《建筑结构抗震设计》课后习题全解(王社良版)

第一章 绪 论 震按其成因分为哪几种类型？按其震源的深浅又分为哪几种类型？ 构造地震、火山地震、陷落地震和诱发地震。深浅：构造地震可分为浅源地震（ 么是地震波？地震波包含了哪几种波？各种地震波各自的传播特点是什么？对地面和建筑物的影响如何 ？ 地震波：地震引起的振 动 以波的形式从震源向各个方向 传 播并 释 放能量。是一种弹 性波，分 为 体波（地球内部 传 播）、面波（地球表面 传 播）。 体波：分 为纵 波（ p 波）：在 传 播 过 程中，其介 质质 点 的振 动 方向与波的前 进 方向一致。特点是：周期短，振幅小；影响： 它使地面发生上下振动，破坏性较弱。 橫波（ s 波）：在 传 播 过 程中，其介 质质 点的振 动 方向与波的前 进 方向垂直。特点是：周期 长 ，振幅大。影响： 它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强 ，。 面波：分为洛夫波（ L 波）：传播时将质点在与波前进方向相垂直的水平方向上作蛇形运动。影响： 其波长大、振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。 地震波的 传 播速度： 纵 波横波面波 橫波、面波：地面震 动 猛烈、破坏作用大。 地震波在 传 播 过 程中能量衰减：地面振 动 减 弱、破坏作用逐 渐 减 轻 。 地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。地震发生时，震源区的介质发生急速的破裂和运动，这种扰动构成一个波源。由于地球介质的连续性，这种波动就向地球内部及表层各处传播开去，形成了连续介质中的弹性波。 么地震震级？什么是地震烈度 和 基本烈度 ？ 什么是抗震设防烈度？ 地震震级：表示地震本身强度或大小的一种度量指标。地震烈度：指某一地区的地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。基本烈度：在一定时期内 （一般指 50 年） ，某地区可能遭遇到的超越某一概率的最大地震烈度。抗震设防烈度： 就是 指指地面及房屋等建筑物受地震破坏的程度 。 么是 多遇地震 和 罕遇地震 ？ 多遇地震一般指小震， 50 年可能遭遇的超越概率为 63的地震烈度值。 罕遇地震一般指大震， 50 年超越概率 2 3的地震烈度。 么是地震、地震作用、震源、震中距、烈度、震 级 、震中？ 地震：指因地球内部 缓 慢 积 累的能量突然 释 放而引起的地球表 层 的振 动 。 震源：地球内部断 层错动 并 辐 射地震波的部位。 震中距：地面某 处 至震中的水平距离。 震中：震源在地面上的投影点。 震 级 ：表示一次地震本身 强 弱程度和大小的尺度。它以地震 释 放的能量 为 尺度，根据地震 仪记录 到的地震波确定。地震 强 度由震 级 和烈度来反映。 地震烈度：某一地区地面和各 类 建筑物遭受一次地震影响的 强 弱程度，是衡量地震后引起后果的一种 标 度。 地震烈度与震 级 ：一次地震，表示地震大小的震 级 只有一个 由于同一次地震 对 不同地点的影响不一 样 ，随着距离震中的 远 近会出 现 多种不同的烈度。 地震作用： 地震引起的作用于建筑物上的 动 荷 载 。 筑的抗震 设 防 类别 分 为 哪几 类 ？分 类 的作用是什么？ 