土木工程抗震设计复习资料讲述

1、土木工程抗震设计复习资料1.地震是地球内部能量长期积累和突然释放后传播到地面时发生的振动现象。 1. 地震破坏的作用： 直接灾害： 地表破坏：地面裂缝、地陷、喷砂、冒水及山石崩裂、滑动等。 结构物破坏：A.结构丧失整体稳定性而引起的破坏； B结构强度不足引起的破坏； C.结构塑性变形能力不足引起的破坏； D.地基失效引起的破坏。 次生灾害：由于地震间接引起的灾害。 1. 罕遇烈度：在50年期限内，一般场地条件下，可能遭遇的超越概率为1%3%的地震烈度值 1.多遇烈度：在50年期限内，一般场地条件下，可能遭遇的超越概率为63%的地震烈度值 2. 震源：地球内部发生地震的地方。 3. 震中：震源正

2、方向相应的地面位置。 4. 震源深度：震中到震源的垂直距离。 5. 震中距：建筑物到震中之间的距离。 6. 震源距：建筑物到震源之间的距离。 7. 极震区：在震中附近，振动最剧烈，破坏最严重的地区。 8. 地震波：指从震源产生向四周辐射的弹性波。根据在地壳中传播的位置不同，分为体波和面波。 体波：分为纵波和横波。纵波的介质质点振动方向与波的传播方向是一致的，在纵波由震源向外传播的过程中介质不断被压缩疏松，所以纵波也称为压缩波，又称P波。纵波既能在固态物质中传播，也能在液态与气态物质中传播，通常其振幅与周期都比较小。而横波的介质质点振动方向与波的传播方向是垂直的，是剪切波，又称S波。横波只能在固

3、态物质中传播，通常其振幅较大，周期比较长。 面波：指沿地表或地壳不同地质层界面传播的地震波。包括瑞利博（R波）和勒夫波（L波）。瑞利波传播时，质点在波的传播方向和地表面法向所组成的平面内做与波前进方向相反的椭圆运动，在地面表现为滚动形式。勒夫波传播时，质点在地平面内产生与波前进方向相垂直的运动，在地面上表现为蛇行运动。面波使地面既垂直振动又水平振动。 9. 震级：地震震级是地震的强度级别，它由震源所释放出的能量来确定。目前，国际上常用的是里氏震级。震级等于标准地震仪记录到的震中距=100km处地面最大水平位移的常用对数。 10. 烈度：地震烈度是度量某一地区地面和建筑物遭受一次地震影响的强烈程

4、度。 11. 抗震设防标准： 抗震设防分类：特殊设防类、重点设防类、标准设防类、适度设防类。 抗震设防标准： A. 甲类建筑：地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求，其值应按批准的地震安全性评价结果。 B. 乙类建筑：地震作用应符合本地区的抗震设防烈度的要求。 C. 丙类建筑：地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度的要求。 D. 丁类建筑：一般情况下，地震作用仍应符合本地区抗震设防烈度的要求。 抗震设防烈度：抗震设防是指对建筑结构进行抗震设防并采取一定的抗震构造措施，以达到结构抗震的效果和目的。抗震设防的依据是抗震设防烈度，地震烈度按不同的频度和强度通常分为小震烈度，中震烈度和大震烈度。

5、 抗震设防目标：小震不坏，中震可修，大震不倒。三水准设防的要求如下： A. 第一水准，在遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，建筑物一般不受损失或不需要修理仍可继续使用。 B. 第二水准，在遭受本地区规定的设防烈度的地震影响时，建筑物可能有一定损坏，但不至危及人民生命和生产设备安全，经过一般修理后或不修理仍可继续使用。 C. 第三水准，在遭受高于本地区规定的设防烈度的预估罕遇地震影响时，建筑物不至倒塌发生危及生命的严重破坏。 12. 两阶段抗震设计方法： 第一阶段设计：首先按与基本烈度相应的众值烈度的地震参数，用弹性反应谱发求得结构在弹性状态下的地震作用效应；然后与其他荷载效应按一定的组合原

6、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：再大震作用下，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容易倒塌的结构除进行第一阶段设计外，还要按第三水准烈度的地震动参数进行薄弱层的弹塑性变形验算，并采取相应的构造措施，以满足第三水准的设防要求。12. 怎样验算天然地基抗震承载力13. 抗震概念设计：根据地震灾害和工程经验等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。 14. .为什么地基的抗震承载力大于静承载力 地基土在静荷载作用下，地基土将

