湖南工业大学《高层建筑结构（建工）》2025学年第一学期期末试卷含答案

湖南工业大学《高层建筑结构（建工）》2025学年第一学期期末试卷含答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列高层建筑结构体系中，抗侧移刚度最大的是（）。A.框架结构B.框架剪力墙结构C.剪力墙结构D.筒体结构答案：D2.高层框架结构在水平荷载作用下的侧移主要由（）引起。A.梁柱弯曲变形B.柱轴向变形C.节点剪切变形D.基础沉降答案：A3.我国《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ32024）规定，B级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度比A级高度（）。A.更高B.更低C.相同D.视结构体系而定答案：A4.风荷载作用下，高层建筑顶部的顺风向位移限值通常控制为（）。A.H/500B.H/800C.H/1000D.H/1500答案：C（注：具体限值需结合规范，此处为示例）5.框架剪力墙结构中，剪力墙的合理数量应使结构的自振周期（）。A.大于弹性阶段风荷载的卓越周期B.小于场地土的特征周期C.接近结构的基本周期D.满足层间位移角限值答案：D6.抗震设计中，“强柱弱梁”的设计原则是为了（）。A.提高柱的抗压承载力B.使梁先于柱破坏，形成延性机制C.减少柱的轴压比D.降低结构自重答案：B7.计算高层建筑水平地震作用时，采用底部剪力法的适用条件是（）。A.高度不超过40m且以剪切变形为主的结构B.高度超过100m的框筒结构C.大跨空间结构D.不规则结构答案：A8.框筒结构中，“剪力滞后”现象会导致（）。A.角柱轴力增大，腹板框架中柱轴力减小B.角柱轴力减小，腹板框架中柱轴力增大C.所有柱轴力均匀分布D.梁的剪力集中答案：A9.高层建筑混凝土剪力墙的最小厚度，当层高为4m时，不宜小于（）。A.160mmB.200mmC.250mmD.300mm答案：B（注：规范要求剪力墙厚度不宜小于层高的1/25，4m层高对应160mm，但需结合其他条件，此处为示例）10.高层钢结构与混凝土结构相比，主要优点是（）。A.抗火性能好B.自重轻、施工速度快C.刚度大D.造价低答案：B二、填空题（每题2分，共20分）1.高层建筑结构的水平荷载主要包括______和风荷载。答案：地震作用2.框架结构的合理适用高度通常不超过______m（非抗震设计）。答案：60（注：具体数值需参考规范，此处为示例）3.剪力墙结构按洞口大小和分布可分为整体墙、小开口墙、联肢墙和______。答案：壁式框架4.风荷载的基本风压是指按当地空旷平坦地面上______m高度处、10min平均的年最大风速确定的风压值。答案：105.抗震设计的“三水准”目标是“小震不坏、中震可修、______”。答案：大震不倒6.框架剪力墙结构中，连梁的主要作用是______和耗散地震能量。答案：传递水平剪力7.计算高层建筑结构的水平位移时，需考虑______效应（PΔ效应）对侧移的影响。答案：二阶8.筒体结构可分为框筒、筒中筒、______和束筒结构。答案：桁架筒9.钢筋混凝土高层建筑的高宽比限值主要是为了控制结构的______和抗倾覆能力。答案：整体稳定10.水平地震作用下，楼层剪力按各抗侧力构件的______比例分配。答案：抗侧移刚度三、简答题（每题8分，共40分）1.简述框架结构与剪力墙结构的优缺点比较。答案：框架结构优点：空间灵活，易满足大跨度需求；施工方便，造价较低。缺点：抗侧移刚度小，水平位移大，适用高度低（通常≤60m）。剪力墙结构优点：抗侧移刚度大，水平位移小，适用高度高（通常≤150m）；抗震性能好。缺点：空间布置受限，不利于大空间需求；自重较大，基础造价高。2.说明框架剪力墙结构中“协同工作”的含义及其对结构性能的影响。答案：协同工作指框架与剪力墙通过楼盖连接，在水平荷载下共同变形，框架以剪切变形为主，剪力墙以弯曲变形为主，两者变形协调后形成弯剪型变形曲线。协同工作使框架下部剪力减小（剪力墙承担主要剪力），上部剪力增大（框架弥补剪力墙上部刚度不足），从而优化内力分布，提高结构整体刚度和抗侧移能力，延长适用高度。3.高层建筑为何需要控制层间位移角？主要限值依据是什么？答案：控制层间位移角是为了防止结构因过大的层间变形导致非结构构件（如填充墙、幕墙）开裂或破坏，同时避免主体结构出现严重损伤。限值依据包括：非结构构件的变形适应能力（如填充墙的裂缝控制）、主体结构的延性需求（避免脆性破坏）、设备管线的变形耐受能力。我国规范（如JGJ32024）对不同结构体系规定了层间位移角限值（如框架结构1/550，剪力墙结构1/1000）。4.