2025年高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及答案一、單項(xiàng)選擇題（共10題，每題2分，共20分）1.下列高層建筑結(jié)構(gòu)體系中，抗側(cè)移剛度最大的是（）。A.純框架結(jié)構(gòu)B.框架-剪力墻結(jié)構(gòu)C.筒中筒結(jié)構(gòu)D.框架-核心筒結(jié)構(gòu)2.根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3—2024），7度抗震設(shè)防區(qū)乙類高層建筑的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于（）。A.C25B.C30C.C35D.C403.計(jì)算高層建筑風(fēng)荷載時(shí)，基本風(fēng)壓應(yīng)采用（）年一遇的風(fēng)壓值。A.30B.50C.100D.2004.采用底部剪力法計(jì)算多遇地震作用時(shí)，適用于以下哪種結(jié)構(gòu)？（）A.高度不超過40m，以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)B.高度超過100m的框架-核心筒結(jié)構(gòu)C.大跨空間結(jié)構(gòu)D.隔震結(jié)構(gòu)5.高層建筑框架梁的截面高度與寬度之比不宜大于（）。A.2B.3C.4D.56.風(fēng)振系數(shù)與結(jié)構(gòu)的阻尼比直接相關(guān)，當(dāng)結(jié)構(gòu)阻尼比減小時(shí)，風(fēng)振系數(shù)會(huì)（）。A.增大B.減小C.不變D.先增大后減小7.高層建筑箱形基礎(chǔ)的埋置深度（從室外地面算起）不宜小于建筑高度的（）。A.1/8B.1/10C.1/12D.1/158.框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)驗(yàn)算的主要目的是（）。A.保證節(jié)點(diǎn)的剛度B.防止節(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切破壞C.提高節(jié)點(diǎn)的延性D.控制節(jié)點(diǎn)的變形9.高度150m的鋼筋混凝土高層建筑，其層間彈性位移角限值為（）。A.1/500B.1/800C.1/1000D.1/120010.鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)相較于純鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，最顯著的優(yōu)勢是（）。A.施工便捷B.耐火性好C.抗壓承載力高且延性好D.經(jīng)濟(jì)性好二、填空題（共10題，每題2分，共20分）1.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，水平荷載（風(fēng)荷載和地震作用）起控制作用，其根本原因是結(jié)構(gòu)的______隨高度增加呈指數(shù)增長。2.風(fēng)荷載計(jì)算中，體型系數(shù)μs反映了______對(duì)風(fēng)壓力分布的影響。3.地震作用計(jì)算時(shí)，特征周期Tg與______和場地類別有關(guān)。4.框架結(jié)構(gòu)的柱端彎矩增大系數(shù)ηc是為了實(shí)現(xiàn)______的設(shè)計(jì)原則。5.高層建筑剪力墻的厚度，底部加強(qiáng)部位不宜小于______mm（當(dāng)墻肢長度不大于墻厚3倍時(shí)）。6.樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，摩擦型樁的樁端進(jìn)入持力層的深度不宜小于______倍樁徑。7.結(jié)構(gòu)阻尼比是反映結(jié)構(gòu)耗能能力的參數(shù)，鋼筋混凝土高層建筑的阻尼比一般取______。8.連梁的跨高比小于______時(shí)，需按專門的連梁構(gòu)造設(shè)計(jì)，避免發(fā)生脆性破壞。9.轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是控制上下層的______比，避免出現(xiàn)剛度突變。10.隔震結(jié)構(gòu)中，隔震支座的等效阻尼比一般不小于______，以保證地震能量的耗散。三、簡答題（共5題，每題8分，共40分）1.簡述框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)在受力特點(diǎn)和適用高度上的主要區(qū)別。2.風(fēng)荷載計(jì)算中，“陣風(fēng)系數(shù)”和“風(fēng)振系數(shù)”的物理意義有何不同？分別適用于什么情況？3.高層建筑為何需要控制層間位移角？