1、从专业术语的角度,区分什么是“框架”,什么是“框架结构”。
答:框架:框架结构、框架剪力墙结构、框架筒结构中的框架部分。框架结构:仅由框架构成的结构。框架结构——梁、柱通过刚接或铰接连接构成承重体系的建筑结构(高层建筑结构分析与设计,P44)框架结构——梁、柱通过刚接或铰接连接构成承重体系的建筑结构。
2、高层建筑混凝土结构技术规范为什么对框架结构的最大高度进行限制?
答:框架结构对于25层以下的建筑是经济的。25层以上的框架,侧向相对灵活,需要在控制水平位移的基础上不经济地增大构件尺寸。(高层建筑结构分析与设计,P44)框架结构构件截面尺寸小,结构侧向刚度小,水平位移大,在地震作用下,易因变形大而引起非结构结构的破坏。因此,它的建筑高度受到限制。(混凝土结构,第2卷,P175)。从全断面墙体→全断面小洞口墙体→墙架→普通框架,水平侧向刚度将减弱到只有原全断面墙体的百分之几。因此,剪力墙结构的位移限制条件比较容易满足,而位移限制条件在框架结构中往往起控制作用。
3、为什么《高层建筑混凝土结构技术规范》对多层建筑结构的层间相对位移(层间水平位移与层高的比值)进行限制?若框架结构不满足此控制条件,请说明在不增设剪力墙的情况下,可采取什么措施提高框架结构的抗侧力刚度。
答:任何构件或结构要保证正常工作,必须满足强度、刚度和稳定性的要求。随着建筑高度的增加,对结构侧向刚度的要求也随之提高。因为侧向位移过大,会使主体结构产生裂缝甚至破坏,造成装修、隔墙损坏,使电梯运行不畅,使居住者感到不适。另一方面,如果水平位移过大,竖向荷载会产生显著的附加弯矩(即P-△效应),使结构内力增大。(《混凝土结构下册》P172)增加柱的截面积,设置支撑,合理布置结构体系,增加水平构件的刚度。
4、框架-剪力墙、框架-核心筒、剪力墙结构、筒中筒结构的含义。
答:框架—剪力墙结构:以框架和剪力墙作为承重结构。框架—核心筒结构:由中心薄壁筒、周边一般框架构成的高层建筑结构。剪力墙结构:利用建筑外墙和永久性隔墙承担荷载的结构。筒中筒结构:由中心薄壁筒、周边框架筒构成的高层建筑结构。(《混凝土结构》第2册,第177页)
5、请说出剪力墙结构的优缺点,您认为采用剪力墙结构能达到每户房间自由设计的要求吗?
答:由于剪力墙具有较大的抗侧刚度,在水平力作用下,剪力墙结构体系侧向位移小,结构整体性好,抗震能力强,可以建造较高的建筑物。但剪力墙的布置受建筑开间和楼板跨度的限制,墙间距离较小,难以满足布置大空间的要求。(混凝土结构下册,P177)我认为,可以通过增加墙间距离来实现自由的户型设计。我认为,采用剪力墙结构不容易达到每户房间自由设计的要求。
6、框架-剪力墙结构中的剪力墙必须与两端的框架柱一起浇注吗?如一起浇注,请画出两根框架柱及其之间的剪力墙的水平剖面图,以及柱和剪力墙的配筋构造图。
答:抗震墙四周宜设置由梁(或隐梁)和端柱组成的框架;端柱的截面形状宜与同一楼层的框架柱截面形状相同。(《抗震规范》P61 6.5.1;p195,11.7.17)。
试验表明,反复荷载作用下剪力墙的塑性变形能力与截面内纵向钢筋配筋、端边构件范围、端边构件内纵向钢筋和箍筋的配置方式以及截面形状和截面轴压比的大小有关。其中墙肢轴压比是更重要的影响因素。当轴压比较小时,即使墙端部没有约束边构件,剪力墙也具有良好的延性和耗能能力;当轴压比超过一定值时,无约束边构件的剪力墙的延性和耗能能力降低。 为了保证剪力墙底部塑性铰区域的严格性能和耗能能力,规定在一、二级抗震水平下,当剪力墙底部可能出现塑性铰的区域轴压力较大时,应采用约束边缘构件对墙肢两端混凝土给予适当的约束。(混凝土规范,第336页)见抗震规范中的图示,第58页
7、筒中筒结构中“外框筒”的结构特点和受力特点有哪些?
