1、建筑结构抗震设计课后习题解答 建筑结构抗震设计第 1 章 绪论1、震级和烈度有什么区别和联系？ 震级是表示地震大小的一种度量，只跟地震释放能量的多少有关，而烈度则表示某一区域的地表和建筑物 受一次地震影响的平均强烈的程度。烈度不仅跟震级有关，同时还跟震源深度、距离震中的远近以及地震 波通过的介质条件等多种因素有关。一次地震只有一个震级，但不同的地点有不同的烈度。 2.如何考虑不同类型建筑的抗震设防？ 规范将建筑物按其用途分为四类： 甲类（特殊设防类） 、乙类（重点设防类） 、丙类（标准设防类） 、丁类（适度设防类） 。1 ）标准设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用，达到在遭遇
2、高于当 地抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏的抗震设 防目标。2 ）重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施；但抗 震设防烈度为 9 度时应按比 9 度更高的要求采取抗震措施； 地基基础的抗震措施， 应符合有 关规定。同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。3 ）特殊设防类，应按高于本地 区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施； 但抗震设防烈度为 9 度时应按比 9 度更高 的要求采取抗震措施。 同时， 应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度 的要求确定其地震作用。4 ）适度设防类，允许比本地区抗震设防烈度的要求适
3、当降低其抗 震措施，但抗震设防烈度为 6 度时不应降低。一般情况下，仍应按本地区抗震设防烈度确定 其地震作用。3.怎样理解小震、中震与大震？小震就是发生机会较多的地震，50 年年限，被超越概率为 63.2%； 中震， 10%； 大震是罕遇的地震，2%。4、概念设计、抗震计算、构造措施三者之间的关系？建筑抗震设计包括三个层次：概念设计、抗震计算、构造措施。概念设计在总体上把握抗震设计的基本原 则；抗震计算为建筑抗震设计提供定量手段；构造措施则可以在保证结构整体性、加强局部薄弱环节等意 义上保证抗震计算结果的有效性。他们是一个不可割裂的整体。 5.试讨论结构延性与结构抗震的内在联系。延性设计：通过
4、适当控制结构物的刚度与强度，使结构构件在强烈地震时进入非弹性状态后仍具有较大的 延性，从而可以通过塑性变形吸收更多地震输入能量，使结构物至少保证至少“坏而不倒”。 延性越好 , 抗震越好.在设计中，可以通过构造措施和耗能手段来增强结构与构件的延性，提高抗震性能。 第 2 章 场地与地基 1、 场地土的固有周期和地震动的卓越周期有何区别和联系？由于地震动的周期成分很多，而仅与场地固有周期 T 接近的周期成分被较大的放大，因此场地固有周期 T 也将是地面运动的主要周期，称之为地震动的卓越周期。 2、 为什么地基的抗震承载力大于静承载力？地震作用下只考虑地基土的弹性变形而不考虑永久变形。地震作用仅是
5、附加于原有静荷载上的一种动力作 用，并且作用时间短，只能使土层产生弹性变形而来不及发生永久变形，其结果是地震作用下的地基变形 要比相同静荷载下的地基变形小得多。因此，从地基变形的角度来说，地震作用下地基土的承载力要比静 荷载下的静承载力大。另外这是考虑了地基土在有限次循环动力作用下强度一般较静强度提高和在地震作 用下结构可靠度容许有一定程度降低这两个因素。3、 影响土层液化的主要因素是什么？ 土的类型、级配和密实程度 土的初始应力状态（地震作用时，土中孔隙水压力等于固结水压力是产生土体液化的必要条件） 震动的特性（地震的强度和持续时间） 先期振动历史 或者：土层地质年代；土的颗粒组成及密实程度
6、；埋置深度、地下水；地震烈度和持续时间。 第 3 章 结构地震反应分析与抗震计算1、 结构抗震设计计算有几种方法？各种方法在什么情况下采用？ 底部剪力法、振型分解反应谱法、时程分析法、静力弹塑性法 高度不超过 40m 、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，可采用底部剪力法等简化方法。 除外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱法。 特别不规则的建筑、甲类建筑和表 310 所列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下 的补充计算，可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。2.什么是地震作用？什么是地震反应？地震作用：结构
