGMFI=8.112.5=20.275kNmMHEMEH=12.772.5=31.925kNmMADMCF2.622.2=5.764kNmMBE4.762.2=10.472kNmMDAMFC2.621.8=4.716kNmMEB4.761.8=8.568kNm框架的弯矩图（略）4）解计算框架侧移时，应取水平荷载标准值。

水平荷载作用下框架侧移计算具体过程见下表：框架侧移计算u(mm)ihiui∑Di(KN/m)104Vi(KN)Fi(KN)Hi(m)层次13.43129851.341.00i3中柱=0.74410104312.09110944.570.71i2中柱=0.6342919527.5217987.520.57i1中柱=0.6785122611中柱令i=1.19104KN.m，i2中柱4=31.191040.893104，3中柱4i=2.51.191040.744104KN.m验算层间相对位移＜1=11h17985502=＜11h21094550

第15页：＜3=11h32985550验算

＜3=11h32985550验算：结构顶点位移u13.43mm＜27.27mm550550H(456)103均满足要求。