答:外框筒由密柱宽梁组成,柱距为2.0~3.0m。筒中筒结构中,剪力墙内框截面积较大,承受大部分水平剪力,而外框筒柱承受的剪力很小;且水平力产生的倾覆力矩大部分由框筒柱轴力形成的总弯矩来平衡,剪力墙和外框筒柱承受的剪力很小。另外,在水平力作用下,外框筒不仅沿水平力方向与框架平行(称腹板架),而且垂直于水平力方向的框架(称翼缘架)也共同受力。在水平力作用下,薄壁筒接近于薄壁杆,产生整体弯曲和扭转。 但外框筒虽然整体受力,但与理想筒的受力有明显区别。在水平力作用下,理想筒体截面保持腹板应力直线分布,翼缘应力相等,而外框筒体不再保持平截面变形,腹板框架柱轴力呈曲线分布,翼缘框架柱轴力分布不均匀:靠近角柱处的柱轴力大,远离角柱处的柱轴力小。这种应力不再保持直线规律的现象称为剪力滞。由于这种剪力滞现象的存在,外框筒体不能简单地按平截面假定来计算内力。(《多层、高层混凝土建筑结构设计》第489页)
8.什么是“转换层”?请用一个简单的力传递模型,解释一下当转换层改变垂直力和水平力的传递路径时意味着什么?在起这个作用时,转换层本身的受力特性是怎样的?
答:为了实现上部小空间、下部大空间的布置,上部布置刚度较大的剪力墙,下部布置刚度较小的框架柱。为了实现这种结构布置,必须在结构转换的楼层设置转换层。(高层建筑结构实用设计方法,P375)垂直荷载向下传递;水平荷载向上传递。当上下部承受水平力的结构构件不一致时,中间转换层可以解决复杂的受力情况。可以想象成水平放置的剪力墙或深梁。
转换楼板需要重新分配上下层之间的剪力,平面内受力很大,变形较大,由于楼板变形,导致下部框架支座位移增大,从而增大框架支座剪力,基于楼板刚度无穷大假设的计算结果不能直接使用。
9、请说明转换层的常见结构形式,并说明转换层的平面尺寸与结构高度的大致比例。
答:内部要形成大空间,包括结构类型变换和轴线变换,可采用梁、桁架、箱、板转换层。框架筒体需在底层形成大入口,可有多种转换层形式:转换梁、转换桁架、转换墙、间接转换拱、柱转换拱。(《高层建筑结构实用设计方法》,P378)
10、请说明框架-核心筒结构的优点。请结合工程实例,给出框架-核心筒结构大致的平面布置图,并说明:①核心筒平面与整个框架-核心筒结构平面尺度的大致关系。②该结构类型核心筒外框架柱的平面布置应考虑哪些问题。为什么工程界又称该类型核心筒外框架为“疏柱框架”?
答:框筒结构适用于钢或钢筋混凝土建筑,高度已达40-100层。这种框架的重复模式导致了预制钢结构的应用和混凝土结构中快速移动套模的应用,形成了快速施工。框筒结构是现代高层结构中最显著的发展之一,它具有有效、易于施工的结构,可以建造最高的建筑物。在建筑风格方面,框筒结构的外观清晰明亮。(高层建筑结构分析与设计,P52) ①45%~50% ②由于框架核心筒结构只保留了剪力墙内筒,外筒为一般框架,不要求起到空间筒的作用,因此其平面造型比较自由灵活。 (多高层混凝土建筑结构设计,P504)宜采用简单的平面形状,首先考虑圆形、正方形、矩形、双对称轴正多边形,其次考虑正三角形平面等。内筒应居中,矩形平面的长宽比不宜大于2。
11. 近来高层建筑框架结构多采用“宽扁梁”方案,主要考虑哪些因素?该方案是否会影响结构抗水平力的刚度?设计中应如何考虑和处理?
