高层建筑结构设计
名词解释
1. 高层建筑：10层及１0层以上或房屋高度大于28m 的建筑物。
2. 房屋高度:自室外地面至房屋主要屋面的高度。
3. 框架结构：由梁和柱为主要构件组成的承受竖向和水平作用的结构。
4. 剪力墙结构:由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构。
5. 框架—剪力墙结构:由框架和剪力墙共同承受竖向和水平作用的结构。
6. 转换结构构件：完成上部楼层到下部楼层的结构型式转变或上部楼层到下部楼层结构布置改变而
设置的结构构件,包括转换梁、转换桁架、转换板等。
7. 结构转换层：不同功能的楼层需要不同的空间划分,因而上下层之间就需要结构形式和结构布置
轴线的改变,这就需要在上下层之间设置一种结构楼层，以完成结构布置密集、墙柱较多的上层向结构布置较稀疏、墙术较少的下层转换,这种结构层就称为结构转换层。(或说转换结构构件所在的楼层）
8. 剪重比：楼层地震剪力系数,即某层地震剪力与该层以上各层重力荷载代表值之和的比值。
9. 刚重比:结构的刚度和重力荷载之比。是影响重力?-P 效应的主要参数。
10. 抗推刚度(D):是使柱子产生单位水平位移所施加的水平力。
11. 结构刚度中心:各抗侧力结构刚度的中心。
12. 主轴:抗侧力结构在平面内为斜向布置时，设层间剪力通过刚度中心作用于某个方向，若结构产
生的层间位移与层间剪力作用的方向一致,则这个方向称为主轴方向。
13. 剪切变形：下部层间变形（侧移）大,上部层间变形小，是由梁柱弯曲变形产生的。框架结构的
变形特征是呈剪切型的。
14. 剪力滞后：在水平力作用下,框筒结构中除腹板框架抵抗倾复力矩外，翼缘框架主要是通过承受
轴力抵抗倾复力矩,同时梁柱都有在翼缘框架平面内的弯矩和剪力。由于翼缘框架中横梁的弯曲和剪切变形，使翼缘框架中各柱轴力向中心逐渐递减,这种现象称为剪力滞后。
15. 延性结构：在中等地震作用下,允许结构某些部位进入屈服状态,形成塑性铰，这时结构进入弹塑
性状态。在这个阶段结构刚度降低，地震惯性力不会很大,但结构变形加大,结构是通过塑性变形来耗散地震能量的。具有上述性能的结构,称为延性结构。
16. 弯矩二次分配法:就是将各节点的不平衡弯矩,同时作分配和传递,第一次按梁柱线刚度分配固端
弯矩,将分配弯矩传递一次（传递系数C=１/2),再作一次分配即结束。
第一章 概论
（一)填空题
1、我国《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—２0０２）规定：把10层及１0层以上或房屋高度大
于28m的建筑物称为高层建筑,此处房屋高度是指室外地面到房屋主要屋面的高度。
２.高层建筑设计时应该遵循的原则是安全适用，技术先进，经济合理，方便施工。
3.复杂高层结构包括带转换层的高层结构，带加强层的高层结构,错层结构,多塔楼结构。
4.8度、９度抗震烈度设计时，高层建筑中的大跨和长悬臂结构应考虑竖向地震作用。
5．高层建筑结构的竖向承重体系有框架结构体系,剪力墙结构体系,框架—剪力墙结构体系,筒体结构体系，板柱—剪力墙结构体系;水平向承重体系有现浇楼盖体系,叠合楼盖体系,预制板楼盖体系，组合楼盖体系。
6.高层结构平面布置时，应使其平面的质量中心和刚度中心尽可能靠近,以减少扭转效应。
７.《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002适用于1０层及１0层以上或房屋高度超过28ｍ的非抗震设计和抗震设防烈度为6至９度抗震设计的高层民用建筑结构。
9三种常用的钢筋混凝土高层结构体系是指框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构。
(二)选择题
１.高层建筑抗震设计时,应具有[ a]抗震防线。
a.多道；b．两道；c．一道;d.不需要。
2.下列叙述满足高层建筑规则结构要求的是[ d ]。?