根据建筑使用功能的重要性，按其受地震破坏 时产 生的后果，抗震 规 范将建筑分 为 甲乙丙丁四 类 ： 甲 类 建筑：重大建筑工程和遭遇 地震破坏 时 可能 发 生 严 重次生灾害的建筑 乙 类 建筑：地震 时 使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑， 丙 类 建筑：除甲乙丁 类 以外的一般建筑。 丁 类 建筑：抗震次要建筑。 么是建筑抗震概念设计？它主要包括哪几方面内容？ 指根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构的总体布置并确定细部构造的过程。注意场地选择和地基基础设计，把握建筑结构的规则性，选择合理抗震结构体系，合理利用结构延性重视非结构延性，确保材料和施工质量。 建筑抗震 设计 中，是如何 实现 “三水准” 设 防要求的？ 抗震 设 防的 “ 三水准 ” ： 即 “ 不震不坏，中震可修，大震不倒 ” 。 这 一抗震设 防目 标 亦 为 我国抗震 规 范所采 纳 。三水准 设 防的 设 防要求： 第一水准：在遭受低于本地区 规 定的 设 防烈度的地震影响 时 ，建筑物一般不受 损坏或不需要修理仍可 继续 使用； 第二水准：在遭受本地区 规 定的 设 防烈度的地震影响 时 ，建筑物（包括 结 构和非结 构构件）可能有一定 损 坏，但不致危及人民生命和生 产设备 的安全， 经 一般修理或不需要修理仍可 继续 使用； 第三水准：在遭受高于本地区 设 防烈度的 预 估罕遇地震影响 时 ，建筑物不致倒塌或 发 生危及生命的 严 重破坏。 “ 两 阶 段 设计 方法 ” 第一 阶 段 设计 ： 是在方案布置符合抗震 设计 原 则 的前提下， 按基本烈度相 应 的众 值 烈度（相当于小震）的地震 动 参数，用 弹 性反 应谱 法求得 结 构在 弹 性状 态 下的地震作用效 应 ，然后与其它荷 载 效 应 按一定的 组 合原 则进 行 组 合， 对 构件截面 进 行抗震 设计 或 验 算，以保 证 必要的 强 度；再 验 算在小震作用下 结 构的 弹 性 变 形。 这 一 阶 段 设计 ，用以 满 足第一水准的抗震 设 防要求。第二 阶 段 设计 ：在大震（罕遇地震）作用下， 验 算 结 构薄弱部位的 弹 塑性 变 形， 对特 别 重要的建筑和地震 时 易倒塌的 结 构除 进 行第一 阶 段的 设计 外， 还 要按第三水准烈度（大震）的地震 动 参数 进 行薄弱 层 （部位）的 弹 塑性 变 形 验 算，并采取相应 的构造措施，以 满 足第三水准的 设 防要求（大震不倒） 。 第二章 场 地、地基和基 础 地土的分 类计 划分？ 场 地土是指建筑 场 地范 围 内的地基十，其 组 成和 坚 硬程度不同， 对 建筑物震害的影响也不同。一般地 分 为坚 硬土或岩石，中硬土，中 软 土， 软 弱土 述天然地基基础抗震验算的一般原则。 哪些建筑可不进行地基及基础的抗震承载力验算？ 1砌体房屋； 2地基主要受力 层 范 围 内不存在 软 弱粘性土 层 的下列建筑： 1）一般的 单层 厂房和 单层 空 旷 房屋； 2）不超 过 8 层 且高度在 25 3）基 础 荷 载 与 2） 项 相当的多 层 框架厂房。 3 规 范 规 定可不 进 行上部 结 构抗震 验 算的建筑。 样 确定地基土的抗震承 载 力？ 天然地基地震作用下的承 载 力 验 算： 采用 “ 拟 静力法 ” 规 范 规 定：基 础 底面平均 压 力和 边缘 最大 压 力 应 符合下式要求 式中： 底面平均 压 力（ 础 底面 边缘 最大 压 力 ( 承 载 力 高 宽 比大于 4的高 层 建筑，在地震作用下基 础 底面不宜出 现 拉 应 力； 其它建筑，基 础 底面与地基土之 间 零 应 力区面 积 不 应 超 过 基 础 底面面 积 的 15%。 