高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的試題及相關(guān)答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.高層建筑結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)是（）A.豎向荷載為主要荷載，水平荷載為次要荷載B.水平荷載為主要荷載，豎向荷載為次要荷載C.豎向荷載和水平荷載均為主要荷載D.僅考慮水平荷載作用答案：C解析：在高層建筑中，豎向荷載會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生軸力、彎矩等內(nèi)力，水平荷載（如風(fēng)荷載、地震作用等）會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的側(cè)向位移和內(nèi)力。隨著建筑高度的增加，水平荷載產(chǎn)生的效應(yīng)迅速增大，對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性和正常使用影響顯著，所以豎向荷載和水平荷載均為主要荷載。2.對(duì)于高度不超過(guò)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高層建筑結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)水平位移計(jì)算可采用（）A.底部剪力法B.反應(yīng)譜理論C.時(shí)程分析法D.彈性力學(xué)方法答案：A解析：底部剪力法是一種簡(jiǎn)化的抗震計(jì)算方法，適用于高度不超過(guò)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)。反應(yīng)譜理論是確定結(jié)構(gòu)地震作用的常用方法，但不是專門用于水平位移計(jì)算的特定方法。時(shí)程分析法用于較復(fù)雜結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析。彈性力學(xué)方法對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)的水平位移計(jì)算過(guò)于復(fù)雜，不常用。3.框架結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算可采用（）A.分層法B.D值法C.反彎點(diǎn)法D.底部剪力法答案：A解析：分層法是框架結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下內(nèi)力計(jì)算的一種簡(jiǎn)化方法，將多層框架分成若干個(gè)單層框架進(jìn)行計(jì)算。D值法和反彎點(diǎn)法是用于框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下內(nèi)力計(jì)算的方法。底部剪力法是用于結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算的方法，不是豎向荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算方法。4.剪力墻結(jié)構(gòu)中，連梁的主要作用是（）A.承受豎向荷載B.連接墻肢，協(xié)同工作C.提高結(jié)構(gòu)的抗扭能力D.減少結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移答案：B解析：連梁是連接剪力墻墻肢的梁，其主要作用是使墻肢之間能夠協(xié)同工作，共同抵抗水平荷載和豎向荷載。連梁一般不主要承受豎向荷載，對(duì)結(jié)構(gòu)抗扭能力的提高作用相對(duì)較小，雖然對(duì)減少結(jié)構(gòu)側(cè)向位移有一定作用，但最主要的作用還是連接墻肢協(xié)同工作。5.高層建筑結(jié)構(gòu)的水平位移限值主要是為了（）A.保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度B.保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定C.保證結(jié)構(gòu)的正常使用和耐久性D.保證結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性答案：C解析：限制高層建筑結(jié)構(gòu)的水平位移是為了避免過(guò)大的位移對(duì)結(jié)構(gòu)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如門窗、裝飾等）造成破壞，保證結(jié)構(gòu)的正常使用功能，同時(shí)也有助于減少結(jié)構(gòu)因長(zhǎng)期變形而導(dǎo)致的耐久性問(wèn)題。水平位移限值與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性有一定關(guān)聯(lián)，但不是主要目的，與經(jīng)濟(jì)性關(guān)系不大。6.鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻的布置應(yīng)遵循的原則是（）A.均勻、分散、對(duì)稱B.集中、單向、不對(duì)稱C.盡量少布置D.只在建筑周邊布置答案：A解析：剪力墻在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中應(yīng)均勻、分散、對(duì)稱布置，這樣可以使結(jié)構(gòu)在各個(gè)方向上的剛度分布均勻，避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，保證結(jié)構(gòu)的受力性能良好。集中、單向、不對(duì)稱布置會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力不均勻，增加結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)風(fēng)險(xiǎn)。剪力墻的布置需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力需求合理確定，不是盡量少布置，也不是只在建筑周邊布置。7.高層建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)主要是由于（）A.結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布不均勻B.結(jié)構(gòu)的剛度分布不均勻C.地震作用的方向不確定D.以上都是答案：D解析：結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布不均勻會(huì)使結(jié)構(gòu)的質(zhì)心與剛心不重合，在地震作用下產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。