《建筑结构抗震设计》课后习题全解(王社良版)

第一章绪论1.1地震按其成因分为哪几种类型？按其震源的深浅又分为哪几种类型？构造地震、火山地震、陷落地震和诱发地震。深浅：构造地震可分为浅源地震（d60km）、中源地震(60–300km)，深源地震(300km)1.2什么是地震波？地震波包含了哪几种波？各种地震波各自的传播特点是什么？对地面和建筑物的影响如何？地震波：地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量。是一种弹性波，分为体波（地球内部传播）、面波（地球表面传播）。体波：分为纵波（p波）：在传播过程中，其介质质点的振动方向与波的前进方向一致。特点是：周期短，振幅小；影响：它使地面发生上下振动，破坏性较弱。橫波（s波）：在传播过程中，其介质质点的振动方向与波的前进方向垂直。特点是：周期长，振幅大。影响：它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强，。面波：分为洛夫波（L波）：传播时将质点在与波前进方向相垂直的水平方向上作蛇形运动。影响：其波长大、振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。地震波的传播速度：纵波＞横波＞面波橫波、面波：地面震动猛烈、破坏作用大。地震波在传播过程中能量衰减：地面振动减弱、破坏作用逐渐减轻。地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。地震发生时，震源区的介质发生急速的破裂和运动，这种扰动构成一个波源。由于地球介质的连续性，这种波动就向地球内部及表层各处传播开去，形成了连续介质中的弹性波。1.3什么地震震级？什么是地震烈度和基本烈度？什么是抗震设防烈度？地震震级：表示地震本身强度或大小的一种度量指标。地震烈度：指某一地区的地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。基本烈度：在一定时期内（一般指50年），某地区可能遭遇到的超越某一概率的最大地震烈度。抗震设防烈度：就是指指地面及房屋等建筑物受地震破坏的程度。1.4什么是多遇地震和罕遇地震？多遇地震一般指小震，50年可能遭遇的超越概率为63％的地震烈度值。罕遇地震一般指大震，50年超越概率2％～3％的地震烈度。1.5什么是地震、地震作用、震源、震中距、烈度、震级、震中？地震：指因地球内部缓慢积累的能量突然释放而引起的地球表层的振动。震源：地球内部断层错动并辐射地震波的部位。震中距：地面某处至震中的水平距离。震中：震源在地面上的投影点。震级：表示一次地震本身强弱程度和大小的尺度。它以地震释放的能量为尺度，根据地震仪记录到的地震波确定。地震强度由震级和烈度来反映。地震烈度：某一地区地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度，是衡量地震后引起后果的一种标度。地震烈度与震级：一次地震，表示地震大小的震级只有一个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会出现多种不同的烈度。地震作用：地震引起的作用于建筑物上的动荷载。1.6建筑的抗震设防类别分为哪几类？分类的作用是什么？根据建筑使用功能的重要性，按其受地震破坏时产生的后果，《抗震规范》将建筑分为甲乙丙丁四类：甲类建筑：重大建筑工程和遭遇地震破坏时可能发生严重次生灾害的建筑乙类建筑：地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑，丙类建筑：除甲乙丁类以外的一般建筑。丁类建筑：抗震次要建筑。1.7什么是建筑抗震概念设计？它主要包括哪几方面内容？指根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构的总体布置并确定细部构造的过程。注意场地选择和地基基础设计，把握建筑结构的规则性，选择合理抗震结构体系，合理利用结构延性重视非结构延性，确保材料和施工质量。1.8在建筑抗震设计中，是如何实现“三水准”设防要求的？抗震设防的“三水准”：即“不震不坏，中震可修，大震不倒”。这一抗震设防目标亦为我国《抗震规范》所采纳。三水准设防的设防要求：第一水准：在遭受低于本地区规定的设防烈度的地震影响时，建筑物一般不受损坏或不需要修理仍可继续使用；第二水准：在遭受本地区规定的设防烈度的地震影响时，建筑物（包括结构和非结构构件）可能有一定损坏，但不致危及人民生命和生产设备的安全，经一般修理或不需要修理仍可继续使用；第三水准：在遭受高于本地区设防烈度的预估罕遇地震影响时，建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。