么是 场 地土的液化？怎 样 判 别 ？影响液化的因素有哪些？ 抗液化措施 ， 液化对建筑物有哪些危害？ 地下水位以下的 饱 和砂土或粉土在 强 烈地震的作用下，其土 颗 粒之 间 将 产 生相 对位移，从而使土的 颗 粒 结 构有 变 密的 趋势 。 这时 ，若孔隙水在短 时间 内不能排走而受到 挤压 ， 则 交将使孔隙水 压 力急 剧 上升，其 结 果使砂土 颗 粒局部或全部 处 于悬 浮状 态 ，土体的抗剪 强 度等于零，形成如“液体”一 样 的 现 象， 这 种 现 象称 为场 地土的液化。 处 于地下水位以下的 饱 和砂土和粉土的土 颗 粒 结 构受 到地震作用 时 将 趋 于密实 ，使空隙水 压 力急 剧 上升，而在地震作用的短 暂时间 内， 这 种急 剧 上升的空隙水 压 力来不及消散，使有效 压 力减小，当有效 压 力完全消失 时 ，土 颗 粒 处 于 悬 浮状 态 之中。 这时 ，土体完全失去抗剪 强 度而 显 示出近于液体的特性。 这 种 现 象称为 液化。液化的宏 观标 志是在地表出 现喷 砂冒水。 影响 场 地土液化的主要因素： 土 层 的地 质 年代和 组 成 土 层 的相 对 密度 土 层 的埋深和地下水位的深度 地震烈度和地震持 续时间 抗液化措施： 使处理后土层的标准贯入锤击数实测值大于相应的临界值。选择合适的地基埋深，调整基础底面积，减少基础 偏心；加强基础的整体性和刚度；增强上部结构整体刚度和均匀对称性，合理设置沉降缝；管道穿过建筑处采用柔性接头 危害：地面开裂下沉使建筑物产生过度下沉或整体倾斜，不均匀沉降引起建筑物上部结构破坏，使梁板等构件及其节点破坏，使整体开裂和建筑物体型变化处开裂。 化判 别 和 处 理的一般原 则 ： 对 存在 饱 和砂土和粉土（不含黄土）的地基，除 6度外， 应进 行液化判 别 。 对6度区一般情况下可不 进 行判 别 和 处 理，但 对 液化敏感的乙 类 建筑可按 7度的要求 进 行判 别 和 处 理。 7 9度 时 ， 乙 类 建筑可按本地区抗震 设 防烈度的要求 进 行判 别 和 处 理！ 存在液化土 层 的地基， 应 根据建筑的抗震 设 防 类别 、地基的液化等 级结 合具体情况采取相 应 的措施。 为 了减少判 别场 地土液化的勘察工作量， 饱 和砂土液化的判 别 可分 为 两步 进行，即初步判 别 和 标 准 贯 入 试验 判 别 。 经 初步判 别 定 为 不液化或不考 虑 液化影响a x 的 场 地土，原 则 上可不 进 行 标 准 贯 入 试验 的判 别 。 初步判 别 主要是根据以地 质 年代、粘粒含量、地下水位及上覆非液化土 层 厚度等作 为 判断条件。 标 准 贯 入 试验 判 别则 是根据 现场 的 试验结 果来确定，即利用 专门 的 标 准 贯 入 试验设备 并按照 规 定的 试验 方法在 现场进 行 试验 。当地面下 150 内的 实测标 准 贯 入 锤击 数 经 杆 长 修正）小于液化判 别标 准 贯 入 锤击 数的 临 界 值 ， 应 判 别为 可液化土，否 则 即 为 不液化土。液化判 别标 准 贯 入 锤击 数的 临 界 值 按照 规 定的公式 计 算。 效剪切波速： 若计算深度范围内有多层土层，则根据计算深度范围内各土层剪切波速加权平均得到的土层剪切波速即为等效剪切波速。 