2025年高层建筑结构设计试卷及答案

2025年高层建筑结构设计及答案一、单项选择题（共10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.纯框架结构B.框架-剪力墙结构C.筒中筒结构D.框架-核心筒结构2.根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2024），7度抗震设防区乙类高层建筑的混凝土强度等级不宜低于（）。A.C25B.C30C.C35D.C403.计算高层建筑风荷载时，基本风压应采用（）年一遇的风压值。A.30B.50C.100D.2004.采用底部剪力法计算多遇地震作用时，适用于以下哪种结构？（）A.高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构B.高度超过100m的框架-核心筒结构C.大跨空间结构D.隔震结构5.高层建筑框架梁的截面高度与宽度之比不宜大于（）。A.2B.3C.4D.56.风振系数与结构的阻尼比直接相关，当结构阻尼比减小时，风振系数会（）。A.增大B.减小C.不变D.先增大后减小7.高层建筑箱形基础的埋置深度（从室外地面算起）不宜小于建筑高度的（）。A.1/8B.1/10C.1/12D.1/158.框架结构梁柱节点核心区验算的主要目的是（）。A.保证节点的刚度B.防止节点发生剪切破坏C.提高节点的延性D.控制节点的变形9.高度150m的钢筋混凝土高层建筑，其层间弹性位移角限值为（）。A.1/500B.1/800C.1/1000D.1/120010.钢管混凝土组合结构相较于纯钢筋混凝土结构，最显著的优势是（）。A.施工便捷B.耐火性好C.抗压承载力高且延性好D.经济性好二、填空题（共10题，每题2分，共20分）1.高层建筑结构设计中，水平荷载（风荷载和地震作用）起控制作用，其根本原因是结构的______随高度增加呈指数增长。2.风荷载计算中，体型系数μs反映了______对风压力分布的影响。3.地震作用计算时，特征周期Tg与______和场地类别有关。4.框架结构的柱端弯矩增大系数ηc是为了实现______的设计原则。5.高层建筑剪力墙的厚度，底部加强部位不宜小于______mm（当墙肢长度不大于墙厚3倍时）。6.桩基础设计中，摩擦型桩的桩端进入持力层的深度不宜小于______倍桩径。7.结构阻尼比是反映结构耗能能力的参数，钢筋混凝土高层建筑的阻尼比一般取______。8.连梁的跨高比小于______时，需按专门的连梁构造设计，避免发生脆性破坏。9.转换层结构设计的关键是控制上下层的______比，避免出现刚度突变。10.隔震结构中，隔震支座的等效阻尼比一般不小于______，以保证地震能量的耗散。三、简答题（共5题，每题8分，共40分）1.简述框架结构与剪力墙结构在受力特点和适用高度上的主要区别。2.风荷载计算中，“阵风系数”和“风振系数”的物理意义有何不同？分别适用于什么情况？3.高层建筑为何需要控制层间位移角？若某框架-核心筒结构的层间位移角不满足限值，可采取哪些措施调整？4.桩基础在高层建筑中应用广泛，简述其设计的主要步骤（至少列出5步）。5.核心筒结构中设置加强层（如伸臂桁架+环带桁架）的作用是什么？设计时需注意哪些关键问题？四、计算题（共3题，每题15分，共45分）1.某30层钢筋混凝土高层建筑，高度100m，位于B类地貌（风压高度变化系数μz按μz=1.284(z/10)^0.32计算），基本风压w0=0.6kN/m²，体型系数μs=1.3，风振系数βz=1.5。计算第25层（层高3.5m，计算高度z=87.5m）的风荷载标准值（作用于外表面，宽度方向每延米）。2.某框架梁截面尺寸b×h=300mm×600mm，混凝土强度等级C35（fc=16.7N/mm²），钢筋采用HRB500级（fy=435N/mm²），梁端弯矩设计值M=380kN·m，环境类别为一类（保护层厚度c=20mm，as=40mm）。求该梁受拉钢筋的截面积As（不考虑受压钢筋，γ0=1.0，ξb=0.482）。3.某25层框架-核心筒结构，采用D值法计算水平地震作用下的层间位移。已知第5层的层间剪力V=1200kN，该层柱的抗侧移刚度总和ΣD=2.4×10⁵kN/m，层高h=3.6m。若结构顶点总位移Δ=35mm，判断是否满足1/1000的顶点位移角限值（结构总高度H=87.5m）。五、论述题（共2题，每题15分，共30分）1.超高层建筑（高度＞250m）抗震设计中，“性能化设计”是核心方法。请结合规范要求，论述其主要设计要点（包括性能目标设定、关键构件分类、计算分析方法及构造措施）。2.近年来，钢管混凝土组合结构（如钢管混凝土柱+钢筋混凝土梁）在超高层建筑中应用日益广泛。