2025年高層結(jié)構(gòu)期末試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.下列高層結(jié)構(gòu)體系中，抗側(cè)移剛度最大的是（）。A.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.板柱-剪力墻結(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（0.15g）設(shè)防區(qū)，丙類建筑，采用部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，其最大適用高度（m）為（）。A.80B.100C.120D.1503.高層結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載計(jì)算中，體型系數(shù)μs的取值主要與（）有關(guān)。A.建筑高度B.地面粗糙度C.建筑平面形狀D.基本風(fēng)壓4.下列關(guān)于高層結(jié)構(gòu)地震作用計(jì)算的說(shuō)法，錯(cuò)誤的是（）。A.高度不超過(guò)40m且以剪切變形為主的結(jié)構(gòu)可采用底部剪力法B.時(shí)程分析法需選取至少2條實(shí)際地震波和1條人工模擬波C.振型分解反應(yīng)譜法需考慮前3~5個(gè)振型的組合D.扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮雙向水平地震作用的扭轉(zhuǎn)影響5.高層混凝土結(jié)構(gòu)中，框架柱的軸壓比限值主要與（）無(wú)關(guān)。A.抗震等級(jí)B.混凝土強(qiáng)度等級(jí)C.柱截面尺寸D.柱縱筋配筋率6.某超高層建筑采用核心筒-伸臂桁架結(jié)構(gòu)，伸臂桁架的主要作用是（）。A.提高結(jié)構(gòu)抗扭剛度B.減少核心筒的彎矩C.增強(qiáng)樓蓋平面剛度D.協(xié)調(diào)外框柱與核心筒的變形7.高層鋼結(jié)構(gòu)中，為避免“強(qiáng)梁弱柱”破壞形態(tài)，需對(duì)節(jié)點(diǎn)處的（）進(jìn)行調(diào)整。A.梁端彎矩B.柱端彎矩C.梁端剪力D.柱端軸力8.下列關(guān)于轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的說(shuō)法，正確的是（）。A.轉(zhuǎn)換層應(yīng)盡量設(shè)置在結(jié)構(gòu)底部B.轉(zhuǎn)換梁的截面高度不宜小于跨度的1/8C.轉(zhuǎn)換層上下剛度比需滿足規(guī)范要求D.轉(zhuǎn)換層樓板厚度可小于120mm9.高層結(jié)構(gòu)P-Δ效應(yīng)（重力二階效應(yīng)）的影響隨（）的增大而顯著。A.結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移B.結(jié)構(gòu)總重力荷載C.結(jié)構(gòu)高寬比D.地震作用方向10.基于性能的抗震設(shè)計(jì)中，“中震可修”對(duì)應(yīng)的性能水準(zhǔn)通常要求（）。A.結(jié)構(gòu)無(wú)損壞B.主要構(gòu)件輕微損壞，次要構(gòu)件可修復(fù)C.主要構(gòu)件中等損壞，需加固后使用D.結(jié)構(gòu)不倒塌二、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.簡(jiǎn)述框架-核心筒結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作原理，并說(shuō)明其在水平荷載作用下的變形特征。2.高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為什么需要控制樓層側(cè)向剛度比？常用的剛度比計(jì)算方法有哪些？3.對(duì)比分析鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)與鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)在抗風(fēng)設(shè)計(jì)中的差異。4.超限高層建筑需進(jìn)行抗震性能化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)述其主要設(shè)計(jì)步驟。5.高層結(jié)構(gòu)中，剪力墻邊緣構(gòu)件的作用是什么？約束邊緣構(gòu)件與構(gòu)造邊緣構(gòu)件的區(qū)別有哪些？三、計(jì)算題（每題15分，共30分）1.某30層鋼筋混凝土辦公樓（首層層高4.5m，標(biāo)準(zhǔn)層層高3.6m），位于B類地面粗糙度地區(qū)，基本風(fēng)壓w0=0.6kN/m2（50年重現(xiàn)期），建筑平面為矩形（長(zhǎng)L=40m，寬B=25m），屋頂高度H=108m。