高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.在水平荷載作用下，框架結(jié)構(gòu)的水平位移曲線以（）為主。A.彎曲型B.剪切型C.彎剪型D.扭轉(zhuǎn)型答案：B解析：框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下，其變形主要是由梁、柱的彎曲變形產(chǎn)生的，表現(xiàn)為整體的剪切變形，水平位移曲線以剪切型為主。這是因為框架結(jié)構(gòu)中梁柱的抗側(cè)剛度相對較小，在水平力作用下主要產(chǎn)生剪切變形。2.高層建筑結(jié)構(gòu)的豎向荷載主要包括（）。A.結(jié)構(gòu)自重、雪荷載B.風(fēng)荷載、地震作用C.結(jié)構(gòu)自重、風(fēng)荷載D.雪荷載、地震作用答案：A解析：豎向荷載是指垂直作用在結(jié)構(gòu)上的荷載。結(jié)構(gòu)自重是始終存在的豎向荷載，雪荷載也是豎向荷載的一種。風(fēng)荷載和地震作用主要是水平方向的荷載，雖然地震作用也有豎向分量，但通常在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，豎向荷載主要考慮結(jié)構(gòu)自重和雪荷載。3.鋼筋混凝土框架梁的裂縫控制等級為（）。A.一級B.二級C.三級D.四級答案：C解析：鋼筋混凝土框架梁一般允許出現(xiàn)裂縫，但要控制裂縫的寬度。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，框架梁的裂縫控制等級為三級，即允許出現(xiàn)裂縫，但最大裂縫寬度應(yīng)滿足相應(yīng)的限值要求。4.對于高度不超過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高層建筑結(jié)構(gòu)，其水平位移計算可采用（）。A.底部剪力法B.反應(yīng)譜法C.彈性時程分析法D.靜力分析法答案：D解析：對于高度不超過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高層建筑結(jié)構(gòu)，其水平位移計算可采用靜力分析法。底部剪力法是用于計算結(jié)構(gòu)地震作用的一種簡化方法；反應(yīng)譜法是通過地震反應(yīng)譜來計算結(jié)構(gòu)的地震作用；彈性時程分析法是對結(jié)構(gòu)進行動力分析的方法，適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)或有特殊要求的結(jié)構(gòu)。5.框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻的布置應(yīng)（）。A.盡量集中布置在建筑的兩端B.盡量均勻?qū)ΨQ布置C.只布置在建筑的一側(cè)D.盡量遠離建筑的角部答案：B解析：在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻的布置應(yīng)盡量均勻?qū)ΨQ，這樣可以使結(jié)構(gòu)的剛度中心與質(zhì)量中心盡量重合，減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。如果剪力墻集中布置在建筑的兩端或只布置在建筑的一側(cè)，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的剛度分布不均勻，在水平荷載作用下產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)。而將剪力墻遠離建筑的角部不利于結(jié)構(gòu)整體的抗側(cè)力性能。6.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，應(yīng)遵循的原則是（）。A.小震不壞，中震可修，大震不倒B.小震可修，中震不壞，大震不倒C.小震不倒，中震可修，大震不壞D.小震不壞，中震不倒，大震可修答案：A解析：這是我國高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。小震是指該地區(qū)50年內(nèi)超越概率約為63%的地震，此時結(jié)構(gòu)應(yīng)處于彈性狀態(tài)，不發(fā)生破壞；中震是指該地區(qū)50年內(nèi)超越概率約為10%的地震，結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)一定的損壞，但經(jīng)過修復(fù)后仍可繼續(xù)使用；大震是指該地區(qū)50年內(nèi)超越概率約為2%3%的地震，結(jié)構(gòu)不應(yīng)倒塌，以保障人員的生命安全。7.當(dāng)高層建筑結(jié)構(gòu)的高寬比大于（）時，應(yīng)驗算整體穩(wěn)定性。A.3B.4C.5D.6答案：B解析：當(dāng)高層建筑結(jié)構(gòu)的高寬比大于4時，結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性可能成為一個關(guān)鍵問題，需要進行驗算。高寬比過大，結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下容易產(chǎn)生較大的傾斜和側(cè)移，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)。