高层钢结构设计课后习题_百度文库
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高层钢结构设计课后习题
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你可能喜欢为什么在框架结构体系中柱的混凝土强度等级比梁高？
框架结构中柱子主要承受竖向荷载，而地震作用主要是水平荷载，是否应该相应加强梁的混凝土强度等级？为什么柱的混凝土强度等级反而比梁高？
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竖向荷载的确是由框架柱来承担，但是水平荷载事实上也是由框架柱来承担的。想象一下，你和朋友面对面站好，手臂伸直，互相推对方，脚不能动，看谁先把谁推倒。为了保证自己不被推倒，胳膊再强壮有用吗？事实上，起作用的是腰部和腿部力量。再想象一下你站在公交车上，没有抓栏杆，公交车突然刹车。为了不被惯性晃倒，是你的胳膊在用力还是腿在用力？框架结构也是一样，框架柱是腿，框架梁是胳膊。为了不被地震推倒，所有的地震剪力都要由框架柱来承担。简单按底部剪力法和反弯点法来理解，每层的地震剪力由框架柱承担，由地震剪力和反弯点位置可以确定柱端弯矩，每个梁柱节点处，上柱柱底和下柱柱顶的弯矩是不平衡的，这个不平衡弯矩由该节点的框架梁承担，这也就是所谓的“框架”作用。在地震作用下，每层承受的层水平力，从下往上依次增加。累计起来的地震剪力，则是从上往下依次递增。因此，一般而言，顶层的梁柱受力最小，底层的梁柱受力最大。近似来看，各层框架梁的受力情况是这样的。在水平荷载作用下，底层受力最大，顶层最小；而在竖向荷载作用下，各层基本相同。总体来看，各层框架梁的差异不大。对于地震力较大的框架，可能底部的框架梁需要提高混凝土强度等级，而对于地震力比较小的框架，可能从上往下框架梁都用C30也就足够了。而框架柱的情况则完全不同。水平荷载作用下，底层受力最大，顶层最小；而竖向荷载作用下，同样是底层受力最大，顶层最小。也就是说，底部几层的框架柱承受着竖向荷载引起的最大的轴力和水平荷载引起的最大的弯矩。因此，这个部位的框架柱必须要加强。实际设计中，需要用轴压比这个概念来控制框架柱的设计。也就是说，框架柱实际承受的竖向轴压力与它的混凝土部分理论上可以承受的最大轴压力的比值。各个抗震等级的框架柱的轴压比都有严格的限值。之所以要控制轴压比，让柱子承受的轴压力远远小于它可以承受的轴压力，就是让它留有充足的余量，保证足够的延性，进而保证它在水平荷载作用下有较好的表现。其实这个也很好理解，柱子从上到下，肯定是越往下承受的荷载越大，所以底下的柱子应该比上面的结实。有两个方法可以让下面的柱子比上面的结实。其一是扩大截面，就是强度不变，让底下的柱子比上面的柱子粗大，所以就结实了。其二则是提高强度等级，截面不变，粗细都一样，但是底下的柱子强度比上面的柱子要高，所以也变结实了。扩大截面的缺点很多，建筑布局会受到影响，而且建筑实用面积会减少。此外，截面扩大后结构抗侧刚度会提高，继而会吸收更多的地震力，形成恶性循环，“面多了加水，水多了加面”，非常不合理。提高混凝土强度等级则没有这些缺点，在不扩大截面尺寸、不改变结构刚度的前提下，比较方便的就能够满足轴压比的要求。每一层的建筑布局也能够保持一致。而且，提高混凝土强度等级，对经济性的影响很小，高强度等级的混凝土比低强度等级的价钱贵不了多少。因此，这也是最常用的方法。并不是所有框架柱混凝土强度等级都大于跟它相连的框架梁的，简单说，只要框架柱能够满足轴压比即可，混凝土强度等级太高了也没必要。梁C30，柱如果C30也能满足轴压比的要求的话，那就梁柱都C30就可以。“强柱弱梁”说的是实际承载力，跟截面尺寸、配筋大小直接相关，与混凝土强度等级关系不大。Mbua的计算公式中，根本没有混凝土强度等级这一项。举例来说，一个比较高的框架结构，梁板柱混凝土等级很可能会是这样的：底部几层