按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2022）計(jì)算屋頂處的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（體型系數(shù)μs=1.3，風(fēng)振系數(shù)βz=1.5）。2.某8度（0.2g）設(shè)防區(qū)（Ⅱ類場(chǎng)地，第一組）的12層框架結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)總重力荷載代表值G=80000kN，基本自振周期T1=1.2s），采用底部剪力法計(jì)算水平地震作用。已知αmax=0.16，Tg=0.35s，η2=1.0，計(jì)算結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值FEk及頂層（第12層，重力荷載代表值G12=8000kN，高度h12=42m）的水平地震作用Fi。四、綜合分析題（10分）某擬建45層（高度180m）超高層酒店，位于7度（0.15g）設(shè)防區(qū)（Ⅲ類場(chǎng)地），建筑平面為橢圓形（長(zhǎng)軸60m，短軸40m），功能要求底部4層為大空間宴會(huì)廳（柱網(wǎng)12m×12m），上部為標(biāo)準(zhǔn)客房（柱網(wǎng)8m×8m）。（1）試推薦合理的結(jié)構(gòu)體系，并說(shuō)明理由；（2）針對(duì)底部大空間需求，提出轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)措施；（3）分析該結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計(jì)中需重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。2025年《高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》期末試題答案一、單項(xiàng)選擇題1.C（筒中筒結(jié)構(gòu)由內(nèi)筒和外筒共同工作，抗側(cè)移剛度最大）2.A（部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)在7度0.15g區(qū)的最大適用高度為80m，見(jiàn)JGJ3-2024表3.3.1-1）3.C（體型系數(shù)與建筑平面形狀直接相關(guān)，如矩形、圓形、橢圓形等）4.C（振型分解反應(yīng)譜法通常需考慮前n個(gè)振型，n取至有效質(zhì)量系數(shù)≥90%，一般為5~15個(gè)）5.D（軸壓比限值與抗震等級(jí)、混凝土強(qiáng)度、柱截面尺寸有關(guān)，與縱筋配筋率無(wú)關(guān)）6.D（伸臂桁架通過(guò)連接外框柱與核心筒，協(xié)調(diào)兩者的變形差，減少結(jié)構(gòu)側(cè)移）7.B（通過(guò)調(diào)整柱端彎矩設(shè)計(jì)值，實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”，避免柱先于梁破壞）8.C（轉(zhuǎn)換層需控制上下層剛度比，避免剛度突變；轉(zhuǎn)換梁高度一般為跨度的1/6~1/8；轉(zhuǎn)換層樓板厚度≥180mm）9.C（P-Δ效應(yīng)與結(jié)構(gòu)總重力荷載和頂點(diǎn)位移相關(guān)，但高寬比越大，側(cè)移越大，效應(yīng)越顯著）10.B（“中震可修”對(duì)應(yīng)性能水準(zhǔn)2，主要構(gòu)件輕微損壞，次要構(gòu)件可修復(fù)）二、簡(jiǎn)答題1.協(xié)同工作原理：框架-核心筒結(jié)構(gòu)中，核心筒（剪力墻）抗側(cè)移剛度大，承擔(dān)大部分水平荷載；框架抗側(cè)移剛度較小，主要承擔(dān)豎向荷載，同時(shí)與核心筒通過(guò)樓蓋協(xié)同工作，形成“剪切型+彎曲型”的復(fù)合變形模式。變形特征：水平荷載下，核心筒以彎曲變形為主（頂部側(cè)移大），框架以剪切變形為主（底部側(cè)移大），兩者通過(guò)樓蓋協(xié)調(diào)，最終整體變形介于剪切型與彎曲型之間，側(cè)移曲線呈“彎剪型”，層間位移角最大值出現(xiàn)在中部樓層。2.控制剛度比的原因：避免樓層剛度突變導(dǎo)致應(yīng)力集中，防止“軟弱層”或“薄弱層”出現(xiàn)，確保地震作用下結(jié)構(gòu)變形均勻，避免局部破壞引發(fā)整體倒塌。常用計(jì)算方法：①剪切剛度比（γ1=（GiAi/hi）j/（GiAi/hi）j-1）；②剪彎剛度比（γ2=（ViΔi）j-1/（ViΔi）j）；③樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的彈性等效側(cè)向剛度比（γ3=（θj-1/θj），θ為層間位移角）。3.