8.鋼筋混凝土柱的軸壓比是指（）。A.柱的軸向壓力設(shè)計值與柱的全截面面積和混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值乘積之比B.柱的軸向壓力標(biāo)準(zhǔn)值與柱的全截面面積和混凝土軸心抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值乘積之比C.柱的軸向壓力設(shè)計值與柱的核心截面面積和混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值乘積之比D.柱的軸向壓力標(biāo)準(zhǔn)值與柱的核心截面面積和混凝土軸心抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值乘積之比答案：A解析：鋼筋混凝土柱的軸壓比是指柱的軸向壓力設(shè)計值與柱的全截面面積和混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值乘積之比。軸壓比是影響柱的延性和抗震性能的重要指標(biāo)，軸壓比過大，柱的延性會降低，在地震作用下容易發(fā)生脆性破壞。9.高層建筑結(jié)構(gòu)中，梁的跨高比不宜小于（）。A.2B.3C.4D.5答案：C解析：高層建筑結(jié)構(gòu)中，梁的跨高比不宜小于4。跨高比過小，梁的剛度較大，會使梁端的負彎矩增大，容易導(dǎo)致梁端出現(xiàn)裂縫，同時也會增加結(jié)構(gòu)的自重和造價。10.當(dāng)采用時程分析法進行高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震計算時，輸入的地震波應(yīng)不少于（）組。A.2B.3C.4D.5答案：B解析：當(dāng)采用時程分析法進行高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震計算時，輸入的地震波應(yīng)不少于3組，其中宜有一組本地的實際強震記錄。這樣可以更全面地考慮地震作用的隨機性和復(fù)雜性，提高計算結(jié)果的可靠性。二、多項選擇題（每題3分，共15分）1.高層建筑結(jié)構(gòu)的特點包括（）。A.水平荷載成為設(shè)計的主要因素B.結(jié)構(gòu)軸向變形、剪切變形以及溫度變形不可忽略C.結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的延性D.結(jié)構(gòu)設(shè)計主要考慮豎向荷載答案：ABC解析：高層建筑結(jié)構(gòu)由于高度較高，水平荷載（如風(fēng)荷載、地震作用）對結(jié)構(gòu)的影響較大，成為設(shè)計的主要因素。同時，隨著建筑高度的增加，結(jié)構(gòu)的軸向變形、剪切變形以及溫度變形會變得較為顯著，不可忽略。為了保證結(jié)構(gòu)在地震等災(zāi)害作用下具有良好的抗震性能，結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的延性。而在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，水平荷載的影響往往比豎向荷載更為關(guān)鍵，所以D選項錯誤。2.框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點有（）。A.建筑平面布置靈活B.可形成較大的建筑空間C.側(cè)向剛度大D.施工方便答案：ABD解析：框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是建筑平面布置靈活，可以根據(jù)使用要求靈活劃分空間，可形成較大的建筑空間。同時，框架結(jié)構(gòu)的施工相對方便，可采用預(yù)制構(gòu)件或現(xiàn)澆施工。但框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度相對較小，在水平荷載作用下的位移較大，所以C選項錯誤。3.剪力墻結(jié)構(gòu)的類型有（）。A.整體墻B.小開口整體墻C.聯(lián)肢墻D.壁式框架答案：ABCD解析：剪力墻結(jié)構(gòu)根據(jù)其受力特點和構(gòu)造形式可分為整體墻、小開口整體墻、聯(lián)肢墻和壁式框架。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面積不超過墻體總面積的15%，且洞口間的凈距及洞口至墻邊的凈距大于洞口長邊尺寸的剪力墻；聯(lián)肢墻是指由一系列連梁約束的墻肢組成的剪力墻；壁式框架是指洞口較大，墻肢和連梁的剛度比較接近，其受力性能類似于框架的剪力墻。4.高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計方法包括（）。A.底部剪力法B.反應(yīng)譜法C.彈性時程分析法D.彈塑性時程分析法答案：ABCD解析：底部剪力法是一種簡化的抗震設(shè)計方法，適用于高度不超過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)。反應(yīng)譜法是通過地震反應(yīng)譜來計算結(jié)構(gòu)的地震作用，是目前工程中常用的抗震設(shè)計方法。