a.结构有较多错层；ｂ．质量分布不均匀；
c.抗扭刚度低;
d.刚度、承载力、质量分布均匀、无突变。
３.高层建筑结构的受力特点是[ ｃ]。
ａ．竖向荷载为主要荷载,水平荷载为次要荷载;
b.水平荷载为主要荷载，竖向荷载为次要荷载；
ｃ．竖向荷载和水平荷载均为主要荷载；
d.不一定。
4.8度抗震设防时,框架—剪力墙结构的最大高宽比限值是［C]。
a．2；ｂ.3；c．4; ｄ．5。
5．钢筋混凝土高层结构房屋在确定抗震等级时，除考虑地震烈度、结构类型外，还应该考虑[ A ]。a．房屋高度；b．高宽比；c.房屋层数；d．地基土类别。
(三)判断题
1.高层结构应根据房屋的高度、高宽比、抗震设防类别、场地类别、结构材料、施工技术等因素，选用适当的结构体系。[ √]
2．我国《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，高层建筑不应采用严重不规则的各种结构体系。［√]
3.异型柱框架结构和普通框架结构的受力性能和破坏形态是相同的。[×]
4.高层建筑宜选用对抵抗风荷载有利的平面形状,如圆形、椭圆形、方形、正多边形等。[√］
５．高层结构只在使用功能上有要求时才设置地下室。[ × ]
6．高层结构的概念设计很重要,它直接影响到结构的安全性和经济性［√］
7.防震缝两侧结构体系不同时，缝宽应按需要较窄的规定采用。[×］
(四)简答题
1.我国对高层建筑结构是如何定义的？
答：我国《高层建筑混凝土结构技术规程》(J ＧＪ3—2００2)规定：１0层及10层以上或房屋高度大于２8ｍ的建筑物称为高层建筑,此处房屋高度是指室外地面到房屋主要屋面的高度。
２．高层建筑结构有何受力特点?
答:高层建筑受到较大的侧向力(水平风力或水平地震力)，在建筑结构底部竖向力也很大。在高层建筑中,可以认为柱的轴向力与层数为线性关系,水平力近似为倒三角形分布,在水平力作用卞，结构底部弯矩与高度平方成正比，顶点侧移与高度四次方成正比。上述弯矩和侧移值，往往成为控制因素。另外,高层建筑各构件受力复杂，对截面承载力和配筋要求较高。
3．高层建筑侧向位移如何控制?
答:高层建筑应具有足够的刚度，避免产生过大的位移而影响结构的束载力、稳定性和使用要求。
（1）弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比
h u e /?宜符合以下规定: 1) 高度不大于1５0m 的高层建筑,比值不宜大于如表２—１—1所述规定。 表2—１—１
2） 高度等于或大于25０m 的高层建筑，
h u e /?不宜大于1/500。 3) 高度在1５0～２00m 之间时,h u e /?在第一条和第二条之间线性内插。
(2）高层结构在罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形验算，应符合下列规定：
1）下列结构应进行弹塑性变形验算：
7～９度时楼层屈服强度系数小于0.5的框架结构;甲类建筑和9度设防的乙类建筑;采用隔震和消能技术的建筑。
2)下列结构宜进行弹塑性变形验算：
7度设防的Ⅲ、Ⅳ类场地和8度设防的乙类建筑；板柱一剪力墙结构；９度且高于60米、8度Ⅲ、Ⅳ类场地高于80米、8度Ⅰ、Ⅱ类场地高于10０米且竖向不规则的高层建筑结构。
3)结构薄弱层层间弹塑性位移与层高之比h u p /?应符合表2-1-2所列要求：
表２-1-2
4．高层建筑结构的竖向承重体系和水平向承重体系各有哪些？
答：高层建筑结构的竖向承重体系有框架、剪力墙、框架—剪力墙、筒体、板柱—剪力墙以及一些其他形式如：悬挂式结构,巨型框架结构和竖向桁架结构。
高层建筑结构的水平承重体系有现浇楼盖体系(包括肋梁楼盖体系、密肋楼盖体系、平板式楼盖体系、无粘结预应力现浇平扳）、叠合楼盖体系、预制板楼盖体系和组合楼盖体系。
５.简述高层建筑结构布置的一般原则。
