合格的结构工程师必知的19个设计问题（上）

小易

先列一些问题，你回答得上么？
不会的，别担心，看答案；会的呢接着往下看，全部都会才是英雄。



1

Q：《高层建筑混凝土结构技术规程》为什么要对框架结构的最大高度做出限制？

A：
框架结构在25层以下是经济的，超过25层的框架其侧向相对较柔，需要根据水平位移的控制而不经济的加大构件尺寸。（《高层建筑结构分析与设计》P44）
框架结构构件接截面尺寸较小，结构的抗侧刚度较小，水平位移大，在地震作用下容易由于大变形而引起非结构结构的破坏。因此其建造高度受到限制。（《混凝土结构下册》P175）。

从整截面墙→整体小开口墙→壁式框架→普通框架，水平抗侧刚度会削弱到只有原来的整截面墙的百分之几。因此剪力墙结构的位移限制条件较容易满足，而框架结构往往是位移限制条件起控制作用。

2

Q：
01 《高层建筑混凝土结构技术规程》为什么对多高层建筑结构的相对层间位移（层间水平位移与层高之比）做出限制？

02 如果某个框架结构不满足这一控制条件，请说出在不加剪力墙的情况下哪些措施可以提高框架结构的抗侧向力刚度。

A：
01 任何构件或结构为保证其正常工作，都必须满足强度、刚度和稳定的要求。随着简直物高度的增加，对结构抗侧刚度的要求也随之提高。因为侧向位移过大，会引起 主体结构的开裂甚至破坏，导致简直装修与隔墙的损坏，造成电梯运行困难，还会使居住者感觉不良。另一方面，水平位移过大，竖向荷载将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）

02 措施：增加柱子截面积，设支撑，合理的布置结构体系，增加水平构件刚度。

3

Q：
01 请说出剪力墙结构的优缺点。
02 采用剪力墙结构能实现每户居室自由设计的要求吗？

A：
01 因为剪力墙的抗侧刚度较大，剪力墙结构体系在水平力作用下的侧移量很小，结构的整体性好，抗震能力强，可以建造较高的建筑物。但剪力墙的布置受到建筑开间和楼板跨度的限制。墙与墙之间的间距较小，难于满足布置大空间等使用要求。（《混凝土结构下册》P177）

02 认为可以通过加大墙与墙之间的距离的办法来实现自由户型设计；采用剪力墙结构不易实现每户居室自由设计的要求。

4

Q：
01 框架-剪力墙结构中的剪力墙必须在两端与框架柱整体浇在一起吗？

02 如果浇在一起，请画出两根框架柱和他们之间的剪力墙的水平剖面及柱和剪力墙的配筋构造示意图。

A：
01 抗震墙的周边应设置梁（或暗梁）和端柱组成的边框；端柱截面宜与同层框架柱相同。（《抗震规范》P61 6.5.1,<混凝土规范>195，11.7.17）试验表明,剪力墙在周期反复荷载作用下的塑性变形能力,与截面纵向钢筋的配筋、端部边 缘构件范围、端部边缘构件内纵向钢筋及箍筋的配置，以及截面形状、截面轴压比大小等因素有关，而墙肢的轴压比则是更重要的影响因素。

当轴压比较小时，即使 在墙端部不设约束边缘构件，剪力墙也具有较好的延性和耗能能力；而当轴压比超过一定值时，不设约束边缘构件的剪力墙，其延性和耗能能力降低。为了保证剪力 墙地步塑性铰区的严刑性能以及耗能能力，规定了一、二级抗震等级下，当剪力墙底部可能出现塑性铰的区域内轴压比较大时，应通过约束边缘构件为墙肢两端混凝 土提供适度约束。（《混凝土规范》P336）

02 图见《抗震规范》P58 。

5

Q：筒中筒结构中的“外框筒”的结构特点，受力特点是什么？

A：
外框筒由柱距为2.0~3.0m的密排柱和宽梁组成。筒中筒结构中，剪力墙内筒截面面积较大，它承受大部分的水平剪力，外框筒柱承受的剪力很小；而水平力 产生的倾覆力矩，则绝大部分由框筒柱的轴向力所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，外框筒在水平力作用下，不仅平行于水平力作用 方向上的框架（称为腹板框架）起作用，而且垂直于水平力作用方向上的框架（称为翼缘框架）也共同受力。薄壁筒在水平力作用下接近于薄壁杆件，产生整体弯曲和扭转。

但是，外框筒虽然整体受力但与理想筒体的受力有明显的差别。理想筒体在水平力作用下，截面保持平面腹板应力直线分布，翼缘应力相等，而外框筒则不 再保持平截面变形，腹板框架柱的轴力是曲线分布的，翼缘框架柱的轴力也不是均匀分布的：靠近角柱的柱子轴力大，远离角柱的柱子轴力小。这种应力不再保持直线规律的现象即剪力滞后。

由于存在这种剪力滞后现象，所以外框筒不能简单地按平截面假定进行内力计算。（《多层与高层混凝土建筑结构设计》第489页）

6

Q：
01 什么是“转换层”。请用简单传力模型说明转换层改变竖向力的传递途径和水平力的传递途径是什么含义？

02 在发挥这类作用时，转换层本身有什么受力特点？

A：
01 为了实现上部布置小空间，下部布置大空间，上部布置刚度大的剪力墙，下部布置刚度小的框架柱。为了实现这种结构布置，就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）

02 将竖向荷载向下传递；传递水平荷载，当上下部承受水平力的结构构件不一致时，中间的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。

转换层楼板要完成上下层剪力的重分配，自身在平面内受力很大，楼板有显著变形。楼板变形的结果是，下部框支柱的位移增大，从而框支柱的剪力增大。而不能直接使用按楼板刚度无限大的假定的计算结果。

7

Q：请说明转换层常用结构形式，转换层平面尺度与结构高度的大致比例。

A：
内部要形成大空间，包括结构类型转变和轴线转变，可以采用梁式、桁架式、箱形和板式转换层。框筒要在底层形成大入口，可以有多种转换层形式：转换梁、转换桁架、转换墙、间接转换拱、台柱转换拱。（《高层建筑结构实用设计方法》P378）

8

Q：
01 请说明框架-核心筒的优点。

02 请参照工程实例给出一个框架-核心筒结构的大致平面布置，并说明：
①核心筒的平面与整个框架-核心筒结构的平面尺度大致是什么关 系。
②这类结构核心筒外围框架柱的平面布置应考虑什么问题。为什么工程界也将这类核心筒外围的框架称为“稀柱框架”。

A：
01 框筒结构适用于钢或钢 筋混凝土建造，高度曾达40—100层。这种框架的重复模式引出装配式钢结构以及在混凝土结构中可以应用快速移动式成套模板，形成快速施工。框筒结构是现 代高层结构体现最重大的发展之一，它具有一个有效的、易于施工的结构，可建造出最高的建筑。从建筑风格来讲，框筒结构的外形清晰明快。（《高层建筑结构分 析与设计》P52）

02 ①45%～50% ；

②由于框架-核心筒结构只保留了剪力墙内筒，外筒作为一般框架，不要求起空间筒体作用，因此其平面形状较为自由，灵活多样。（《多层与高层混凝土建筑结构设计》第504页）

宜采用简单平面形状，首先考虑有双对称轴向的圆形、正方形、矩形和正多边形，其次为正三角形平面等。内筒宜局中，矩形平面长宽比不宜大于2。

小易

不错哦！