高层建筑结构设计复习试题(含答案)

高层建筑结构设计复习试题(含答案)高层建筑是指10层及10层以上或房屋高度大于28m的建筑物。房屋高度是指自室外地面至房屋主要屋面的高度。框架结构是由梁和柱为主要构件组成的承受竖向和水平作用的结构。剪力墙结构是由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构。框架—剪力墙结构是由框架和剪力墙共同承受竖向和水平作用的结构。转换结构构件是完成上部楼层到下部楼层的结构型式转变或上部楼层到下部楼层结构布置改变而设置的结构构件，包括转换梁、转换桁架、转换板等。结构转换层是不同功能的楼层需要不同的空间划分，因而上下层之间就需要结构形式和结构布置轴线的改变，这就需要在上下层之间设置一种结构楼层，以完成结构布置密集、墙柱较多的上层向结构布置较稀疏、墙术较少的下层转换，这种结构层就称为结构转换层。剪重比是楼层地震剪力系数，即某层地震剪力与该层以上各层重力荷载代表值之和的比值。刚重比是结构的刚度和重力荷载之比。是影响重力P-Δ效应的主要参数。抗推刚度（D）是使柱子产生单位水平位移所施加的水平力。结构刚度中心是各抗侧力结构刚度的中心。主轴是抗侧力结构在平面内为斜向布置时，设层间剪力通过刚度中心作用于某个方向，若结构产生的层间位移与层间剪力作用的方向一致，则这个方向称为主轴方向。剪切变形是下部层间变形（侧移）大，上部层间变形小，是由梁柱弯曲变形产生的。框架结构的变形特征是呈剪切型的。剪力滞后是在水平力作用下，框筒结构中除腹板框架抵抗倾复力矩外，翼缘框架主要是通过承受轴力抵抗倾复力矩，同时梁柱都有在翼缘框架平面内的弯矩和剪力。由于翼缘框架中横梁的弯曲和剪切变形，使翼缘框架中各柱轴力向中心逐渐递减，这种现象称为剪力滞后。延性结构是在中等地震作用下，允许结构某些部位进入屈服状态，形成塑性铰，这时结构进入弹塑性状态。在这个阶段结构刚度降低，地震惯性力不会很大，但结构变形加大，结构是通过塑性变形来耗散地震能量的。具有上述性能的结构，称为延性结构。弯矩二次分配法是将各节点的不平衡弯矩，同时作分配和传递，第一次按梁柱线刚度分配固端弯矩，将分配弯矩传递一次（传递系数C=1/2），再作一次分配即结束。第一章概论本章主要介绍了高层建筑结构设计中的基本概念和名词解释。其中包括了高层建筑、框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、转换结构构件、结构转换层、剪重比、刚重比、抗推刚度、结构刚度中心、主轴、剪切变形、剪力滞后、延性结构和弯矩二次分配法等。这些概念和名词对于高层建筑结构设计的理解和实践都有着重要的意义。我国的《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2002)规定，高层建筑是指10层及以上或房屋高度大于28m的建筑物，其中房屋高度是指室外地面到房屋主要屋面的高度。在高层建筑的设计过程中，应该遵循安全适用、技术先进、经济合理、方便施工的原则。复杂的高层结构包括带转换层的高层结构、带加强层的高层结构、错层结构和多塔楼结构。在8度和9度的抗震烈度设计中，高层建筑中的大跨和长悬臂结构应该考虑竖向地震作用。高层建筑结构的竖向承重体系包括框架结构体系、剪力墙结构体系、框架—剪力墙结构体系、筒体结构体系和板柱—剪力墙结构体系。水平向承重体系则包括现浇楼盖体系、叠合楼盖体系、预制板楼盖体系和组合楼盖体系。