2025年高层建筑结构设计复习题及答案

2025年高层建筑结构设计复习题及答案一、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.筒中筒结构D.框架-核心筒结构答案：C2.根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2024），7度（0.15g）抗震设防区，乙类高层建筑（框架-核心筒结构）的最大适用高度为（）。A.150mB.180mC.200mD.220m答案：B（注：2024版规程调整了部分结构体系的适用高度，框架-核心筒在7度0.15g区乙类建筑最大高度为180m）3.高层建筑风荷载计算中，基本风压应采用（）年一遇的风压值。A.30B.50C.100D.200答案：C（注：高层建筑需提高重现期，基本风压按100年一遇取值）4.关于高层建筑高宽比的控制，下列说法错误的是（）。A.高宽比过大可能导致结构整体稳定性不足B.高宽比限值与结构体系相关（如框架结构限值小于剪力墙结构）C.高宽比仅需控制平面两个主轴方向中的最大值D.超限高宽比需通过风洞试验或弹塑性分析验证答案：C（需同时控制两个主轴方向的高宽比）5.抗震设计中，“小震不坏”对应的地震作用水准是（）。A.多遇地震（超越概率63%）B.设防地震（超越概率10%）C.罕遇地震（超越概率2%~3%）D.极罕遇地震（超越概率1%）答案：A6.高层建筑中，核心筒墙体混凝土强度等级不宜低于（）。A.C25B.C30C.C35D.C40答案：B（核心筒作为主要抗侧力构件，需保证最低强度）7.下列关于伸臂桁架的作用，描述错误的是（）。A.减少核心筒的弯矩B.增大结构整体抗侧刚度C.协调外框架与核心筒的变形D.降低外框架的轴力答案：D（伸臂桁架会增大外框架的轴力，通过“桁架作用”将核心筒弯矩转化为外框架拉力/压力）8.框架结构中，框架梁的跨高比不宜小于（）。A.2B.3C.4D.5答案：C（跨高比过小会导致梁受剪为主，延性不足）9.高层建筑混凝土结构中，楼盖宜优先采用（）。A.单向板肋梁楼盖B.双向板楼盖C.密肋楼盖D.无梁楼盖答案：B（双向板楼盖刚度大，传力均匀，有利于协调各抗侧力构件变形）10.罕遇地震作用下，结构的性能目标一般要求（）。A.弹性变形B.不屈服C.允许部分构件破坏但不倒塌D.允许严重破坏但可修复答案：C二、填空题（每空1分，共20分）1.我国《高层建筑混凝土结构技术规程》定义，10层及以上或房屋高度大于（28m）的住宅建筑，以及房屋高度大于（24m）的非住宅民用建筑为高层建筑。2.风荷载的体型系数μs反映（建筑外形对风压力分布）的影响，高度系数μz反映（空气流动随高度变化）的规律。3.框架-剪力墙结构中，剪力墙的间距需满足（L/B≤6）和（L≤80m）的要求（B为楼面宽度），以保证楼盖平面内刚度足够。4.抗震设计时，结构的楼层屈服强度系数ξy为（按构件实际配筋计算的楼层受剪承载力）与（罕遇地震作用下楼层弹性地震剪力）的比值，ξy越小，结构（屈服）可能性越大。5.高层建筑混凝土结构的收缩和徐变会导致（梁、板下挠）、（柱压缩变形）及（节点应力重分布）等问题，设计时需考虑施工阶段的变形补偿。6.巨型框架结构由（主框架）和（次框架）组成，主框架柱间距一般为（12~24m），次框架布置于主框架网格内。7.钢管混凝土柱的核心混凝土三向受压，可显著提高（抗压强度）和（延性），适用于（大跨度、重荷载）的高层建筑。8.高层建筑基础设计中，桩筏基础的筏板厚度需满足（抗冲切）和（抗剪切）要求，最小厚度不宜小于（500mm）。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及适用范围。答：框架结构优点：平面布置灵活，空间大；缺点：抗侧移刚度小，水平位移大，适用高度低（7度区约50m）。适用于商场、办公楼等对空间要求高的建筑。剪力墙结构优点：抗侧刚度大，水平位移小，抗震性能好；缺点：平面布置受限制，空间小。适用高度高（7度区约150m），适用于住宅、公寓等小开间建筑。2.说明高层建筑高宽比控制的意义及主要影响因素。答：意义：控制结构整体稳定性（防止倾覆）、限制水平位移（避免风振或地震下过大变形）、保证抗侧力体系的合理性（避免“细高”结构导致刚度不足）。影响因素：结构体系（框架高宽比≤5，剪力墙≤6~8）、设防烈度（高烈度区限值更小）、场地类别（软土场地需更严格控制）、风荷载大小（强风区限值降低）。3.解释抗震设计中“三水准”目标的具体内容及对应的设计方法。答：“三水准”目标：（1）小震不坏：多遇地震（超越概率63%）下，结构弹性变形，构件不损坏；设计方法：弹性反应谱法计算内力，按规范配筋。（2）中震可修：设防地震（超越概率10%）下，结构允许部分构件屈服（如梁端），但经修复可继续使用；设计方法：通过构造措施（如强柱弱梁）保证延性，或采用中震弹性/不屈服验算。（3）大震不倒：罕遇地震（超越概率2%~3%）下，结构不倒塌；设计方法：弹塑性时程分析验证层间位移角（≤1/100），确保关键构件（如核心筒、框架柱）不屈服。4.简述风荷载与地震作用的主要区别。答：（1）荷载性质：风荷载为静态/准静态荷载（平均风+脉动风），地震作用为动力荷载（惯性力）。