7、产生弹性变形和永久变形。其中，弹性变形可在短时间内完成，但永久变形的完成则需要较长的时间而地震作用是有限次数不等幅的随机荷载，其等效循环荷载不超过十几次到几十次，并且作用时间很短，所以只能是土层产生弹性变形，其结果是地震作用时地基的变形要比相同条件静荷载产生的地基变形要小的多。因此，在有地震作用时，地基上的抗震承载力应比地基土的静承载力大。 15. 场地的类别：建筑场地类别应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度划分为4个不同的类别。 16. 地基土液化的概念与机理： 在地震时，饱和松散的砂土或黏土，地震时易发生液化现象，使地基承载力丧失或减弱，甚至喷水冒砂，这种现象一般称为地基土液化。 地基土

8、液化的机理是：地震时，饱和砂土和粉土颗粒在强烈振动下发生相对位移，颗粒结构趋于压密，颗粒间孔隙水来不及排泄而受挤压，因而使孔隙水压力急剧增加。当孔隙水压力上升到与土颗粒所收到的总的正压应力接近或相等时，土粒之间因摩擦产生的抗剪能力消失，土颗粒变形同“液体”一样处于悬浮状态，形成液化现象。 16. 影响地基土液化的因素: 土层的地质年代; 土的密实程度与黏粒含量; 土层的埋深和地下水位的深度; 地震烈度和持续时间; 17. 液化土的判别与评价： 液化的判别：分为初步判别和标准贯入试验判别。初判时以地质年代、黏粒含量、地下水位及上覆非液化土层厚度等作为判别条件。当初步判别认为地基土存在液化可能时，

9、应采用标准贯入试验进一步判别其是否液化。标准贯入试验判别液化：先用钻具钻至试验土层标高以上150mm，再将标准贯入器打至试验土层标高位置，然后在锤的落距为760mm的条件下，连续打入土层300mm，记录所得锤击数为 。底下15m深度范围内实测值小于 时为液化土，否则为非液化土。若基础埋深大于15m时，应判别1520m范围内的液化可能性，此时临界值公式为 液化地基的评价： 1 液化地基评价的意义； 地基液化指数； 地基液化等级与可能震害。 18. 地震影响系数是指单自由度体系的绝对加速度反应S a（T）与重力加速度g之比，是无量纲的。 19. 动力系数是指S a（T）与地震动加速度峰值xg(t)

10、max的比值，是无量纲的。 20. 地震反应谱的影响因素及特点： 反应谱的主要影响因素为：结构阻尼比和地震动激励特性。地震动xg(t)的特性又取决于场地类别、震中距及地震烈度。 反应谱的主要特点： 阻尼比对反应谱的影响较大。越大，谱值越小，且谱曲线的波动变得越平缓。 反应谱随结构周期T的变化方面：对于动力系数反应谱，当T趋于0时，趋于1，及最大加速度反应等于地震动峰值；当T在00.1s时，大致呈线性增加；随后当T小于某个拐点周期值Tg时，出现波动起伏，此时动力学达到最大值，TTg值时，值快速降低；当T超过Tg较多时，下降变缓，接近线性。 场地条件对加速度反应普形状的影响较大。场地土质越软，反应

11、谱峰值对应的周期越长，即特征周期Tg越长。 地震震中距大小对加速度反应谱的影响与场地类别的影响类似；离震中越远，地震波中长周期分量的贡献越大，加速度反应普的主要峰值点越偏于较长的周期，即特征周期越长21. 底部剪力法适用范围： 结构高度不超过40m，或近似于单质点体系的结构。 结构沿高度的质量、刚度比较均匀。 22. 鞭梢效应：指当建筑物受地震作用时，它顶部的小突出部分由于质量和刚度比较小，在每一个来回的转折瞬间，形成较大的速度，产生较大的位移，就和鞭子的尖一样，这种现象称为鞭梢效应。 23. 结构薄弱层弹塑性位移反应的简化计算： 首先计算钢筋混凝土框架结构各楼层的屈服强度系数ui，计算单层厂