在高层结构平面布置时，应该使其平面的质量中心和刚度中心尽可能靠近，以减少扭转效应。《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002适用于10层及10层以上或房屋高度超过28m的非抗震设计和抗震设防烈度为6至9度抗震设计的高层民用建筑结构。三种常用的钢筋混凝土高层结构体系是指框架结构、剪力墙结构和框架—剪力墙结构。选择题：1.高层建筑抗震设计时，应具有多道抗震防线。2.下列叙述满足高层建筑规则结构要求的是刚度、承载力、质量分布均匀、无突变。3.高层建筑结构的受力特点是竖向荷载和水平荷载均为主要荷载。4.在8度抗震设防时，框架—剪力墙结构的最大高宽比限值是4。5.钢筋混凝土高层结构房屋在确定抗震等级时，除考虑地震烈度、结构类型外，还应该考虑高宽比。判断题：1.√2.√3.×（异型柱框架结构和普通框架结构的受力性能和破坏形态是不同的。）4.高层建筑的平面形状应该选择能够抵抗风荷载的形状，例如圆形、椭圆形、方形、正多边形等。6.高层建筑的概念设计对结构的安全性和经济性有直接影响，非常重要。2.高层建筑的结构具有承受较大侧向力和竖向力的特点。柱的轴向力与层数呈线性关系，水平力近似倒三角形分布。在水平力的作用下，结构底部的弯矩与高度平方成正比，顶点侧移与高度四次方成正比。高层建筑的构件受力复杂，对截面承载力和配筋有较高的要求。3.高层建筑应该具有足够的刚度，以避免产生过大的位移，从而影响结构的承载力、稳定性和使用要求。其侧向位移应该控制在一定范围内，具体数值取决于结构类型和高度。在罕遇地震作用下，薄弱层的弹塑性变形验算也应该符合相应的规定。1.根据我国《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2002)的规定，10层及10层以上或房屋高度大于28m的建筑物被称为高层建筑。其中，房屋高度指室外地面到房屋主要屋面的高度。2.高层建筑的结构具有承受较大侧向力和竖向力的特点。柱的轴向力与层数呈线性关系，水平力近似倒三角形分布。在水平力的作用下，结构底部的弯矩与高度平方成正比，顶点侧移与高度四次方成正比。高层建筑的构件受力复杂，对截面承载力和配筋有较高的要求。3.高层建筑应该具有足够的刚度，以避免产生过大的位移，从而影响结构的承载力、稳定性和使用要求。其侧向位移应该控制在一定范围内，具体数值取决于结构类型和高度。在罕遇地震作用下，薄弱层的弹塑性变形验算也应该符合相应的规定。4.高层建筑的平面形状应该选择能够抵抗风荷载的形状，例如圆形、椭圆形、方形、正多边形等。6.高层建筑的概念设计对结构的安全性和经济性有直接影响，非常重要。框架、剪力墙、框架—剪力墙、筒体、板柱—剪力墙以及其他形式如悬挂式结构、巨型框架结构和竖向桁架结构，都是高层建筑结构的竖向承重体系。而现浇楼盖体系（包括肋梁楼盖体系、密肋楼盖体系、平板式楼盖体系、无粘结预应力现浇平扳）、叠合楼盖体系、预制板楼盖体系和组合楼盖体系则是高层建筑结构的水平承重体系。高层建筑结构的布置应该是简单、规则、对称的，尽量减少复杂受力和扭转受力。结构抗侧刚度中心、建筑平面形心、建筑物质量中心应该重合，以减少扭转。高层建筑的平面形状可以是方形、矩形、圆形，也可以采用L形、T形、十字形和Y形。但平面尺寸必须满足有关规范要求。高层建筑结构的房屋竖向的强度和刚度应该是均匀、连续的，避免有过大的外挑和内收，避免错层和局部夹层。