《建筑结构抗震设计》题库.pdf

一、一、名词解释名词解释 1、砂土液化: 饱和砂土或粉土的颗粒在强烈地震下土的颗粒结构趋于密实， 土本身的渗透系数 较小，孔隙水在短时间内排泄不走而受到挤压，孔隙水压力急剧上升。当孔隙水压力增加到 与剪切面上的法向压应力接近或相等时，砂土或粉土受到的有效压应力下降乃至完全消失， 土体颗粒局部或全部处于悬浮状态，土体丧失抗剪强度，形成犹如液体的现象。 2、震级：表示地震本身大小的等级，它以地震释放的能量为尺度，根据地震仪记录到的地震波 来确定 3、地震烈度： 指某地区地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度， 它是按地震造成的后 果分类的。 4、重力荷载代表值: 结构或构件永久荷载标准值与有关可变荷载的组合值之和 5、结构的刚心： 水平地震作用下，结构抗侧力的合力中心 6、构造地震: 由于地壳构造运动造成地下岩层断裂或错动引起的地面振动 7、基本烈度：50 年期限内，一般场地条件下，可能遭受超越概率 10的烈度值 8、地震影响系数：单质点弹性体系在地震时的最大反应加速度与重力加速度的比值 9、反应谱：单自由度弹性体系在给定的地震作用下，某个最大反应量与体系自振周期的关系曲 线 10、鞭稍效应：突出屋面的附属小建筑物，由于质量和刚度的突然变小，高振型影响较大，将 遭到严重破坏，称为鞭稍效应 11、强剪弱弯:梁、柱端形成塑性铰后仍有足够的受剪承载力，避免梁柱端截面先发生脆性的 剪切破坏 12、抗震等级：考虑建筑物抗震重要性类别，地震烈度，结构类型和房屋高度等因素，对钢筋 混凝土结构和构件的抗震要求划分等级，以在计算和构造上区别对待。 13、层间屈服机制:结构的竖向构件先于水平构件屈服，塑性铰先出现在柱上。 14、震源深度:震中到震源的垂直距离 15、总体屈服机制：:结构的水平构件先于竖向构件屈服，塑性铰首先出现在梁上，即使大部分 梁甚至全部梁上出现塑性铰，结构也不会形成破坏机构。 16、剪压比：截面内平均剪应力与混凝土抗压强度设计值之比（注：剪力不能单靠提高箍筋抵抗， 箍筋过多会无法发挥箍筋的性能。因此，需要对构件的截面进行限制，也就是剪压比的限制。 ） 17、轴压比： ccA f N n 柱组合的轴向压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计 值乘积之比（轴压比增大，柱抗弯承载力提高，极限变形能力减少，耗散地震能量的能力降 低。 长柱中， 轴压比大会使大偏压转为小偏压； 短柱中， 轴压比大会使减压破坏转为斜拉破坏。） 18、抗震概念设计：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。 19、动力系数：单质点弹性体系的最大绝对加速度反应与地震地面运动最大加速度的比值 20、地震系数： 地震地面运动最大加速度与重力加速度的比值 21、抗震防线: 在抗震体系中，吸收和消耗地震输入能量的各部分。当某部分结构出现破坏， 降低或丧失抗震能力，其余部分能继续抵抗地震作用。 22、楼层屈服强度系数：)(/ )()(iViVi eyy ，第 i 层根据第一阶段设计所得到的截面实际配筋 和材料强度标准值计算的受剪实际承载力与第 i 层按罕遇地震动参数计算的弹性地震剪力的比 值 23、抗震设防烈度：一个地区作为抗震设防依据的地震烈度，应按国家规定权限审批或颁发的 文件（图件）执行。 24、场地覆盖层厚度：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。 25、等效剪切波速：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。 二、简答题二、简答题 1、工程结构抗震设防的三个水准是什么？如何通过两阶段设计方法来实现？ 答：抗震设防的三个水准 ： 第一水准：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理仍 可继续使用； 第二水准：当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需 修理仍可继续使用； 第三水准：当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时，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：验算工程结构在多遇地震影响下的承载力和弹性变形，并通过合理的抗震构 造措施来实现三水准的设防目标； 第二阶段设计：验算工程结构在罕遇地震下的弹塑性变形，以满足第三水准抗震设防目标。 