工程结构抗震-学习指南1000

工程结构抗震工程结构抗震 学习指南学习指南 一 名词解释一 名词解释 1 地震震级地震震级 衡量一次地震释放能量大小的尺度 2 地震烈度地震烈度 地震对地表和工程结构影响的强弱程度 是衡量地震引起后果的一种尺度 3 震中烈度震中烈度 震中去的地震烈度最大 称之为震中烈度 4 特大地震特大地震 地震等级 M 8 的地震 5 震中烈度震中烈度 震中去的地震烈度最大 称之为震中烈度 6 地震作用地震作用 地震时作用在房屋上的惯性力 称为地震作用 也称为地震力 7 抗震概念设计抗震概念设计 基于震害经验建立的抗震基本设计原则和思想 包括工程结构总体布 置和细部构造 8 场地覆盖层厚度场地覆盖层厚度 由地面至剪切波速大于规定值的土层或坚硬土顶面的距离 9 场地土的卓越周期场地土的卓越周期 地震波的某个分量在穿过场地土时被放大的最多 这个行波分量 的周期称为场地土的卓越周期 10 三水准三水准 小震不坏 中震可修 大震不倒 12 抗震构造措施抗震构造措施 根据抗震概念设计原则 一般不需计算 为提高工程结构抗震性能 而必须采取的细部构造措施 12 双共振现象双共振现象 在建筑物的自振周期与建筑场地的卓越周期接近时 地震波中周期与 场地卓越周期接近的行波分量被放大二次的现象 13 隔震设计隔震设计 进行隔震的建筑结构设计称为隔震设计 14 消能减震设计消能减震设计 在建筑物的抗侧力结构中设置消能部件 通过消能元件局部变形提 供附加阻尼 吸收与消耗地震能量 二 填空题二 填空题 1 地震现象表明 纵波使建筑物产生 上下颠簸上下颠簸 剪切波使建筑物产生 水平方向摇水平方向摇 晃晃 而面波则使建筑物既产生 上下颠簸上下颠簸 又产生 左右摇晃左右摇晃 2 一般来讲 震级大 断层错位的冲击时间长 震中距离远 场地土层松软 厚度大的 地方 其地面运动加速度反应谱的主要峰点偏于 较长的周期较长的周期 相反 震级小 断层 错位的冲击时间短 震中距离近 场地土层坚硬 厚度薄的地方 其地面运动加速度反 应谱的主要峰点则一般偏于 较短的周期较短的周期 3 地震的不平稳性取决于 震级震级 震源特性震源特性 震中距震中距 和 地震波传播介质的地震波传播介质的 特性特性 等因素 4 就建筑结构抗震设计而言 地震地面运动的一般特征可用 地面运动最大加速度地面运动最大加速度 地面运动周期特性地面运动周期特性 和 强震的持续时间强震的持续时间 三个参数来描述 5 一般认为 加速度反应谱曲线最高峰点所对应的周期为 地震动卓越周期地震动卓越周期 6 抗震规范规定建筑设计应符合抗震概念设计的要求 不应采用严重不规则的设计方案 不规则主要有 平面平面 不规则和 竖向竖向 不规则 7 抗震规范 要求 钢筋混凝土结构必须设计成 延性结构延性结构 只有结构具有合理 的 刚度刚度 足够的承载力足够的承载力 以及 较强的变形能力较强的变形能力 才能真正实现 小震不坏 中震可修 大震不倒 的抗震设防目标 8 由于面波的能量比体波要 大大 所以造成建筑物和地表的破坏时以 面波面波 为主 9 地震按震源的深浅 可分为 浅源地震浅源地震 中源地震中源地震 和 深源深源 地震 10 地震宏观调查告诉我们 地质年代愈古老久远 地层的 固结程度固结程度 结构性结构性 也就愈好 抗 液化液化 的能力也就愈强 11 房屋在地震波的作用下既颠簸 又摇晃 这时房屋既受到垂直方向的地震作用 又 受到水平方向的地震所用 我们分别称之为 竖向地震作用竖向地震作用 和 水平地震作用水平地震作用 12 地震时 严重不均匀地基容易产生 裂缝裂缝 土体滑动土体滑动 不均匀沉降不均匀沉降 等 地基失效现象 从而使房屋开裂 变形或倾倒 13 地震波包括在地球内部传播的体波和只限于在地球表面传播的面波 其中体波包括 纵纵 波和 横横 波 而面波分为 瑞雷瑞雷 波和 洛夫洛夫 波 对建筑物和地表的 破坏主要以 面面 波为主 14 由于同一次地震对不同地点的影响是不一样的 因此 烈度就会随震中距的远近而 有所不同 一般情况是离震中越 远远 地震烈度越 小小 15 国内外的地震经验教训表明 搞好新建工程的 抗震设防抗震设防 对原有未经抗震设防 的工程进行 抗震加固抗震加固 等 是减轻地震灾害的最直接 有效的途径 16 抗震规范 规定 抗震设防烈度为 6 6 度及以上地区的建筑 必须进行抗震 设计 17 地震地面运动的周期特性对结构地震反应具有重要的影响 人类已经知道任何建筑 物都有其自振周期 假若地震地面运动周期以长周期为主 则它将引起 长周期柔性建长周期柔性建 筑物筑物 的强烈地震反应 反之 若地震地面运动周期特性以短周期为主 则它对 短周短周 期刚性建筑物期刚性建筑物 的危害就比较大 这就是 共振效应共振效应 的结果 18 饱和砂土或饱和粉土在静载作用下具有一定的承载能力 但是 在强烈的地震作用 下容易产生 液化液化 现象 其抗剪强度几乎等于 零零 地基承载能力完全 丧失丧失 建筑物如同处于液体之上 往往造成下陷 浮起 倾倒 开裂等难以修复的破坏 19 各类建筑场地都有自己的卓越周期 如果地震波中某个分量的 振动周期振动周期 与场 地的 卓越周期卓越周期 接近或相等 则地震波中这个分量的振动将被放大而形成 类共振类共振 现象 如果建筑物的自振周期有和场地的卓越周期相接近 又会引起 建筑物建筑物 与 地面地面 