2025年高层建筑设计试题及答案

2025年高层建筑设计试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.根据2024年修订版《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2024），7度抗震设防区，乙类超高层建筑（高度280m）采用框架-核心筒结构时，核心筒墙体的最小厚度（底部加强部位）应为（）。A.300mmB.400mmC.500mmD.600mm2.某250m高办公建筑位于寒冷地区（冬季主导风向西北风），其幕墙系统设计中，为降低冬季冷风渗透能耗，应优先采用（）。A.明框玻璃幕墙（单层Low-E玻璃）B.单元式隐框幕墙（双银Low-E中空玻璃+暖边间隔条）C.点支式玻璃幕墙（普通中空玻璃）D.石材幕墙（无保温层）3.依据《建筑防火通用规范》（GB55037-2022），高度为150m的一类高层住宅建筑，其防烟楼梯间前室的加压送风口应采用（）。A.常开式风口，每层设一个B.常闭式风口，每层设一个，火灾时联动开启C.常开式风口，每两层设一个D.常闭式风口，每三层设一个，火灾时手动开启4.超高层建筑（高度400m）的避难层设计中，避难区净面积按每平方米容纳0.25人计算时，该层需满足的最小净面积（假设建筑容纳人数为8000人）为（）。A.2000㎡B.3200㎡C.4000㎡D.5000㎡5.高层混合结构（钢框架-混凝土核心筒）中，为避免“强梁弱柱”破坏模式，需重点控制（）。A.框架梁与框架柱的线刚度比B.框架柱的轴压比C.核心筒与框架的刚度比D.框架梁的跨高比6.寒冷地区200m高酒店建筑的外窗设计中，为满足《近零能耗建筑技术标准》（GB/T51350-2021）要求，外窗的传热系数（K值）应不大于（）。A.1.5W/(㎡·K)B.2.0W/(㎡·K)C.2.5W/(㎡·K)D.3.0W/(㎡·K)7.高层住宅建筑（高度90m）的电梯配置中，为满足高峰时段5分钟候梯率不超过12%的要求，若单台电梯额定载重量1000kg（13人），额定速度2.5m/s，服务层数30层，至少需要配置（）台电梯（电梯运行间隔时间计算公式：I=1.6×H/V+T，其中H为服务层数，V为速度m/s，T为开关门及乘客进出时间取20s；5分钟候梯率对应的电梯台数N=300/I）。A.2台B.3台C.4台D.5台8.超高层建筑（高度350m）的风荷载计算中，当采用风洞试验确定等效静力风荷载时，需重点关注（）。A.顺风向平均风荷载B.横风向涡激振动响应C.扭转风振响应D.以上均需关注9.高层医疗建筑（高度60m）的消防电梯设计中，消防电梯前室的使用面积最小应为（）。A.4.5㎡B.6.0㎡C.10.0㎡D.12.0㎡10.绿色建筑三星级评价中，高层办公建筑的非传统水源利用率需达到（）以上。A.15%B.20%C.25%D.30%二、简答题（每题10分，共40分）1.简述超高层建筑（高度＞250m）在结构设计中需重点考虑的“抗连续倒塌”措施，并说明其与普通高层建筑的主要区别。2.寒冷地区高层住宅建筑（高度100m）的外保温系统设计需满足哪些关键技术要求？请结合《建筑节能与可再生能源利用通用规范》（GB55015-2021）说明。3.高层综合体（含商业、办公、公寓）的垂直交通核设计中，如何通过功能分区优化提升整体效率？请从流线组织、设备配置、空间布局三方面展开。4.智能化高层建筑中，“建筑信息模型（BIM）正向设计”与传统CAD设计相比，在消防设计协同方面有哪些优势？请列举至少4项具体应用场景。三、案例分析题（40分）项目背景：某城市中心区（抗震设防烈度7度0.15g，设计地震分组第一组，场地类别Ⅱ类）拟建一座280m超高层综合体，包含50层办公（1-40层）、10层酒店（41-50层）及4层裙房商业（-1-3层）。总建筑面积18万㎡，其中塔楼标准层面积2200㎡。设计要求：结合现行规范及行业前沿技术，完成以下分析：（1）结构选型论证：对比框架-核心筒结构与筒中筒结构的适用性，确定本项目最优结构体系，并说明理由（需考虑抗侧移刚度、经济性、施工便利性）。（2）防火设计专项：①塔楼避难层设置要求（数量、位置、净面积、防火构造）；②办公与酒店功能转换层（40层）的防火分隔措施（需明确分隔构件的耐火极限、连通方式限制）。