2、抗震设计中为什么要限制各类结构体系的最大高度和高宽比？ 答： 随着多层和高层房屋高度的增加， 结构在地震作用以及其他荷载作用下产生的水平位移 迅速增大， 要求结构的抗侧移刚度必须随之增大。 不同类型的结构体系具有不同的抗侧移刚 度，因此具有各自不同的合理使用高度。 房屋的高宽比是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。 震害表明，房屋高宽比大，地震作用产生的倾覆力矩会造成基础转动，引起上部结构产生较 大侧移，影响结构整体稳定。同时倾覆力矩会在混凝土框架结构两侧柱中引起较大轴力，使 构件产生压曲破坏；会在多层砌体房屋墙体的水平截面产生较大的弯曲应力，使其易出现水 平裂缝，发生明显的整体弯曲破坏。 3、简述现行抗震规范计算地震作用所采用的三种计算方法及其适用范围。 答：现行抗震规范计算地震作用所采用的三种计算方法为：底部剪力法，振型分解反应谱法 和时程分析法。 适用条件： （1） 高度不超过 40 米，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似 于单质点体系的结构，可采用底部剪力法计算。 （2） 除上述结构以外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱法。 （3） 特别不规则的建筑、甲类建筑和规范规定的高层建筑，应采用时程分析法进行补充计算。 4、什么是动力系数、地震系数和水平地震影响系数？三者之间有何关系？ 答：动力系数是单质点弹性体系的最大绝对加速度反应与地震地面运动最大加速度的比值 地震系数是地震地面运动最大加速度与重力加速度的比值 水平地震影响系数是单质点弹性体系的最大绝对加速度反应与重力加速度的比值 水平地震影响系数是地震系数与动力系数的乘积 5、什么是鞭端效应，设计时如何考虑这种效应？ 答：地震作用下突出建筑物屋面的附属小建筑物，由于质量和刚度的突然变小，受高振型影 响较大，震害较为严重，这种现象称为鞭端效应； 设计时对突出屋面的小建筑物的地震作用效应乘以放大系数 3，但此放大系数不往下传。 6、框架梁抗震设计时应遵循的原则？如何在设计中实现“强剪弱弯”？ 答： 强柱弱梁，梁端先于柱出现塑性铰,同时塑性铰区段有较好的延性和耗能能力 强剪弱弯，梁形成塑性铰后仍有足够的受剪承载力 强节点、强锚固，妥善解决梁纵筋锚固问题 为保证强剪弱弯，应使构件的受剪承载力大于构件弯曲屈服时实际达到的剪力值，对一、 、二、 三级框架梁，梁端截面组合的剪力设计值调整为： Gb n r b l b vb V l MM V 7、 简述“强柱弱梁”的概念以及实现“强柱弱梁”的主要措施 答：强柱弱梁概念为使梁端先于柱端产生塑性铰，控制构件破坏的先后顺序，形成合理的 破坏机制 在截面抗震验算中，为保证强柱弱梁， 建筑抗震设计规范规定： 对一、二、三级框架的梁柱节点处， （除框架顶层和柱轴压比小于 0.15 及框支梁与框支柱的 节点外） ，柱端组合的弯矩设计值应符合： bcc MM 其中 c 为柱端弯矩增大系数， （一级为取 1.4,二级取 1.2,三级取 1.1） 8、 简述提高框架梁延性的主要措施？ 答： （1） “强剪弱弯” ，使构件的受剪承载力大于构件弯曲屈服时实际达到的剪力值，以保 证框架梁先发生延性的弯曲破坏，避免发生脆性的剪切破坏； （2）梁端塑性铰的形成及其转动能力是保证结构延性的重要因素：一方面应限制梁端截面的 纵向受拉钢筋的最大配筋率或相对受压区高度，另一方面应配置适当的受压钢筋 （3）为增加对混凝土的约束，提高梁端塑性铰的变形能力，必须在梁端塑性铰区范围内设置 加密封闭式箍筋，同时为防止纵筋过早压屈，对箍筋间距也应加以限制。 （4）对梁的截面尺寸加以限制，避免脆性破坏。 9、 砌体结构中设置钢筋混凝土构造柱和圈梁的作用？ 答：设置钢筋混凝土构造柱的作用：加强房屋的整体性，提高砌体的受剪承载力(10%-30%)， 对砌体有约束作用, 提高砌体的变形能力，提高房屋的抗震性能。 