高层建筑结构简答题

简答题

1. 框架结构和框筒结构的结构平面布置有什么区别?

【标准答案】

框架是平面结构，主要由于水平力方向平行的框架抵抗层剪力及倾覆力矩。框筒

是空间结构，沿四周布置的框架参与抵抗水平力，层剪力由平行于水平力作用方

向的腹板框架抵抗。倾覆力矩由腹板框架和垂直于水平力方向的翼缘框架共同抵

抗。框筒结构的四榀框架位于建筑物周边，形成抗侧、抗扭刚度及承载力都很大

的外筒，使建筑材料得到充分的利用。因此，框筒结构的适用高度比框架结构高

得多。

2.计算水平地震作用有哪些方法?

【标准答案】

计算等效水平地震作用是将地震作用按水平和竖直两个方法分别来进行计算的。

具体计算方法又分为反应谱底部剪力法和反应谱振型分解法两种方法。

3.什么是抗震设计的二阶段设计方法?为什么要采用二阶段设计方法?

【标准答案】

第一阶段为结构设计阶段，第二阶段为验算阶段。保证小震不坏、中震可修、

大震不倒的目标实现。

4什么是地震系数、动力系数和地震影响系数?

【标准答案】

地震系数：地面运动最大加速度与g的比值。

动力系数：结构最大加速度反应相对于地面最大加速度的最大系数。

地震影响系数：地震系数与动力系数的积。

5延性和延性比是什么?为什么抗震结构要具有延性?

【标准答案】

延性是指构件和结构屈服后，具有承载力不降低或基本不降低、且有足够塑性变

形能力的一种性能。

构件延性比：对于钢筋混凝土构件，当受拉钢筋屈服后，进入塑性状态，构件刚

度降低，随着变形迅速增加，构件承载力略有增大，当承载力开始降低，就达到

极限状态。

延性比是极限变形与屈服变形的比值。

结构延性比：对于一个钢筋混凝土结构，当某个杆件出现塑性铰时，结构开始出

现塑性变形，但结构刚度只略有降低;当塑性铰达到一定数量以后，结构也会出

现屈服现象”即结构进入塑性变形迅速增大而承载力略微增大的阶段，是屈服”

后的联塑性阶段。结构的延性比通常是指达到极限时顶点位移与屈服时顶点位移

的比值。

6.什么是概念设计?

【标准答案】

结构概念设计是保证结构具有优良抗震性能的一种方法。概念设计包含极为广泛

的内容，选择对抗震有利的结构方案和布置，采取减少扭转和加强抗扭刚度的措

施，设计延性结构和延性结构构件，分析结构薄弱部位，并采取相应的措施，避

免薄弱层过早破坏，防止局部破坏引起连锁效应，避免设计静定结构，采取二道

防线措施等等。应该说，从方案、布置、计算到构件设计、构造措施每个设计步

骤中都贯穿了抗震概念设计内容。

7.什么是内力组合和位移组合?

【标准答案】

内力组合是要组合构件的控制截面处的内力，位移组合主要是组合水平荷载作用

下的结构层间位移。组合工况分为无地震作用组合及有地震作用组合两类。

8.为什么钢筋混凝土框架梁的弯矩能作塑性调幅?如何进行调幅?

【标准答案】

降低跨中弯矩。提高延性等。给一定系数的折减。

9.为什么梁铰机制比柱铰机制对抗震有利?

【标准答案】

梁铰机制是指塑性铰出在梁端除柱脚外,柱端无塑性铰;柱铰机制是指在同一层所

有柱的上下端形成塑性铰梁铰机制之所以优于柱铰机制是因为:梁铰分散在各层,

即塑性变形分散在各层,不至于形成倒塌机构,而柱铰集中在某一层,塑性变形集

中在该层,该层为柔软层或薄弱层,形成倒塌机构;梁铰的数量远多于柱铰的数量,

在同样大小的塑性变形和耗能要求下,对梁铰的塑性转动能力要求低,对柱铰的塑

性转动能力要求高;梁是受弯构件,容易实现大的延性和耗能能力，柱是压弯构件,

尤其是轴压比大的柱,不容易实现大的延性和耗能能力.实际工程设计中,很难实

现完全梁铰机制,往往是既有梁铰\又有柱铰的混合铰机制.设计中,需要通过加大

柱脚固定端截面的承载力,推迟柱脚出铰;通过

10为什么梁、柱构件应按“强剪弱弯”设计?