同一楼层楼面标高应尽量统一，竖向结构层间刚度上下均匀，加强楼盖刚度，以加强连接和力的传递。同时，建筑物高宽比要满足有关规定，并按要求设置变形缝。基础是支承基础的土体，天然地基指基础直接建造在未经处理的天然土层上的地基。当埋置深度小于基础底面宽度或小于5m，且可用普通开挖基坑排水方法建造的基础，一般称为浅基础。为了增强基础的整体性，常在垂直于条形基础的另一个方向每隔一定距离设置拉梁，将条形基础联系起来。基础的埋置深度一般不宜小于0.5m，且基础顶面应低于设计地面100mm以上，以免基础外露。在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上的箱形和筏形基础，其埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；桩箱或桩筏基础的埋置深度（不计桩长）不宜小于建筑物高度的1/18—1/20。当高层建筑与相连的裙房之间设置沉降缝时，高层建筑的基础埋深应大于裙房基础的埋深至少2m。当高层建筑与相连的裙房之间不设置沉降缝时，宜在裙房一侧设置后浇带，其位置宜设在距主楼边柱的第二跨内。如果不设置沉降缝和后浇带，应进行地基变形验算。9.基床系数是指在地基的任意点发生单位沉降时，所需施加在该点单位面积上的压力值。10.偏心受压基础的基底压应力应满足最大压应力不超过1.2倍的允许应力，同时还需要避免基础转动过大的情况。11.在地基比较均匀、上部结构刚度较好且荷载分布较均匀的情况下，如果条形基础梁的高度不小于柱距的1/6，地基反力可以按直线分布来计算，条形基础梁的内力可以按连续梁来计算。如果不满足上述条件，则应该按弹性地基梁来计算。12.在设计十字交叉条形基础时，需要考虑静力平衡条件和变形协调条件，忽略地基梁扭转变形和相邻节点集中荷载的影响，进行各类节点竖向荷载的分配计算。13.在高层建筑中，如果利用较深的基础做地下室，可以充分利用地下空间，同时也需要考虑基础补偿的概念。如果每平方米基础面积上墙体长度不小于400毫米，且墙体水平截面总面积不小于基础面积的1/10，且基础高度不小于3米，则可以形成箱形基础。选择题：1.持力层是指与基础底面相接触的第一层土层。2.与基础类型的选择无关的因素是相邻建筑物的基础类型。3.基础的埋置深度一般是指自室外地面到基础底面的距离。4.关于基础埋深，错误的是基础宜埋置在地下水位以下。5.正确的说法是当任意荷载作用点距近梁端的距离小于2πλ，同时距较远端的距离大于2πλ时，则对该荷载的作用而言，此梁属半无限长梁。6.条形基础梁的内力按连续梁计算后，需要将边跨跨中弯矩及第一内支座的弯矩值乘以1.1的系数。D.对于边跨跨中弯矩和第一内支座的弯矩值，应该乘以1.2的系数。7.对于无地下室并且抗震设防等级为二级的框架结构，设计筏板基础时，应该将柱根组合的弯矩设计值乘以增大系数：[D]1.5。8.在设防烈度为7度且屋面高度为H=40m的高层建筑结构中，框架结构类型的防震缝的最小宽度最大。（A）9.对于两幢相邻建筑，按8度设防，一幢为框架-筒体结构，50m高，另一幢为框架结构，30m高。如果需要设沉降缝，需要多大的缝宽。（D）大于170mm。10.框筒结构中剪力滞后规律哪一个是不正确的？（D）A、柱距不变，加大梁截面可减小剪力滞后B、结构上部，剪力滞后减小C、结构正方形时，边长愈大，剪力滞后愈大D、角柱愈大，剪力滞后愈小。判断题：1.当上部结构的荷载分布较均匀，地基也较均匀时，条形基础一般沿房屋纵向布置。