工程结构抗震设计

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1、工程结构抗震设计工程结构抗震设计建筑结构抗震设计课后习题解答承载力抗震调整系数：地震作用参与内力组合时，因地震作用时间很短，快速加载时，材料强度有所提高，因此在考虑地震作用分项系数同时，其截面承载力应除以承载力抗震调整系数 RE，其值小于 1。地震作用属于可变作用或偶然作用,其目标可靠指标的取值应低于静力作用下的目标可靠指标。因而,从理论上说,抗震设计中采用的材料强度设计值应高于静力作用时的材料强度设计值。但设计规范为了使用方便,便于将地震作用效应与静力荷载作用效应直接比较,在抗震设计中仍采用静力设计时的材料强度设计值。但通过引入承载力抗震调整系数 来提高其承载力。 引入地震调整系数的目的是为

2、了更加合理地反映作用在结构构件上的外部作用，更加合理地体现结构可靠度设计思想，也更加合理地体现“经济、适用、美观”的设计思想和抗震设计中的“强柱弱梁、强剪弱弯、更强节点”的设计基本原则。 考虑地震作用组合的钢筋混凝土结构构件，其截面承载力应除以承载力抗震调整系数 RE。而偏心受压、受拉构件的正截面承载力在抗震与非抗震两种情况下取值相同。承载力抗震调整系数 RE 小于 1 的真正原因有三个因素：1)地震动的特性；2)构件在地震中实际承载力比按照静力进行设计时承载力要高；3)结构构件的抗震设计原则。应该说，上述规范的规定已经明确规定了 RE 的用法，即对非抗震的截面承载力，通过引入 RE，对截面承

3、载力加以提高，用作抗震设计时的截面承载力。然而，在实际应用中，却常因为对 RE的理解不完全或不够重视，出现这样或那样的错误。 设计规范RE 只是用于构件抗震承载力调整的范围。对设计规范的表达式SRRE 进行变换：RESR。于是，对地震作用下组合内力设计值用 RE 进行调整，然后再进行后续的计算，这是很多设计者的习惯作法。从本质上讲，SRRE 与 RESR 并无多大差别。但从形式上看，后者的 RE 等效于一个内力调整系数。久而久之，很多设计者习惯上也就将 RE 当作了一个内力调整系数来用。 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，

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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；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

9、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

10、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

11、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时可对活载折减。抗震规范规定：。5、什么是地震系数和地震影响系数？它们有什么关系?（3-41）其中 地震系数，通过地震系数可将地震动振幅对地震反应谱的影响分离出来，是确定地震烈度的一个定量指标。 动力系数。 为地震影响系数，是多次地震作用下不同周期 T，相同阻尼比 的理想简化的

12、单质点体系的结构加速度反应与重力加速度之比。6、为什么软场地的 硬场地的 ？为什么远震 近震 ？场地特征周期是根据覆盖层厚度 d 和土层等效剪切波速 Vs 按公式T4d/Vs 计算的周期，而软场地的 Vs 小于硬场地的 Vs，远震的 Vs小于近震 Vs，故之。7、一般结构应进行哪些抗震验算？以达到什么目的？为满足“小震不坏 中震可修 大震不倒”的抗震要求，规范规定进行下列内容的抗震验算：多遇地震下结构允许弹性变形验算，以防止非结构构件（隔墙、幕墙、建筑装饰等）破坏。多遇地震下强度验算，以防止结构构件破坏。罕遇地震下结构的弹塑性变形验算，以防止结构倒塌。“中震可修”抗震要求，通过构造措施加以保证

13、。8、结构弹塑性地震位移反应一般应采用什么方法计算？什么结构可采用简化方法计算？逐步积分法。其简化方法适用于不超过 12 层且层刚度无突变的钢筋混凝土框架结构和填充墙钢筋混凝土框架结构、不超过 20 层且层刚度无突变的钢框架结构及单层钢筋混凝土柱厂房。9、什么是楼层屈服强度系数？怎样计算？楼层屈服强度系数 y 为按构件实际配筋和材料强度标准值计算的楼层 i 抗剪承载力和按罕遇地震作用下楼层 i 弹性地震剪力的比值。 y 计算： 。10、怎样判断结构薄弱层和部位？对于 沿高度分布不均匀的框架结构，在地震作用下一般发生塑性变形集中现象，即塑性变形集中发生在某一或某几个楼层（图 3-36） ，发生的

14、部位为 最小或相对较小的楼层，称之为结构薄弱层。原因是，较小的楼层在地震作用下会率先屈服，这些楼层屈后将引起卸载作用，限制地震作用进一步增加，从而保护其他楼层不屈服。判别：对于 沿高度分布均匀的框架结构，分析表明，此时一般结构底层的层间变形最大，因而可将底层当做结构薄弱层。对于 沿高度分布不均匀的框架结构，取该系数最小的楼层。 对于单层钢筋混凝土柱厂房，薄弱层一般出现在上柱。多层框架结构楼层屈服强度系数 沿高度分布均匀与否，可通过参数 a 判别。11、哪些结构需要考虑竖向地震作用？设防烈度为 8 度和 9 度区的大跨度屋盖结构，长悬臂结构，烟囱及类似高耸结构和设防烈度为 9 度区的高层建筑，应

15、考虑竖向地震作用。12、为什么抗震设计截面承载力可以提高？地震作用时间很短，快速加载时，材料强度会有所提高。进行结构抗震设计时，对结构构件承载力加以调整（提高） ，主要考虑下列因素：动力荷载下材料强度比静力荷载下高；地震是偶然作用，结构的抗震可靠度要求可比承受其他荷载的可靠度要求低。13、进行时程分析时，怎样选用地震波？ P86最好选用本地历史上的强震记录，如果没有这样的记录，也可选用震中距和场地条件相近的其他地区的强震记录，或选用主要周期接近的场地卓越周期或其反应谱接近当地设计反应谱的人工地震波。第 4 章 多层砌体结构抗震1、怎样理解多层砖房震害的一般规律？1. 刚性楼盖房屋，上层破坏轻、

16、下层破坏重；柔性楼盖房屋，上层破坏重、下层破坏轻；? 2. 横墙承重房屋的震害轻于纵墙承重房屋；? 3. 坚实地基上的房屋震害轻于软弱地基和非均匀地基上的震害；? 4. 预制楼板结构比现浇楼板结构破坏重；? 5. 外廊式房屋往往地震破坏较重；? 6. 房屋两端、转角、楼梯间、附属结构震害较重。2、怎样考虑多层砌体结构抗震的垂直地震作用？一般来说，垂直地震作用对多层砌体结构所造成的破坏比例相对较小。P98/3、在多层砌体中设置圈梁的作用是什么？加强纵横墙的连接，加强整个房屋的整体性；圈梁可箍住楼盖，增强其整体刚度；减小墙体的自由长度，增强墙体的稳定性；可提高房屋的抗剪强度，约束墙体裂缝的开展；抵抗地基不均匀沉降，减小构造柱计算长度。4、怎样理解底部框架房屋底部框架设计原则？因底部刚度小，上部刚度大，竖向刚度急剧变化，抗震性能较差。为了防止底部因变形集中而发生严重的震害，在抗震设计中必须在结构底部加设抗震墙，不得采用纯框架布置。采用两道防线的思想进行设计