基土抗震承载力： 地基土抗震承载力 ，其中 a 为地基土的抗震承载力调整系数， 深宽修正后的地基承载力特征值。 地覆盖层厚度： 我国建筑抗震设计规范（ 义：一般情况下，可取地面到剪切波速大于 500m/s 的坚硬土层或岩层顶的距离。 么是土层等效剪切波速？其作用是什么？如何计算？ 1）反映各土层的综合刚度，其值可根据地震波通过计算深度范围内各土层的总时间等于该波通过同一计算深度的单一折算土层所 需的时间求得。 2）反映各土层的综合刚度 3）根据地震波通过计算深度范围内的各土层的总时间等于该波通过同一计算深度的单一折算土层所需的时间求得。 地的卓越周期？确定卓越周期的意义？ 地表震动频度 义：在建筑抗震设计中，应使建筑物的自振周期避开场地的卓越周期，以避免发生共振现象。 自振周期和卓越周期 结 构的震害有什么影响？ （ 简 答 题 ） 结 构的自振周期 顾 名思 义 是反映 结 构的 动 力特性，与 结 构的 质 量及 刚 度有关，具体 对单 自由度就只有一个周期，而 对 于多自由度 就有同模型中采用的自由度相同的周期个数，周期最大的 为 基本周期， 设计 用的主要参考数据！ 而 卓越 周期是，在地震影响系数曲 线 中，水平段与下降段交点的横坐 标 ，反映了地震震 级 ，震源机制（包括震源深度）、震中距等地震本身方面的影响，同 时 也反映了 场 地的特性；如 软 弱土 层 的厚度， 类 型等 场 地 类别 。 第三章 结 构地震反 应 分析与抗震 验 算 震作用的概念、特点和影响因素？ 定 义 ：地震 释 放的能量，以地震波的形式向四周 扩 散，地震波到达地面后引起地面运 动 ，使地面原来 处 于静止的建筑物受到 动 力作用而 产 生 强 烈振 动 。在振 动过 程中作用在 结 构上的 惯 性力就是地震作用。 (以前称 为 地震荷 载 ) 特点： （ 1）不是直接作用在 结 构上，属于 间 接作用； （ 2）不 仅 取决于地震烈度、 设计 地震分 组 和 场 地 类别 等地震特性， 还 与 结 构的 动 力特性（自振周期、阻尼等）密切相关。 影响因素： 震中距离，震源深度，震 级 ，地震 时间 ，地形，地 质 ，房屋 结 构，人口密度，天气等等 么是加速度反 应谱 曲 线 ？ 定 义 :单 自由度体系在 给 定地震 动 作用下某种反 应 量的最大 值 与体系自振周期之 间 的关系曲 线 . 性 质 ：加速度反 应谱 曲 线为 一多峰点曲 线 。当阻尼比 为 0 时 ，加速度反方 谱 的谱值 最大，峰点突出。阻尼比越大，反 应 越小，曲 线 越平滑。 结 构周期的 规 律：对 于加速度反 应谱 ，当 结 构周期小于某个 值时 幅 值 随周期急 剧 增大，大于某个 值时 ，快速下降。 么是等效 总 重力荷 载 样 确定？ 所 谓 等效 总 重力荷 载 ,对 于多 质 点体系来 说 ,就是 总 重力荷 载 代表 值 乘以等效质 量系数 GG 11221 据 对 大量 结 构采用直接 动 力法分析 结 果的 统计 ， 构的基本周期及 场 地条件有关。当 结 构 周期小于 ，此系数可近似取 为 显 然，对 于 单质 点体系，此系数取 算地震作用的 结 构的基本周期一般都小于 以抗震 规 范即 规 定 c 取 等效 总 重力荷 载确定如： 力荷载代表值： 结构抗震设计时的基本代表值，是结构自重（永久荷载）和有关可变荷载的组合值之和 述确定水平地震作用的振型分解反应谱法的主要步骤 。 