建筑结构抗震设计试题及答案

建筑结构抗震设计试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.我国建筑抗震设防的“三水准”目标中，“大震不倒”对应的地震烈度是（）。A.多遇地震烈度B.设防烈度C.罕遇地震烈度D.基本烈度2.下列关于地震作用计算方法的描述中，正确的是（）。A.底部剪力法适用于高度超过80m的框架-剪力墙结构B.振型分解反应谱法需考虑前3个振型的组合效应C.时程分析法适用于特别不规则或甲类建筑D.弹性时程分析的地震波数量应不少于10条3.某多层框架结构采用C30混凝土（轴心抗压强度设计值fc=14.3N/mm²），框架柱截面尺寸为500mm×500mm，柱端弯矩设计值为250kN·m，若采用对称配筋，柱的计算长度l0=5m，该柱的轴压比限值应为（）。A.0.7B.0.8C.0.9D.1.04.下列关于结构延性的描述中，错误的是（）。A.延性好的结构在地震中能通过塑性变形耗散能量B.提高混凝土强度等级可显著增加框架梁的延性C.框架柱的剪跨比大于2时更易发生延性破坏D.强柱弱梁设计可避免柱端先于梁端出现塑性铰5.某建筑场地位于8度（0.2g）设防区，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，其特征周期Tg应为（）。A.0.35sB.0.40sC.0.45sD.0.55s6.下列关于砌体结构抗震措施的描述中，正确的是（）。A.多层砖房构造柱的截面尺寸不应小于240mm×180mmB.圈梁应闭合，遇洞口时可断开但无需补强C.楼梯间四角可不设构造柱D.砌块墙与构造柱的拉结筋间距应不大于800mm7.某8层框架结构，首层层高4.5m，其余各层3.6m，总重力荷载代表值G=80000kN，结构基本自振周期T1=0.8s，8度设防（αmax=0.16），场地类别Ⅱ类（Tg=0.35s），则结构总水平地震作用标准值FEk为（）。A.10240kNB.8960kNC.7680kND.6400kN8.下列关于隔震与消能减震结构的描述中，错误的是（）。A.隔震层应设置在结构底部，降低上部结构的地震反应B.粘滞阻尼器通过流体粘滞效应耗散能量C.消能减震结构的地震作用可按降低1度取值D.隔震结构的水平向减震系数应根据隔震层的等效刚度和阻尼比确定9.某钢筋混凝土剪力墙结构，墙厚200mm，混凝土强度等级C40（fc=19.1N/mm²），水平分布钢筋采用HRB400级（fy=360N/mm²），间距s=200mm，墙的水平地震剪力设计值V=800kN，墙的计算高度hw=3.0m，截面宽度bw=200mm，该墙水平分布钢筋的最小配筋率应为（）。A.0.20%B.0.25%C.0.30%D.0.35%10.下列关于地震作用下结构扭转效应的描述中，正确的是（）。A.平面不规则结构的扭转位移比应不大于1.5B.质量中心与刚度中心重合可完全消除扭转效应C.增大结构周边抗侧力构件的刚度可减小扭转效应D.扭转效应仅影响结构的第一振型二、简答题（每题8分，共40分）1.简述建筑抗震设防“三水准”目标的具体内容及对应的设计方法。2.框架结构“强柱弱梁”设计原则的意义是什么？如何通过设计参数实现？3.场地类别划分的依据是什么？场地类别对地震作用计算有何影响？4.砌体结构中构造柱和圈梁的协同工作机制是什么？列举至少3项构造柱的设置要求。5.简述时程分析法的适用范围及输入地震波的选择原则。三、计算题（每题15分，共30分）1.某6层钢筋混凝土框架结构，各层重力荷载代表值如下：G1=G2=G3=G4=G5=12000kN，G6=10000kN，结构基本自振周期T1=0.6s，场地类别为Ⅱ类（Tg=0.35s），8度设防（αmax=0.16），设计地震分组为第一组。（1）计算结构总水平地震作用标准值FEk；（2）计算第3层的水平地震作用标准值Fi（i=3）；（3）若各层抗侧移刚度D1=D2=…=D6=2×10⁵kN/m，计算第2层的层间剪力V2。2.某框架柱截面尺寸为600mm×600mm，计算长度l0=6m，混凝土强度等级C35（fc=16.7N/mm²），纵筋采用HRB400级（fy=360N/mm²），箍筋采用HPB300级（fyv=270N/mm²），柱端弯矩设计值M=450kN·m，轴力设计值N=3000kN，抗震等级为二级（ηc=1.2）。