7、所受最大的地震惯性力； 地震反应：由地震动引起的结构内力、变形、位移及结构运动速度与加速度等统称为结构地震反应。是地 震动通过结构惯性引起的。3、什么是地震反应谱？什么是设计反应谱？它们有何关系？ 地震反应谱：为便于求地震作用，将单自由度体系的地震最大绝对加速度、速度和位移与其自振周期 T 的 关系定义为地震反应谱。 设计反应谱：地震反应谱是根据已发生的地震地面运动记录计算得到的，而工程结构抗震设计需考虑的是 将来发生的地震对结构造成的影响。工程结构抗震设计不能采用某一确定地震记录的反应谱，考虑到地震 的随机性、复杂性，确定一条供设计之用的反应谱，称之为设计反应谱。 设计抗震反应谱和实际地震反
8、应谱是不同的，实际地震反应谱能够具体反映 1 次地震动过程的频谱特性， 而抗震设计反应谱是从工程设计的角度，在总体上把握具有某一类特征的地震动特性。地震反应谱为设计 反应谱提供设计依据。 4、计算地震作用时结构的质量或重力荷载应怎样取？质量：连续化描述（分布质量） 、集中化描述（集中质量） ； 进行结构抗震设计时，所考虑的重力荷载，称为重力荷载代表值。结构的重力荷载分恒载（自重）和活载 （可变荷载）两种。活载的变异性较大，我国荷载规范规定的活载标准值是按 50 年最大活载的平均值加 0.51.5 倍的均方差确定的，地震发生时，活载不一定达到标准值的水平，一般小于标准值，因此计算重 力荷载代表值
9、时可对活载折减。抗震规范规定：G E = Dk + i Lki。5、什么是地震系数和地震影响系数？它们有什么关系? F = mg 对框架，只考虑整体剪切变形而不计整体弯曲变形(即不 计杆件的轴向变形)。 (d)结构的刚度和质量沿高度的分布比较均匀。 (e)各量沿房屋高度为连续变化。 第 6 章 钢结构抗震 1. 多高层钢结构梁柱刚性连接断裂破坏的主要原因是什么？ 焊缝缺陷三轴应力影响构造缺陷焊缝金属冲击韧性低 2.钢框架柱发生水平断裂破坏的可能原因是什么？ 竖向地震使柱中出现动拉力，由于应变速率高，使材料变脆；加上焊缝和截面弯矩与剪力的不利影响，造 成柱水平断裂。 3.为什么楼板与钢梁一般应采
10、用栓钉或其他元件连接？ 进行多高层钢结构多遇地震作用下的反应分析时，可考虑现浇混凝土楼板与钢梁的共同作用。此时楼板可 作为梁翼缘的一部来计算梁的弹性截面特性。故在设计中应保证楼板与钢梁间有可靠的连接措施。 4.为什么进行罕遇地震结构反应分析时，不考虑楼板与钢梁的共同作用？ 进行多高层钢结构罕遇地震反应分析时，考虑到此时楼板与梁的连接可能遭到破坏，则不应考虑楼板与梁 的共同工作。 5.进行钢框架地震反应分析与进行钢筋混凝土框架地震反应分析相比有何特殊因素要考虑？ 相邻楼层质量比、刚度比； 柱的轴向变形； 立面收进尺寸的比例； 任意楼层抗侧力构件的总的受剪承载力； 考虑计入梁柱节点域剪切变形；高层
11、钢结构的位移影响；钢框架的长细比和宽厚比。 6.在同样的设防烈度条件下，为什么多高层建筑钢结构的地震作用大于多高层建筑钢筋混凝土结构？ 延性好？7.对于框架支撑结构体系，为什么要求框架任一楼层所承担的地震剪力不得小于一定的数值？ 钢支撑或混凝土心筒部分的刚度大，可能承担整体结构绝大部分地震作用力。但其延性较差，为发挥钢框 架部分延性好的作用，承担起第二道结构抗震防线的责任，要求钢框架的抗震承载力不能太小，故要求框 架任一楼层所承担的地震剪力不得小于一定的数值。 8.抗震设计时，支撑斜杆的承载力为什么折减？ 考虑支撑在地震反复轴力作用下的特征，即：支撑在反复轴力作用下，屈曲荷载逐渐下降，下降的幅
12、度与 支撑长细比有关，支撑长细比有关越大下降幅度越大。故折减之，用受循环荷载时的强度降低系数折减。 9.防止框架梁柱连接脆性破坏可采取什么措施？ 严格控制焊接工艺操作，减少焊接缺陷; 焊缝冲击韧性不能过低。适当加大梁腹板下部的割槽口， 提高焊缝质量;补充腹板与抗剪连接板之间的焊缝;采用梁端加盖板和加腋，或梁柱采用全焊方式来加 强连接的强度; 利用节点域的塑性变形能力，为此节点域可设计成先于梁端屈服。可利用“强节点弱 杆件”的抗震设计概念，将梁端附近截面局部削弱，如梁端狗骨式设。 10.中心支撑钢框架抗震设计应注意哪些问题? 计算地震作用下人行支撑和 V 型斜杆的内力时地震作用的标准值乘以 1.