【标准答案】

梁、柱剪切破坏是脆性破坏，延性小，力-变形滞回曲线“捏拢”严重，构件的耗

能能力差;而弯曲破坏为延性破坏，滞回曲线呈“梭形”或捏拢不严重，构件的耗

能能力大。因此，梁、柱构件应按”强剪弱弯“设计。

11.影响水平荷载下柱反弯点位置的主要因素是什么?

【标准答案】

柱反弯点位置与柱端转角有关，即与柱端约束有关。当两端固定时，或两端转角

相等时，反弯点在柱中点;当柱一端约束较小，即转角较大时，反弯点向该端靠

近，极端情况为一端铰接，弯矩为0，即反弯点在铰接端，规律就是反弯点向约

束较弱的一端靠近。具体来讲：结构总层数、梁柱线刚度比、荷载形式、上层梁

与下层梁刚度比、上下层层高比。

12.简述剪力墙边缘构件的作用及类型。

【标准答案】

剪力墙载截面两端设置边缘构件是提高墙肢端部混凝土极限压应变、改善剪力墙

延性的重要措施。边缘构件分为约束边缘构件和构造边缘构件两类。

13什么是高层建筑结构，其主要抗侧力结构体系有哪些，他与多层

结构的主要区别有哪些？

结构上大于10层或28m的建筑为高层建筑结构，主要抗侧力结构体系有

框架-剪力墙、剪力墙、筒体等；与多层结构的主要区别为：水平荷载是设计主

要因素；侧移成为控制指标；轴向变形和剪切变形不可忽略。 我国对高层建筑

结构是如何定义的? 我国《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—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。

14、多高层建筑结构有哪几种结构体系？各种结构体系的优缺点和受力特点如

何。 答：多、高层建筑结构有以下结构体系： （1）框架结构体系。优点是：建

筑平面布置灵活，能获得大空间，也可按需要做成小房间；建筑立面容易处理；结构自重较轻；计算理论比较成熟；在一定高度范围内造价较低。缺点是：框架结构的侧向刚度小，水平荷载作用下侧移较大，故需要控制建筑物的高度。 （2）剪力墙结构体系。优点是：剪力墙的承载力和侧向刚度均很大，侧向变形较小。缺点是：结构自重较大；建筑平面布置局限性大，较难获得大的建筑空间。 （3）框架-剪力墙结构体系。优点是：框架-剪力墙结构房屋比框架结构房屋的水平承载力和侧向刚度都有所提高。 （4）筒体结构体系。优点是：最主要的优点是它的空间性能好。缺点是：容易有剪力滞后现象。 （5）框架-筒体结构体系。优点是：这种结构体系兼有框架体系与筒体体系两者的优点，建筑平面布置灵活便于设置大房间，又具有较大的侧向刚度和水平承载力。 （6）刚臂-芯筒体系。优点是：与框架-筒体结构体系相比，刚臂-芯筒体系具有更大的侧向刚度和水平承载力，从而适用于更多层数的高层建筑。

15、简述高层建筑结构布置的一般原则。

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

16为什么规范对每一种结构体系规定最大的适用高度？实际工程是否允许超过规范规定的最大适用高度？

1）要根据房屋建筑的高度、是否需要抗震设防、抗震设防烈度等因素，确定一个与其匹配的、经济的结构体系，使结构效能得到充分发挥，建筑材料得到充分利用。而每一种结构体系有其最佳的适用高度。（4分） 2）允许，当房屋高度超过规定的最大高度时，要进行专门的研究和论证。

17简述剪力墙结构的布置要求。

答案： 1.双向布置：剪力墙布置成T型、L型、I型等。 2.上下连续：贯穿全高、避免刚度突变。使结构刚度连续而且变化均匀 3.左右对称：可减少结构的扭转。 4.避免错洞：洞口宜成列布置，形成明确的联肢墙