結(jié)構(gòu)的剛度分布不均勻也會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在受力時(shí)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。此外，地震作用的方向是不確定的，當(dāng)?shù)卣鹱饔梅较蚺c結(jié)構(gòu)的對(duì)稱軸不一致時(shí)，也會(huì)引發(fā)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)。所以以上因素都會(huì)導(dǎo)致高層建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。8.高層建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，對(duì)于箱形基礎(chǔ)，其埋置深度不宜小于建筑物高度的（）A.1/8B.1/10C.1/12D.1/15答案：B解析：為了保證箱形基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和減少建筑物的沉降，規(guī)范規(guī)定箱形基礎(chǔ)的埋置深度不宜小于建筑物高度的1/10。這是根據(jù)大量的工程實(shí)踐和理論分析得出的經(jīng)驗(yàn)值，以確?；A(chǔ)能夠可靠地承受上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載。9.在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力組合時(shí)，一般不考慮的荷載組合是（）A.永久荷載+活荷載B.永久荷載+風(fēng)荷載C.永久荷載+活荷載+風(fēng)荷載D.永久荷載+活荷載+地震作用+風(fēng)荷載答案：D解析：在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力組合時(shí)，一般不考慮永久荷載+活荷載+地震作用+風(fēng)荷載這種組合。因?yàn)榈卣鹱饔煤惋L(fēng)荷載同時(shí)達(dá)到最大值的概率極小，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性考慮，通常不進(jìn)行這種組合。而永久荷載+活荷載、永久荷載+風(fēng)荷載、永久荷載+活荷載+風(fēng)荷載是常見的荷載組合形式。10.高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中，“強(qiáng)柱弱梁”原則是為了（）A.保證結(jié)構(gòu)的延性B.提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度C.減少結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移D.降低結(jié)構(gòu)的造價(jià)答案：A解析：“強(qiáng)柱弱梁”原則是指在設(shè)計(jì)中使柱子的抗彎能力大于梁的抗彎能力，當(dāng)結(jié)構(gòu)遭受地震作用時(shí)，梁先于柱屈服，形成梁鉸機(jī)制，從而使結(jié)構(gòu)具有較好的延性，能夠消耗大量的地震能量，避免結(jié)構(gòu)發(fā)生突然的倒塌破壞。該原則主要是為了保證結(jié)構(gòu)的延性，而不是單純提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、減少側(cè)向位移或降低造價(jià)。二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分）1.高層建筑結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)體系有（）A.框架結(jié)構(gòu)B.剪力墻結(jié)構(gòu)C.框架剪力墻結(jié)構(gòu)D.筒體結(jié)構(gòu)E.混合結(jié)構(gòu)答案：ABCD解析：框架結(jié)構(gòu)由梁和柱組成，具有較大的空間靈活性。剪力墻結(jié)構(gòu)以剪力墻作為主要抗側(cè)力構(gòu)件，側(cè)向剛度大?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)結(jié)合了框架和剪力墻的優(yōu)點(diǎn)。筒體結(jié)構(gòu)包括實(shí)腹筒、框筒、筒中筒等形式，適用于超高層建筑。混合結(jié)構(gòu)一般指不同材料組成的結(jié)構(gòu)，在高層建筑中不是主要的結(jié)構(gòu)體系類型。2.影響高層建筑結(jié)構(gòu)水平位移的因素有（）A.結(jié)構(gòu)的高度B.結(jié)構(gòu)的剛度C.水平荷載的大小D.結(jié)構(gòu)的材料E.結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布答案：ABCDE解析：結(jié)構(gòu)高度越高，在水平荷載作用下產(chǎn)生的位移越大。結(jié)構(gòu)剛度越大，抵抗水平位移的能力越強(qiáng)。水平荷載大小直接影響結(jié)構(gòu)的水平位移。不同的結(jié)構(gòu)材料其力學(xué)性能不同，會(huì)影響結(jié)構(gòu)的剛度，從而影響水平位移。結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布不均勻會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，也會(huì)對(duì)水平位移產(chǎn)生影響。3.框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算方法有（）A.反彎點(diǎn)法B.D值法C.分層法D.底部剪力法E.時(shí)程分析法答案：AB解析：反彎點(diǎn)法和D值法是框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下內(nèi)力計(jì)算的常用方法。分層法是用于框架結(jié)構(gòu)豎向荷載作用下內(nèi)力計(jì)算的方法。底部剪力法是用于結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算確定地震作用的方法。時(shí)程分析法用于較復(fù)雜結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析，不是框架結(jié)構(gòu)水平荷載作用下內(nèi)力計(jì)算的常規(guī)方法。4.剪力墻結(jié)構(gòu)的分類有（）A.整體墻B.小開口整體墻C.聯(lián)肢墻D.壁式框架E.框支剪力墻答案：ABCDE解析：整體墻是指沒有門窗洞口或洞口很小的剪力墻。小開口整體墻是指洞口稍大，但仍可按整體墻計(jì)算的剪力墻。聯(lián)肢墻是由連梁連接多個(gè)墻肢組成的剪力墻。壁式框架是指墻肢和連梁的剛度比較接近框架的剪力墻?？蛑Ъ袅κ侵傅撞繛榭蚣芙Y(jié)構(gòu)，上部為剪力墻結(jié)構(gòu)的形式。5.高層建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)類型有（）A.