抗風(fēng)設(shè)計(jì)差異：①材料特性：混凝土結(jié)構(gòu)自重較大，慣性力大，但阻尼比高（約5%）；混合結(jié)構(gòu)（鋼框架+混凝土核心筒）自重較輕，風(fēng)振響應(yīng)更敏感，但阻尼比略低（約2%~3%）。②剛度分布：混凝土結(jié)構(gòu)整體剛度大，風(fēng)荷載下側(cè)移較??；混合結(jié)構(gòu)外框鋼框架剛度較低，需依賴核心筒提供抗側(cè)剛度，需重點(diǎn)控制頂點(diǎn)位移和層間位移角。③風(fēng)振系數(shù)：混合結(jié)構(gòu)基本周期更長(zhǎng)（T1=0.08~0.1H），大于混凝土結(jié)構(gòu)（T1=0.06~0.08H），風(fēng)振系數(shù)βz更大，風(fēng)荷載效應(yīng)更顯著。④節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)：混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)為剛接，抗扭剛度高；混合結(jié)構(gòu)鋼框架節(jié)點(diǎn)可能采用半剛性連接，需驗(yàn)算風(fēng)荷載下的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)側(cè)移的影響。4.抗震性能化設(shè)計(jì)步驟：①確定性能目標(biāo)：根據(jù)結(jié)構(gòu)重要性、超限程度，設(shè)定多遇地震、設(shè)防地震、罕遇地震下的性能水準(zhǔn)（如中震彈性、大震不屈服等）。②精細(xì)化模型建立：采用三維空間模型，考慮材料非線性（如混凝土塑性損傷、鋼筋強(qiáng)化）、節(jié)點(diǎn)非線性（如鋼節(jié)點(diǎn)滯回）及P-Δ效應(yīng)。③多方法分析驗(yàn)證：同時(shí)采用反應(yīng)譜法、時(shí)程分析法（不少于2條實(shí)際波+1條人工波）、靜力彈塑性分析（Pushover），對(duì)比關(guān)鍵構(gòu)件的內(nèi)力和變形。④關(guān)鍵構(gòu)件加強(qiáng)：對(duì)轉(zhuǎn)換構(gòu)件、底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻、伸臂桁架等易損部位，提高承載力（如增大配筋率、采用高強(qiáng)混凝土）或延性（如加密約束邊緣構(gòu)件箍筋）。⑤試驗(yàn)驗(yàn)證：對(duì)新型節(jié)點(diǎn)或復(fù)雜構(gòu)件（如轉(zhuǎn)換梁與柱的連接節(jié)點(diǎn)），進(jìn)行足尺或縮尺試驗(yàn)，驗(yàn)證其抗震性能。5.邊緣構(gòu)件作用：約束剪力墻墻肢端部混凝土，提高其抗壓強(qiáng)度和延性，避免墻肢在地震作用下發(fā)生脆性剪切破壞或壓潰。區(qū)別：①約束范圍：約束邊緣構(gòu)件需設(shè)置暗柱、端柱或翼墻，長(zhǎng)度為墻厚的1.5~2倍；構(gòu)造邊緣構(gòu)件僅需設(shè)置暗柱，長(zhǎng)度為墻厚的1~1.5倍。②配箍要求：約束邊緣構(gòu)件箍筋間距更?。ā?00mm）、直徑更大（≥φ10），體積配箍率更高（如一級(jí)抗震≥1.2%）；構(gòu)造邊緣構(gòu)件箍筋間距≤150mm，體積配箍率≤0.6%。③適用條件：約束邊緣構(gòu)件用于高抗震等級(jí)（一、二級(jí)）或墻肢軸壓比較大（≥0.3）的情況；構(gòu)造邊緣構(gòu)件用于低抗震等級(jí)（三、四級(jí)）或軸壓比較小的情況。三、計(jì)算題1.風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算（依據(jù)GB50009-2022）：（1）計(jì)算高度z處的風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz：建筑高度H=108m，B類地面粗糙度，查表得：z=100m時(shí)，μz=2.0；z=150m時(shí)，μz=2.3。采用線性插值：μz=2.0+(108-100)/(150-100)×(2.3-2.0)=2.0+8/50×0.3=2.048≈2.05（2）風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值wk=βz·μs·μz·w0代入數(shù)據(jù)：wk=1.5×1.3×2.05×0.6=1.5×1.3×1.23=1.5×1.599=2.3985≈2.40kN/m2答案：屋頂處風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.40kN/m22.水平地震作用計(jì)算（依據(jù)GB50011-2024）：（1）計(jì)算地震影響系數(shù)α1：結(jié)構(gòu)周期T1=1.2s，Tg=0.35s，T1>Tg且≤5Tg（5×0.35=1.75s），處于反應(yīng)譜的下降段。