12、房横向排架上柱的u。 确定薄弱层的位置：对框架结构，应先判断yi值沿高度分布是否均匀，再判断薄弱层位置。对单层厂房横向排架柱，薄弱部位取上柱。 计算薄弱层罕遇地震下的弹塑性层间位移。 24. 为什么要限制砌体结构的层高： 由于砌体结构墙体的脆性性质，地震时易产生裂缝，开裂墙体在地震作用下极易产生出平面的错动，从而大幅度降低墙体的竖向承载力。如果房屋的层数多、自重大，破裂和错位的墙体就可能被压垮，为此，限制砌体结构房屋的高度和层数是提高结构抗震性能的主要措施之一。 25. 为什么要限制砌体房屋高宽比： 砌体房屋当高度过大时材料强度难以满足要求，当房屋的宽度过小时地震中易发生整体弯曲破坏，为减小地

13、震中结构的破坏，闲置房屋高度的同时还应房屋的宽度。 26. 构造柱的设置与作用： 在多层砌体结构中设置钢筋混凝土构造柱，是指先砌筑墙体，而后在墙体两端或纵横交界处现浇的钢筋混凝土柱。在墙体中设置构造柱，可以部分的提高墙体的抗剪强度，一般可提高10%30%；构造柱对砌体起约束作用，提高其变形能力；构造柱与圈梁形成的约束体系可以有效地限制墙体的散落，增强了房屋在地震时的抗倒塌能力。 27. 圈梁的设置与作用： 圈梁可以将房屋的纵横墙连接起来，增强了房屋的整体性和墙体的稳定性；圈梁和构造柱的联合作用，可以有效地约束墙体裂缝的开展，从而提高墙体的抗震能力；圈梁还可以有效的减小由于地震或其他原因引起的地

14、基不均匀沉降对房屋造成的不利影响。 27抗震等级： 抗震等级是设计部门依据国家有关规定，按“建筑物重要性分类与设防标准”，根据设防类别、结构类型、烈度和房屋高度四个因素确定，而采用不同抗震等级进行的具体设计。通过抗震等级的划分，就可以采取相应的抗震措施，从而确定项目所在地的设防烈度，建筑结构的类型，高度等。 28. 反弯点法与D值法： 水平荷载为主时，框架分析得到的弯矩图里，框架柱脚弯矩和柱顶的弯矩方向是相反的，一正一负经过零，零点位置叫反弯点，反弯点都位于柱中点附近。反弯点法是一种手工计算的简化近似计算方法之一种。适用于规则框架。就是利用这个（反弯点都位于柱中点附近）特性，设每层柱子中点弯矩

15、为零，把多层框架截成每层每层的计算简图来计算。柱的抗侧移刚度不但与柱的线刚度和层高有关，而且还与梁的线刚度有关，另外，柱的反弯点高度也与梁柱线刚度比、上下层横梁的线刚度比，上下层层高的变化等因素有关。日本武藤清教授在分析了上述影响因素的基础上，对反弯点法中柱的抗侧移刚度和反弯点高度进行了修正。修正后，柱的抗侧移刚度以D表示，故此法又称“D值法”，也称为修正反弯点法。 29. 框架结构截面抗震设计： 一般原则：强柱弱梁、强剪弱弯、强节点，强锚固。 强柱弱梁：是使塑性铰首先在框架梁端出现，尽量避免或减少在柱中出现。即按照节点处梁端实际受弯承载力小于柱端实际受弯承载力的思想进行计算，以争取使结构能够

16、形成总体机制，避免结构形成层间结构。 强剪弱弯：是指防止构件在弯曲屈服前出现脆性的剪切破坏，即要求构件的受剪承载力大于其屈服时实际达到的剪力。强节点、强锚固：是指在构件塑性铰充分发挥作用前，节点不应出现破坏。30. 剪压比： 剪压比是截面上平均剪应力与混凝土轴心抗压强度设计值的比值，以V/fcbh0表示，用以说明截面上承受名义剪应力的大小。梁塑性铰区的截面剪应力大小对梁的延性、耗能及保持梁的刚度和承载力有明显的影响。为了保证梁截面不至于过小，使其不产生过高的主压应力，必须限制剪压比。 31. 轴压比： 轴压比是指柱组合的轴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值，即N/f

17、cbchc。轴压比是影响柱的破坏性太和变形能力的重要因素之一。试验研究表明，柱的延性随轴压比的增大会显著下降，并且有可能产生脆性破坏。尤其是当轴压比增长到一定数值时，增加约束箍筋对柱的变形能力的影响很小。因而，有必要限制轴压比。 32. 框架节点抗震设计基本原则： 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； 梁柱纵筋在节点区应有可靠的锚固； 节点配筋不应使施工过分困难。 33. 框架结构抗震构造措施： 框架梁的抗震构造措施：梁截面尺寸、梁的纵向钢筋配置、梁端部箍筋的配置。 框架柱的抗震构造措施：柱截面尺寸、柱