设置圈梁的作用：增加纵横墙体的连接，加强整个房屋的整体性；圈梁可箍住楼盖，增强其整 体刚度；减小墙体的自由长度，增强墙体的稳定性；可提高房屋的抗剪强度，约束墙体裂缝的 开展；抵抗地基不均匀沉降，减小构造柱计算长度。 10、试述纵波和横波的传播特点及对地面运动的影响？ 答：在传播过程中，其介质质点的振动方向与波的传播方向一致，是压缩波，传播速度快， 周期较短，振幅较小； （2 分）将使建筑物产生上下颠簸； （1 分） 横波在传播过程中，其介质质点的振动方向与波的传播方向垂直，是剪切波，传播速度比纵 波要慢一些，周期较长，振幅较大； （2 分）将使建筑物产生水平摇晃； （1 分） 11、什么是地基液化现象？影响地基液化的因素？ 答：饱和砂土或粉土的颗粒在强烈地震下土的颗粒结构趋于密实，土本身的渗透系数较小， 孔隙水在短时间内排泄不走而受到挤压，孔隙水压力急剧上升。当孔隙水压力增加到与剪切面 上的法向压应力接近或相等时，砂土或粉土受到的有效压应力下降乃至完全消失，土体颗粒局 部或全部处于悬浮状态，土体丧失抗剪强度，形成犹如液体的现象。 影响因素： 土层的地质年代：地质年代越古老，越不易液化 土的组成：级配良好的砂土不易液化 粉土中粘粒含量超过一定限值时，不易液化 土层的相对密度：土层的相对密度越大，越不易液化 土层的埋深：埋深越大，越不易液化 地下水位的深度：地下水位越深，越不易液化 地震烈度和地震持续时间：烈度越高，持续时间越长，越易液化 12、强柱弱梁、强剪弱弯的实质是什么？如何通过截面抗震验算来实现？ 答： （1）使梁端先于柱端产生塑性铰，控制构件破坏的先后顺序，形成合理的破坏机制 （2）防止梁、柱端先发生脆性的剪切破坏，以保证塑性铰有足够的变形能力 在截面抗震验算中，为保证强柱弱梁， 建筑抗震设计规范规定： 对一、二、三级框架的梁柱节点处， （除框架顶层和柱轴压比小于 0.15 及框支梁与框支柱的节 点外） ，柱端组合的弯矩设计值应符合： bcc MM 其中 c 为柱端弯矩增大系数， （一级为取 1.4,二级取 1.2,三级取 1.1） 为保证强剪弱弯，应使构件的受剪承载力大于构件弯曲屈服时实际达到的剪力值，对一、 、二、 三级框架梁，梁端截面组合的剪力设计值调整为： Gb n r b l b vb V l MM V 对一、 、二、三级框架柱，柱端截面组合的剪力设计值调整为： n r c l c vc H MM V 13、什么叫轴压比？为什么要限制柱的轴压比？ 答：轴压比： ccA f N n 柱组合的轴向压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设 计值乘积之和 轴压比大小是影响柱破坏形态和变形性能的重要因素，受压构件的位移延性随轴压比增加而 减小，为保证延性框架结构的实现，应限制柱的轴压比 14、为什么要限制多层砌体房屋抗震横墙间距？ 答：(1)横墙间距过大，会使横墙抗震能力减弱，横墙间距应能满足抗震承载力的要求。 （2）横墙间距过大，会使纵墙侧向支撑减少，房屋整体性降低 （3）横墙间距过大，会使楼盖水平刚度不足而发生过大的平面内变形，从而不能有效地将水 平地震作用均匀传递给各抗侧力构件，这将使纵墙先发生出平面的过大弯曲变形而导致破 坏，即横墙间距应能保证楼盖传递水平地震作用所需的刚度要求。 15、在什么情况下结构会产生扭转振动？如何采取措施避免或降低扭转振动？ 答：体型复杂的结构，质量和刚度分布明显不均匀、不对称的结构，在地震作用下会产生扭 转，主要原因是结构质量中心和刚度中心不重合 措施：建筑平面布置应简单规整 质量中心和刚度中心应尽量一致 对复杂体型的建筑物应予以处理 16、什么是剪压比，为什么要限制剪压比？ 答：剪压比是截面内平均剪应力与混凝土抗压强度设计值之比。 剪压比过大,混凝土会过早发生斜压破坏,箍筋不能充分发挥作用,它对构件的变形能力也有 显著影响，因此应限制梁端截面的剪压比。 17、什么是震级？什么是地震烈度？如何评定震级和烈度的大小？ 答：震级是表示地震本身大小的等级，它以地震释放的能量为尺度，根据地震仪记录到的 地震波来确定 地震烈度是指某地区地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度， 它是按地震造成的后 果分类的。 震级的大小一般用里氏震级表达 地震烈度是根据地震烈度表，即地震时人的感觉、器物的反应、建筑物破坏和地表现象划分 的。 