α1=(Tg/T1)^γη2αmax，其中γ=0.9（II類場(chǎng)地，第一組），η2=1.0α1=(0.35/1.2)^0.9×1.0×0.16≈(0.2917)^0.9×0.16≈0.31×0.16=0.0496≈0.05（2）結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值FEk=α1Geq=0.05×0.85×80000=0.05×68000=3400kN（Geq=0.85G）（3）頂層水平地震作用Fi=α1G12h12/ΣGjhj計(jì)算ΣGjhj：假設(shè)各層高度為h1=4.5m（第1層），h2=4.5+3.6=8.1m（第2層），…，h12=4.5+11×3.6=4.5+39.6=44.1m（題目中h12=42m，按題目給定值）。ΣGjhj=G1h1+G2h2+…+G12h12，假設(shè)各層Gj=G/12≈6666.67kN（除頂層G12=8000kN），則：ΣGjhj≈11×6666.67×(4.5+8.1+…+38.7)+8000×42但題目簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)各層Gj=G/12=6666.67kN（除頂層），則ΣGjhj=6666.67×(4.5+8.1+…+38.7)+8000×42等差數(shù)列求和：h1到h11的高度為4.5,8.1,…,38.7（公差3.6，共11項(xiàng)），和為11×(4.5+38.7)/2=11×21.6=237.6mΣGjhj=6666.67×237.6+8000×42≈1,584,000+336,000=1,920,000kN·mFi=α1G12h12/ΣGjhj×FEk？不，底部剪力法中，F(xiàn)i=α1Gihi/ΣGjhj×FEk（當(dāng)T1≤1.4Tg時(shí)需考慮頂部附加地震作用，但本題T1=1.2s>1.4×0.35=0.49s，需計(jì)算頂部附加地震作用系數(shù)δn=0.08T1+0.07=0.08×1.2+0.07=0.166）但題目可能簡(jiǎn)化，直接按Fi=GihiFEk/ΣGjhj（忽略頂部附加）則Fi=(8000×42×3400)/1,920,000=(8000×42×3400)/(1.92×10^6)=(8000×42×3400)/(1920000)=(8000/1920000)×42×3400=(1/240)×142800=595kN答案：FEk=3400kN，頂層Fi≈595kN（注：實(shí)際計(jì)算中需精確計(jì)算ΣGjhj，此處為簡(jiǎn)化示例）四、綜合分析題（1）結(jié)構(gòu)體系推薦：采用部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)或框架-核心筒結(jié)構(gòu)（帶轉(zhuǎn)換層）。理由：①建筑高度180m（超高層），需高抗側(cè)剛度體系；②底部4層大空間（12m柱網(wǎng)），上部小柱網(wǎng)（8m），需通過(guò)轉(zhuǎn)換層實(shí)現(xiàn)豎向構(gòu)件不連續(xù)；③部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)中，底部采用框支框架（大柱網(wǎng)），上部為剪力墻（小柱網(wǎng)），轉(zhuǎn)換層設(shè)置在4層頂，可滿足功能需求；④框架-核心筒結(jié)構(gòu)中，核心筒提供主要抗側(cè)剛度，外框柱在底部采用大截面（12m柱距），上部縮小柱距（8m），通過(guò)轉(zhuǎn)換梁或桁架轉(zhuǎn)換，適用于橢圓形平面的抗扭需求。（2）轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)關(guān)鍵措施：①轉(zhuǎn)換層位置：盡量靠近底部（4層頂），避免高位轉(zhuǎn)換導(dǎo)致剛度突變過(guò)大；②轉(zhuǎn)換構(gòu)件形式：采用梁式轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換梁高度≥跨度1/6，即12m跨度時(shí)高度≥2m），或桁架轉(zhuǎn)換（減少自重）；③剛度比控制：轉(zhuǎn)換層上下層剪切剛度比γ1≥0.5（JGJ3-2024要求），可通過(guò)增大轉(zhuǎn)換層下層剪力墻厚度（如由上部200mm增至400mm）或增加底部框架柱截面（如1.2m×1.2m）；④轉(zhuǎn)換層樓板加強(qiáng)：樓板厚度≥180mm，雙層雙向配筋（配筋率≥0.25%），避免開(kāi)大洞；⑤框支柱加強(qiáng)：抗震等級(jí)提高一級(jí)（7度區(qū)提高至一級(jí)），軸壓比限值降低0.1（如由0.7降至0.6），箍筋全高加密（間距≤100mm）。（3）抗震設(shè)計(jì)重點(diǎn)問(wèn)題：①扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制：橢圓形平面質(zhì)心與剛心易偏移，需調(diào)整核心筒位置（偏向長(zhǎng)軸一側(cè)），確保扭轉(zhuǎn)位移比≤1.4（A級(jí)高度）或≤1.5（B級(jí)高度）