（2）作用方向：风荷载主要为水平方向（垂直于建筑表面），地震作用为三向（水平+竖向），但以水平为主。（3）重现期：风荷载按100年一遇取值，地震作用分多遇（50年63%）、设防（50年10%）、罕遇（50年2%~3%）。（4）对结构的影响：风荷载长期作用，需控制顶点位移和层间位移（舒适度要求）；地震作用瞬时性，需控制结构延性和耗能能力。5.分析框架-核心筒结构的受力特点及设计关键。答：受力特点：核心筒（钢筋混凝土）承担大部分水平剪力（约80%~90%）和弯矩（60%~70%）；外框架（钢或混凝土）承担部分剪力和轴力，通过楼盖协同变形；水平荷载下，核心筒呈弯曲型变形，外框架呈剪切型变形，两者通过楼盖协调后整体变形为弯剪型。设计关键：（1）核心筒刚度：需保证厚度（底部≥200mm，高宽比≥8时≥250mm）和混凝土强度（≥C30）；（2）外框架与核心筒的连接：楼盖需有足够平面内刚度（双向板或预应力楼板）；（3）加强层设计（如伸臂桁架）：当高度超过150m时，需设置伸臂桁架减少核心筒顶部弯矩；（4）抗扭设计：核心筒需对称布置，避免质心与刚心偏移（偏心距≤0.15B）。四、计算题（每题10分，共20分）1.某30层高层建筑（高度100m），位于广州（基本风压w0=0.8kN/m²，地面粗糙度B类），平面为矩形（长L=40m，宽B=20m），顶部10m为塔冠（体型系数μs=1.4），其余楼层体型系数μs=1.3。计算100m高度处的风荷载标准值（忽略风振系数βz=1.5）。解：（1）高度系数μz：B类粗糙度，100m高度查表得μz=2.0（根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2022，B类100m对应μz=2.0）。（2）风荷载标准值公式：wk=βz·μs·μz·w0（3）顶部10m（90~100m）：μs=1.4，wk1=1.5×1.4×2.0×0.8=3.36kN/m²（4）其余楼层（0~90m）：μs=1.3，wk2=1.5×1.3×2.0×0.8=3.12kN/m²（注：题目要求100m高度处，取顶部10m的计算结果，即3.36kN/m²）2.某7度（0.1g）区8层框架结构（高度28m），框架柱截面600mm×600mm，混凝土C35（fc=16.7N/mm²），柱端组合轴向压力设计值N=8500kN。验算该柱轴压比是否满足规范要求（二级抗震等级）。解：（1）轴压比公式：μN=N/(fc·A)（2）柱截面面积A=600×600=360000mm²=0.36m²（3）fc=16.7N/mm²=16.7×10³kN/m²（4）计算μN=8500/(16.7×10³×0.36)=8500/(6012)=1.41（5）规范要求：二级抗震等级框架柱轴压比限值（C35）为0.85（注：C35及以下，二级框架柱轴压比限值0.85，C40~C50可放宽0.05）。（6）结论：μN=1.41＞0.85，不满足要求，需增大柱截面或提高混凝土强度等级（如改用C50，fc=23.1N/mm²，μN=8500/(23.1×10³×0.36)=8500/8316=1.02，仍不满足；需增大截面至700mm×700mm，A=0.49m²，μN=8500/(16.7×10³×0.49)=8500/8183=1.04，仍不满足；最终需采用C50+700mm×700mm，μN=8500/(23.1×10³×0.49)=8500/11319=0.75≤0.9（C50二级轴压比限值0.9），满足）。五、案例分析题（20分）背景：某超高层建筑（高度300m，7度0.15g区，乙类建筑，场地类别II类），采用巨型框架-伸臂桁架-核心筒结构体系。外框为巨型钢柱（间距24m）+巨型钢梁，核心筒为C60钢筋混凝土（厚度底部1200mm，顶部400mm），在50层（180m）和80层（280m）设置伸臂桁架。问题：（1）分析该结构体系选择的合理性；（2）指出设计中需重点关注的抗震措施；（3）说明伸臂桁架的布置原则及作用。答案：（1）合理性分析：①300m超高层建筑需高抗侧刚度，巨型框架-核心筒体系通过巨型柱（截面大、刚度高）与核心筒协同工作，整体抗侧刚度远高于普通框架-核心筒；②伸臂桁架连接外框巨型柱与核心筒，将核心筒的弯曲变形转化为外框的轴向变形（“桁架作用”），显著减少结构顶点位移（可降低20%~30%）；③乙类建筑（重点设防类）需提高抗震性能，巨型钢柱延性好（钢材可耗能），核心筒C60混凝土强度高（抗裂性好），符合“强柱弱梁、强剪弱弯”原则。（2）抗震设计重点：①核心筒加强：底部1/10高度范围（30m）为加强区，墙体水平/竖向钢筋配筋率≥0.35%（普通区0.3%），边缘构件采用约束边缘构件（长度≥墙厚×1.5）；②巨型钢柱与伸臂桁架节点：采用全熔透焊缝连接，节点域需设置加劲肋（厚度≥钢板厚度），避免节点先于构件破坏；③弹塑性分析：罕遇地震下需进行动力弹塑性时程分析，验证层间位移角（≤1/100），确保核心筒不出现贯通裂缝，巨型柱不发生局部屈曲；④基础设计：采用桩筏基础（筏板厚度≥2000mm），桩端进入中风化岩层（桩长≥40m），控制整体倾斜（≤1/500）。