2025年建筑结构抗震作业及答案

2025年建筑结构抗震作业及答案一、选择题（每题2分，共20分）1.某8度（0.2g）设防区的丙类建筑，高度28m，采用现浇钢筋混凝土框架结构，其抗震等级应为（）。A.一级B.二级C.三级D.四级答案：B（根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010，8度0.2g区框架结构高度≤24m时三级，25-30m时二级）2.下列哪项不是“三水准”抗震设防目标的内容（）。A.小震不坏B.中震可修C.大震不倒D.巨震可防答案：D（规范明确“三水准”为小震不坏、中震可修、大震不倒）3.计算结构水平地震作用时，采用振型分解反应谱法时，至少应考虑（）个振型。A.1B.3C.5D.视结构基本周期确定答案：B（规范要求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，至少取3个振型）4.隔震结构的水平向减震系数不宜小于（）。A.0.25B.0.35C.0.5D.0.75答案：A（《建筑隔震橡胶支座》JG118-2018规定，隔震结构水平向减震系数一般不小于0.25，以保证隔震层的有效性）5.框架结构中，梁端加密区箍筋的最小直径与抗震等级相关，二级抗震时梁端箍筋最小直径为（）。A.6mmB.8mmC.10mmD.12mm答案：B（规范规定二级框架梁端箍筋最小直径为8mm，一级为10mm）6.关于软弱地基上的建筑抗震设计，下列说法错误的是（）。A.应优先采用天然地基B.可采用桩基础将荷载传至稳定土层C.需验算地基土的抗震承载力D.应避免平面不规则答案：A（软弱地基承载力不足时，应采用人工地基或桩基础，而非优先天然地基）7.某多层砌体房屋，层高3m，总高18m（6层），8度设防，其构造柱最小截面尺寸应为（）。A.180mm×180mmB.240mm×180mmC.240mm×240mmD.300mm×240mm答案：B（规范要求8度区6层砌体房屋构造柱最小截面为240mm×180mm，7度区6层可为180mm×180mm）8.消能减震结构中，黏滞阻尼器的主要耗能机制是（）。A.金属塑性变形B.黏滞流体剪切C.摩擦生热D.材料弹性变形答案：B（黏滞阻尼器通过黏滞流体在活塞运动时的剪切作用耗散能量）9.非结构构件的抗震设计中，下列哪项不属于建筑附属机电设备（）。A.电梯B.幕墙C.消防管道D.空调机组答案：B（幕墙属于建筑非结构构件中的围护结构，机电设备包括电梯、管道、机组等）10.某单自由度体系，自振周期T1=1.2s，场地类别为II类（特征周期Tg=0.35s），则其水平地震影响系数α1为（）。（αmax=0.16）A.0.16B.0.12C.0.08D.0.05答案：B（当T1>Tg时，α1=(Tg/T1)^γ·η2·αmax，II类场地γ=0.9，η2=1.0，故α1=(0.35/1.2)^0.9×1.0×0.16≈0.12）二、简答题（每题8分，共40分）1.简述“三水准”抗震设防目标与“两阶段”设计方法的对应关系。答：“三水准”目标为：①小震（多遇地震，超越概率约63%）下结构不坏；②中震（设防地震，超越概率约10%）下结构可修；③大震（罕遇地震，超越概率约2%~3%）下结构不倒。“两阶段”设计方法对应为：第一阶段设计针对小震，通过弹性反应谱计算地震作用，进行结构弹性位移和承载力验算，确保小震不坏，并隐含满足中震可修（通过构造措施保证延性）；第二阶段设计针对大震，对特别重要或易倒塌结构进行弹塑性变形验算（如时程分析），确保大震不倒。2.说明时程分析法与反应谱法在地震作用计算中的区别及适用范围。答：区别：①反应谱法基于地震动反应谱理论，将多自由度体系简化为等效单自由度体系，通过振型分解叠加计算地震作用，属弹性分析；时程分析法直接输入实际或人工地震波，对结构进行动力时程积分，可反映弹塑性阶段的非线性行为。