请从承载力、延性、施工效率和经济性四个方面，分析其相较于纯钢筋混凝土结构的优势，并举例说明工程应用场景。答案及解析一、单项选择题1.C（筒中筒结构由内筒和外筒共同作用，抗侧移刚度最大）2.B（JGJ3—2024规定，7度乙类建筑混凝土强度等级不宜低于C30）3.C（高层建筑基本风压采用100年一遇）4.A（底部剪力法适用于高度≤40m、剪切变形为主且质量刚度均匀的结构）5.C（框架梁高宽比不宜大于4，避免受扭破坏）6.A（阻尼比减小，结构耗能能力降低，风振响应增大）7.B（箱形基础埋深不宜小于建筑高度的1/10）8.B（节点核心区验算防止剪切破坏，保证“强节点弱构件”）9.B（150m高混凝土建筑层间弹性位移角限值为1/800）10.C（钢管约束混凝土提高抗压承载力，同时改善延性）二、填空题1.侧移2.建筑体型3.地震分组4.强柱弱梁5.2006.17.0.058.59.侧向刚度10.0.05三、简答题1.框架结构：以梁、柱为承重构件，抗侧移刚度小，水平位移大，适用高度低（约60m）；优点是空间灵活，缺点是抗侧移能力差。剪力墙结构：以钢筋混凝土墙承受竖向和水平荷载，抗侧移刚度大，水平位移小，适用高度高（约150m）；优点是刚度大，缺点是空间受限。2.阵风系数：反映短时间内风速波动对瞬时风压的放大作用，用于计算局部风压（如围护结构）；风振系数：反映结构在风荷载作用下的动力响应（惯性力），用于计算主体结构的风荷载，考虑结构振动与风的耦合作用。3.控制层间位移角的目的：避免结构因过大变形导致非结构构件（如填充墙、幕墙）破坏，保证结构的整体稳定性。调整措施：增加核心筒或剪力墙的厚度/长度，提高框架柱的截面尺寸或混凝土强度等级，设置伸臂桁架加强层，优化结构平面布置减少扭转效应。4.设计步骤：①确定桩型（预制桩/灌注桩）和桩长；②估算单桩承载力（静载试验或经验公式）；③确定桩的数量和布置（满足竖向荷载和水平荷载要求）；④验算群桩效应（沉降、整体稳定性）；⑤设计桩身配筋（考虑弯矩、剪力）；⑥验算桩顶与承台的连接构造。5.加强层作用：通过伸臂桁架将核心筒与外围框架连接，使外围框架参与抗侧移，增大结构整体刚度，减小侧移。注意问题：避免加强层处刚度突变（需设置过渡层），伸臂桁架与核心筒的连接节点需加强（避免应力集中），验算加强层上下楼层的承载力（防止形成薄弱层）。四、计算题1.解：风荷载标准值公式：wk=βz·μs·μz·w0μz=1.284×(87.5/10)^0.32≈1.284×(8.75)^0.32≈1.284×1.93≈2.488wk=1.5×1.3×2.488×0.6≈1.5×1.3×1.493≈2.91kN/m（注：宽度方向每延米，故结果为2.91kN/m）2.解：有效高度h0=h-as=600-40=560mm弯矩设计值M=380×10^6N·mmαs=M/(α1fcbh0²)=380×10^6/(1.0×16.7×300×560²)≈380×10^6/(1.0×16.7×300×313600)≈380×10^6/(1.57×10^9)≈0.242ξ=1-√(1-2αs)=1-√(1-0.484)=1-√0.516≈1-0.718=0.282＜ξb=0.482（适筋）γs=(1+√(1-2αs))/2=(1+0.718)/2≈0.859As=M/(γsfyh0)=380×10^6/(0.859×435×560)≈380×10^6/(2.09×10^8)≈1818mm²（实际配筋可选4Φ25，As=1964mm²）3.解：第5层层间位移Δu=V/ΣD=1200/2.4×10^5=0.005m=5mm顶点位移角θ=Δ/H=35mm/87500mm=1/2500＜1/1000（满足限值）五、论述题1.超高层建筑性能化抗震设计要点：-性能目标设定：根据建筑重要性（如超高层酒店为重点设防类），设定多遇地震（弹性）、设防地震（不屈服或部分屈服）、罕遇地震（不倒塌）的分层性能目标。-关键构件分类：将结构分为关键构件（核心筒、巨型柱）、重要构件（伸臂桁架）、一般构件（普通框架梁），对关键构件提出更高的承载力和延性要求。-计算分析方法：采用弹塑性时程分析（至少3条实际地震波+1条人工波），验算大震下的位移和构件损伤；考虑高阶振型影响（如P-Δ效应、扭转耦联）。-构造措施：核心筒底部加强区增加边缘构件配筋率（如约束边缘构件），巨型柱采用钢管混凝土提高延性，伸臂桁架与核心筒连接节点采用铸钢件增强可靠性。2.钢管混凝土组合结构优势：-承载力：钢管对核心混凝土的环向约束使混凝土处于三向受压状态，抗压强度可提高1.5~2倍（如C50混凝土填充Q345钢管，轴心抗压承载力可达纯混凝土柱的2.2倍）。-延性：钢管的塑性变形能力强，即使混凝土压碎，钢管仍可通过屈服耗能，延性比纯混凝土柱提高3~5倍（适用于大震下的变形需求）。-施工效