的类共振现象 这就形成了双共振现象 20 历次震害表明 地震时多层混合结构故房屋的破坏 随着房屋 高度高度 层数层数 的增加而加重 房屋 倒塌率倒塌率 几乎与房屋高度 层数成正比 21 地震地面运动的周期特性对结构地震反应具有重要的影响 人类已经知道任何建筑 物都有其自振周期 假若地震地面运动周期以长周期为主 则它将引起 长周期柔性建长周期柔性建 筑物筑物 的强烈地震反应 反之 若地震地面运动周期特性以短周期为主 则它对 短周短周 期刚性建筑物期刚性建筑物 的危害就比较大 这就是 共振效应共振效应 的结果 22 一般情况下 应在结构的 两个主轴两个主轴 方向上分别考虑结构的水平地震作用并进 行抗震验算 各方向的水平地震作用主要有该方向上的 抗侧力构件抗侧力构件 来分担 23 地面运动最大加速度无疑与震害有密切关系 一般来说 地面运动最大加速度值增 大 则地面建筑震害 加重加重 24 抗震规范规定建筑设计应符合抗震概念设计的要求 不应采用严重不规则的设计方 案 不规则主要有 平面平面 不规则和 竖向竖向 不规则 25 地震波包括在地球内部传播的体波和只限于在地球表面传播的面波 其中体波包括 纵纵 波和 横横 波 而面波分为 瑞雷瑞雷 波和 洛夫洛夫 波 对建筑物和地表的 破坏主要以 面面 波为主 26 场地土是指场地范围的地基土 一般情况下是由多种性质不同的土层组成 场地土 的刚性一般用土的 等效剪切波速等效剪切波速 表示 27 建筑的场地类别 根据土层 等效剪切波速等效剪切波速 和 场地覆盖层厚度场地覆盖层厚度 分类 28 根据场地土的性质和厚度不同 其卓越周期也不相同 坚硬场地土的卓越周期比软 弱场地土的卓越周期 短短 基岩以上的土层越厚 场地土的卓越周期越 长长 29 目前 确定地震作用的方法有 静力法静力法 反应谱方法反应谱方法 拟静力法拟静力法 和 时程分析方法时程分析方法 等方法 30 天然地基上 类场地的抗震承载力验算采用 拟静力法拟静力法 此法假定地震作 用如同 静力静力 作用 然后在静力作用条件下验算地基及基础的 承载力承载力 和地基的 稳定性稳定性 31 地面运动最大加速度无疑与震害有密切关系 一般来说 地面运动最大加速度值增 大 则地面建筑震害 加重加重 三 简答题三 简答题 1 结构隔震的原理是什么 结构隔震的原理是什么 答 结构隔震的原理是通过设置隔震装置系统形成隔震层 延长结构的周期 适当增 加结构的阻尼 使结构的加速度反应大大减少 同时使结构的位移集中于隔震层上 上 部结构象刚体一样 自身相对位移很小 结构基本上处于弹性工作状态 从而建筑物不 产生破坏或倒塌 2 结构隔震的概念是什么 结构隔震的概念是什么 答 结构隔震的概念 在建筑物基础与上部结构之间设置隔震装置形成隔震层 把房 屋结构与基础隔离开来 利用隔震装置来隔离或耗散地震能量以避免或减少地震能量向 上部结构传输 以减少建筑物的地震反应 实现地震时建筑物只发生轻微运动和变形 从而使建筑物在地震作用下不损坏或倒塌 5 5 何谓何谓 概念设计概念设计 什么情况下还要正确运用 什么情况下还要正确运用 概念设计概念设计 哪些方面须用概念设计 哪些方面须用概念设计 的方法加以正确处理 的方法加以正确处理 答 概念设计 是指对一些难以做出精确计算分析 或在某些规程中难以具体 规定的问题 应该由设计人员运用概念进行判断和分析 以便采取相应的措施 做到比 较合理地进行结构设计 因为对于较复杂的高层建筑 某些部位无法用解析方法精确计 算 特别是在地震区 地震作用的影响因素很多 要求精确计算是不可能的 还要运用 概念设计 需用概念设计的方法处理方面 结构平面布置 结构竖向布置 变形缝的 设置 基础设计 6 延性框架设计时应注意哪几方面 延性框架设计时应注意哪几方面 答 延性框架设计时应注意以下几点 1 强柱弱梁 设计原则 控制塑性铰的位置 2 梁柱的延性设计 3 强节点弱构件 设计原则 7 简述框架节点抗震设计的基本原则 简述框架节点抗震设计的基本原则 答 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 8 简述确定水平地震作用的振型分解反应谱法的主要步骤 简述确定水平地震作用的振型分解反应谱法的主要步骤 答 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 9 9 结构延性的作用如何 结构延性的作用如何 答 结构延性的作用 1 防止脆性破坏 2 承受某些偶然因素的作用 3 实现塑性内力重分布 4 有利于结构抗震 12 简述结构抗震计算原则简述结构抗震计算原则 答 各类建筑结构的抗震计算应遵循下列原则 1 一般情况下 可在建筑结构的两个主轴方向分别考虑水平地震作用并进行抗震验 算 各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担 2 有斜交抗侧力构件的结构 当相交角度大于15度时 应分别考虑各抗侧力构件方 向的水平地震作用 3 质量和刚度分布明显不对称的结构 应考虑双向水平地震作用下的扭转影响其他 情况宜采用调整地震作用效应的方法考虑扭转影响 4 8 度和 9 度时的大跨度结构 长悬臂结构 9 度时的高层建筑 应考虑竖向地震 作用 什么是小震 中震和大震 什么是小震 中震和大震 答 