答:为了降低楼面净高或方便通风管道通过,必要时可设计成宽度相对较大的扁梁。此时应根据荷载和跨度条件满足梁的挠度限度,选择扁梁的高度(《多层、高层混凝土建筑结构设计》p263)。另外,当延性框架要求强柱弱梁、强剪弱弯时,不宜增加梁的高度,常采用截面高度相对较小的扁梁。(可自行决定是否采用此项)为了增加楼面净高,柱间梁常做成扁梁,以减少梁的高度。扁梁是宽度大于或等于梁高的梁。扁梁的高跨比不宜小于1/20。 高层建筑转换层梁的荷载比很大,又要争取转换层相邻下层的高度,所以往往做成扁梁。(《高层建筑概念设计》p89)对转换层有影响。因为框架在水平荷载作用下的水平位移是由三种构件变形方式引起的,包括梁的弯曲变形、柱的弯曲变形、柱的轴向变形。层间水平位移也是由这三种变形引起的位移分量组成的。高层框架结构构件的典型尺寸一般都有这样的比例关系,即梁的弯曲变形是引起位移的主要因素,柱的弯曲变形次之。(《高层建筑结构分析与设计》P186~196)设计扁梁时,不仅需要考虑纵向,还需要考虑横向。当然,这取决于你的支撑条件。 据参加过宽扁梁实验的朋友说,宽扁梁的纵筋尽量穿柱,手册规定不少于75%的纵筋必须穿柱,其实没有穿柱的另外25%的钢筋起的作用很小。(这个答案90%是错的)
12、什么叫设有“加强层”的高层建筑结构?“加强层”常用的结构方案有哪些?为什么“加强层”能提高结构的抗侧刚度?钢筋混凝土高层建筑设置加强层应特别注意哪些问题?
答:带刚性臂的超高层核心筒框架结构体系。加强层宜设置伸臂刚性梁、桁架或空腹桁架,有时在楼层设置环梁或桁架。在楼层多、高度大的建筑结构中,不可避免地存在两个问题:结构在水平作用下水平位移过大,作为主要承重构件的中心剪力墙或筒体承担的弯矩过大。一般情况下,高层结构体系的位移与悬臂梁相似。随着高度的增加,外荷载产生的倾覆力矩大部分由中心核心筒剪力墙或筒体承担,设计遇到很大困难。在顶部设置水平伸臂后,刚性伸臂产生轴向拉力和压力,它们形成力偶,平衡部分外荷载产生的倾覆力矩,从而减少核心筒内壁承担的弯矩,大大减少侧向位移。 由于刚臂的作用,一些框架柱的轴压比有所增大,不利于抗震。
13. 结合下图框架剪力墙结构平面图,说明该结构各层为何要起“隔墙作用”(即水平方向的传力作用),若要验证楼板在其平面内的受力状况,应使用什么计算图?
