建筑结构抗震设计

建筑结构抗震设计作业第1章绪论1、震级和烈度有什么区别和联系？答：地震震级是表示地震大小的一种度量。其数值是根据地震仪记录到的地震波图确定的。地震烈度是指某一区域内的地表和各类建筑物遭受一次地震影响的平均强弱程度。一次地震，表示地震大小的震级只有一个。然而，由于同一次地震对不同地点的影响不一样，随着距离震中的远近变化，会出现多种不同的地震烈度。2、如何考虑不同类型建筑的抗震设防？答：对于不同使用性质的建筑物，地震破坏所造成后果的严重性是不一样的。因此对于不同用途建筑物的抗震设防。，不宜采用同一标准，而应根据其破坏后果加以区别对待。对各类建筑物的抗震设防标准的具体规定为：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。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；但设防烈度为9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。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。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？答：从概率意义上说，小震就是发生机会较多的地震。根据分析，当分析年限值取50年时，上述概率密度曲线的峰值烈度所对应的被超越概率为63.2%,因此可以将这一峰值烈度定义为小震烈度，又称多遇地震烈度。而全国地震区划图所规定的各地的基本烈度，可取为中震对应的烈度。它在50年内的超越概率一般为10%。大震是罕遇的地震，它所对应的地震烈度在50年内超越概率2%左右，这个烈度又可称为罕遇地震烈度。4、试论述概念设计、抗震计算、构造措施三者之间的关系？答：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。抗震设计上述的三个层次的内容是一个不可割裂的整体，忽略任何一部分，都可能造成抗震设计的失败。5、试讨论结构延性与结构抗震的内在联系。答：仅利用结构的弹性性能抗御强烈地震是不明智的。正确的做法是同时利用结构弹塑性阶段的性能，通过结构一定限度内的塑性变形来消耗地震时输入结构的能量。脆性结构尽管抗力很大，但吸收地震能量的能力并不强，而延性结构却因可以吸收更多地震输入能量而有利于抗御结构倒塌的发生。在设计中，可以通过各种各样的构造措施和耗能手段来增强结构与构件的延性。例如，对于钢筋混凝土结构，可以采用强剪弱弯、强节点弱构件的设计策略促使梁以弯曲形式产生较大变形；对于砌筑结构，可以采用墙体配筋、构造柱-圈梁体系等措施增加结构的延性。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与联系？答:从原理上分析，在岩层中传播的地震波，本来就具有多种频率成分，其中，在振幅谱中幅值最大的频率分量所对应的周期，称为地震动的卓越周期。在地震波通过覆盖土层传向地表的过程中，与土层固有周期相一致的一些频率波群将被放大，而另一些频率波群将被衰减甚至被完全过滤掉。这样，地震波通过土层后，由于土层的过滤特性与选择放大作用，地表地震动的卓越周期在很大程度上取决于场地的国有周期。当建筑物的固有周期与地震动的卓越周期相接近时，建筑物的震动会加大，相应地，震害也会加重。2、为什么地基的抗震承载力大于静承载力？答：因为地基土抗震承载力的计算采取在地基土静承载力的基础上乘以提高系数。所以地基的抗震承载力大于静承载力。另外可以从地震作用下只考虑地基土的弹性变形而不考虑永久变形这一角度得到解释。3、影响土层液化的主要因素是什么？答:地震时饱和砂土和粉土颗粒在强烈震动下发生相对位移，颗粒结构趋于压密，颗粒间孔隙水来不及排泄而受到挤压，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受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，土颗粒便形同“液体”一样处于悬浮状态，形成所谓的液化现象。4、试判断下述论断的正误：（1）中软土的场地类别比中硬土的场地类别差。对（2）粉土的黏粒含量百分率越大，越不容易液化。错（3）液化指数越小，地震时地面喷砂冒水现象就越严重。错（4）地基的抗震承载力是指承受水平的能力。错第3章结构地震反应分析与抗震计算7、一般结构应进行哪些抗震验算？以达到什么目的？答：（1）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。（2）多遇地震下强度验算，以防止结构构件破坏。（3）罕遇地震下结构的弹塑性变形验算，以防止结构坍塌。9、什么是楼层屈服强度系数？怎样计算？答：楼层屈服强度系数ζy定义为ζy(i)=Vy(i)/Ve(i)10、怎样判断结构薄弱层和部位？答：对于ζy沿高度分部不均匀的框架结构，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，发生的部位为ζy最小或相对较小的楼层，称之为结构薄弱层。在薄弱层发生塑性变形集中的原因是，ζy较小的楼层在地震作用下会率先屈服，这些楼层屈服后将引起卸载作用，限制地震作用进一步增加，从而保护其它楼层不屈服。由于ζy沿高度分布不均匀，结构塑性变形集中在少数楼层，其他楼层的耗能作用不能充分发挥，因而对结构抗震不利。对于ζy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，因而可将底层当作结构薄弱层。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ζy沿高度分布均匀与否，可通过参数a判别。11、哪些结构需考虑竖向地震作用？答：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，应考虑竖向地震作用。13、进行时程分析时，怎样选用地震波？答：地震波的选用。