（1）判断该柱是否需要考虑二阶效应（提示：l0/b≤5时可忽略）；（2）计算柱的轴压比μN，并判断是否满足二级抗震等级的限值（限值为0.85）；（3）若柱端剪力设计值V=180kN，计算箍筋的最小配箍特征值λv（提示：λv=0.12+0.01×(N/(fcA))，N/(fcA)≤0.3时取λv=0.12）。四、案例分析题（10分）某7层钢筋混凝土框架-剪力墙结构，平面尺寸为30m×15m，首层层高4.8m，其余各层3.6m，建筑场地为8度（0.2g）设防区，场地类别Ⅱ类。经初步设计，结构存在以下问题：（1）平面布置中，东侧框架柱间距为8m，西侧为6m，导致质量中心与刚度中心偏差800mm（建筑平面宽度15m）；（2）第4层剪力墙厚度由250mm减至200mm，相邻上下层剪力墙厚度均为250mm，形成刚度突变；（3）屋顶层设置突出屋面的水箱间（高度3m），未进行鞭梢效应验算。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010），分析上述问题的危害，并提出改进措施。建筑结构抗震设计试题答案一、单项选择题1.C2.C3.B4.B5.A6.A7.B8.C9.B10.C二、简答题1.（1）“三水准”目标：①第一水准（小震不坏）：当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，结构一般不受损坏或不需修理可继续使用；②第二水准（中震可修）：当遭受相当于本地区设防烈度的地震影响时，结构可能损坏，但经一般修理或不需修理仍可继续使用；③第三水准（大震不倒）：当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震影响时，结构不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。（2）设计方法：采用“两阶段设计”实现三水准目标。第一阶段为多遇地震作用下的弹性设计，验算承载力和弹性变形；第二阶段为罕遇地震作用下的弹塑性变形验算，确保结构不倒塌。2.（1）意义：避免柱端先于梁端出现塑性铰，使塑性铰优先在梁端形成，保证框架结构在强震下形成“梁铰机制”，提高结构延性和抗倒塌能力。（2）实现方法：通过调整柱端弯矩设计值，使其大于梁端弯矩设计值之和。具体为：对一、二、三级框架的梁柱节点，柱端弯矩设计值应取该节点上下柱端弯矩设计值之和，且不小于梁端左右弯矩设计值之和乘以增大系数ηc（一级ηc=1.4，二级1.2，三级1.1）。3.（1）划分依据：根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度，将场地划分为Ⅰ0、Ⅰ1、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类。（2）影响：场地类别决定特征周期Tg，Tg越大，长周期结构的地震影响系数α越大；场地类别还影响地震作用计算时的反应谱形状，软土场地（Ⅲ、Ⅳ类）的Tg较长，对长周期结构更不利。4.（1）协同工作机制：构造柱与圈梁形成“弱框架”，约束砌体墙的变形，提高砌体结构的整体性和抗剪能力；圈梁闭合设置可增强水平刚度，防止墙体因不均匀沉降或地震倾斜而开裂；构造柱通过拉结筋与砌体连接，限制块体错位，延缓墙体破坏。（2）构造柱设置要求：①房屋四角、楼梯间四角、较大洞口两侧；②横墙与外纵墙交接处；③构造柱截面尺寸不宜小于240mm×180mm，纵筋不少于4φ12，箍筋间距不大于250mm（6、7度时底层、8度时各层）；④构造柱与墙的拉结筋沿墙高每500mm设2φ6，伸入墙内不少于1m。5.（1）适用范围：①甲类建筑；②特别不规则的乙类建筑；③高度超过规定的高层建筑（如8度区超过80m的框架-剪力墙结构）；④质量和刚度沿高度分布特别不均匀的结构。（2）地震波选择原则：①应选用实际强震记录或人工模拟波，数量不少于2条实际记录和1条人工波；②地震波的峰值加速度应调整为与设防烈度对应的多遇地震加速度时程最大值；③地震波的频谱特性应与场地类别和设计地震分组匹配（即特征周期接近Tg）；④持续时间不宜过短，一般取结构基本周期的5~10倍。三、计算题1.（1）总水平地震作用标准值FEk根据《抗规》，水平地震影响系数α1=（Tg/T1）^γ·η2·αmax，其中Tg=0.35s，T1=0.6s（Tg<T1≤5Tg），γ=0.9，η2=1.0（阻尼比0.05）。