13、5； 支撑杆件长细比宽厚比； 宜采用双轴对称截面 8 度以上抗震结构可采用带有消能装置的中心支撑体系。 11.偏心支撑钢框架抗震设计应注意哪些问题? 偏心支撑框架的抗震设计应保证罕遇地震下结构屈服发生消能梁段上； 消能梁段腹板不得加焊贴板提高其承载力，不得在腹板上开洞； 为保证塑性变形过程中消能梁段的腹板不发生局部屈曲，按规定在梁腹板两侧设置加劲肋； 内力调整； 5层以上结构采用偏心支撑框架时，顶层可不设偏心梁段。 第 7 章 单厂抗震 1 单层厂房主要有哪些地震破坏现象？（请简略答） 主要是围护结构的破坏。 型天窗是厂房抗震的薄弱部位，震害主要表现为支撑杆件失稳弯曲，支撑与天窗立柱连接节点被
14、拉脱，天窗立柱根部开裂或折断等。 屋面板错动滑落，甚至引起屋架的失稳倒塌。 厂房受纵向水平地震作用时的破坏程度重于受横向地震作用时的破坏程度。主要的破坏形式有：(1) 天窗 两侧竖向支撑斜杆拉断，节点破坏 (2) 屋面板与屋架的连接焊缝剪断，屋面板从屋架上滑脱坠地。屋架的 震害主要是端头混凝土酥裂掉角、支撑大型屋面板的支墩折断、端节间上弦剪断等。 （3）屋面的破坏或屋 盖的倒塌。柱根处也会发生沿厂房纵向的水平断裂。(4) 纵向围护砖墙出现斜裂缝。 柱的局部震害则较常见：主要有： （1）上柱柱身变截面处酥裂或折断。 （2）柱顶与屋面梁的连接处由于受 力复杂易发生剪裂、压酥、拉裂或锚筋拔出、钢筋弯
15、折等震害。 （3）由于高振型的影响，高低跨两个屋盖 产生相反方向的运动，使中柱柱肩产生竖向拉裂。 （4）下柱下部出现横向裂缝或折断，后者会造成倒塌等 严重后果。 （5）柱间支撑产生压屈。 2 单层厂房质量集中的原则是什么？ 房屋的质量一般是分布的。当采用有限自由度模型时，通常需把房屋的质量集中到楼盖或屋盖处； 集中质量一般位于屋架下弦（柱顶）处。计算结构的动力特性时，应根据“周期等效”的原则；计算结构 的地震作用时，对于排架柱应根据柱底“弯矩相等”的原则，对于刚性剪力墙应根据墙底“剪力相等”的 原则，经过换算分析后确定。 3 “无吊车单层厂房有多少不同的屋盖标高，就有多少个集中质量”,这种说法
16、对吗？ 不对。等高排架可简化为单自由度体系。不等高排架，可按不同高度处屋盖的数量和屋盖之间的连接方式， 简化成多自由度体系。例如，当屋盖位于两个不同高度处时，可简化为二自由度体系。图 7-错误！未找到 错误！ 错误 引用源。 错误！引用源。示出了在三个高度处有屋盖时的计算简图。应注意的是，在图 7-错误！未找到引用源。中，当 H1 错误 未找到引用源。 H2 时，仍为三质点体系。 4 在什么情况下考虑吊车桥架的质量？为什么？ 吊车桥架对排架的自振周期影响很小。因此，在计算自振周期时可不考虑其对质点质量的贡献。这样做一 般是偏于安全的。这是因为吊车桥架是局部质量，此局部质量不能有效地对整体结构的动力特性产生可观 的影响； 确定厂房的地震作用时，对设有桥式吊车的厂房，除将厂房重力荷载按前述弯矩等效原则集中于屋盖标高 处外，还应考虑吊车桥架的重力荷载。因为桥架是个较大的动质量，地震时会引起厂房的强烈的局部震动。 5 什么情况下可不进行厂房横向和纵向的截面抗震验算？ 按规范规定采取构造措施的单层砖柱厂房，当符合下列条件时，