板C30中间几层
板C30顶部几层
板C30而一个普通的框架结构，梁板柱混凝土等级则可能是这样的：底部几层
板C30顶部几层
板C30如果是一个两三层的框架结构，那就更简单了，梁板柱统统C30就行了。
浏览了所有答案，感觉都没有直指要害。强柱弱梁是大家最直接的反应，但真的是这样吗？强柱弱梁是通过混凝土等级来设置的吗？如果这样，可以试算一个例子，如果梁体采用C40时，做到强柱弱梁，那么将C40混凝土改成C60，是不是强柱弱梁就不满足了？这个问题实际是结构设计原理的基本概念，哪些因素对梁的抗弯承载能力影响大？沈蒲生的《混凝土结构设计原理》中有这么一个习题，其他条件不变，改变混凝土的强度等级，计算抗弯承载能力。我也每次上到这里，总是让学生分析上面提出的，哪些因素影响大的问题。学生各种方法都有，数学弱点的，用数值验证，数学好点的，用解析方法，直接求敏感性证明。下面简单看看混凝土强度到底影响大不大，（手机输入，可能符号不准确，凑合着看）Mu=fyAs（h0-x0/2）从上式看，M的表达式中与混凝土强度等级有关的量只有x0，而通常配置的适筋梁的x0与h0比是个小量。而提高一两个混凝土强度等级x0的变化，对Mu的影响实在有限。分析到这里，答案就呼之欲出了，对于受弯为主的梁结构，提高混凝土强度等级对于承载能力提高影响不大或者说用改变混凝土强度等级的方法来提高抗弯承载能力很不经济。而柱子是个偏压构件，故柱子用较高的混凝土强度等级有意义。
大家都背过＂强柱弱梁，强剪弱弯，强锚固，强节点＂吧。正如百度百科词条所说，使梁先于柱屈服。若梁太强，在构件进入塑性工作状态时，会把柱子翘裂，使柱子出现塑性铰，这颇危险。而我们希望塑性铰出现在梁端，这样相对来说不容易影响整体。
强柱弱梁这是基本道理，解释那么多废话有什么意义！
简单答几点：结构体系方面：1、水平荷载下，柱子也是要承受剪力的。2、梁刚度过大，对抗震不利：自振周期小，地震力大。3、框架结构用于中低层建筑，竖向荷载起控制作用。4、强柱弱梁也是一点。混凝土配筋方面：1、提高等级，减少柱截面积。2、而梁是混凝土和钢筋协同工作，对抗弯作用不大：受拉区不考虑混凝土作用，受压区混凝土强度不够就用钢筋补上。3、梁混凝土等级高，容易收缩开裂。
简单来说 水泥是抗压的 钢筋是抗弯的想想结构就知道了，柱子受压比较大 而梁主要是抗弯 ，所以梁主要是要加钢筋
强柱弱梁强柱弱梁（strong column and weak beam）指的是使框架结构塑性铰出现在梁端的设计要求。用以提高结构的变形能力，防止在强烈地震作用下倒塌。“强柱弱梁”不仅是手段，也是目的，其手段表现在人们对柱的设计弯矩人为放大，对梁不放大。其目的表现在调整后，柱的抗弯能力比之前强了，而梁不变。即柱的能力提高程度比梁大。这样梁柱一起受力时，梁端可以先于柱屈服。摘自百度百科。
出于对框架结构的抗震设计，抗震区建筑要实现“小震不坏，中震可修，大震不倒”的三水准设防目标，设计时应使得强柱弱梁、强剪弱弯，强节点强锚固，就是说在经过弹性理论计算出框架内力后，对其进行内力调整，放大柱的内力，以保证遭遇罕遇地震时。梁端首先出现塑性铰，发生转动变形，吸收足够的地震能，地震持续很短，建筑物就不至倒塌。而加强柱砼等级，在节点处多配箍筋等。。则是通过内力设计构件后所得出的手段了。。ps:水平地震作用，最终通过传递，给了柱子来承担，竖向抗侧力构件就是它了，所以说框架结构中最重要的构件就是柱了，你想想是梁先破坏好，还是柱先破坏好呢？
框架结构，柱的震害大于梁，柱顶的震害大于柱底。