18、剪力墙抗震设计的原则有哪些？为什么要设置剪力墙的加强部位？试说明剪力墙加强部位的范围。

强墙弱梁、强剪弱弯、限制墙肢轴压比和墙肢设置边缘构件、加强重点部

位、连梁特殊措施。因为剪力墙加强部位的弯矩和剪力均很大；总高1/8和底部2层高度中的较大值，且不大于15m。

19剪力墙结构对混凝土强度等级有何要求？

答：剪力墙的混凝土强度等级一般是根据结构的刚度和承载能力等要求确定的。 剪力墙结构的混凝土强度等级不应低于C20，以短肢剪力墙为主的结构，其混凝土强度等级不应低于C25。

20、剪力墙有哪几种类型？

答：剪力墙根据有无洞口、洞口的大小和位置以及形状等可分为四类，即整截面墙、整体小开口墙、联肢墙、壁式框架。 （1）整截面墙，指没有洞口的实体墙或洞口很小的剪力墙，其受力状态如同竖向悬臂构件。当剪力墙高宽比较大时，受弯变形后截面仍保持平面，法向应力呈线性分布。 （2）整体小开口墙，指洞口稍大且成列分布的剪力墙，截面上法向应力稍偏离直线分布，相当于整体弯矩直线分布和墙肢局部弯矩应力的叠加。墙肢的局部弯矩一般不超过总弯矩的15%，且墙肢在大部分楼层没有反弯点。 （3）联肢墙，指洞口更大且成列布置，使连梁刚度比墙肢刚度小得多，连梁中部有反弯点，各墙肢单独作用较显著，可看成若干个单肢剪力墙由连梁联结起来的剪力墙。当开有一列洞口时为双肢墙，当开有多列洞口时为多肢墙。 （4）壁式框架，当洞口宽而大，墙肢宽度相对较小，墙肢刚度与连梁刚度相差不太远时，剪力墙的受力性能与框架结构相类似。其特点是墙肢截面的法向应力分布明显出现局部弯矩，在许多楼层内墙肢有反弯点。

21、在水平荷载作用下，计算剪力墙结构时的基本假定是什么？ 答：剪力墙结构是空间结构体系，在水平荷载作用下为简化计算，作如下假定： （1）楼盖在自身平面内的刚度为无限大。 （2）各片剪力墙在其平面内的刚度较大，忽略其平面外的刚度。

22、为什么框架-剪力墙结构中的剪力墙布置不宜过分集中？ 答：剪力墙布置若过分集中，将会形成过大的质量和刚度，造成整个结构中的刚度和质量分布不均匀，造成应力集中，引起破坏。

23、在高层建筑结构计算中，假定楼盖在自身平面内为绝对刚性有何意义？如果不满足上述假定，则在计算中应如何考虑？

答案： 楼板在其自身平面内不发生相对变形，只作刚体运动，平动和转动；这样，可按楼板水平位移线性分布的条件进行水平荷载的分配，如果结构无扭转，

则同层水平位移相等，可简化结构计算。如不满足刚性楼盖的要求，则可按弹性楼盖计算，或对刚性楼盖计算的结构进行修正。

24、平面结构和楼板在自身平面内具有无限刚性这两个基本假定是什么意义？

答案： 1）一片框架或一片剪力墙可抵抗本身平面内的侧向力，而在平面外的刚度很小，可以忽略。因而，整个结构可划分成若干个平面结构共同抵抗与平面结构平行的侧向荷载，垂直于该方向的结构不参加受力。（3分） 2）楼板在其自身平面内刚度无限大，楼板平面外刚度很小，可以忽略。因而在侧向力作用下，楼板可作刚体平移或转动，各个平面抗侧力结构之间通过楼板互相联系并协同工作。

25、框筒结构的剪力滞后效应对结构会产生哪些不良影响？应如何布置结构以减少这些影响？

答案： 在水平荷载作用下，框筒的翼缘框架轴力不均匀。 它减少了空间效应，降低了抗侧力能力。 采用密柱深梁可以减少剪力滞后效应。 框筒结构中，翼缘框架的横梁弯曲和剪切变形导致翼缘框架中各柱的轴力向中心逐步递减－翼缘柱的轴力分布不均匀，导致角柱和腹板框架柱承受更大的内力。为减少剪力滞后的影响，需要缩小柱间距，采用密柱深梁。

