高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計-蘇原-第3章習(xí)題

第三章計算總風(fēng)荷載和局部風(fēng)荷載的目的是什么？二者計算有何異同？答：(1)總風(fēng)荷載是建筑物各表面承受風(fēng)作用力的合力，是沿高度變化的分布荷載，計算總風(fēng)荷載的目的是為了計算抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)移及各構(gòu)件內(nèi)力。局部風(fēng)荷載是用于計算結(jié)構(gòu)局部構(gòu)件或圍護(hù)構(gòu)件與主體的連接。(2)二者的異同：二者都用下列公式計算但計算局部風(fēng)荷載的時候采用的是部風(fēng)荷載體型系數(shù)。對圖3-13結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載進(jìn)行分析。圖示風(fēng)的作用下，各建筑立面的風(fēng)是吸力還是壓力？是什么方向？結(jié)構(gòu)的總風(fēng)荷載是哪個方向？如果要計算與其成90°方向的總風(fēng)荷載，其大小與前者相同嗎？為什么？計算一個框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的總風(fēng)荷載。結(jié)構(gòu)平面即圖3-13的平面，16層，層高3m，總高度為48m。由現(xiàn)行荷載規(guī)范上找出你所在地區(qū)的基本風(fēng)壓值，按50年重現(xiàn)期計算。求出總風(fēng)荷載合力作用線及其沿高度的分布。地震地面運(yùn)動特性用哪幾個特征量來描述？結(jié)構(gòu)破壞與地面運(yùn)動特性有什么關(guān)系？答：(1)地震地面運(yùn)動的特性可用三個量來描述：強(qiáng)度（由振幅值大小表示）、頻譜和持續(xù)時間。(2)結(jié)構(gòu)破壞與地面運(yùn)動特性有著密切的關(guān)系，主要表現(xiàn)在：強(qiáng)烈地震的加速度或速度幅值一般很大，但如果地震時間很短，對建筑物的破壞性可能不大；而有時地面運(yùn)動的加速度或速度幅值并不太大，而地震波的卓越周期與結(jié)構(gòu)的基本周期接近，或者振動時間很長，都可能對建筑物造成嚴(yán)重影響。什么叫地震地面運(yùn)動的卓越周期？卓越周期與場地有什么關(guān)系？卓越周期與場地特征周期有何關(guān)系？答：(1)地震地面運(yùn)動的卓越周期是指地震功率譜中能量占主要部分的周期。(2)卓越周期與場地的關(guān)系：硬土的卓越周期短；軟土的卓越周期長。(3)卓越周期T與特征周期Tg間的關(guān)系應(yīng)理解為:二者都是場地固有周期T0的不同預(yù)測值,因預(yù)測方法不同而冠以不同的名稱。地震作用與風(fēng)荷載各有什么特點(diǎn)？答：(1)地震作用的特點(diǎn)：地震時，由于地震波的作用產(chǎn)生地面運(yùn)動，并通過房屋基礎(chǔ)影響上部結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生震動，這就是地震作用。地震波會使房屋產(chǎn)生豎向震動和水平震動，一般對房屋的破壞主要是由水平振動造成。設(shè)計中主要考慮水平地震作用，只有震中附近的高烈度區(qū)或豎向振動會產(chǎn)生嚴(yán)重后果時，才同時考慮豎向地震作用。地震地面運(yùn)動是一種隨機(jī)振動；強(qiáng)烈地震時加速度峰值或速度峰值（振幅）往往很大，但如果地震時間很短，對建筑物的影響也可能不大。而有時地面運(yùn)動的加速度或速度峰值并不太大，而地震波的特征周期與結(jié)構(gòu)物的基本周期接近，或者振動時間很長，都可能對建筑物造成嚴(yán)重影響。(2)風(fēng)荷載的特點(diǎn)：風(fēng)的作用是不規(guī)則的，風(fēng)壓隨著風(fēng)速、風(fēng)向的紊亂變化而不停的改變，風(fēng)荷載是隨時間而波動的動力荷載，但在房屋設(shè)計中一般把它看成靜荷載。在設(shè)計抗側(cè)力結(jié)構(gòu)、圍護(hù)構(gòu)件及考慮人們的舒適度時都要用到風(fēng)荷載。什么是小震、中震、和大震？其概率含義是什么？與設(shè)防烈度是什么關(guān)系？抗震設(shè)計目標(biāo)要求結(jié)構(gòu)在小震、中震、和大震作用下處于什么狀態(tài)？怎樣實現(xiàn)？β譜曲線有什么特點(diǎn)？答：(1)地震系數(shù),即地面運(yùn)動最大加速度與重力加速度的比值。動力系數(shù)，即結(jié)構(gòu)最大加速度反應(yīng)相對于地面最大加速度的放大系數(shù)。地震影響系數(shù)。(2)由于同一烈度的k值為常數(shù)，β譜曲線形狀與α譜曲線形狀相同。什么是特征周期分組？對設(shè)計反應(yīng)譜有什么影響？答：(1)在相同烈度下，震中距離遠(yuǎn)近不同和震級大小不同的地震，產(chǎn)生的震害是不同的，如果距離震中較近，則地面運(yùn)動的頻率成分中短周期成分多，場地卓越周期短，對剛性結(jié)構(gòu)造成的震害大，長周期的結(jié)構(gòu)反應(yīng)較?。蝗绻嚯x震中遠(yuǎn)，短周期振動衰減比較多，場地卓越周期比較長，則高柔的結(jié)構(gòu)受地震影響大。