答:高层房屋平面宜简单、规则、对称，尽量减少复杂受力和扭转受力，尽量使结构抗侧刚度中心、建筑平面形心、建筑物质量中心重合,以减少扭转。高层建筑，其平面形状可以是方形、矩形和圆形，也可以采用L形、T形、十字形和Y形。但平面尺寸要满足有关规范要求。
高层结构房屋竖向的强度和刚度宜均匀、连续，无突变。避免有过大的外挑和内收,避免错层和局部夹层,同一楼层楼面标高尽量统一,竖向结构层间刚度上下均匀,加强楼盖刚度，以加强连接和力的传递。同时,建筑物高宽比要满足有关规定,并按要求设置变形缝。
（五)画图题
1、画出结构内力、位移与高度关系图。P1图1—１
第二章 高层建筑结构设计基本原则
（一)填空题
1.地基是指支承基础的土体，天然地基是指基础直接建造在未经处理的天然土层上的地基。
２.当埋置深度小于基础底面宽度或小于5m ，且可用普通开挖基坑排水方法建造的基础,一般称为浅基础。
3,为了增强基础的整体性,常在垂直于条形基础的另一个方向每隔一定距离设置拉梁，将条形基础联系起来。
4．基础的埋置深度一般不宜小于0.5ｍ,且基础顶面应低于设计地面１00mm 以上，以免基础外露。
5．在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上的箱形和筏形基础，其埋置深度不宜小于建筑物高度的１/１5;桩箱或桩筏基础的埋置深度(不计桩长)不宜小于建筑物高度的１/18—1/2０。
6．当高层建筑与相连的裙房之间设置沉降缝时,高层建筑的基础埋深应大于裙房基础的埋深至少2m 。 ７.当高层建筑与相连的裙房之间不设置沉降缝时,宜在裙房一侧设置后浇带，其位置宜设在距主楼边柱的第二跨内。
8．当高层建筑与相连的裙房之间不设置沉降缝和后浇带时，应进行地基变形验算。
９.基床系数即地基在任一点发生单位沉降时,在该处单位面积上所需施加压力值。
1０.偏心受压基础的基底压应力应满足
m ax p a f 2.1≤、a f 和2min max p p p +=的要求,同时还应防止基础
转动过大。 11．在比较均匀的地基上，上部结构刚度较好,荷载分布较均匀,且条形基础梁的高度不小于1/６柱距时，地基反力可按直线分布,条形基础梁的内力可按连续梁计算。当不满足上述要求时,宜按弹性地基梁计算。
１2．十字交叉条形基础在设计时，忽略地基梁扭转变形和相邻节点集中荷载的影响，根据静力平衡条件和变形协调条件,进行各类节点竖向荷载的分配计算。
１3.在高层建筑中利用较深的基础做地下室,可充分利用地下空间,也有基础补偿概念。如果每㎡基础面积上墙体长度≮40０m ｍ，且墙体水平截面总面积不小于基础面积的1／１0,且基础高度不小于3m,就可形成箱形基础。
(二)选择题
１．持力层是指：[ A ]
a .与基础底面相接触的第一层土层
b .基础底面以下到基岩处的土层
c .建筑结构周边的土层
d ．建筑结构下边的土层
2．与基础类型的选择无关的因素是:[ B ]
a ．工程地质及水文地质条件
b ．相邻建筑物的基础类型
c .建筑物的荷载
d .施工条件
3．基础的埋置深度一般是指：[ C ］
ａ．自标高±0.00处到基础底面的距离 b .自标高±0.00处到基础顶面的距离
ｃ.自室外地面到基础底面的距离 d .自室外地面到基础顶面的距离
4.关于基础埋深,下列错误的是:[ C ]
a .在满足地基稳定和变形条件的前提下，基础宜浅埋
b .当上层土的承载力大于下层土时，宜利用上层土作为持力层
c ．基础宜埋置在地下水位以下
d ．位于岩石地基上的高层建筑,其基础埋深应满足抗滑要求
５.下列说法正确的是:[ B ］
a .无限长梁中梁一端的挠度始终不为零
b .当任意荷载作用点距近梁端的距离λπ2
c .当荷载作用点距基础梁两端的距离均小于λπ2时,则对该荷载的作用而言,此梁称为有限长梁; ｄ.对柔度较大的梁，可直接按有限长梁进行简化计算。
6.条形基础梁的内力按连续梁计算后,[ D ]
a .直接按内力计算结果配筋
b ．边跨跨中弯矩宜乘以1．1的系数,第一内支座的弯矩值宜乘以1．2的系数
ｃ.边跨跨中弯矩及第一内支座的弯矩值宜乘以1.1的系数