1 计算多自由度 结构的自振周期及相应振型； 2 求出对应于每一振型的最大地震作用（同一振型中各质点地震作用将同时达到最大值）； 3 求出每一振型相应的地震作用效应； 4 将这些效应进行组合，以求得结构的地震作用效应。 虑竖向地震力 ： 设防烈度为 8 度和 9 度区的大跨结构、长悬臂结构，以及设防烈度为 9 度区的高层建筑。 梢效应 ：对突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱等质量和刚度突然变小的部分，地震作用效应会增大。 第四章 建筑抗震概念 设计 谓“抗震概念设计”？“概念设计”与计算设计有何不同？ 答：指根据地震灾害和工程经验等 所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。与计算设计的不同：计算设计是通过地震作用的取值进行结构的抗震验算，而概念设计强调，在工程设计一开始，就应该把握好能量输入、房屋体型、结构体系、刚度分布，构件延性等几个主要方面，从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节，概念设计需要辅以必要的计算设计。 框架体系 结 构抗震 设计 中如何考 虑 填充 墙 的影响？ 使 结 构抗 侧 移 刚 度增大，自振周期减短，从而作用于整个建筑上的水平地震力增大，增加的幅度可达 30% 改 变 了 结 构的抗震剪力分布状况。由 于砌体填充 墙 参与抗震，分担了很大一部他分水平地震剪力，反而使框架所承担的楼 层 地震剪力减小。 由于砌体填充 墙 具有 较 大的抗 侧 移 刚 度，限制了框架的 变 形，从而减小了整个结 构的抗震 侧 移幅 值 ， 相 对 于框架而言，砌体填充 墙 具有很大的初期 刚 度，建筑物遭受地震前几个 较大加速度脉冲 时 ，填充 墙 承担了大部分地震力，并用它自身的 变 形及 墙 面裂 缝 的出 现 和开展，消耗 输 入建筑物的地震能量。所以，砌体填充 墙 在 这 里充当了第一道抗震防 线 的主力构件，使框架退居 为 第二道防 线 。 第五章 多 层 和高 层钢 筋混凝土 结 构 架 结 构的 侧 移 计 算包括哪几个方面 ？ 结 构布置及构件截面尺寸确定 计 算 简图 荷 载计 算 重力荷 载 代表 值计 算水平（地震）作用 计 算 内力 计 算（ 竖 向、水平向） 内力 组 合 截面 强 度 计算 变 形 验 算 构造措施等 架 结 构抗震 设计 的基本原 则 是什么？ 钢 筋混凝土框架 结 构宜 对 称布置。 钢 筋混凝土框架的梁、柱构件 应 避免剪切破坏，构件弯曲破坏形成的极限剪力应 小于构件斜截面的极限剪力，即 强 剪弱弯 ” 钢 筋混凝土框架的梁、柱构件之 间应设 置成 “ 强 柱弱梁 梁柱 节 点的承 载 力宜大于梁、柱构件的承 载 力。即 ” 强节 点弱构件 ” 。 构破坏机制 ：总体机制 、楼层机制 强柱弱梁： 原则 ：框架柱端的抗弯承载力大于框架梁的抗弯承载力，要使梁端首先屈服形成塑性铰消耗地震能量，而柱在较长时间里基本处于弹性状态。 调整方法 ：人为地将同一节点处柱端在地震作用组合下的弯矩设计值调整为略大于梁端的弯矩设计值或抗弯能力。 强剪弱弯： 原则 ：框架梁和柱的抗剪承载力大于抗弯承载力。防止地震时构件在受弯屈服前发生剪切破坏 调整方法： 人为地将同一杆件在地震作用组合下的剪力设计值调整为略大于按杆端弯矩设计值及梁上荷载反算出的剪力值 强节点强锚固原则： 使节点有足够的承载能力 述框架节点 抗震设计的基本原则。 