26、框筒的剪力滞后效应(包括现象的描述、产生的后果和解决的办法)

答案： 在水平荷载作用下，框筒的翼缘框架轴力不均匀。 它减少了空间效应，降低了抗侧力能力。 采用密柱深梁，束筒，加强层可以减少剪力滞后效应。 框筒结构中，翼缘框架的横梁弯曲和剪切变形导致翼缘框架中各柱的轴力向中心逐步递减－翼缘柱的轴力分布不均匀，导致角柱和腹板框架柱承受更大的内力。为减少剪力滞后的影响，需要缩小柱间距，采用密柱深梁

27、简述结构不规则的6种典型形式：

答案：扭转不规则、凸凹不规则、楼板局部不连续、竖向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变。

28、建筑物平面、立面布置的基本原则是什么？

答案：对称、规则、质量和刚度变化均匀。

29、简述房屋建筑平面不规则与竖向不规则的类型，在设计中应如何避免上述不规则结构？

平面不规则包括扭转不规则、楼板凹凸不规则和楼板局部不连续；竖向不规则包括侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续和楼层承载力突变。在设计中可以通过限制建筑物的长宽比，立面的外挑和内收以及限制竖向刚度的变化来避免不规则结构。

30、建筑平立面布置的基本原则要求有哪些？

总体原则：规则(比较规则)、对称、质量和刚度变化均匀。 平面布置避免凸凹；立面布置避免错落。减少外挑、内收。避免出现薄弱层 。

31、简述房屋建筑平面不规则与竖向不规则的类型，在设计中应如何避免上述不规则结构？

答案： 平面不规则包括扭转不规则、楼板凹凸不规则和楼板局部不连续竖向不规则包括侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续和楼层承载力突变。在设计中可以通过限制建筑物的长宽比，立面的外挑和内收以及限制沿向刚度的变化来避免不规则结构。

32、简述：框架-剪力墙结构作为双重抗侧力结构，在地震作用下两道抗震防线的工作原理。

答案： 框－剪结构中：多肢剪力墙为第一道防线，框架为第二道防线。 地震不大时：结构弹性，剪力墙主要受力。 大震时：剪力墙间的连梁先屈服，剪力墙整体刚度降低。框架开始承受更大的地震作用－发挥作用。 连梁起到耗能的作用。

33、剪力墙抗震设计的原则有哪些？为什么要设置剪力墙的加强部位？试说明剪力墙加强部位的范围。

强墙弱梁、强剪弱弯、限制墙肢轴压比和墙肢设置边缘构件、加强重点部位、连梁特殊措施。因为剪力墙加强部位的弯矩和剪力均很大；总高1/8和底部2层高度中的较大值，且不大于15m.

34、在高层建筑结构计算中，假定楼盖在自身平面内为绝对刚性有何意义？如果不满足上述假定，则在计算中应如何考虑？ 楼板在其自身平面内不发生相对变形，只作刚体运动，平动和转动；这样，

可按楼板水平位移线性分布的条件进行水平荷载的分配，如果结构无扭转，则同层水平位移相等，可简化结构计算。如不满足刚性楼盖的要求，则可按弹性楼盖计算，或对刚性楼盖计算的结构进行修正。

35、简述框—剪结构侧移与内力分布规律，并说明刚度特征值λ是如何影响这些规律的。

λ小于1时，结构为弯曲型变形；大于6时，为剪切型变形；结构顶部部有一个自平衡的集中力；λ越大，框架承担的剪力越大；

36、平面协同计算的两个基本假定是什么？

1、平面结构假设：一榀框架和一片剪力墙在其自身平面外的刚度为零 2、楼板平面内无限刚性假设：楼板平面内刚度无穷大，平面外刚度为零。 在以上基本简化假定之下，不考虑结构扭转时，称为平面协同计算(此时，正交方向的抗侧单元不参加工作)。 考虑扭转时称为空间协同计算(此时，正交方向的抗侧力结构结构参加抵抗扭矩)。