首先柱子在结构体系中的作用，就不再说了，上面说的很清楚，抗震中提到的强柱弱梁讲到了，地震中柱子破坏造成伤害是很大的，因此柱子是很重要的构件。再从承载力角度说，柱子承受的荷载是较大的，第一，上部结构的大部分竖向荷载都要传到柱子上；第二，水平风荷载，地震作用也会在柱子上产生较大的弯矩。因此，从承载力角度看，柱子不仅要承受较大的轴向力还要承受较大的弯矩。但是，从抗弯的角度来看，单纯提高混凝土或钢筋等级对抗弯能力的增加是极其有限的，因此，从柱子承受弯矩的方面看，我并不认为这和柱子混凝土等级较高有直接联系。柱子混凝土等级较高我认为主要是考虑对竖向承载力的较大贡献，以便于更好承受很大的轴力。
柱子是压弯构件水平荷载作用下，结构发生侧移，由于P-δ效应，柱子更加重要
具体可以看高层建筑结构设计(方鄂华)
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某六层钢筋混凝土框架结构设计_土木工程优秀毕业设计
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3秒自动关闭窗口必须控制底层框架砖房的总层数与总高度
必须控制底层框架砖房的总层数与总高度陈学法（铁道部株洲电力机车厂，４１２００１）底层框架砖房适用于底层有大空间要求（如作商店用）上部隔墙较多的住宅等沿街建筑。这种房屋具有比框架结构经济和施工简单等优点，各地采用较多。底层框剪结构是一种抗震性能较差的结构，历次地震中类似的破坏例子较多，因此１９８９年抗震规范上作了较严格的规定。但在实际设计中，常出现如下情况：（１）为形成街景，规划上总想把底层框架砖房的总层数、总高度推到和砌体房屋的总层数、总高度一致，实际上这是不允许的。因底层框架砖房的承重构件是钢筋混凝土柔性框架，上部是砖墙承重的刚性多层砖房。底层的抗侧刚度比上部砖房小得多，底层柔上层刚，刚性的急剧变化使房屋在地震作用下的侧移集中发生在底层，而上部各层的位移很小。地震时结构变形的大小是破坏程度的主要标志，底层框架砖房的地震位移反应相对集中于底层，从而引起底层的严重破坏，危及整个房屋的安全。为改善底层框架砖房的抗震性能，这种房屋的总...&
(本文共1页)
权威出处：
底层框架砖房,适用于房屋底层要求有大的空间,便于作商店用,而其上部为隔墙较多的住宅等沿街建筑。这种房屋具有比框架经济和施工简单的优越性,各地采用颇多。但这种底层框剪结构是一种抗震性能较差的结构,历次地震中类似房屋的破坏例子较多,因此,在1989年抗震规范上作了较严格的规定。实际设计中,因理解不够,执行不力,常出现如下情况:1为了形成街景,在规划上总想把底层框架砖房(下称B类房)的总层数、总高度和砌体房屋(下称A类房)的总层数、总高度相一致。但实际上这是不允许的。因B类房的底层其承重构件是钢筋硷柔性框架,上部是砖墙承重的刚性多层砖房。底层的抗侧刚度比上部砖房小得多,底层柔,上层刚,刚性的急剧变化使房屋在地震作用下的侧移集中发生在底层,而上部各层的位移很小。地震时结构变形的大小是房屋破坏程度的主要标志,B类房的地震位移反应,相对集中于底层,从而引起底层的严重破坏,危及整个房屋的安全。为了改善B类房的抗震性能,应对这种房屋的总层数、总...&
(本文共2页)
权威出处：
现行89建筑抗震规范规定6度、7度地震区底层框架砖房只宜建到6层,19米高。但实际设计中,在城市建筑用地日趋紧张的情况下,大量的商店(车库)住宅(或办公或旅馆)建筑势必向中高层方向发展,甚至出现了七至十层的底层框架砖房结构的房屋,这肯定是超出了89建筑抗震规范的超常规设计,一般情况按规范应刻采用框架结构或框架剪力墙结构,但这两种结构形式造价高,施工复杂,且速度慢,工期长。底层框架砖房是底层采用框架一杭震墙结构,上部为多层粘土砖砌体承重结构。相对上述两种结构来说具有取材方便,造价低,施工简单,速度快的优点。各地亦颇多采用。 规范之所以对这种结构的总层数和总高度加以限制,主要原因是这种底层框架砖房的下部为刚度较小的框架一抗震墙结构,上部为刚度较大的多层砖砌体承重结构,且上下层材料不同,故底柔上刚,刚度急剧变化,使房屋在地震力作用下的侧移集中在底层,而上部各层的位移却很小,从而引起底层的严重破坏,危及整个房屋.鉴于此种原因笔者认为只要...&