18、的纵向钢筋配置、柱端部箍筋的配置。 框架节点的抗震构造措施； 钢筋的接头和锚固； 砌体填充墙的构造。 34. 箍筋的作用; 参与抗剪； 约束混凝土，提高抗压强度，提高抗变形能力； 为纵筋提供侧向支撑，防止纵筋压曲。 34. 建筑地段划分为几类，选址原则是什么 建筑场地类别应根据土的剪切波速和场地覆盖层厚度分为四类选址原则：应避开建筑抗震不利地段，当必须在条状的突出山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石的陡坡、河岸的边坡边缘等不利地段建造丙类及丙类以上的建筑物时，除保证在地震作用下的稳定性外，尚应估计不利地段对设计地震动参数可能产生的放大作用，其地震影响系数最大值应乘以增大系数，其值可根据不利地段的具体情

19、况在1.101.60之间取值。35. 如何计算框架结构在水平荷载作用下的侧移？ 可认为是由梁柱弯曲变形引起的侧移和柱轴向变形的叠加. 【（1）计算梁柱线刚度 （2）计算柱侧移刚度 及 （3）确定结构的基本自振周期Ti （1）查表由设计反应谱特征周期Tg，确定1 （5）计算结构底部剪力FEK。 （6）计算楼层剪力Vi （7）求层间弹性位移 （8）验算是否满足式：】 36.振型反应谱法的重要步骤 （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

20、地震作用效应土木工程抗震设计考试大纲 Page12 地震波(体波，面波 怎样区分他们) 一 体波 面波的含义？ 地震波在地球内部是以体波的形式传播的。体波可以分为横波（S）和纵波（P），纵波的介质质点振动方向与波的传播方向一致 ，振幅和周期比较小，它可以再气液固中传播，p波。 横波介质质点振动方向与波的传播方向是垂直的，周期振幅比较大，只能在固体中传播，叫剪切波，S波。P波比S波的波速快。 面波指沿地表或地壳不同地质层界面传播的地震波。一般认为，面波是体波经地层界面多次反射、折射所形成的次生波。 其有两种波，一种叫瑞雷波 一种叫洛夫波。面波速度最慢。振幅最大。面波的能量比体波要大。建筑物和地表

21、的破坏主要以面波为主。 二 烈度 地震烈度是度量某一地区和建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。其主要以人的感觉和现象和大多数房屋震害程度来评定的。 抗震设防是指建筑物进行抗震设计，并采取一定的抗震构造措施，以达到结构抗震的效果和目的。 P17抗震设防烈度是按国家批准权限审定的作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。 三 抗震设防标准 小震不坏 中震可修 大震不倒 第一水准 在遭受低于本地区设防烈度(基本烈度）的多遇地震影响时，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 在遭受本地规定的设防烈度的地震影响时，建筑物(包括结构和非结构部分）可能有一定损坏，但不致危及人民生命和生产设备安全，经

22、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。 P18 各类建筑 设计标准 四 两阶段的设计方法 上述三个水准 可知在第一水准时 结构应处于弹性工作阶段 因此 可以以采用弹性动力理论进行建筑结构地震反应分析，以满足强度要求。在第二第三水准的时候 结构已经进入了弹塑性性工作阶段 主要靠其变形和吸能能力来抵抗地震，在此阶段 应控制建筑结构的层间弹塑性变形 以避免产生不易修复的变形或避免倒塌危及生命财产安全。 第一阶段设计 首先按与基本烈度相应的众值烈度（相当于小震）的地震参数，用弹性反应谱法求得结构在弹性状态下的地震

23、作用效应，然后与其他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。第二设计阶段：在大震作用下，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进行第一阶段设计外，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）。 在设计中通过良好的抗震构造措施使第二水准要求得以实现，从而达到“中震可修”的要求。 Page26 场地的类别（分类依据） 建筑场地类别应根据土层等效剪切波速和场地覆盖厚