②反应谱法计算效率高，但忽略了地震波的持时和相位信息；时程分析法更精确，但计算复杂。适用范围：反应谱法为常规结构的基本方法；时程分析法用于甲类建筑、特别不规则结构（如扭转严重、楼层刚度突变）、高度超过规范适用上限的结构（如B级高度高层建筑），需补充验算。3.框架-剪力墙结构中，框架与剪力墙如何协同工作以提高抗震性能？答：框架-剪力墙结构中，剪力墙抗侧移刚度大，承担大部分水平地震作用（尤其是底部），框架抗侧移刚度小，但延性好，承担部分水平力并作为“二道防线”。在水平荷载下，框架呈剪切型变形（层间位移下大上小），剪力墙呈弯曲型变形（层间位移下小上大），通过楼盖的刚性连接，两者变形协调，形成弯剪型变形曲线，整体刚度比单一框架或剪力墙更合理。底部剪力墙承受主要剪力，框架承受的剪力不小于结构底部总剪力的20%（或规范规定的最小值），确保框架在大震下仍能发挥耗能作用，提高结构冗余度。4.列举三种常见的消能减震装置，并说明其工作原理。答：①黏滞阻尼器：由缸体、活塞和黏滞流体（如硅油）组成，活塞运动时流体通过小孔产生黏滞阻力，将动能转化为热能耗散，阻尼力与速度相关（F=cv^α，α≈0.5~1.0）。②金属阻尼器：利用软钢（如低屈服点钢）的塑性变形耗能，常见形式有屈曲约束支撑（BRB）和加劲钢板阻尼器，通过钢材进入塑性阶段的滞回曲线耗散能量。③摩擦阻尼器：通过摩擦片之间的相对滑动产生摩擦力，摩擦力由预紧力控制（F=μN），滑动时将机械能转化为摩擦热，性能稳定且可恢复。5.软弱地基上的建筑需采取哪些抗震加强措施？答：①地基处理：采用换填法、强夯法、砂石桩或水泥土搅拌桩等提高地基承载力和抗液化能力；②基础形式：优先采用筏板基础或箱形基础，增强整体性；③结构措施：控制建筑高宽比，避免平面和立面不规则；④增设基础拉梁：连接独立柱基或条形基础，减少不均匀沉降；⑤验算地基土的抗震承载力：将静承载力特征值乘以调整系数（一般1.2~1.5）；⑥加强上部结构与基础的连接：如增大柱底纵筋锚固长度，基础顶面设置水平钢筋网。三、计算题（每题15分，共30分）1.某3层钢筋混凝土框架结构，集中于各楼层的重力荷载代表值G1=G2=G3=1200kN，结构基本周期T1=0.5s（已考虑非结构构件影响），场地类别为II类（Tg=0.35s），8度（0.2g）设防，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）计算各楼层的水平地震作用Fi（i=1,2,3）。解：（1）总水平地震作用标准值FEk=α1Geq其中，α1为对应T1的水平地震影响系数。II类场地、第一组，Tg=0.35s，T1=0.5s>Tg，且T1≤5Tg=1.75s（在反应谱下降段）。根据规范，α1=(Tg/T1)^γ·η2·αmaxγ=0.9（Tg≤0.35s时γ=0.9），η2=1.0（阻尼比5%时η2=1.0），αmax=0.16（8度0.2g）。故α1=(0.35/0.5)^0.9×1.0×0.16≈(0.7)^0.9×0.16≈0.724×0.16≈0.116Geq=0.85(G1+G2+G3)=0.85×3600=3060kNFEk=0.116×3060≈355kN（2）各楼层水平地震作用Fi=GiHiFEk/ΣGjHj（假设各楼层高度H1=3m，H2=6m，H3=9m）ΣGjHj=1200×3+1200×6+1200×9=1200×(3+6+9)=1200×18=21600kN·mF1=1200×3×355/21600=1200×3×355/(1200×18)=3×355/18≈59.2kNF2=1200×6×355/21600=6×355/18≈118.3kNF3=1200×9×355/21600=9×355/18≈177.5kN（验证：F1+F2+F3≈59.2+118.3+177.5=355kN，与FEk一致）2.