答:在侧向力作用下,框架和剪力墙共同抵抗侧向力。剪力墙侧向位移曲线为弯曲型,框架侧向位移曲线为剪切型。由于各层楼板或连接梁的作用,框架和剪力墙在各层必须有共同的侧向位移。在底部,框架的变形受到剪力墙的限制,在顶部,剪力墙由框架支撑。因此,各层都起着水平方向的传力作用。我觉得应该用一个模型来分析。
14.什么是“钢筋混凝土”(刚性钢筋混凝土或型钢混凝土),什么是“钢管混凝土”?以钢筋混凝土柱为例,说明为什么它比普通钢筋混凝土受力更好。请画一个典型的钢筋混凝土柱剖面。说明钢管混凝土柱中钢管和混凝土柱的受力特点。如果是大偏心受压柱,钢管混凝土还有优势吗?请找出一种你认为可能更合理的钢管混凝土柱和钢筋混凝土柱的连接方法。
答:钢-混凝土构件是以混凝土中的型钢为主,同时设有少量结构钢筋和少量承重钢筋的构件。在钢管内填充混凝土的结构称为钢管混凝土结构。
钢-混凝土:一方面,混凝土包裹着钢筋,在构件达到承载力之前,钢筋很少发生局部屈曲;另一方面,钢筋又约束着核心混凝土。同时,由于整体钢筋的刚度远大于钢筋混凝土中分散钢筋的刚度,钢-混凝土构件的刚度明显高于钢筋混凝土构件。钢-混凝土延性好,耗能能力强。
钢管混凝土结构受力性能的优越性主要体现在合理利用钢管对混凝土的夹紧力,这种夹紧力改变了混凝土柱的受力状态,变单向受压为三向受压,混凝土的抗压强度大大提高。在低应力阶段,它与普通钢筋混凝土受压构件基本相似,即钢管和混凝土共同承担纵向压力,随着纵向压力的增加,混凝土的侧向变形大于钢管的侧向变形(两者均自由时),这是不可能发生的。因此,混凝土对钢管施加的是径向压力,在径向压力作用下,钢管产生环向压力。对于单根钢管混凝土,更适用于以轴压或以轴压为主的构件和杆件钢结构加强筋设计原则,这样才能充分发挥混凝土在三向受压下强度大大提高的优越性。对于弯矩较大的构件,一方面混凝土受压面积小,因此优势就不十分突出。 另一方面,由于截面内受拉区的存在,金箍力的作用会大大减弱,夹紧力的计算也变得十分复杂。另外,当截面等截面时,圆截面的惯性矩较小,从受力特性上看,不宜受弯。梁柱节点形式有几种
15、以剪力墙结构中的横向剪力墙为例,说明在水平荷载作用下,剪力墙各层层间位移中哪部分称为“有害位移”,哪部分称为“无害位移”。
答:现行层弯曲变形和剪切变形引起的位移为有害位移,下层位移对上层引起的附加位移为无害位移。对于曲线剪力墙结构,剪力墙整体变形采用普通梁的平截面假定。可见,首层剪力墙的层间蛇形角包括自身变形角和下层位移角两部分。后者与现行层受力无关,称为无害位移角,前者与现行层受力有关,称为有害位移角。
16、请说明单层厂房采用钢筋混凝土或预应力混凝土屋架结构形式更为合理,该类型屋架是否可以按简易铰接桁架进行内力分析?如不能,应增加哪些验证内容?
答:轴向力可按铰接桁架计算(即内力分析),但在支座存在不均匀沉降的情况下,上弦杆弯矩必须按连续梁计算。
17、为什么说支撑体系是保证单层厂房结构整体刚度和稳定性的关键措施?你知道哪些部位可能需要在哪些方向设置平面支撑吗?支撑本身一般采用什么样的结构形式?
答:(1)装配式钢筋混凝土单层厂房结构中,支撑虽然不是主要承重构件,但它是连接各主要结构构件,使之成为整体的重要构件,能将部分水平荷载传递给主要承重构件。屋架侧向刚度很小,容易连续倒塌,因此设置支撑。
(2)屋架上、下弦的水平支撑应设置在屋架(屋面梁)上、下弦及天窗架上弦的平面内。屋架竖向支撑应设置在屋架(屋面梁)与天窗架(含风窗柱)之间。拉杆设置在屋架上、下弦及天窗架上弦的平面内。屋架上弦的水平支撑设置在每一伸缩缝段的端部。采用钢筋混凝土屋架梁的屋面体系,当采用檩条时,应在梁上翼缘的平面内设置横向水平支撑。支撑应设置在伸缩缝段两端第一或第二柱距内。 当屋面上的天窗穿过伸缩缝时,应在伸缩缝两侧天窗下方的柱距内设置上弦横向水平支撑。对于采用钢筋混凝土拱形、梯形桁架的屋面体系,应在每一节伸缩缝端部的第一或第二柱距内设置上弦横向水平支撑。当厂房设有天窗时,可根据屋架上弦杆件的稳定条件,在天窗范围内沿厂房纵向设置连接杆件。
18.请从加卸载材料的应力-应变关系中解释什么是非弹性,什么是“弹性”?什么是“非线性”,什么是“线性”?从这个意义上讲,混凝土在受压时具有什么特性?为什么?