獨(dú)立基礎(chǔ)B.條形基礎(chǔ)C.筏形基礎(chǔ)D.箱形基礎(chǔ)E.樁基礎(chǔ)答案：CDE解析：獨(dú)立基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)一般適用于多層建筑或荷載較小的情況。筏形基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)是高層建筑常用的基礎(chǔ)類型。筏形基礎(chǔ)可以提供較大的承載面積，減少地基的不均勻沉降。箱形基礎(chǔ)具有較大的剛度和穩(wěn)定性。樁基礎(chǔ)可以將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到深層的堅(jiān)實(shí)土層中。三、判斷題（每題2分，共10分）1.高層建筑結(jié)構(gòu)的高寬比越大，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度越好。（）答案：錯(cuò)誤解析：高層建筑結(jié)構(gòu)的高寬比越大，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度越差。高寬比過(guò)大，結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下容易產(chǎn)生較大的側(cè)向位移，對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和正常使用不利。一般來(lái)說(shuō)，需要對(duì)高層建筑的高寬比進(jìn)行限制，以保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗側(cè)剛度。2.框架結(jié)構(gòu)的變形以彎曲變形為主。（）答案：錯(cuò)誤解析：框架結(jié)構(gòu)的變形以剪切變形為主?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的梁和柱主要承受剪力和彎矩，在水平荷載作用下，結(jié)構(gòu)的層間位移主要是由于梁和柱的剪切變形引起的，而不是彎曲變形為主。3.剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻肢的長(zhǎng)度越長(zhǎng)越好。（）答案：錯(cuò)誤解析：剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻肢長(zhǎng)度并非越長(zhǎng)越好。墻肢過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的剛度分布不均勻，增加結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，同時(shí)也會(huì)使結(jié)構(gòu)的自振周期變長(zhǎng)，在地震作用下可能會(huì)產(chǎn)生更大的地震反應(yīng)。墻肢的長(zhǎng)度需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力需求和設(shè)計(jì)要求合理確定。4.高層建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)行內(nèi)力組合時(shí)，永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)總是取1.2。（）答案：錯(cuò)誤解析：高層建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)行內(nèi)力組合時(shí)，永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)并非總是取1.2。當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)，其分項(xiàng)系數(shù)取1.0；當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)，一般情況下取1.2，但在某些組合中可能會(huì)有不同的取值，具體要根據(jù)荷載組合的類型和規(guī)范規(guī)定來(lái)確定。5.筒體結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度比框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)都大。（）答案：正確解析：筒體結(jié)構(gòu)是一種空間受力體系，其側(cè)向剛度比框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)都大。筒體結(jié)構(gòu)通過(guò)封閉的筒體形式，能夠有效地抵抗水平荷載，減少結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移，適用于超高層建筑。四、簡(jiǎn)答題（每題10分，共30分）1.簡(jiǎn)述高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。答：（1）水平荷載成為設(shè)計(jì)的主要因素。隨著建筑高度的增加，水平荷載（如風(fēng)荷載、地震作用等）產(chǎn)生的內(nèi)力和位移迅速增大，對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性和正常使用影響顯著，甚至起決定性作用。（2）軸向變形和剪切變形不可忽略。在高層建筑中，由于結(jié)構(gòu)高度較大，豎向荷載引起的柱軸向變形會(huì)使連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩值增大。同時(shí)，水平荷載作用下的剪切變形也會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移產(chǎn)生較大影響。（3）結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移需要嚴(yán)格控制。過(guò)大的側(cè)向位移會(huì)影響結(jié)構(gòu)的正常使用，導(dǎo)致非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如門窗、裝飾等）的損壞，還可能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力，影響結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。（4）結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的延性。在地震作用下，結(jié)構(gòu)需要通過(guò)塑性變形來(lái)消耗地震能量，避免結(jié)構(gòu)發(fā)生突然的倒塌破壞。因此，高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成具有較好延性的結(jié)構(gòu)體系，如采用“強(qiáng)柱弱梁”“強(qiáng)剪弱彎”等設(shè)計(jì)原則。