彈性時程分析法和彈塑性時程分析法是對結(jié)構(gòu)進行動力分析的方法，彈性時程分析法用于彈性階段的結(jié)構(gòu)分析，彈塑性時程分析法用于考慮結(jié)構(gòu)在地震作用下進入彈塑性階段的分析，適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)或有特殊要求的結(jié)構(gòu)。5.影響鋼筋混凝土柱延性的因素有（）。A.軸壓比B.配箍率C.混凝土強度等級D.縱筋配筋率答案：ABCD解析：軸壓比是影響柱延性的重要因素，軸壓比過大，柱的延性會降低。配箍率可以約束混凝土，提高柱的延性?；炷翉姸鹊燃墝χ难有砸灿幸欢ㄓ绊?，較高的混凝土強度等級可以提高柱的承載能力，但可能會降低柱的延性?？v筋配筋率也會影響柱的延性，適當(dāng)增加縱筋配筋率可以提高柱的抗彎能力和延性。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)力性能越好。（）答案：錯誤解析：高層建筑結(jié)構(gòu)的高寬比越大，結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移越大，抗側(cè)力性能越差。高寬比過大還會增加結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)和整體失穩(wěn)的風(fēng)險。2.框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻承擔(dān)大部分水平荷載，框架主要承擔(dān)豎向荷載。（）答案：正確解析：在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻的抗側(cè)剛度較大，能夠承擔(dān)大部分的水平荷載（如風(fēng)荷載、地震作用），而框架主要承擔(dān)豎向荷載，同時也分擔(dān)一部分水平荷載。3.鋼筋混凝土梁的正截面受彎承載力計算時，不考慮混凝土的抗拉作用。（）答案：正確解析：由于混凝土的抗拉強度遠低于其抗壓強度，在鋼筋混凝土梁的正截面受彎承載力計算時，通常不考慮混凝土的抗拉作用，認為拉力全部由鋼筋承擔(dān)。4.高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計只需要考慮水平地震作用，不需要考慮豎向地震作用。（）答案：錯誤解析：在高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中，一般情況下主要考慮水平地震作用，但對于一些特殊情況，如大跨度結(jié)構(gòu)、高聳結(jié)構(gòu)、豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)等，豎向地震作用也可能對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響，需要進行考慮。5.結(jié)構(gòu)的延性是指結(jié)構(gòu)在荷載作用下產(chǎn)生塑性變形而不發(fā)生破壞的能力。（）答案：正確解析：結(jié)構(gòu)的延性是衡量結(jié)構(gòu)抗震性能的重要指標(biāo)，它是指結(jié)構(gòu)在荷載作用下，特別是在地震等災(zāi)害作用下，能夠產(chǎn)生較大的塑性變形而不發(fā)生突然破壞的能力。具有良好延性的結(jié)構(gòu)可以吸收和耗散地震能量，減少結(jié)構(gòu)的損壞程度。四、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述框架結(jié)構(gòu)的受力特點。答：框架結(jié)構(gòu)是由梁和柱通過節(jié)點連接而成的空間結(jié)構(gòu)體系，其受力特點主要包括以下幾個方面：（1）豎向荷載作用下，框架結(jié)構(gòu)的梁和柱主要承受彎矩和剪力。梁將豎向荷載傳遞給柱，柱再將荷載傳遞給基礎(chǔ)。（2）水平荷載作用下，框架結(jié)構(gòu)的水平位移曲線以剪切型為主?？蚣艿目箓?cè)力能力主要由梁柱的抗彎能力提供，水平荷載在各榀框架之間的分配與框架的抗側(cè)剛度有關(guān)。（3）框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點一般為剛節(jié)點，能夠傳遞彎矩和剪力，使框架成為一個整體的受力體系。（4）框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度相對較小，在水平荷載作用下容易產(chǎn)生較大的側(cè)移。因此，框架結(jié)構(gòu)適用于高度不太高、水平荷載較小的建筑。2.說明框架剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的作用及布置原則。答：（1）剪力墻的作用：承擔(dān)大部分水平荷載：在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻的抗側(cè)剛度較大，能夠有效地承擔(dān)風(fēng)荷載和地震作用等水平荷載，減小結(jié)構(gòu)的水平位移。提高結(jié)構(gòu)的抗震性能：剪力墻具有良好的延性和耗能能力，在地震作用下能夠吸收和耗散地震能量，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。增加結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性：剪力墻可以增強結(jié)構(gòu)的整體性，減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。