答:(非弹性)是指在应力作用下产生的一定应变,在应力消除后不能完全恢复的特性。(非线性)是指在应力作用下,ζ-ε曲线呈线性增加。从这个意义上讲,混凝土在受压时具有非线性和非弹性的特性。
19.请从材料应力的角度理解什么是“弹性模量”。混凝土的设计弹性模量是如何确定的?规范给出的弹性模量公式包中没有包含可靠性因素。不同强度等级的混凝土的Ec有区别吗?区别大吗?
答:混凝土的弹性模量是指以混凝土棱柱体标准试件为基准,按标准试验方法得到的规定压应力值与相应的压应变值之比,即单位压应变所对应的应力值。(《建筑结构设计术语和符号标准》第30页3.4.5条)采用柱试件,应力上限为0.5fc,当荷载重复作用10次时,应力-应变曲线接近直线,取直线的斜率作为混凝土的弹性模量。根据规范P240(4.1.5)上的公式,由于它对应的是混凝土立方体抗压强度的标准值,而该标准值已考虑了可靠性,因此弹性模量也考虑了可靠性。不同强度等级混凝土的EC弹性模量不同,从C15-C80,为2.2-3.8×104N/mm2。 變化很大。
20. 解释低强度混凝土(例如C20)和高强度混凝土(例如C100)之间的应力-应变特性和差异。
答:强度越高,峰值应力点越高,但对应的应变差不大。强度越高,越接近弹性材料。强度由低到高:EC由小到大,非线性由重到轻,下降段由平缓到陡峭,上升段由陡峭到平缓,破坏应变减小。C90以上,原则上无下降段。(注)
21. 以硅酸盐水泥混凝土为例,说明水泥水化后微观结构的特点,这种特点对混凝土力学性能有何影响?
答:水泥水化后,在水泥颗粒表面形成一层水化物薄膜,内部水泥颗粒继续水化,向外喷射出管状触手,触手相互缠绕,使颗粒间空隙减小,被凝胶包裹的水泥颗粒相互接触,晶体和凝胶相互渗透,形成结晶网状结构。固相颗粒间空隙减小,结构逐渐紧密,水泥浆体完全失去塑性,达到能承受一定荷载的强度。进入硬化期后,水化速度减慢,水化物随时间逐渐增多,扩散到孔隙中,使结构更加致密,强度相应增加。(感觉后面部分与讲课内容不同步)所以混凝土抗压能力强,抗拉能力弱。
22. 解释混凝土在单轴压缩时微裂缝的发展趋势。在应力-应变曲线的哪一部分(对于中、低强度混凝土)轴向压缩试件的表面会出现裂缝。
答:混凝土在受到荷载或外应力之前,其内部已存在少量、散落的微裂缝。当混凝土内部微观拉应力较大时,微裂缝首先出现在粗骨料界面处,称为界面粘结裂缝。当应力开始达到极限荷载(ζmax)后,混凝土内部微裂缝逐渐增多、扩展,可分为三个阶段:
(1)微裂纹相对稳定期(ζ/ζmax
(2)裂缝稳定发展期(ζ/ζmax)部分界面裂缝延伸并逐渐进入水泥砂浆内部,或水泥砂浆内原有缝隙处应力集中使砂浆破裂钢结构加强筋设计原则,产生少量微裂缝。此阶段混凝土中微裂缝发展较多,变形明显增大。但当荷载不再增加时,微裂缝发展也将停滞,裂缝形态基本保持稳定。
(3)不稳定的裂纹开发周期(ζ/ζMAX> 0.75-0.9)当混凝土承受更高的压力时,粗骨料的界面突然扩大并延伸,并且大量水泥进入水泥砂浆:现有的裂纹在水泥上的裂缝也与邻近的裂纹相连,也可以与邻近的裂纹相连。如果在高应力下,纵向分裂的方向或纵向裂纹。 S,轴承能力下降,导致混凝土的最终破坏。