（3）节能与可再生能源应用：提出3项以上适用于本项目的主动式/被动式节能技术，并计算其对建筑综合节能率的贡献（假设基准建筑能耗为120kWh/(㎡·a)，目标节能率30%）。（4）韧性设计要点：从抗风、抗震、应急疏散三方面，提出提升建筑韧性的具体措施。参考答案一、单项选择题1.C（解析：JGJ3-2024规定，7度乙类超高层（H＞250m）核心筒底部加强部位墙体厚度≥500mm）2.B（解析：双银Low-E中空玻璃+暖边间隔条可显著降低传热系数与冷风渗透，符合寒冷地区节能要求）3.B（解析：GB55037-2022要求，一类高层住宅防烟楼梯间前室应设常闭式加压送风口，每层1个，火灾时联动开启）4.A（解析：8000人×0.25人/㎡=2000㎡）5.B（解析：混合结构中框架柱轴压比需严格控制，避免柱先于梁破坏）6.A（解析：GB/T51350-2021规定，寒冷地区近零能耗建筑外窗K值≤1.5W/(㎡·K)）7.B（解析：I=1.6×30/2.5+20=19.2+20=39.2s；N=300/39.2≈7.65，实际需3台（单台服务30层时，3台总间隔≈13s，满足12%候梯率））8.D（解析：超高层建筑风荷载需同时考虑顺风向、横风向及扭转响应）9.B（解析：医疗建筑消防电梯前室使用面积≥6.0㎡）10.C（解析：绿色建筑三星级要求非传统水源利用率≥25%）二、简答题1.超高层建筑抗连续倒塌措施及与普通高层建筑的区别：超高层建筑因高度大、荷载集中，需重点采取：①关键构件冗余设计（如核心筒角柱采用型钢混凝土，避免单柱失效）；②楼板水平拉结（采用双向双层通长钢筋，拉接承载力≥1.2倍楼板自重）；③加强层桁架与核心筒的刚性连接（避免因局部破坏引发连锁反应）；④备用荷载路径设计（如框架梁按“梁-柱节点失效后承担1.5倍楼面荷载”验算）。与普通高层建筑（H≤250m）的区别：普通建筑仅需满足“局部破坏不引发超过初始破坏范围的倒塌”，而超高层建筑需额外考虑：①关键构件（如伸臂桁架、转换大梁）的抗冲击性能（按偶然荷载100kN集中力验算）；②材料延性要求更高（核心筒混凝土强度≥C50，框架柱钢材≥Q355）；③需进行全楼倒塌模拟分析（采用非线性动力时程法）。2.寒冷地区高层住宅外保温系统技术要求（GB55015-2021）：①保温材料燃烧性能：外墙外保温（无空腔）≥B1级（如模塑聚苯板（EPS）氧指数≥30%）；有空腔时≥A级（如岩棉板密度≥140kg/m³）。②传热系数限值：外墙K≤0.35W/(㎡·K)（寒冷地区A区），需计算保温层厚度（如EPS导热系数0.033W/(m·K)，则厚度≥(0.033×(1/0.35-0.1))≈0.085m，即85mm）。③防火构造：每两层设置水平防火隔离带（A级材料，高度≥300mm）；窗口上沿设不燃材料挑檐（宽度≥500mm）。④抗风荷载：粘贴+锚栓固定（锚栓数量≥6个/㎡，单个锚栓抗拉承载力≥0.8kN）；饰面层与保温层粘结强度≥0.1MPa（现场拉拔试验）。3.高层综合体垂直交通核优化设计：①流线组织：按功能分区设置独立交通核——商业部分设自动扶梯+观光电梯（服务1-3层，梯群集中于裙房中心）；办公部分设高速分区电梯（低区1-20层，中区21-40层，高区41-50层，每区4台，速度4m/s）；公寓设独立客梯+服务梯（2台，速度2.5m/s，与办公梯群物理分隔）。②设备配置：办公梯群设智能派梯系统（根据楼层需求动态分配）；商业扶梯倾斜角≤30°（提升高度＞6m时），梯级宽度1000mm；消防电梯兼作货梯（载重量1600kg，速度3m/s），与服务梯共享前室（使用面积≥10㎡）。③空间布局：交通核集中布置于塔楼核心（减小公摊），办公与公寓前室通过防火门分隔（耐火极限2.0h）；商业扶梯周边设导向标识（LED屏实时显示各层商户分布），避免流线交叉。4.BIM正向设计在消防设计协同中的优势：①管线综合碰撞检测：通过BIM模型提前发现消防水管与风管、电缆桥架的碰撞（如某项目原设计中DN150消防管与800×300风管在避难层标高4.5m处交叉，BIM检测后调整风管标高至5.0m，避免返工）。②疏散模拟分析：利用BIM+疏散模拟软件（如Pathfinder），精确计算火灾时各楼层至安全出口的疏散时间（例如标准层疏散门宽度1.2m，原设计疏散时间280s，优化为双开门（总宽2.4m）后缩短至150s，满足GB55037-2022中“超高层疏散时间≤300s”要求）。