37、简述用连续连杆法分析双肢墙内力和位移的基本假定，其基本体系如何选取？变形连续条件如何考虑？

答案：每层连梁简化为沿该层无效分布的连杆；忽略连梁的轴向变形；反弯点在梁跨中；沿竖向墙肢与连梁的几何参数不变。基本体系为从连梁跨中切开，利用切口处相对位移为0建立力法方程。

38、简述框架－剪力墙结构变形和协同工作的特点？

答案： 框架和剪力墙协同工作可以起到优势互补的作用。 上部框架帮剪力墙，下部剪力墙帮框架。 结构的整体变形为弯剪型。 层间位移比较均匀。

39、什么是框架与剪力墙协同工作？试从变形方面分析框-剪力墙是如何协同工作的。

答：框架-剪力墙结构中，由于刚性楼盖的连接，在水平荷载作用下，框架与剪力墙协同变形而共同工作，称为协同工作。 框架和剪力墙是两种变形形式不同的抗侧力构件，单独的框架的变形为整体的剪切型变形，单独的剪力墙的变形为弯曲型变形，在结构的底部框架的侧移大，剪力墙的侧移小；在结构的上部，框架的侧移小；剪力墙的侧移大，这样变形就不协调。由于刚性楼盖的连接，两种结构互相制约而使变形协调并共同工作。

40、怎样建立框架-剪力墙结构的计算简图？

答：框架-剪力墙结构的计算简图分：刚结方案和铰结方案。首先根据剪力墙的布置及是否考虑连梁的约束作用确定计算方案，若不考虑连梁的约束作用，则选用铰结方案；若考虑连梁的约束作用，则选用刚结方案。然后，将结构内的各榀框架，各片剪力墙及连梁形成总框架、总剪力墙和总连梁（若为刚结方案）。

41、简述用连续连杆法分析双肢墙内力和位移的基本假定，其基本体系如何选取？变形连续条件如何考虑？、

答案：每层连梁简化为沿该层连续分布的连杆；忽略连梁的轴向变形；反弯点在梁跨中；沿竖向墙肢与连梁的几何参数不变。基本体系为从连梁跨中切开，利用切口处相对位移为0建立力法方程。

41、试述剪力墙结构连续连杆法的基本假定。

剪力墙结构连续连杆法的基本假定：忽略连梁的轴向变形，假定两墙肢的水平位移完全相同；各墙肢截面的转角和曲率都相等，因此连梁两端转角相等，反弯点在中点；各墙肢截面，各连梁截面及层高等几何尺寸沿全高相同。

42、剪力墙按受力特性的不同分为哪几类？各类的受力特点是什么？ 剪力墙按受力特性的不同分为整体墙、整体小开口墙、联肢墙和壁式框架。整体墙的受力特点类似于悬臂构件，故按材料力学方法求解，

整体小开口墙的受力特点也类似于悬臂构件，但由于洞口的削弱，

故按材料力学方法求解后，要考虑洞口的影响，对计算结果进行修正，联肢墙的洞口增大，结构的整体性减弱，其受力有别于悬臂构件，故用连续连梁法进行内力计算；壁式框架受力后在壁柱上出现反弯点，

更接近于框架，故用D值法求解？

43、试述对结构延性的理解，延性系数有何物理意义？

结构延性是指结构的弹塑性变形能力，结构屈服后，在承载力保持基本不变的前提下，结构的变形能力越强，说明结构的延性就越好。延性系数为结构或构件的变形能力，一般用结构或构件破坏时的变形u

与屈服时的变形y的比值来表示，即yu/，越大，结构或构件的延性就越好。

44、高层结构应满足哪些设计要求？

满足承载力要求，即结构应有足够的极限承载力；层间位移限制条件，为保证在建筑中可以正常的工作学习和生活，应限制结构的层间侧移，舒适度要求，对高度超过150m的高层建筑，应限制在风荷载作用下的结构顶点加速度峰值，满足规范要求；对结构进行稳定和抗倾覆验算，使结构具有足够的稳定和抗倾覆能力。

45、如何计算水平荷载作用下的框架的顶点位移？

计算水平荷载作用下的框架的顶点位移按如下步骤进行：1）反弯点法或D值法计算框架各层的抗侧刚度；

2）计算各层的层剪力；3）由1）和2）计算各层的层间侧移；4）各层层间侧移的和即为框架的顶点位移。