ｄ.边跨跨中弯矩及第一内支座的弯矩值宜乘以1.2的系数
7．对无地下室及抗震设防等级为二级的框架结构,其筏板基础设计时,应将柱根组合的弯矩设计值乘以增大系数:[ Ｂ ]
ａ.１.２ ｂ．1．２5 ｃ．1.3 d .1.5
８．设防烈度为7度,屋面高度为H ＝40m 高层建筑结构，哪种结构类型的防震缝的最小宽度最大。（ Ａ )
A 、框架结构
B 、框架—剪力墙结构
C 、剪力墙结构
D 、三种类型的结构一样大 ９.两幢相邻建筑，按8度设防,一幢为框架—筒体结构,5０m 高,另一幢为框架结构，30m 高。若设沉降缝,需设多大缝宽。( D )
Ａ、保证地下室墙之间有 １00m ｍ宽的缝即可
B 、１70mm
C 、303mm
D 、大于170mm ；
1０.框筒结构中剪力滞后规律哪一个是不对的?（ D ）
A 、柱距不变,加大梁截面可减小剪力滞后
B 、结构上部,剪力滞后减小
C 、结构正方形时,边长愈大，剪力滞后愈大
D 、角柱愈大,剪力滞后愈小
(三)判断题
1．当上部结构的荷载分布比较均匀，地基也比较均匀时，条形基础一般沿房屋横向布置。［× ] 2．当存在相邻建筑物时，新建建筑物基础的埋深一般不宜大于原有建筑基础的埋深。[ √] ３．文克尔地基模型是将地基看作是由无数小土柱组成，并假定各土柱之间存在着摩擦力。[ ×] 4.无限长梁是指在梁上任一点施加荷载时,沿梁长度方向上各点的挠度随离荷载距离的增加而逐渐减小，最终两端挠度趋近于零。[ √]
5．柱下条形基础的混凝土强度等级不应低于C15。[×]
6．筏形基础的混凝土强度等级不应低于C25。［×]
7.只有当梁板式筏基的基础混凝土强度等级小于柱的混凝土强度等级时，才应验算底层柱下基础梁顶面的局部受压承载力。[ × ]
(四）问答题
１.防震缝、伸缩缝和沉降缝在什么情况下设置？在高层建筑中,特别是抗震结构中，怎么处理好这三种维?
下列情况宜设防震缝：
（1)平面各项尺寸超限而无加强措施。
(2)房屋有较大错层。
（3）各部分结构的刚度或荷载相差悬殊而又未采取有效措施。
当超过下表限值时，应设伸缩缝。
裙房与主体结构高度相差悬殊,重量亦是时,会产生相当大的沉降差，宜设沉降缝。
变形缝尽可能不设，如果设要使三缝合一。
２．为什么抗震结构的延性要求不通过计算延性比来实现?
抗震结构都要设计成延性结构，主要是通过设计具有足够延性的构件来实现。
由于地震(大小、时间、地点等)的不确定性，计算参数也难于确定,在地震作用下构件达到的值
很难通过计算得到。[]μ
值则和截面内力性质,构件材料，配筋方式及配筋数量等许多因素有关,也不
宜定量计算。因此在工程设计中不用[]μ
来验算延性要求，而是以结构的抗震等级代替延性要求。不
同抗震等级的结构构件有不同的配筋要求。也即在抗震结构中，结构和构件的延性要求是通过抗震构造措施来实现的。
3．多高层建筑结构的基础有哪些形式？如何选择？
答:多、高层建筑的基础类型有单独基础、条形基础、十字交叉条形基础、片筏基础、箱形基础和桩基础等。
基础类型的选择与场地工程地质及水文地质条件、房屋的使用要求及荷载大小、上部结构对不均匀沉降的适应程度以及施工条件等因素有关。在京开幕下单独基础适用于上部结构荷载较小或地基条件较好的情况;条形基础通常沿柱列布置,它将上部结构较好地连成整体，可减少差异沉降量；十字交叉条形基础比条形基础更加增强基础的整体性，它适用于地基土质较差或上部结构的荷载分布在纵横两方向都很不均匀的房屋;当地基土质较差,采用条形基础也不能满足地基的承载力和上部结构容许变形的要求，或当房屋要求基础具有足够的刚度以调节不均匀沉降时,可采用片筏基础;若上部结构传来的荷载很大，需进一步增大基础的刚度以减少不均匀沉降时，可采用箱形基础;桩基础也是多、高层建筑常用的一种基础形式,它适用于地基的上层土质较差、下层土质较好,或上部结构的荷载较大以及上部结构对基础不均匀沉降很敏感的情况。
4．确定建筑结构基础埋深时应考虑哪些问题？