若某框架-核心筒結(jié)構(gòu)的層間位移角不滿足限值，可采取哪些措施調(diào)整？4.樁基礎(chǔ)在高層建筑中應(yīng)用廣泛，簡述其設(shè)計(jì)的主要步驟（至少列出5步）。5.核心筒結(jié)構(gòu)中設(shè)置加強(qiáng)層（如伸臂桁架+環(huán)帶桁架）的作用是什么？設(shè)計(jì)時(shí)需注意哪些關(guān)鍵問題？四、計(jì)算題（共3題，每題15分，共45分）1.某30層鋼筋混凝土高層建筑，高度100m，位于B類地貌（風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz按μz=1.284(z/10)^0.32計(jì)算），基本風(fēng)壓w0=0.6kN/m2，體型系數(shù)μs=1.3，風(fēng)振系數(shù)βz=1.5。計(jì)算第25層（層高3.5m，計(jì)算高度z=87.5m）的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（作用于外表面，寬度方向每延米）。2.某框架梁截面尺寸b×h=300mm×600mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35（fc=16.7N/mm2），鋼筋采用HRB500級(jí)（fy=435N/mm2），梁端彎矩設(shè)計(jì)值M=380kN·m，環(huán)境類別為一類（保護(hù)層厚度c=20mm，as=40mm）。求該梁受拉鋼筋的截面積As（不考慮受壓鋼筋，γ0=1.0，ξb=0.482）。3.某25層框架-核心筒結(jié)構(gòu)，采用D值法計(jì)算水平地震作用下的層間位移。已知第5層的層間剪力V=1200kN，該層柱的抗側(cè)移剛度總和ΣD=2.4×10?kN/m，層高h(yuǎn)=3.6m。若結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)總位移Δ=35mm，判斷是否滿足1/1000的頂點(diǎn)位移角限值（結(jié)構(gòu)總高度H=87.5m）。五、論述題（共2題，每題15分，共30分）1.超高層建筑（高度＞250m）抗震設(shè)計(jì)中，“性能化設(shè)計(jì)”是核心方法。請(qǐng)結(jié)合規(guī)范要求，論述其主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)（包括性能目標(biāo)設(shè)定、關(guān)鍵構(gòu)件分類、計(jì)算分析方法及構(gòu)造措施）。2.近年來，鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)（如鋼管混凝土柱+鋼筋混凝土梁）在超高層建筑中應(yīng)用日益廣泛。請(qǐng)從承載力、延性、施工效率和經(jīng)濟(jì)性四個(gè)方面，分析其相較于純鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，并舉例說明工程應(yīng)用場景。答案及解析一、單項(xiàng)選擇題1.C（筒中筒結(jié)構(gòu)由內(nèi)筒和外筒共同作用，抗側(cè)移剛度最大）2.B（JGJ3—2024規(guī)定，7度乙類建筑混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C30）3.C（高層建筑基本風(fēng)壓采用100年一遇）4.A（底部剪力法適用于高度≤40m、剪切變形為主且質(zhì)量剛度均勻的結(jié)構(gòu)）5.C（框架梁高寬比不宜大于4，避免受扭破壞）6.A（阻尼比減小，結(jié)構(gòu)耗能能力降低，風(fēng)振響應(yīng)增大）7.B（箱形基礎(chǔ)埋深不宜小于建筑高度的1/10）8.B（節(jié)點(diǎn)核心區(qū)驗(yàn)算防止剪切破壞，保證“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”）9.B（150m高混凝土建筑層間彈性位移角限值為1/800）10.C（鋼管約束混凝土提高抗壓承載力，同時(shí)改善延性）二、填空題1.側(cè)移2.建筑體型3.地震分組4.強(qiáng)柱弱梁5.2006.17.0.058.59.側(cè)向剛度10.0.05三、簡答題1.框架結(jié)構(gòu)：以梁、柱為承重構(gòu)件，抗側(cè)移剛度小，水平位移大，適用高度低（約60m）；優(yōu)點(diǎn)是空間靈活，缺點(diǎn)是抗側(cè)移能力差。剪力墻結(jié)構(gòu)：以鋼筋混凝土墻承受豎向和水平荷載，抗側(cè)移剛度大，水平位移小，適用高度高（約150m）；優(yōu)點(diǎn)是剛度大，缺點(diǎn)是空間受限。2.