小震指该地区 50 年内超越概率约为 63 2 的地震烈度 即众值烈度 又称为多遇地 震 中震指该地区 50 年内超越概率约为 10 的地震烈 又称为基本烈度或设防烈度 大震指该地区 50 年内超越概率为 2 3 左右的地震烈度 又为称为罕遇地震 1 1 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 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 2 2 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 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 3 3 什么是鞭端效应 设计时如何考虑这种效应 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 4 4 简述提高框架梁延性的主要措施 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 5 5 什么是地基液化现象 影响地基液化的因素 什么是地基液化现象 影响地基液化的因素 答 饱和的粉土和砂土 在地震时由于颗粒之间的孔隙水不可压缩而无法排出 使得孔 隙水压力增大 土体颗粒的有效垂直压应力减小 颗粒局部或全部处于悬浮状态 土体 的抗剪强度接近于零 呈现出液态化的现象 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 6 6 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 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 c 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 7 7 什么叫轴压比 为什么要限制柱的轴压比 什么叫轴压比 为什么要限制柱的轴压比 答 轴压比 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 ccA f N n 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 剪压比剪压比 答 剪压比为 指构件截面上平均剪应力与混凝土轴心抗压强度设计值的 bh c f V 比值 用以反映构件截面上承受名义剪应力的大小 限制梁柱的剪压比 主 要是为了防止梁柱混凝土过早发生斜压破坏 8 8 为什么要限制多层砌体房屋抗震横墙间距 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 9 9 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 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 1010 什么是剪压比 为什么要限制剪压比 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 1111 什么是震级 什么是地震烈度 如何评定震级和烈度的大小 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 1212 抗震设计时 为什么要对框架梁柱端进行箍筋加密 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 1313 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 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 期时 在顶部附加水平地震作用 取 g TT4 1 1 Eknn FF 再将余下的水平地震作用分配给各质点 Ekn F 1 Ekn n j jj ii i F HG HG F 1 1 结构顶部的水平地震作用为和之和 n F n F 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 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 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 等效剪切波速等效剪切波速 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 即为等效剪切波速等效剪切波速 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 和结构的总体布置并确定细部构造的过程 26 26 延性和延性比是什么 为什么抗震结构要具有延性 延性和延性比是什么 为什么抗震结构要具有延性 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 3 在用底部剪力法计算多层结构的水平地震作用时 对于 T1 1 4Tg时 在 结构