18、在软弱土层、液化土层和严重不均匀土层上建桥时，可采取那些措施来增大基础强度和 稳定性。 答： （1) 换土或采用砂桩。 （2） 减轻结构自重、加大基底面积、减少基底偏心。 (3) 增加基础埋置深度、穿过液化土层。 (4)采用桩基础或沉井基础。 以增大基础强度与稳定性，减小地震力，避免扭转破坏。 19、抗震设计时，为什么要对框架梁柱端进行箍筋加密？ 答： 梁柱端箍筋加密：加强对混凝土的约束，提高梁柱端塑性铰的变形能力， 提高构件的 延性和抗震性能，同时避免纵筋的受压屈曲 20、多层砌体房屋中，为什么楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处？ 答： （1）楼梯间横墙间距较小，水平方向刚度相对较大，承担的地震作用亦较大，而楼梯间 墙体的横向支承少，受到地震作用时墙体最易破坏 （2）房屋端部和转角处，由于刚度较大以及在地震时的扭转作用，地震反应明显增大，受力复 杂，应力比较集中；另外房屋端部和转角处所受房屋的整体约束作用相对较弱，楼梯间布置 于此，约束更差，抗震能力降低，墙体的破坏更为严重 21、地基抗震承载力比地基静承载力提高的原因？ 答： （1）建筑物静荷载在地基上所引起的压力，作用时间很长，地基土由此所产生的压缩变 形将包括弹性变形和残余变形两部分，而地震持续时间很短，对于一般粘性土，建筑物因地 面运动而作用于地基上的压力， 只能使土层产生弹性变形， 而土的弹性变形比土的残余变形 小得多，所以，要使地基产生相同的压缩变形，所需的由地震作用引起的压应力将大于所需 的静荷载压应力； （2）土的动强度和静强度有所不同 （3）考虑地震作用的偶然性、短时性以及工程的经济性，抗震设计安全度略有降低 22、采用底部剪力法计算房屋建筑地震作用的适用范围？在计算中， 如何考虑长周期结构高 振型的影响？ 答：剪力法的适用条件： （1）房屋结构的质量和刚度沿高度分布比较均匀 （2）房屋的总高度不超过 40m （3）房屋结构在地震运动作用下的变形以剪切变形为主 （4）房屋结构在地震运动作用下的扭转效应可忽略不计 为考虑长周期高振型的影响， 建筑抗震设计规范规定：当房屋建筑结构的基本周期 g TT4 . 1 1 时，在顶部附加水平地震作用，取 Eknn FF 再将余下的水平地震作用 Ekn F)1 (分配给各质点： Ekn n j jj ii i F HG HG F)1 ( 1 结构顶部的水平地震作用为 n F和 n F之和 23、钢筋混凝土框架房屋因建筑、 结构布置不当产生的震害有哪些表现？引起震害的原因是 什么？ 答： （1）建筑平面形状复杂，由于扭转效应、应力集中震害加重 （2）房屋立面凹进凸出，可导致建筑物竖向质量和刚度突变，使结构某些部位的地震反应过 于剧烈，加重震害 （3）房屋高宽比较大，底层框架柱可能因地震倾覆力矩引起的巨大压力或拉力而发生剪压或 受拉破坏 （4）防震缝设置不当，若防震缝宽度不够，相邻建筑物易发生碰撞而造成破坏 （5）结构物在平面质量与刚度分布不均匀（如抗侧力构件分布不恰当） ，使房屋质量中心与 刚度中心不重合，引起扭转作用和局部应力集中，加重震害 （6）结构物沿竖向质量与刚度分布不均匀，在地震中往往会形成薄弱层，产生较大的应力集 中或塑性变形，造成破坏 2424、简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。 2525、简述框架节点抗震设计的基本原则 （1）节点的承载力不应低于其连接构件的承载力； （2）多遇地震时节点应在弹性范围内工作； （3）罕遇地震时节点承载力的降低不得危及竖向荷载的传递； （4）梁柱纵筋在节点区内应有可靠的锚固； （5）节点配筋不应使施工过分困难。 三、三、 计算题计算题 1、某两层钢筋混凝土框架，集中于楼盖和屋盖处的重力荷载代表值相等kN1200 21 GG，每层 层高皆为 4.0m，各层的层间刚度相同m/kN8630 21 DD；类场地，设防烈度为 7 度，设计 基本地震加速度为 0.10g，设计分组为第二组，结构的阻尼比为05. 0。 （1）求结构的自振频率和振型，并验证其主振型的正交性 （2）试用振型分解反应谱法计算框架的楼层地震剪力 解 1） ： （1）计算刚度矩阵 mkNkkk/1726028630 2111 mkNkkk/8630 22112 mkNkk/8630 222 （2）求自振频率 )(4)()( 2 1 2112221121 2 112221112221 21 2 2, 1 kkkkmmkmkmkmkm mm )8630(863017260(1201204)172601208630120( )172601208630120( 1201202 1 22 28.188/47.27 srad /24. 5 1 srad /72.13 2 （3）求主振型 当srad /24. 5 1 1 618. 1 8630 1726024. 5120 2 12 11 2 11 11 12 k km X X 当srad /72.13 2 1 618. 0 8630 1726072.13120 2 12 11 2 21 21 22 k km X X （4）验证主振型的正交性 质量矩阵的正交性 0 618. 0 000. 1 1200 0120 618. 1 000. 1 21 T T XmX 刚度矩阵的正交性 0 618. 0 000. 1 86308630 863017260 618. 1 000. 1 21 T T XkX 解 2） ：由表 3.2 查得：类场地，第二组，Tg=0.40s 由表 3.3 查得：7 度多遇地震 08. 0 max 第一自振周期 gg TTTT5s,200. 1 2 1 1 1 第二自振周期 gg TTTT5s,458. 0 2 1 2 2 （1）相应于第一振型自振周期 1 T的地震影响系数： 030. 008. 0 200. 1 40. 0 9 . 0 max 9 . 0 1 1 T Tg 第一振型参与系数 724. 0 618. 11200000. 11200 618. 11200000. 11200 222 1 2 1 1 1 1 i ii n i ii m m 于是：kN06.261200000. 1724. 0030. 0 1111111 GF kN17.421200618. 1724. 0030. 0 2121112 GF 第一振型的层间剪力： kN17.42 1212 FV kN23.68 121111 FFV （2）相应于第二振型自振周期 2 T的地震影响系数： 071. 008. 0 458. 0 40. 0 9 . 0 max 9 . 0 2 2 T Tg 第二振型参与系数 276. 0 )618. 0(1200000. 11200 )618. 0(1200000. 11200 222 1 2 2 1 2 2 i ii n i ii m m 于是：kN52.231200000. 1276. 0071. 0 1212221 GF kN53.141200)618. 0(276. 0071. 0 2222222 GF 第二振型的层间剪力： kN53.14 2222 FV kN99. 8 222121 FFV （3）由 SRSS 法，计算各楼层地震剪力： kN60.44)53.14(17.42 22 2 2 2 22 j j VV kN821.6899. 823.68 22 2 2 2 11 j j VV 2、某两层钢筋混凝土框架，集中于楼盖和屋盖处的重力荷载代表值相等kN1200 21 GG，每层 层高皆为 4.0m，框架的自振周期s028. 1 1 T；各层的层间刚度相同m/kN8630 21 DD；类场 地，7 度第二组（)08. 0 s,40. 0 max g T，结构的阻尼比为05. 0，试按底部剪力法计算框架的楼 层地震剪力，并验算弹性层间位移是否满足要求（ 450/1 e ） 。 解： （1）求结构总水平地震作用： 033. 008. 0 028. 1 40. 0 9 . 0 max 9 . 0 1 1 T Tg kN32.67)12001200(85. 0033. 0 eq1Ek GF （2）求作用在各质点上的水平地震作用 sTsT g 56. 04 . 04 . 14 . 1028. 1 1 092. 001. 0028. 108. 001. 008. 0 1 T n kN2 . 632.67092. 0 Eknn FF )1 ( nEk 1 11 1 F HG HG F n j jj kN37.20)092. 01 (32.67 8120041200 41200 nnEk 1 22 2 )1 (FF HG HG F n j jj kN95.462 . 6)092. 01 (32.67 8120041200 81200