某框架结构底层中柱，截面尺寸400mm×400mm，混凝土强度等级C30（fc=14.3N/mm²），纵筋采用HRB400（fy=360N/mm²），抗震等级二级，节点核心区剪力设计值Vj=800kN，节点核心区有效验算宽度bj=400mm，柱截面高度hc=400mm，节点核心区混凝土剪压比限值为0.25βcfcbjhc（βc=1.0）。（1）验算节点核心区剪压比是否满足要求；（2）若剪压比满足，计算节点核心区箍筋最小体积配箍率（二级抗震时λv=0.11）。解：（1）剪压比验算：节点核心区剪压比=Vj/(βcfcbjhc)=800×10³/(1.0×14.3×400×400)=800000/(14.3×160000)=800000/2288000≈0.349规范规定二级抗震节点核心区剪压比限值为0.25，0.349>0.25，不满足要求，需调整节点尺寸或提高混凝土强度等级（如改用C40，fc=19.1N/mm²，则剪压比=800000/(1.0×19.1×160000)=800000/3056000≈0.262，仍略高；改用C50，fc=23.1N/mm²，剪压比=800000/(23.1×160000)=800000/3696000≈0.217≤0.25，满足）。（2）若剪压比满足（假设改用C50后），体积配箍率ρv≥λv(fc/fyv)fc=23.1N/mm²，fyv=300N/mm²（箍筋常用HRB335或HRB400，此处假设为HRB335，fyv=300N/mm²）ρv≥0.11×(23.1/300)=0.11×0.077=0.0085，即0.85%（二级抗震框架柱节点核心区最小体积配箍率一般不小于0.8%，此处计算值0.85%，取0.85%）。四、案例分析题（30分）某城市新建3层小学教学楼（丙类建筑），位于8度（0.2g）设防区，场地类别II类，设计地震分组第一组。建筑平面呈L形（长36m，宽18m，转角处无连接体），采用普通烧结砖砌体结构（240mm厚墙），层高3.6m，总高10.8m，无构造柱，仅在墙顶设置截面180mm×120mm的钢筋混凝土圈梁。施工时采用MU10砖、M5混合砂浆，未对墙体进行配筋。问题：指出该教学楼抗震设计中的不合理之处，并提出改进措施。答：不合理之处及改进措施如下：1.平面不规则：L形平面属平面扭转不规则（规范规定L形平面长宽比不宜超过限值，且转角处无连接体易导致扭转效应）。改进措施：调整平面形状为矩形或T形，若无法调整，需设置防震缝将结构分为两个规则单元（缝宽≥100mm），或在转角处增设构造柱和配筋带增强整体性。2.结构体系选择不当：8度区3层砌体房屋虽满足层数限制（8度区普通砖砌体房屋最大层数为7层，但需结合高度和抗震横墙间距），但L形平面无构造柱和配筋的砌体结构抗扭和抗剪能力不足。改进措施：采用约束砌体结构，按规范在纵横墙交接处、墙段两端设置构造柱（截面≥240mm×180mm，纵筋4Φ12，箍筋Φ6@200），构造柱与墙体马牙槎连接并沿墙高每500mm设2Φ6拉结筋（伸入墙内≥1m）。3.圈梁设置不满足要求：墙顶圈梁截面过小（规范要求多层砌体房屋圈梁截面高度≥120mm，宽度≥墙厚，8度区应在所有外墙和内纵墙设置闭合圈梁，内横墙圈梁间距≤7m）。原设计圈梁截面180mm×120mm（宽度180mm<墙厚240mm），不满足宽度要求。改进措施：圈梁宽度与墙厚一致（240mm），高度≥120mm（建议240mm×180mm），纵筋≥4Φ12，箍筋Φ6@200，且圈梁应在房屋全高闭合，遇洞口时上下搭接。4.材料强度不足：M5混合砂浆的砌体抗剪强度较低（fvg=0.11N/mm²），8度区需提高砂浆强度等级以增强抗剪能力。改进措施：改用M7.5混合砂浆（fvg=0.14N/mm²），或采用配筋砌体（如在水平灰缝内设置钢筋网片，提高抗剪承载力）。5.未考虑非结构构件抗震：教学楼的女儿墙、门窗过梁、吊顶等非结构构件未采取锚固措施，大震下易倒塌伤人。改进措施：女儿墙高度≤0.5m，且设置构造柱和压顶圈梁；门窗过梁采用钢筋混凝土过梁