最好选用本地历史上的强震记录，如果没有这样的记录，也可选用震中矩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设计1、怎样理解多层砖房震害的一般规律？答：（1）刚性楼盖房屋，上层破坏轻、下层破坏重；柔性楼盖房屋，上层破坏重、下层破坏轻；（2）横墙承载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房屋震害；（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。3、在多层砌体结构中设置圈梁的作用是什么？答：圈梁可以加强纵墙横墙的连接、增强楼盖的整体性、增加墙体的稳定性；它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；它还可以有效地抵抗由于地震或其他原因所引起的地基不均匀沉降对房屋的破坏作用。4、怎样理解底部框架房屋底部框架的设计原则？答：底部框架应采用现浇或现浇柱，预制梁结构，并宜双刚性连接。底层楼盖应采用现浇钢筋混凝土板，板厚不应小于120mm。当楼板洞口尺寸大于800mm时，洞口周边应设置圈梁。底层框架柱因受水平剪力和竖向压力共同作用，常沿斜截面发生破坏。因此，宜加大构造箍筋的直径、减少间距，必要时可采用螺旋箍筋或焊接封闭箍筋。5、试判断下述论断的正误：（1）多层砌体房屋横墙越少，破坏越重。错（2）构造柱只有和圈梁连成一个整体后才能发挥作用。对（3）砌体结构中抗震墙刚度越大，分配地震剪力越多。错（4）底层框架房屋的底部剪力在房屋纵、横向相等。错6、填空题（1）构造柱与墙连接处，应沿墙高每隔0.5m设2Ф6的拉结钢筋，每边伸入墙内不少于1米。（2）楼梯间不宜设在房屋的尽端与转角处；（3）砌体抗震抗剪强度主要有主拉应力强度和剪切摩擦强度理论；（4）砌块砌体的总高度限值小于砖房，横墙最大间距小于或等于砖房。(5)混凝土空心砌块房屋可用钢筋混凝土芯柱代替钢筋混凝土构造柱。第5章多高层建筑钢筋混凝土结构抗震设计2、总水平地震作用在结构中如何分配？其中用到哪些假定？答：底部剪力法、振型分解法或时程分析法通常采用的是“葫芦串”模型，相应的计算结果是地震作用沿结构竖向的分布。要把作用在各层的地震作用分配给各柱或各榀抗侧力平面结构，通常需要假定楼屋盖在其平面内的刚度为无穷大。这样，各柱或各榀抗侧力平面结构在楼屋盖处的水平向变形是协调的。从而应根据各柱或各榀抗侧力平面结构的抗侧刚度进行地震作用引起的层剪力的分配。通常假定地震沿结构平面的扭转反应。把层剪力按各柱的刚度分配给各柱，从而也得到各榀框架的地震作用。3、多高层钢筋混凝土结构抗震等级划分的依据是什么？有何意义？答：（1）丙类建筑抗震等级宜按表5-5划分；其他设防类别的建筑，则应按前述抗震设防分类和设防标准的规定调整后再按表5-5划分抗震等级。（2）普通钢筋的强度等级，纵向受力钢筋宜选用符合抗震性能指标的HRB400级热轧钢筋，也可采用符合抗震性能指标HRB335级钢筋；箍筋宜选用符合抗震性能指标的HPB235、HRB335、和HRB400级热轧钢筋。普通钢筋宜优先采用延性、韧性和可焊性较好的钢筋。对一、二级抗震等级的框架结构，其普通纵向受力钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25；屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于1.3；且钢筋在最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%（3）与主楼相连的裙房，除应按裙房本身考虑外，其抗震等级不应低于主楼的抗震等级；此时主楼结构在裙房顶部上下各一层应适当加强抗震构造措施。4、框架结构在什么部位应加密箍筋？有何作用？答：抗震墙厚度大于140mm时，竖向和横向钢筋应双排布置；双排分布钢筋间拉筋的间距不应大于600mm，直径不应小于6mm；在底部加强部位，边缘构件以外的拉筋间距应适当加密。8、框架节点核心区应满足哪些抗震设计要求？答：（1）核心区混凝土强度等级与柱混凝土强度等级相同时，一、二级框架的节点核心区，应进行抗震验算；三、四级框架节点核心区，可不进行抗震验算，但应符合构造措施的要求。三级框架的房屋高度接近二级框架房屋高度的下限时，节点核心区宜进行抗震验算。（2）9度时及一级框架结构的核心区混凝土强度等级不应低于柱的混凝土强度。10、分析框架-抗震墙结构时，用到了哪些假定？答:(1)若假定楼盖的平面外刚度为零，则连系梁可进一步简化为连杆，称为铰接体系。（2）若考虑连系梁对墙肢的约束作用，则连系梁与抗震墙之间的连接可视为刚接，称为刚接体系。第6章多高层建筑钢结构抗震设计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？答：（1）焊缝缺陷（2）三轴应力影响（3）构造缺陷（4）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？答：竖向地震使柱中出现动拉力，由于应变速率高，使材料变脆。9、防止框架梁柱连接脆性破坏可采取什么措施？答：（1）严格控制焊接工艺操作，重要的部位由技术等级高的工人施焊，减少梁柱连接中的焊接缺陷；（2）8度乙类建筑和9度时，应检验梁翼缘处全焊透坡口焊缝V形切口的冲击韧性，其冲击韧性在-20℃时不低于27J。（3）适当加大梁腹板下部的割槽口，以便于工人操作，提高焊缝质量。（4）补充梁腹板与抗剪连接板之间的焊缝。（5）采用梁端加盖板和加腋，或梁柱采用全焊接方式来加强连接的强度。（6）利用节点域的塑性变形能力，为此节点域可先设计成先于梁端屈服，但仍需满足有关公式的要求；（7）利用：“强节点弱杆件“的抗震概念，将梁端附近截面局部削弱。10、中心支撑钢框架抗震设计应注意哪些问题？答：中心支撑框架结构的框架部分的抗震构造措施要求可与纯框架结构抗震构造措施要求一致。但当房屋高度不高于100mm且框架部分承担的地震作用不大于结构底部总地震剪力的25%，8、9度的抗震构造措施可按框架结构降低一度的相应要求采用。11、偏心支撑钢框架抗震设计应注意哪些问题