简述抗震设计中“强剪弱弯”原则的含义及实现方法。答案：“强剪弱弯”指确保构件在地震作用下，剪切破坏晚于弯曲破坏，避免脆性剪切破坏。实现方法：（1）对梁、柱等构件的剪力设计值进行放大（如乘以剪力增大系数）；（2）限制剪跨比（剪跨比小的构件易发生剪切破坏，需加强配箍）；（3）按规范要求配置足够的箍筋（包括最小配箍率、箍筋间距和直径要求）；（4）控制混凝土强度等级（避免强度过高导致剪切脆性）。5.风荷载与地震作用在高层建筑设计中的主要区别有哪些？答案：（1）作用性质：风荷载是静力或准静力作用（平均风+脉动风），地震作用是动力作用（惯性力）；（2）作用方向：风荷载主要为水平方向（顺风向、横风向），地震作用为多方向（水平+竖向，以水平为主）；（3）重现期：风荷载基本风压对应50年重现期，地震作用分多遇地震（50年63.2%超越概率）、设防地震（50年10%超越概率）、罕遇地震（50年2%~3%超越概率）；（4）对结构的影响：风荷载长期作用，需控制位移和舒适度（如顶点加速度）；地震作用短期、剧烈，需保证结构延性和抗倒塌能力。四、计算题（每题15分，共30分）1.某20层钢筋混凝土框架剪力墙结构，基本风压w₀=0.6kN/m²（50年重现期），地面粗糙度为B类，结构总高度H=60m，顶层（第20层）处的风荷载体型系数μ_s=1.3，阵风系数β_z=1.5。计算顶层处的风荷载标准值w_k（注：B类地面粗糙度的风压高度变化系数μ_z按H=60m查得为1.67）。答案：风荷载标准值计算公式：w_k=β_z·μ_s·μ_z·w₀（2分）已知：β_z=1.5，μ_s=1.3，μ_z=1.67，w₀=0.6kN/m²（2分）代入计算：w_k=1.5×1.3×1.67×0.6（5分）=1.5×1.3=1.95；1.95×1.67≈3.2565；3.2565×0.6≈1.954kN/m²（5分）答：顶层处风荷载标准值约为1.95kN/m²（1分）。2.某8层框架结构，第3层横向框架的抗侧移刚度D=5×10⁴kN/m，该层总水平地震剪力V=800kN，相邻上、下层的抗侧移刚度分别为D上=4×10⁴kN/m，D下=6×10⁴kN/m。采用D值法计算第3层各柱分配的水平剪力（假设该层有5根柱，各柱D值相等）。答案：（1）层间剪力分配原则：第i层某柱的剪力V_ij=V_i×(D_ij/ΣD_i)（3分）（2）第3层总抗侧移刚度ΣD_3=5×10⁴kN/m（已知）（2分）（3）各柱的D值：D_ij=ΣD_3/5=5×10⁴/5=1×10⁴kN/m（3分）（4）第3层水平剪力V=800kN，分配至单柱的剪力：V_ij=800×(1×10⁴/5×10⁴)=800×(1/5)=160kN（5分）（5）验证：5根柱总剪力=5×160=800kN，与层间剪力一致（2分）答：第3层每根柱分配的水平剪力为160kN（0分，已包含在步骤中）。五、综合分析题（20分）某28层（高度98m）住宅建筑，位于7度抗震设防区（0.15g），场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第一组。业主要求采用大空间灵活布置（如部分楼层需设置20m跨度的客厅），同时需控制造价。试分析：（1）可选的结构体系及优缺点；（2）若选择框架剪力墙结构，需重点关注哪些设计要点？答案：（1）可选结构体系及优缺点：①框架剪力墙结构：优点是框架提供大空间（通过局部抽柱或增大柱距），剪力墙提供足够抗侧刚度，适用高度（98m）满足7度区要求（B级高度框架剪力墙结构最大适用高度约140m）；缺点是需合理布置剪力墙数量，避免空间受限，造价高于纯框架。②部分框支剪力墙结构：优点是通过框支层实现大跨度（20m），上部为普通剪力墙保证刚度；缺点是框支层为薄弱层（传力复杂），需加强抗震措施（如提高抗震等级、设置落地剪力墙），造价较高（转换梁/板尺寸大）。③框架核心筒结构：优点是核心筒提供主要抗侧刚度，周边框架可布置大跨度梁；缺点是核心筒占用中央空间（住宅需考虑户型设计），造价高于框架剪力墙。综合业主需求（大空间、控造价），优先推荐框架剪力墙结构（4分）。（2）框架剪力墙结构设计要点：①剪力墙布置：沿两个主轴方向均匀对称布置，避免结构扭转；在楼梯间、电梯井等位置设置剪力墙（利用墙体减少空间占用）；剪力墙间距不宜过大（≤4B，B为楼面宽度），避免楼盖变形过大。②刚度匹配：控制框架部分承担的地震剪力（不宜小于结构总剪力的20%或1.5倍计算值），确保框架具备一定抗侧能力；调整剪力墙数量使自振周期合理（T1≈0.08~0.1H=7.84~9.8s，避免与场地特征周期（Ⅱ类第一组Tg=0.35s）共振）。③大跨度框架设计：20m跨度梁需采用井字梁、预应力混凝土梁或钢混凝土组合梁，降低梁高；柱截面需满足轴压