陣風(fēng)系數(shù)：反映短時(shí)間內(nèi)風(fēng)速波動(dòng)對(duì)瞬時(shí)風(fēng)壓的放大作用，用于計(jì)算局部風(fēng)壓（如圍護(hù)結(jié)構(gòu)）；風(fēng)振系數(shù)：反映結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)（慣性力），用于計(jì)算主體結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載，考慮結(jié)構(gòu)振動(dòng)與風(fēng)的耦合作用。3.控制層間位移角的目的：避免結(jié)構(gòu)因過大變形導(dǎo)致非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如填充墻、幕墻）破壞，保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。調(diào)整措施：增加核心筒或剪力墻的厚度/長度，提高框架柱的截面尺寸或混凝土強(qiáng)度等級(jí)，設(shè)置伸臂桁架加強(qiáng)層，優(yōu)化結(jié)構(gòu)平面布置減少扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。4.設(shè)計(jì)步驟：①確定樁型（預(yù)制樁/灌注樁）和樁長；②估算單樁承載力（靜載試驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)公式）；③確定樁的數(shù)量和布置（滿足豎向荷載和水平荷載要求）；④驗(yàn)算群樁效應(yīng)（沉降、整體穩(wěn)定性）；⑤設(shè)計(jì)樁身配筋（考慮彎矩、剪力）；⑥驗(yàn)算樁頂與承臺(tái)的連接構(gòu)造。5.加強(qiáng)層作用：通過伸臂桁架將核心筒與外圍框架連接，使外圍框架參與抗側(cè)移，增大結(jié)構(gòu)整體剛度，減小側(cè)移。注意問題：避免加強(qiáng)層處剛度突變（需設(shè)置過渡層），伸臂桁架與核心筒的連接節(jié)點(diǎn)需加強(qiáng)（避免應(yīng)力集中），驗(yàn)算加強(qiáng)層上下樓層的承載力（防止形成薄弱層）。四、計(jì)算題1.解：風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)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：寬度方向每延米，故結(jié)果為2.91kN/m）2.解：有效高度h0=h-as=600-40=560mm彎矩設(shè)計(jì)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（適筋）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（實(shí)際配筋可選4Φ25，As=1964mm2）3.解：第5層層間位移Δu=V/ΣD=1200/2.4×10^5=0.005m=5mm頂點(diǎn)位移角θ=Δ/H=35mm/87500mm=1/2500＜1/1000（滿足限值）五、論述題1.超高層建筑性能化抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)：-性能目標(biāo)設(shè)定：根據(jù)建筑重要性（如超高層酒店為重點(diǎn)設(shè)防類），設(shè)定多遇地震（彈性）、設(shè)防地震（不屈服或部分屈服）、罕遇地震（不倒塌）的分層性能目標(biāo)。-關(guān)鍵構(gòu)件分類：將結(jié)構(gòu)分為關(guān)鍵構(gòu)件（核心筒、巨型柱）、重要構(gòu)件（伸臂桁架）、一般構(gòu)件（普通框架梁），對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件提出更高的承載力和延性要求。-計(jì)算分析方法：采用彈塑性時(shí)程分析（至少3條實(shí)際地震波+1條人工波），驗(yàn)算大震下的位移和構(gòu)件損傷；考慮高階振型影響（如P-Δ效應(yīng)、扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)）。-構(gòu)造措施：核心筒底部加強(qiáng)區(qū)增加邊緣構(gòu)件配筋率（如約束邊緣構(gòu)件），巨型柱采用鋼管混凝土提高延性，伸臂桁架與核心筒連接節(jié)點(diǎn)采用鑄鋼件增強(qiáng)可靠性。2.鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)優(yōu)勢：-承載力：鋼管對(duì)核心混凝土的環(huán)向約束使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，抗壓強(qiáng)度可提高1.5~2倍（如C50混凝土填充Q345鋼管，軸心抗壓承載力可達(dá)純混凝土柱的2.2倍）。-延性：鋼管的塑性變形能力強(qiáng)，即使混凝土壓碎，鋼管仍可通過屈服耗能，延性比純混凝土柱提高3~5倍（適用于大震下的變形需求）。-施工效