[×]2.当存在相邻建筑物时，新建建筑物基础的埋深一般不应大于原有建筑基础的埋深。[√]3.文克尔地基模型是将地基看作由无数小土柱组成，并假定各土柱之间存在着摩擦力。[×]4.无限长梁是指在梁上任一点施加荷载时，沿梁长度方向上各点的挠度随着离荷载距离的增加而逐渐减小，最终两端挠度趋近于零。[√]5.柱下条形基础的混凝土强度等级不应低于C20。[×]6.筏形基础的混凝土强度等级不应低于C30。[×]7.只有当梁板式筏基的基础混凝土强度等级大于柱的混凝土强度等级时，才应验算底层柱下基础梁顶面的局部受压承载力。[×]问答题：1.在什么情况下需要设置防震缝、伸缩缝和沉降缝？在高层建筑中，特别是抗震结构中，如何处理好这三种缝隙？答：防震缝应该在以下情况下设置：（1）平面尺寸超限且未采取加强措施的房屋。（2）房屋存在较大的错层。（3）各部分结构的刚度或荷载相差悬殊且未采取有效措施。伸缩缝应该在超过下表限值时设置：7结构类型框架框架剪力墙剪力墙施工方法装配式现浇外墙装配外墙现浇最大间距（m）7565556545外墙装配外墙现浇沉降缝应该在裙房与主体结构高度相差悬殊且重量差异较大的情况下设置。在高层建筑中，特别是抗震结构中，应该采取以下措施处理好这三种缝隙：（1）防震缝应该设置在结构的弱部位，同时应该在缝隙两侧设置补强措施。（2）伸缩缝应该设置在结构的刚性转换区，同时应该在缝隙两侧设置补强措施。（3）沉降缝应该设置在结构的柔性转换区，同时应该在缝隙两侧设置补强措施。2.为什么不用计算延性比来实现抗震结构的延性要求？抗震结构的延性要求主要通过设计具有足够延性的构件来实现。由于地震的不确定性和构件受力的多种因素，很难通过计算来确定构件达到的延性值。因此，在工程设计中，抗震等级被用来代替延性要求，不同抗震等级的结构构件有不同的配筋要求。抗震结构中，延性要求是通过抗震构造措施来实现的。3.多高层建筑的基础类型有哪些？如何选择？多高层建筑的基础类型包括单独基础、条形基础、十字交叉条形基础、片筏基础、箱形基础和桩基础等。选择基础类型需要考虑场地工程地质和水文地质条件、房屋的使用要求和荷载大小、上部结构对不均匀沉降的适应程度以及施工条件等因素。单独基础适用于上部结构荷载较小或地基条件较好的情况；条形基础通常沿柱列布置，可以将上部结构较好地连成整体，减少差异沉降量；十字交叉条形基础比条形基础更加增强基础的整体性，适用于地基土质较差或上部结构的荷载分布在纵横两方向都很不均匀的房屋；片筏基础适用于地基土质较差或上部结构的荷载较大以及需要足够的刚度以调节不均匀沉降的情况；箱形基础适用于上部结构传来的荷载很大，需要进一步增大基础的刚度以减少不均匀沉降的情况；桩基础适用于地基的上层土质较差、下层土质较好，或上部结构的荷载较大以及上部结构对基础不均匀沉降很敏感的情况。4.设计建筑结构基础埋深时需要考虑哪些问题？在设计建筑结构基础埋深时，需要考虑建筑物的用途、有无地下室、设备基础和地下设施、作用在地基上的荷载大小和性质、工程地质和水文地质条件、相邻建筑物的基础埋深以及地基土冻胀和融陷的影响等因素。5.片筏基础设计的主要内容是什么？片筏基础是多、高层建筑中常用的一种基础形式，包括平板式和肋梁式两类。设计内容主要包括确定基础尺寸、基底反力计算和地基承载力验算、基础内力和配筋计算以及构造要求等。b．6度及以上设防时应考虑竖向地震作用；c．4度及以上设防时应考虑竖向地震作用；d．2度及以上设防时应考虑竖向地震作用。