α1=(0.35/0.6)^0.9×1.0×0.16≈0.098×0.16≈0.098×0.16？（计算修正：(0.35/0.6)=0.583，0.583^0.9≈0.583^(1-0.1)=0.583×0.583^(-0.1)≈0.583×1.08≈0.63）正确计算：α1=(Tg/T1)^γ·η2·αmax=(0.35/0.6)^0.9×1.0×0.16≈(0.583)^0.9×0.16≈0.63×0.16≈0.1008FEk=α1·Geq=0.1008×0.85×(5×12000+10000)=0.1008×0.85×70000≈0.1008×59500≈5997.6kN（修正：Geq=0.85×总重力荷载代表值，总G=5×12000+10000=70000kN，Geq=0.85×70000=59500kN，α1=(Tg/T1)^γ·η2·αmax=(0.35/0.6)^0.9×1.0×0.16≈(0.583)^0.9≈e^(0.9×ln0.583)≈e^(0.9×(-0.539))≈e^(-0.485)≈0.615，故α1=0.615×0.16≈0.0984，FEk=0.0984×59500≈5850kN。但原题可能简化计算，假设T1=0.6s<Tg=0.35s？不，Tg=0.35s<T1=0.6s，故α1=(Tg/T1)^γ·αmax=(0.35/0.6)^0.9×0.16≈0.098×0.16？可能题目数据调整，正确结果应为FEk=α1×Geq=0.16×0.85×70000=9520kN？但根据规范，当T1≤Tg时，α1=αmax；当Tg<T1≤5Tg时，α1=(Tg/T1)^γ·η2·αmax。本题T1=0.6s>Tg=0.35s，γ=0.9，η2=1.0，故α1=(0.35/0.6)^0.9×0.16≈(0.583)^0.9≈0.63，0.63×0.16≈0.1008，FEk=0.1008×59500≈5997.6kN≈6000kN。但可能题目设定简化，正确答案以步骤为准。（2）第3层水平地震作用Fi=Gi·Hi·FEk/Σ(Gj·Hj)各层高度H1=4.8m（假设首层层高4.8m？原题未明确层高，假设各层层高3.6m，H1=3.6m，H2=7.2m，H3=10.8m，H4=14.4m，H5=18.0m，H6=21.6m）Σ(Gj·Hj)=12000×(3.6+7.2+10.8+14.4+18.0)+10000×21.6=12000×54+216000=648000+216000=864000kN·mF3=12000×10.8×FEk/864000=129600×FEk/864000=0.15FEk（3）层间剪力V2=ΣFi（i=2到6），假设各层Fi按高度分布，V2=F2+F3+F4+F5+F6。若各层抗侧移刚度相同，层间剪力按刚度分配，但本题D相同，故V2=总剪力-第一层剪力，需具体计算。（注：因题目未明确层高，实际考试中需假设层高为3m，H1=3m，H2=6m，H3=9m，H4=12m，H5=15m，H6=18m，ΣGjHj=12000×(3+6+9+12+15)+10000×18=12000×45+180000=540000+180000=720000kN·m，FEk=α1×Geq=0.16×0.85×70000=9520kN（假设T1≤Tg时α1=αmax=0.16，可能题目简化），则F3=12000×9×9520/720000=108000×9520/720000=1428kN，V2=F2+F3+F4+F5+F6=(12000×6+12000×9+12000×12+12000×15+10000×18)×9520/720000=(72000+108000+144000+180000+180000)×9520/720000=684000×9520/720000≈9048kN）2.（1）二阶效应判断：l0/b=6000/600=10>5，需考虑二阶效应。（2）轴压比μN=N/(fcA)=3000×10³/(16.7×600×600)=3000000/(16.7×360000)=3000000/6012000≈0.499≤0.85，满足要求。（3）配箍特征值λv=0.12+0.01×(N/(fcA))=0.12+0.01×0.5=0.125（因N/(fcA)=0.5>0.3，故按公式计算）。四、案例分析题（1）平面布置问题：质量中心与