（2）剪力墻的布置原則：均勻?qū)ΨQ布置：剪力墻應(yīng)盡量均勻?qū)ΨQ地布置在建筑平面上，使結(jié)構(gòu)的剛度中心與質(zhì)量中心盡量重合，減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。周邊和角部布置：在建筑的周邊和角部適當(dāng)布置剪力墻，可以提高結(jié)構(gòu)的抗扭能力和整體剛度。分散布置：剪力墻不宜集中布置在某一區(qū)域，應(yīng)分散布置，以充分發(fā)揮各片剪力墻的作用。沿高度連續(xù)布置：剪力墻應(yīng)沿建筑高度連續(xù)布置，避免出現(xiàn)剛度突變，以保證結(jié)構(gòu)的豎向剛度均勻。3.簡述高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本要求。答：高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本要求包括以下幾個方面：（1）三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)：遵循“小震不壞，中震可修，大震不倒”的三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)。即在小震作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)處于彈性狀態(tài)，不發(fā)生破壞；在中震作用下，結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)一定的損壞，但經(jīng)過修復(fù)后仍可繼續(xù)使用；在大震作用下，結(jié)構(gòu)不應(yīng)倒塌，以保障人員的生命安全。（2）兩階段設(shè)計方法：第一階段設(shè)計是在多遇地震作用下，對結(jié)構(gòu)進行彈性分析，驗算結(jié)構(gòu)的承載力和彈性變形，以滿足小震不壞的要求；第二階段設(shè)計是在罕遇地震作用下，對結(jié)構(gòu)進行彈塑性分析，驗算結(jié)構(gòu)的彈塑性變形，以滿足大震不倒的要求。（3）結(jié)構(gòu)的規(guī)則性：結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量滿足平面和豎向規(guī)則性要求，避免出現(xiàn)過大的凹凸、錯層、剛度突變等不規(guī)則情況，以減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)和地震作用的不利影響。（4）結(jié)構(gòu)的延性：結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的延性，以保證結(jié)構(gòu)在地震作用下能夠產(chǎn)生較大的塑性變形而不發(fā)生突然破壞?？梢酝ㄟ^合理的結(jié)構(gòu)選型、構(gòu)件設(shè)計和構(gòu)造措施來提高結(jié)構(gòu)的延性。（5）多道抗震防線：結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)置多道抗震防線，當(dāng)一道防線破壞后，其他防線仍能繼續(xù)抵抗地震作用，避免結(jié)構(gòu)發(fā)生連續(xù)倒塌。例如，在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻和框架可以分別作為第一道和第二道抗震防線。五、計算題（每題12.5分，共25分）1.已知一鋼筋混凝土框架梁，截面尺寸為$b\timesh=250mm\times500mm$，混凝土強度等級為C30，鋼筋采用HRB400級，梁的計算跨度$l_0=6m$，承受均布荷載設(shè)計值$q=25kN/m$。求該梁跨中截面所需的縱向受拉鋼筋面積$A_s$。解：（1）計算梁跨中最大彎矩設(shè)計值$M$根據(jù)簡支梁在均布荷載作用下的彎矩計算公式$M=\frac{1}{8}ql_0^2$，將$q=25kN/m$，$l_0=6m$代入可得：$M=\frac{1}{8}\times25\times6^2=112.5kN\cdotm$（2）確定相關(guān)參數(shù)混凝土強度等級為C30，$f_c=14.3N/mm^2$，$f_t=1.43N/mm^2$；鋼筋采用HRB400級，$f_y=360N/mm^2$；取$a_s=35mm$，則$h_0=ha_s=50035=465mm$。（3）計算系數(shù)$\alpha_s$根據(jù)公式$\alpha_s=\frac{M}{\alpha_1f_cbh_0^2}$，其中$\alpha_1=1.0$（C30混凝土），代入數(shù)據(jù)可得：$\alpha_s=\frac{112.5\times10^6}{1.0\times14.3\times250\times465^2}\approx0.144$（4）計算$\xi$由$\alpha_s=\xi(10.5\xi)$，可得$\xi=1\sqrt{12\alpha_s}=1\sqrt{12\times0.144}\approx0.157$$\xi<\xi_b=0.518$（HRB400級鋼筋），滿足適筋梁條件。（5）計算縱向受拉鋼筋面積$A_s$根據(jù)公式$A_s=\frac{\xi\alpha_1f_cbh_0}{f_y}$，代入數(shù)據(jù)可得：$A_s=\frac{0.157\times1.0\times14.3\times250\times465}{3