《抗震規(guī)范》用設(shè)計分組，粗略的反應(yīng)這一宏觀現(xiàn)象。(2)在分組中，特征周期越大，反應(yīng)譜曲線平臺段越長，長周期結(jié)構(gòu)的地震作用將加大。地震作用大小與場地有什么關(guān)系？請分析影響因素及其影響原因。如果兩幢相同建筑，基本自震周期是3s，建造地點(diǎn)都是屬于第一組，分別建在Ⅰ類場地和Ⅳ類場地上，它們地震作用相差多少？如果它們建筑地點(diǎn)分別為第一組和第三組，都是建在Ⅳ類場地上，地震作用又相差多少？答：(1)對于同一個設(shè)計地震分組，場地類別越高，特征周期越大，對長周期結(jié)構(gòu)越不利。這是因為不同性質(zhì)的土層對地震波包含的各種頻率成分的吸收和過濾效果不同，場地土愈軟，軟土覆蓋層厚度愈大，場地類別就愈高，從而特征周期就愈大。計算水平地震作用有哪些方法？適用于什么樣的建筑結(jié)構(gòu)？答：計算水平地震作用有兩種方法：(1)反應(yīng)譜底部剪力法，它適用于高度不超過40m、以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)。(2)振型分解反應(yīng)譜法，除基本振型的影響外，高振型的影響比較大，一般高層建筑都要用振型反應(yīng)譜法考慮多個振型的組合。該方法又分為平面結(jié)構(gòu)振型分解反應(yīng)譜法和空間結(jié)構(gòu)振型分解反應(yīng)譜法。計算水平地震作用時，重力荷載怎么計算？各可變荷載的組合值系數(shù)為多少？答：計算水平地震作用時，計算重力荷載即計算結(jié)構(gòu)等效總重力荷載,其中是結(jié)構(gòu)總重力代表值，為各層重力荷載代表值之和。重力荷載代表值是指100%的恒荷載、50%~80%的樓面活荷載和50%的雪荷載之和。用底部剪力法計算水平地震作用及其效應(yīng)的方法和步驟如何？為什么在頂部有附加水平地震作用?答：(1)用底部剪力法計算地震作用時，將多自由度體系等效為單自由度體系，只考慮結(jié)構(gòu)基本自振周期計算總水平地震力，然后再按一定規(guī)律分配到各個樓層。（2）在頂部附加水平地震作用的原因是為了考慮高振型對水平地震力沿高度分布的影響。n個自由度的結(jié)構(gòu)有多少個頻率和振型？頻率和周期如何換算？計算結(jié)構(gòu)的頻率和振型有哪些方法？為什么計算和實測的周期都要進(jìn)行修正？如何修正？答：(1)n個自由度的結(jié)構(gòu)有n個頻率和振型。頻率和周期互為倒數(shù)。(2)計算結(jié)構(gòu)的頻率和振型的方法有：理論計算，半理論半經(jīng)驗公式和經(jīng)驗公式三大類。(3)理論方法得到的周期比結(jié)構(gòu)的實際周期長，原因是計算中沒有考慮填充墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對剛度的增大作用，實際結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布、材料性能、施工質(zhì)量等也不像計算模型那么理想，如直接用理論周期值計算地震作用，則地震作用可能偏小，因此必須對周期值（包括高振型周期值）作修正?？蚣艿男拚禂?shù)取0.6~0.7，框架-剪力墻取0.7~0.8（非承重填充墻較少時，取0.8~0.9），剪力墻結(jié)構(gòu)取1.0。另外通過實測方法得到的經(jīng)驗公式，也有局限性和誤差，一方面，一個經(jīng)驗公式只適用于某類特定結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)變化，經(jīng)驗公式就不適用；另一方面，實測時，結(jié)構(gòu)的變形很微小，實測的結(jié)構(gòu)周期短，它不能反映地震作用下結(jié)構(gòu)的實際變形和周期，因此要進(jìn)行修正。修正方法為：在應(yīng)用的經(jīng)驗公式中將實測周期的統(tǒng)計回歸值乘以1.1~1.5的加長系數(shù)。試述振型分解反應(yīng)譜法計算水平地震作用及效應(yīng)的步驟。為什么不能直接將各振型的效應(yīng)相加？答：(1)計算步驟：a.將質(zhì)量集中在樓層位置，n個樓層為n個質(zhì)點(diǎn)，有n個振型。b.在組合前分別計算每個振型的水平地震作用及其效應(yīng)（彎矩、軸力、剪力、位移等）。c.進(jìn)行內(nèi)力與位移的振型組合。(2)因為采用了反應(yīng)譜，由各振型的地震影響系數(shù)得到的等效地震力是振動過程中的最大值，其產(chǎn)生的內(nèi)力和位移也是最大值，實際上各振型的內(nèi)力和位移達(dá)到最大值的時間一般并不相同，因此，不能簡單的將各振型的內(nèi)力和位移直接相加，而是通過概率統(tǒng)計將各個振型的內(nèi)力和位移組合起來，即振型組合。平面結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)一般各取多少個振型進(jìn)行組合？振型參與系數(shù)與振型參與等效重量（或質(zhì)量）公式有何區(qū)別？請參考空間振型的振型參與等效重量公式怎么寫？答：(1)對于規(guī)則的、假定為平面結(jié)構(gòu)的建筑，一般取前三個振型就夠了；但如果建筑較高或柔，基本自振周期大于1.5s，或房屋高度比大于5時，或結(jié)構(gòu)沿豎向剛度很不均勻時，振型數(shù)應(yīng)適當(dāng)增加，一般要取5~