（5）結(jié)構(gòu)的受力復(fù)雜。高層建筑結(jié)構(gòu)在豎向荷載和水平荷載共同作用下，其內(nèi)力和變形的計(jì)算較為復(fù)雜，需要考慮結(jié)構(gòu)的空間作用和非線性特性。2.說(shuō)明框架剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和變形特點(diǎn)。答：（1）受力特點(diǎn)：框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，框架主要承受豎向荷載，同時(shí)也承受一部分水平荷載。剪力墻則是主要的抗側(cè)力構(gòu)件，承受大部分的水平荷載。在水平荷載作用下，框架和剪力墻通過(guò)樓蓋協(xié)同工作。剪力墻的側(cè)向剛度大，變形小，框架的側(cè)向剛度相對(duì)較小，變形較大。兩者之間相互約束，使結(jié)構(gòu)的受力更加合理。隨著高度的增加，框架部分承受的水平剪力逐漸減小，剪力墻承受的水平剪力逐漸增大。在結(jié)構(gòu)底部，框架和剪力墻共同承受水平剪力；在結(jié)構(gòu)頂部，框架可能承受較大的水平剪力。（2）變形特點(diǎn)：框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的變形以剪切變形為主，呈剪切型變形曲線，即層間位移下部大、上部小。剪力墻結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的變形以彎曲變形為主，呈彎曲型變形曲線，即層間位移下部小、上部大?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)的變形是介于剪切型和彎曲型之間的一種曲線，稱為彎剪型變形曲線。在結(jié)構(gòu)下部，剪力墻的作用較強(qiáng)，變形接近彎曲型；在結(jié)構(gòu)上部，框架的作用相對(duì)增強(qiáng)，變形接近剪切型。這種變形特點(diǎn)使得框架剪力墻結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的位移比框架結(jié)構(gòu)小，比剪力墻結(jié)構(gòu)大，但綜合性能較好。3.簡(jiǎn)述高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本原則。答：（1）選擇有利的抗震場(chǎng)地。應(yīng)選擇有利的建筑場(chǎng)地，避開不利地段，如地震時(shí)可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷等地段。對(duì)于不可避免的不利地段，應(yīng)采取有效的抗震措施。（2）采用合理的建筑體型和結(jié)構(gòu)布置。建筑體型應(yīng)簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱，避免過(guò)大的外挑和內(nèi)收。結(jié)構(gòu)布置應(yīng)均勻、對(duì)稱，使結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心和剛度中心盡可能重合，減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。同時(shí)，應(yīng)合理設(shè)置抗震縫，將復(fù)雜的結(jié)構(gòu)分成若干個(gè)規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元。（3）保證結(jié)構(gòu)的整體性。結(jié)構(gòu)的各部分之間應(yīng)具有可靠的連接，形成一個(gè)完整的受力體系。例如，梁、柱、墻等構(gòu)件之間應(yīng)通過(guò)合適的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造連接，使結(jié)構(gòu)在地震作用下能夠協(xié)同工作，共同抵抗地震力。（4）采用多道抗震防線。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)設(shè)置多道抗震防線，當(dāng)?shù)谝坏婪谰€的抗側(cè)力構(gòu)件在地震作用下破壞后，其他構(gòu)件能夠繼續(xù)抵抗地震作用，避免結(jié)構(gòu)發(fā)生連續(xù)倒塌。例如，框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻是第一道抗震防線，框架是第二道抗震防線。（5）保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。結(jié)構(gòu)應(yīng)具有較好的延性，能夠在地震作用下通過(guò)塑性變形消耗地震能量?？赏ㄟ^(guò)合理的配筋、構(gòu)造措施等方法來(lái)提高結(jié)構(gòu)的延性，如采用“強(qiáng)柱弱梁”“強(qiáng)剪弱彎”等設(shè)計(jì)原則。（6）進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算和分析。應(yīng)根據(jù)建筑的重要性、抗震設(shè)防烈度等因素，選擇合適的抗震計(jì)算方法，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震作用下的內(nèi)力和位移計(jì)算。同時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的彈性和彈塑性分析，評(píng)估結(jié)構(gòu)在不同地震作用下的性能。五、計(jì)算題（每題15分，共15分）某10層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，總高度30m，各層質(zhì)量相等，集中于各樓層處的重力荷載代表值均為$G_i=12000kN$（$i=1,2,\cdots,10$）。該建筑位于抗震設(shè)防烈度為7度（設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.1g）的地區(qū)，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為Ⅱ類。采用底部剪力法計(jì)算該結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下的總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值$F_{Ek}$。解：1.確定結(jié)構(gòu)的基本自振周期$T_1$對(duì)于高度不超過(guò)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框架結(jié)構(gòu)，可采用經(jīng)驗(yàn)公式$T_1=0.25+0.53\times10^{3}H^{2.5}/\sqrt{B}$（$H$為結(jié)構(gòu)高度，$B$為結(jié)構(gòu)寬度，本題未給出寬度，假設(shè)結(jié)構(gòu)為正方形，取$B=