失败机制可以总结如下:首先,在压力增加后,在水泥的砂浆中形成了水泥砂浆;首先加载样品时,应力很小(ζ
应力 - 应变曲线进入降阶段后不久,当应变ε=(1-1.35)εp和应力ζ=(1-0.9)FC时,第一个可见裂纹出现在样品中间的表面上。
随着应变的增加,在样品上出现了多个不连续的纵向裂纹,并且混凝土的轴承能力迅速降低。 2-3(2-3)εp,随着样品的应力进一步增加,混凝土的残留强度为(0.4-0.6)FC,在挤压和滚动正常应力和剪切应力下,这种斜裂纹继续发展和扩大,而在其他部分中不再发展。
23.请总结从混凝土的微结构,微裂料发展和应力 - 应变关系的角度来总结混凝土非线性和非弹性特征的来源和表现。
答:它主要来自凝胶体的流动微观结构,该凝胶体发生了内部裂缝:在结构混凝土承担负载之前,已经有少量的内部微裂纹,这些微裂纹主要位于粗骨料和砂浆之间的接触表面,而硬化水泥仍然具有一定的流动性。
微裂纹的发展:当混凝土的压缩应力很小时,由于应力浓度,粗骨料的尖端沿周长稍微发展,因此某些裂纹是由于压缩而封闭的,因此大多数变形可以恢复弹性,因此远距离的效果会造成大量的效果,并沿着混凝土的相关性均变化了,因此构成了效果。逐渐延伸的骨料逐渐扩大,如果裂纹裂缝会渗透到迫击架上,则裂缝不会继续延伸。负载方向将混凝土分为一些小柱并将其销毁。 目前,裂缝会导致具体标本的刚性急剧下降,裂纹是不可逆的,因此,非线性的混凝土弹性表现更明显。 s当应力(点A)时,混凝土的变形在此之后会增加,而混凝土的塑料变形略快,曲线略微凸起用肉眼观察了样品表面上的裂纹,曲线进入降截面(点E),平均应变约为。 裂缝是横向的,较短的,裂纹宽度约为0.04〜0.08mm。零件增加,但标称应力减少,因此有一个降级部分。
24.请解释HRB235,HRB335,HRB400,应力符合应力的钢丝和热处理钢条之间应力应变特性的差异吗?
答:前三种类型的线性弹性部分和产量平台均依次增加钢筋的产量点,屈服部分会延长,最终两种类型的延长。
25.请确保理解为什么不能直接将具有过高强度的钢棒(例如,标准强度超过550MPa)直接用作普通钢筋混凝土结构中的普通钢棒。
答:因为当混凝土达到最终强度时,当钢条的强度超过400MPa时,当混凝土强度达到最终强度时,钢棒不会产生,钢筋的强度将无法充分利用;
26.使用哪种强度指数来确定热滚动钢棒的标准强度值以及应力降低的钢丝的强度值,为什么?
答:热滚动钢筋强度的标准值是根据屈服强度确定的,并以FYK表示。
27.什么是钢棒的终极伸长率?
答:终极伸长是指钢棒标本在拉伸测试中被破坏与原始样本长度时的伸长率。
28.什么是冷纹钢棒?
答案:通过在室温下滚动的钢杆制成的肋条钢杆是通过滚动式钢筋制成的:冷rol式的肋骨钢棒比原始的钢棒更强。
29.为什么使用HRB400(新的三年级)钢筋优先考虑其最大的优势?
答:优先考虑其最大的优势,它可以节省钢并促进HRB335的构造。
30.规格推荐的预应力钢杆(钢丝)的主要类型是什么?
答:主要的钢条是高强度的预应力钢链和钢丝。
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