节点的承载力不应低于其连接构件的承载力； 多遇地震时节点应在弹性范围内工作； 罕遇地震时节点承载力的降低不得危及竖向荷载的传递； 梁柱纵筋在节点区内应有可靠的锚固； 节点配筋不应使施工过分困难。 述钢筋混凝土结构房屋的震害情况。 答： 1. 共振效应引起的震害； 2. 结构布置不合理引起的震害； 3. 柱、梁和节点的震害； 4. 填充墙的震害； 5. 抗震墙的震害。 第六章 多 层 砌体房屋 层 砌体 结 构房屋的 计 算 简图 如何 选 取？地震作用如何确定？ 层间 地震剪力在 墙 体 间 如何分配？ 计 算 简图 的 选 取： 在建筑物两个主 轴 方向分 别计 算水平地震作用并 进 行抗震 验 算。 满 足前面 规 定的 结 构布置要求的多 层 砌体 结 构，在地震作用下的 变 形形式以 层间 剪切 变 形 为 主。 各楼 层 的重量集中到楼、屋盖 标 高 处 。以防震 缝 所划分的 结 构 单 元作 为计 算 单元。 各楼 层 重量包含楼、屋盖自重，活荷 载组 合 值 ，上、下个半 层 的 墙 体、构造柱重量之和。 固定端位置：基 础 埋置浅 时 ，取基 础顶 面；埋置深 时 ，取室外地坪下 ；当 设 有整体 刚 度很大的全地下室 时 ，取地下室 顶 板 顶处 ；当地下室整体 刚 度 较 小或 为 半地下室 时 ，取 为 地下室室内地坪 处 ，此 时 ，地下室也 算作一 层 楼面。 地震作用的确定： 结 构底部 总 水平地震作用的 标 准 值 1 虑 到多 层 砌体 结 构房屋中 纵 向或横向承重 墙 体的数量 较 多，房屋的 侧 移 刚度很大，因而其 纵 向和横向基本周期 较 短，一般均不超 过 以抗震 规范 规 定： 对 于多 层 砌体 结 构房屋确定水平地震作用 时 ，地震影响系数均取其最大 值 ，即 水平地震作用 1 F 楼 层 地震剪力 FV （突出屋面的屋 顶间 、女儿 墙 、烟囱等，地震作用 应 乘以地震 增大系数 3 。） 层间 地震剪力 墙 体 间 的分配： 层间 地震剪力是作用在整个房屋某一楼 层 上的剪力。首先要把它分配到同一楼层 的各道 墙 上去， 进 而再把每道 墙 上的地震剪力分配到同一道 墙 的某一 墙 段上。 横向水平地震作用下 层间 剪力分配 横向水平地震作用由 该验 算方向横 墙单 独承受 第 i 层层间 水平地震剪力 为 层 第 上： 纵 向水平地震作用下 层间 剪力分配 计 算方法同横 墙 ，由于 纵 向 墙 体的 间 距 较 小，水平 刚 度 较 大，往往可按 纵墙净截面面 积 与全部 纵墙总净 截面面 积 的比 值 i 进 行分配。 层 砌体 结 构房屋的抗震构造措施包括哪些方面？ 砖 房的抗震构造措施 钢 筋混凝土构造柱 钢 筋混凝土圈梁 盖构件具有足 够 的搭接 长 度和可靠的 连 接 较 少 砖 房的有关 规 定与加 强 措施 之 间 的 连 接 楼梯 间 的整体性 型的基 础 砌 块 房屋的抗震构造措施 (一 )设 置 钢 筋混凝土芯柱 1、芯柱 设 置部位及数量 混凝土小砌 块 房屋 应 按下表要求 设 置 钢 筋混 凝土芯柱； 对 医院、教学楼等横 墙较 少的房屋， 应 根据房屋增加一 层 后的 层 数按下表要求 设 置芯柱。 凝土 强 度等 级 和配筋 （ 1）混凝土小砌 块 房屋芯柱截面尺寸不宜小于 120120 （ 2）芯柱混凝土 强 度等 级 ，不 应 低于 （ 3）芯柱 竖 向 钢 筋 应贯 通 墙 身且与圈梁 连 接，插筋不 应 小于 1 12, 7度 时 超 过 五 层 、 8度 时 超 过 四 层 和 9 度 时 ，插筋不 应 小于 1 14。 （ 4）