(本文共2页)
权威出处：
~~底层框架砖房的震害特点@姜勇$哈尔滨市道里区房屋土地开...&
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１前言目前我国《建筑抗震设计规范》(ＧＢＪ３—８８)及(ＧＢＪ１１—８９)中给出底层框架砖房的设计计算方法和构造措施。一些作者也对此进行了研究［１］-［４］。此类房屋底层采用框架剪力墙结构,增大使用空间,适用于现代城市商业、服务网点的需要,上部为砖混结构,可适用于住宅、旅馆、办公室。较之普通砌体结构,可以增大底层空间,提高层数,较框架结构又可降低造价,受到普遍欢迎。目前大中城市居民区沿街建筑、中小城市及乡镇主要商业区沿街建筑通常设计成该类房屋,而且绝大多数底层设置砖墙作为剪力墙,很多施工单位先浇框架后砌底层砖墙,有悖于现行《建筑抗震设计规范》中“先砌填充墙后浇注砼柱”的施工要求。这种后砌的填充墙对底框架的侧移刚度有多大的支持作用?如何共同工作?目前尚未见报道。本文以真实工程为背景,取底层框架-砖墙一榀按１／５比例制作了框架-砖墙试验模型,进行了水平拟动力试验。研究了:后砌墙框架地震作用下的总侧移刚度;后砌砖墙与框架侧移刚度的合理...&
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0　引言　　随着城市建设和商业的发展,在城市沿街建筑中大量采用了底层框架这一结构形式。底层框架结构的底层(或底层和二层)为框架结构,其灵活的空间布置适用于商店、邮局、银行等服务用房。上部为混合结构,作为住宅,可以降低造价。底层框架结构由于较好地解决了建筑功能、造价及建筑用地之间的关系,因而在中小城市的沿街商住楼中得到了广泛的应用。但是,由于这种结构的刚度和质量沿高度分布严重不均匀,更由于其上、下两种结构在地震作用下耗能能力的不同,其结构抗震性能难以得到有效的保证。为此,在某些设计中,为了提高结构的抗震性能采用了在底层设置剪力墙、增大上部结构中构造柱和圈梁的数量及截面等抗震措施。但这样做一方面增加了工程造价,违背了采用底层框架结构的初衷。另一方面,由于薄弱楼层漂移等问题的存在,抗震设计中存在的问题仍未得到有效解决。因此,有必要探讨新的抗震设计方案。工程结构减震控制是土木工程结构前沿领域,也是学科交叉的新技术领域。不同于传统的结构抗...&
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底层框架砖房是指底层为钢筋混凝土框架一抗震墙、上部为多层砖砌体结构的建筑。随着国民经济的快速增长,商业、服务业等第三产业迅速发展,底层框一抗震墙这种结构形式越来越多地被用于沿街的旅馆、住宅、办公楼等底层需作商店、餐厅、邮局等大空间的建筑中。因与纯框架结构相比,底层框架结构造价较低,是一种比较经济的结构形式,所以在临街建筑中被普遍采用。然而,震害表明,这种结构形式抗震性能较差,地震时破坏相当严重,尤其是底层纯框架结构,这主要由于这种结构的底层与上部各层之间的刚度相差很大,层间极限承载能力及变形能力存在较大差异,形成“上刚下柔”的结构体系和“头重脚轻”的质量分布,使底层形成薄弱层,在地震力作用下形成弹塑性变形集中,造成底层侧移相对集中而破坏,并危及整幢房屋。因此有必要对底层框架砖房的受力特性进行全面的分析和探讨。 一、底层框架的设计 由于底层框架上部为砌体,在竖向荷载作用下可能形成墙梁机制使框架梁成为偏心受拉构件,此时框架梁受力情况...&
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