③防火分区智能划分：BIM模型自动统计各区域建筑面积，提示防火分区是否超规（如某层原设计商业面积4500㎡，超过GB55037-2022中“高层商业防火分区≤4000㎡”限制，需增设防火卷帘分隔）。④消防设施参数联动：BIM模型关联消防设备参数（如喷头流量、烟感覆盖范围），自动校验是否满足规范（例如某房间面积80㎡，原设计1个烟感（覆盖面积60㎡），BIM提示需增设1个，确保覆盖全区域）。三、案例分析题（1）结构选型论证：本项目最优结构体系为框架-核心筒结构，理由如下：①抗侧移刚度：筒中筒结构（内筒+外框筒）的抗侧刚度更高（外框筒通过窗裙梁形成整体受力），但本项目高度280m（未超300m），框架-核心筒（核心筒承担80%以上水平力）已满足7度区位移角限值（H/5000，计算得最大层间位移≤56mm）；筒中筒虽刚度更大，但外框筒需密集布置柱（柱距≤3m），影响办公空间灵活性（本项目标准层2200㎡，若柱距3m则柱数约24根，柱截面≥1200×1200mm，占用使用面积约15%）。②经济性：框架-核心筒的外框架柱可采用钢骨混凝土（SRC），柱距6-8m（本项目标准层柱距7m，柱数约12根，截面1000×1000mm，用钢量约80kg/㎡）；筒中筒外框需采用密柱深梁（梁高≥1.2m），用钢量增加约20%（100kg/㎡），且施工时需频繁支模，工期延长约1个月。③施工便利性：框架-核心筒的核心筒可采用爬模施工（与外框架同步提升），外框架钢骨柱可工厂预制、现场吊装（单柱安装时间≤4h）；筒中筒外框筒的深梁需现场浇筑（每跨梁浇筑时间≥8h），且需等待梁混凝土强度达标（7天）才能继续施工上层，整体工期延长约15%。（2）防火设计专项：①避难层设置要求：-数量：280m塔楼需每50m设置1个避难层（280/50=5.6，取6个，实际从15层（约50m）、30层（约100m）、45层（约150m）、60层（约200m）、75层（约250m）、90层（约300m），但本项目仅50层，故实际设置3个：15层（50m）、30层（100m）、45层（150m））。-位置：避难层需与设备层结合（如15层设空调机房，30层设消防水箱，45层设电梯转换层），且上下层楼梯需错位（避免烟火通过楼梯间蔓延）。-净面积：按最大容纳人数（办公层40层，每层150人，共6000人；酒店层10层，每层50人，共500人，总计6500人）计算，净面积≥6500×0.25=1625㎡（标准层2200㎡，扣除设备区500㎡后剩余1700㎡，满足要求）。-防火构造：避难层楼板耐火极限≥2.0h（采用150mm厚钢筋混凝土，配双层双向φ12@150钢筋）；四周墙体为防火墙（耐火极限≥3.0h），开向避难区的门为甲级防火门；外窗采用防火玻璃（耐火完整性≥1.0h）。②功能转换层（40层）防火分隔：-分隔构件：办公与酒店区域采用防火墙+甲级防火门分隔（防火墙耐火极限≥3.0h，门耐火极限≥1.5h）；若设连通口（如自动扶梯），需设特级防火卷帘（耐火极限≥3.0h，宽度≤10m）。-楼板处理：转换层楼板需加强（厚度≥150mm，配抗裂钢筋网），且上下层办公与酒店的吊顶内空间需用防火封堵材料填充（如矿棉板，厚度≥100mm），防止烟火通过吊顶空腔蔓延。（3）节能与可再生能源应用：①被动式技术：-外遮阳系统：办公区南立面设水平金属遮阳板（挑出长度1.2m，角度30°，夏至日正午遮阳率≥80%，降低夏季空调负荷约15%）。-热回收新风系统：全空气空调系统设板式热回收器（效率≥70%），冬季回收排风热量加热新风，降低供暖能耗约20%（基准能耗120kWh中供暖占30%，即36kWh，节约7.2kWh）。②主动式技术：-地源热泵系统：利用裙房地下室（-1-3层）下方土壤源，设置地埋管换热器（埋深100m，管长8000m），为塔楼提供冷热源，替代传统电制冷+燃气锅炉，节能率约25%（制冷能耗占基准40%即48kWh，节约12kWh）。-光伏幕墙：东、西立面采用BIPV光伏玻璃（转换效率18%，面积2000㎡，年发电2000×18%×1200h=432,000kWh，折合节能率432000/(180000×120)=2%）。综合节能率：15%（遮阳）+20%×30%（热回收