2.目前，我国钢筋混凝土高层建筑采用的框架、框架-剪力墙结构体系单位面积的重量（恒载与活荷载）大约为12～14kN/m2，而采用剪力墙、筒体结构体系的重量为14～16kN/m2。3.在框架设计中，一般将竖向活荷载按满载考虑，不再一一考虑活荷载的不利布置。如果活荷载较大，可按满载布置荷载所得的框架梁跨中弯矩乘以1.1～1.2的系数加以放大，以考虑活荷载不利分布所产生的影响。4.抗震设计时，高层建筑按其使用功能的重要性可分为甲类建筑、乙类建筑、丙类建筑等三类。5.高层建筑应根据不同情况采用相应的地震作用计算方法：①高度不超过40m、刚度与质量沿高度分布比较均匀的建筑物，可采用底部剪力法；②高度超过40m的高层建筑物一般采用振型分解反应谱方法；③刚度与质量分布特别不均匀的建筑物、甲类建筑物等，宜采用时程分析法进行补充计算。6.在计算地震作用时，建筑物重力荷载代表值为永久荷载和有关可变荷载的组合值之和。7.在地震区进行高层建筑结构设计时，要实现延性设计，这一要求是通过抗震构造措施来实现的。对框架结构而言，就是要实现强柱弱梁、强剪弱弯、强节点和强锚固。8.A级高度钢筋混凝土高层建筑结构平面布置时，平面应简单、规则、对称、减少偏心。9.高层建筑结构通常要考虑承载力、侧移变形、稳定、倾覆等方面的验算。选择题：1.在下列地点建造相同的高层建筑，承受的风力最大的是建在海岸的地点。2.在设计高层建筑风荷载标准值时，高度大于50m且高宽比大于1.5的高层建筑应乘以大于1的风振系数βz。3.有设计特别重要和有特殊要求的高层建筑时，标准风压值应取重现期为100年。4.多遇地震作用下层间弹性变形验算的重要目的是防止非结构部分发生过重的破坏。5.抗震设防的高层建筑，对竖向地震作用的考虑，符合规定的是6度及以上设防时应考虑竖向地震作用。b.针对9度设防，需要考虑竖向地震作用和水平地震作用的不利组合。c.对于8度设防和较高的建筑物，同样需要考虑竖向地震作用和水平地震作用的不利组合。d.对于7度设防和较高的建筑物，还需要考虑竖向地震作用和水平地震作用的不利组合。6.当高层建筑结构采用时程分析法进行补充计算时，如果底部剪力小于底部剪力法或振型分解反应谱法求得的底部剪力的80％，则底部剪力应至少按80％取用。7.采用底部剪力法计算地震作用的高层建筑结构应为H≤40m、以剪切变形为主且沿竖向质量和刚度分布较均匀的建筑结构。8.在同一地区建造相同设计的高层建筑，建在海岸的受风力最大。9.对于某十二层的框架-剪力墙结构，抗震设防烈度为8度，Ⅰ类场地，设计地震分组为第二组，基本周期T1=1s，结构总重力荷载代表值为81450kN。按底部剪力法计算，其结构总水平地震作用标准值为3748.3kN。10.在计算高层建筑风荷载标准值时，需要取风振系数βZ>1的建筑，其中要求高度大于30m且高宽比大于1.5。11.对于一座高度为65m的丙类建筑，设防烈度为8度，Ⅰ类场地，其剪力墙抗震等级为二级。判断题：1.×，“小震不坏，中震可修，大震不倒”是建筑抗震设计三水平的设防要求，其中小震指的是50年内超过10%概率的地震。2.×，建筑设防烈度为8度时，相应的地震波加速度峰值当量为0.2g。3.√，对于乙类建筑，可以按照本地区的设防烈度计算地震作用，并采取相应的抗震措施。z——高度z处的风振系数；z——风压高度变化系数；s——基本风压；g——阵风系数，应按《荷载规范》第7．3节的规定采用。4．高层建筑结构在设计时应如何考虑地震作用?