答：(１）建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施,基础的形式和构造；
(2)作用在地基上的荷载大小和性质;
（３)工程地质和水文地质条件;
（4）相邻建筑物的基础埋深;
（5)地基土冻胀和融陷的影响。
5．简述片筏基础设计的主要内容。
答：片筏基础是多、高层房屋中常用的一种基础形式，有平板式和肋梁式两类。设计内容包括确定基础尺寸、基底反力计算和地基承载力验算、基础内力和配筋计算、构造要求等。具体内容略。
第三章荷载及设计要求
(一）填空题
1.高层建筑结构主要承受竖向荷载,风荷载和地震作用等。
２.目前，我国钢筋混凝土高层建筑框架、框架—剪力墙结构体系单位面积的重量(恒载与活荷载)大约为１2~14kN／m2;剪力墙、筒体结构体系为14～16ｋN/m2。
3．在框架设计中，一般将竖向活荷载按满载考虑，不再一一考虑活荷载的不利布置。如果活荷载较大，可按满载布置荷载所得的框架梁跨中弯矩乘以1.１~1．2的系数加以放大,以考虑活荷载不利分布所产生的影响。
4.抗震设计时高层建筑按其使用功能的重要性可分为甲类建筑、乙类建筑、丙类建筑等三类。
5．高层建筑应按不同情况分别采用相应的地震作用计算方法:①高度不超过40m，以剪切变形为主，刚度与质量沿高度分布比较均匀的建筑物,可采用底部剪力法；②高度超过４0m的高层建筑物一般采用振型分解反应谱方法；③刚度与质量分布特别不均匀的建筑物、甲类建筑物等,宜采用时程分析法
进行补充计算。，
6．在计算地震作用时,建筑物重力荷载代表值为永久荷载和有关可变荷载的组合值之和。
7.在地震区进行高层建筑结构设计时，要实现延性设计，这一要求是通过抗震构造措施来实现的;对框架结构而言，就是要实现强柱弱梁、强剪弱弯、强节点和强锚固。
8．A 级高度钢筋混凝土高层建筑结构平面布置时，平面宜简单、规则、对称、减少偏心。
9.高层建筑结构通常要考虑承载力、侧移变形、稳定、倾复等方面的验算。
(二)选择题
１．在下列地点建造相同的高层建筑,什么地点承受的风力最大？[ A ］
a .建在海岸;
b ．建在大城市郊区;
ｃ．建在小城镇； d ．建在有密集建筑群的大城市市区。
2.在设计高层建筑风荷载标准值时，下列何种情况风荷载应乘以大于1的风振系数z β?[ Ｂ ] a ．高度大于5０m ,且高宽比大于1.5的高层建筑;
b .高度大于30m ，且高宽比小于1.5的高层建筑；．
c ．高度大于５０ｍ，且高宽比大于４的高层建筑；
d ．高度大于40m ，且高宽比大于３的高层建筑。
３．有设计特别重要和有特殊要求的高层建筑时，标准风压值应取重现期为多少年? [ D ] a ．30年; b .５0年； ｃ．80年； ｄ．100年。
4．多遇地震作用下层间弹性变形验算的重要目的是下列所述的哪种? [ C ]
a .防止结构倒塌;
b .防止结构发生破坏；
c ．防止非结构部分发生过重的破坏;
d ．防止使人们惊慌。
5.抗震设防的高层建筑,对竖向地震作用的考虑，下列哪项是符合规定的?[ B ]
a ．8度、9度设防时应考虑竖向地震作用;
b .9度设防时应考虑竖向地震作用与水平地震作用的不利组合；
c .８度设防的较高建筑及9度设防时应考虑竖向地震作用与水平地震作用的不利组合；
d ．７度设防的较高建筑及8度、9度设防时应考虑竖向地震作用与水平地震作用的不利组合。
6.当高层建筑结构采用时程分析法进行补充计算所求得的底部剪力小于底部剪力法或振型分解反应谱法求得的底部剪力的８０％时，其底部剪力应按下列何值取用？ [ B ]
a .按90％取用；
b .至少按80%取用;
c .至少按7５%取用;
d .至少按85％取用。
7．采用底部剪力法计算地震作用的高层建筑结构是( D ）。
A 、m H 40≤的建筑结构
B 、以剪切变形为主的建筑结构
C 、m H 40≤、以弯曲变形为主且沿竖向质量和刚度分布较均匀的建筑结构
D 、m H 40≤、以剪切变形为主且沿竖向质量和刚度分布较均匀的建筑结构