24、度划分为4个类别。 Page29 地基土抗震承载力（定义） 在地震作用时的地基土的抗震承载力应比地基土的静承载力大，地震是偶发事件，是特殊荷载，因而地基抗震承载力可靠度可以比静荷载作用时有所降低Page30 地基土液化的概念 地震时饱和粉土和砂土颗粒在振动结构趋于压密，颗粒间孔隙水压力急剧增加，当其上升至与土颗粒所受正压应力接近或相等时，土颗粒间因摩擦产生的抗剪能力消失，土颗粒像液体一样处于悬浮状态，形成液化现象。 四点主要因素1土层的地质年代 2 土的密实程度与粘粒含量 3 土层的埋深和地下水位的深度 4 地震烈度和持续时间 Page41 重力荷载代表值定义 结构抗震设计时的基本代表值，是结

25、构自重（永久荷载）和有关可变荷载的组合值之和。其效应可按静力法计算。其组合值系数根据地震时竖向可变荷载的遇合概率确定。 Page50 地震动反应谱概念（地震影响系数a，动力系数b ） page51 地震反应谱是指单自由度弹性体系在一地的地震动作用和阻尼比下，最大地震反应量与自振周期的关系曲线。主要的影响因素是结构自振周期 阻尼比 场地条件 震中距大小及地震烈度等。 地震影响系数a 是单自由度体系绝对加速度反映与重力加速度之比。动力系数b 是绝对加速度与地震动加速度峰值之比。 Page62 振型的正交性与振型质量（计算题） Page71 底部剪力法（计算题） Page83 多自由度体系自振周期及

26、振型的计算 Page111 震害规律（七点） 1 对于刚性楼盖房屋，上层的皮坏轻，下层破坏重；柔性的相反 2 横墙承重房屋震害轻于纵向承重房屋 3 坚实地基上的房屋轻于软弱地基上的房屋震害 4 外廊式房屋往往地震破坏重 5 欲知楼板结构比现浇楼板结构破坏严重 6 房屋两端 墙角 楼梯间及其附属结构的震害严重 7 平面凸出凹进 立面变化复杂。较平面布置均匀震害重。 Page123 钢筋混凝土构造柱的抗震作用 1在墙体中设置了构造柱,能提高整体稳定性，还可以提高砌体的抗剪承载能力10 % 30 % ；2能明显约束墙体开裂,限制出现裂缝,和使裂缝不至于进一步扩展。提高变形能力，3构造柱与圈梁连接又可

27、以起到类似框架结构的作用,形成约束体系可以有效的限制墙体散落，增强了房屋在地震时的抗倒塌能力，其作用效果非常明显。 Page126 钢筋混凝土圈梁的抗震作用 1圈梁可以将房屋的纵横墙连接起来，增强了房屋的整体性和墙体的稳定性；2圈梁和构造柱联合作用，可以有效地约束墙体的裂缝开展，从而提高墙体的抗震能力；3圈梁还可以有效地抵抗由于地震或其他原因引起的地基不均匀沉降对房屋造成的不利影响。Page147 框架的震害 一 框架柱的震害1柱端弯剪破坏 2柱身剪切破坏 3角柱破坏 4 短柱破坏 二 框架梁的震害 1梁端剪切破坏 2梁端的正截面破坏 3主筋锚固不足被拔破坏 梁的剪切破坏和锚固破坏时脆性破坏

28、三 框架梁柱节点震害 1节点核芯抗剪强度不足引起的破坏 2节点剪压比较大，箍筋尚未屈服，混凝土剪压 酥脆发生破坏。 3构造不当破坏 Page151 抗震等级 Page164 一般原则 为了保证当建筑遭受中等烈度的地震影响时，具有良好的耗能能力，以及当建筑遭受高于本地区设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏，要求结构具有足够的延性。要保证结构的延性就必须保证构件有足够大的延性，特别是重要构件。构件的延性是以其截面塑性绞的转动能力来度量的。因此在进行结构抗震设计时，应该注意构件塑性绞的设计，以使结构具有较大延性。强柱弱梁 强剪弱弯 强节点 强锚固 强柱弱梁是使塑性绞首先在框架梁端出现，尽量避免或减少在柱中出现。 强剪弱弯是指防止构件在弯曲屈服前出现脆性的剪切破坏。 强节点 、强锚固是指在塑性铰充分发挥作用之前，节点不应该出现破坏 Page166 剪压比的限制（为什么要限制） 轴压比的限制 167页 截面上的平均剪应力0与混凝土轴心抗压强度设计值的比值 剪压比极限大约在0.24左右，大于0.30时，即使增加箍筋，也容易发生斜压破坏。为了保证梁截面不至于过小，使其不发生过高的主