答：在高层建筑结构设计时，应考虑地震作用对结构的影响。地震作用是指地震波对建筑物产生的作用力，是一种复杂的荷载。高层建筑结构的抗震设计应符合《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)的要求，采用合理的结构形式、措施和材料，保证结构在地震作用下具有足够的抗震能力和韧性，保证人员和财产的安全。在地震作用下，高层建筑结构的竖向荷载会发生变化，同时水平荷载的影响也会增加，因此在设计时应考虑地震作用对结构产生的影响。同时，应根据地震烈度、地形地貌、场地条件等因素，进行地震动参数的确定和地震动分析。为反应谱。底部剪力法是一种简化的地震计算方法，通过计算建筑物底部的剪力来确定地震作用。而振型分解反应谱法则是将建筑物的振动分解成多个振型，并计算每个振型的反应谱，最后将其叠加起来得到总反应谱。两种方法的异同在于计算方式和适用范围。底部剪力法适用于高度不超过40m、刚度与质量沿高度分布比较均匀的建筑物，而振型分解反应谱法则适用于各种高度和形状的建筑物。荷载效应组合=1.2G+1.5Q其中，G为永久荷载，Q为可变荷载。(2)有地震作用效应组合时：荷载效应组合=0.9(1.2G+E)+1.2Q其中，E为地震作用效应，根据不同的抗震设防烈度和地震区分类取不同的值。S=γGSGK+γQSQK+γWSWK+ψQγQ+ψWγW其中，S表示荷载效应组合的设计值；γG、γQ、γW分别为永久荷载、楼面活荷载和风荷载的分项系数；SGK、SQK、SWK分别为永久荷载、楼面活荷载和风荷载效应标准值；ψQ、ψW分别为楼面活荷载组合值系数和风荷载组合值系数，当永久荷载效应起控制作用时应分别取0.7和1；当可变荷载效应起控制作用时应分别取1和0.6或0.7和1。2.当有地震作用效应组合时，S=γGSGE+γES_Ehk+γEV_S_Evk+ψWγWSWK，其中，SGE表示重力荷载代表值效应；S_Ehk、S_Evk分别表示水平地震作用标准值的效应和竖向地震作用标准值的效应；γG、γEh、γEV、γW分别为相应的作用分项系数；ψW为风荷载的组合值系数，应取0.2。10.在计算高层建筑的空间整体工作时，需要考虑梁的弯曲、剪切、扭转变形，必要时还要考虑轴向变形；柱的弯曲、剪切、轴向、扭转变形；墙的弯曲、剪切、轴向、扭转变形。11.在计算高层建筑结构竖向荷载下产生的内力时，可以不考虑活荷载的折减和活荷载的不利布置。因为在高层建筑中，恒荷载占总竖向荷载的85%以上，活荷载相对较小。在实际工程中，往往不考虑折减系数，按全部满荷载计算。而活荷载不同布置方式对结构内力产生的影响很小，因为高层建筑结构是复杂的空间体系，各种情况都要计算工作量极大，对实际工程设计往往是不现实的。1.用D值法计算水平荷载下框架内力的基本假定包括：楼板在其本身平面内刚度为无限大，忽略柱轴向变形，忽略梁、柱剪切变形。其中，建议梁截面高度初步选为b，且高宽比满足于h/b≤42。2.分层法计算竖向荷载下框架内力的两个基本假定是指在竖向荷载下，框架的侧移不计；每层梁上的荷载对其他层梁的影响不计。3.抗震等级为二级的框架结构，框架柱的剪力设计值应该取考虑水平荷载组合的剪力设计值的1.1倍。4.在高层建筑结构的计算中，进行内力协同计算时需要采用等效刚度。5.框架结构变形大、延性好、抗侧力小，因此考虑经济合理，其建造高度比剪力墙结构低。剪力墙结构延性小，因此建造高度也受到限制（可比框架高度大）。6.框架结构在