“两阶段设计方法”第一阶段设计：是在方案布置符合抗震设计原则的前提下，按基本烈度相应的众值烈度（相当于小震）的地震动参数，用弹性反应谱法求得结构在弹性状态下的地震作用效应，然后与其它荷载效应按一定的组合原则进行组合，对构件截面进行抗震设计或验算，以保证必要的强度；再验算在小震作用下结构的弹性变形。这一阶段设计，用以满足第一水准的抗震设防要求。第二阶段设计：在大震（罕遇地震）作用下，验算结构薄弱部位的弹塑性变形，对特别重要的建筑和地震时易倒塌的结构除进行第一阶段的设计外，还要按第三水准烈度（大震）的地震动参数进行薄弱层（部位）的弹塑性变形验算，并采取相应的构造措施，以满足第三水准的设防要求（大震不倒）。第二章场地、地基和基础2.1场地土的分类计划分？场地土是指建筑场地范围内的地基十，其组成和坚硬程度不同，对建筑物震害的影响也不同。一般地分为坚硬土或岩石，中硬土，中软土，软弱土2.2简述天然地基基础抗震验算的一般原则。哪些建筑可不进行地基及基础的抗震承载力验算？1砌体房屋；2地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的下列建筑：1）一般的单层厂房和单层空旷房屋；2）不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋；3）基础荷载与2）项相当的多层框架厂房。3规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。2.3怎样确定地基土的抗震承载力？天然地基地震作用下的承载力验算：采用“拟静力法”规范规定：基础底面平均压力和边缘最大压力应符合下式要求式中：p----基础底面平均压力（kPa)pmax—基础底面边缘最大压力(kPa)faE---地基土抗震允许承载力高宽比大于4的高层建筑，在地震作用下基础底面不宜出现拉应力；其它建筑，基础底面与地基土之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15%。2.4什么是场地土的液化？怎样判别？影响液化的因素有哪些？抗液化措施，液化对建筑物有哪些危害？地下水位以下的饱和砂土或粉土在强烈地震的作用下，其土颗粒之间将产生相对位移，从而使土的颗粒结构有变密的趋势。这时，若孔隙水在短时间内不能排走而受到挤压，则交将使孔隙水压力急剧上升，其结果使砂土颗粒局部或全部处于悬浮状态，土体的抗剪强度等于零，形成如“液体”一样的现象，这种现象称为场地土的液化。处于地下水位以下的饱和砂土和粉土的土颗粒结构受到地震作用时将趋于密实，使空隙水压力急剧上升，而在地震作用的短暂时间内，这种急剧上升的空隙水压力来不及消散，使有效压力减小，当有效压力完全消失时，土颗粒处于悬浮状态之中。这时，土体完全失去抗剪强度而显示出近于液体的特性。这种现象称为液化。液化的宏观标志是在地表出现喷砂冒水。影响场地土液化的主要因素：土层的地质年代和组成土层的相对密度土层的埋深和地下水位的深度地震烈度和地震持续时间抗液化措施：使处理后土层的标准贯入锤击数实测值大于相应的临界值。选择合适的地基埋深，调整基础底面积，减少基础偏心；加强基础的整体性和刚度；增强上部结构整体刚度和均匀对称性，合理设置沉降缝；管道穿过建筑处采用柔性接头危害：地面开裂下沉使建筑物产生过度下沉或整体倾斜，不均匀沉降引起建筑物上部结构破坏，使梁板等构件及其节点破坏，使整体开裂和建筑物体型变化处开裂。2.5液化判别和处理的一般原则：对存在饱和砂土和粉土（不含黄土）的地基，除6度外，应进行液化判别。对6度区一般情况下可不进行判别和处理，但对液化敏感的乙类建筑可按7度的要求进行判别和处理。7－9度时，乙类建筑可按本地区抗震设防烈度的要求进行判别和处理！存在液化土层的地基，应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化等级结合具体情况采取相应的措施。为了减少判别场地土液化的勘察工作量，饱和砂土液化的判别可分为两步进行，即初步判别和标准贯入试验判别。经初步判别定为不液化或不考虑液化影响aEfp2.1maxaEfp的场地土，原则上可不进行标准贯入试验的判别。初步判别主要是根据以地质年代、粘粒含量、地下水位及上覆非液化土层厚度等作为判断条件。标准贯入试验判别则是根据现场的试验结果来确定，即利用专门的标准贯入试验设备并按照规定的试验方法在现场进行试验。当地面下15m或20m深度范围内的实测标准贯入锤击数N63.5（未经杆长修正）小于液化判别标准贯入锤击数的临界值Ncr时，应判别为可液化土，否则即为不液化土。液化判别标准贯入锤击数的临界值Ncr应按照规定的公式计算。2.6等效剪切波速：若计算深度范围内有多层土层，则根据计算深度范围内各土层剪切波速加权平均得到的土层剪切波速即为等效剪切波速。2.7地基土抗震承载力：地基土抗震承载力，其中ζa为地基土的抗震承载力调整系数，fa为深宽修正后的地基承载力特征值。2.8场地覆盖层厚度：我国《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）定义：一般情况下，可取地面到剪切波速大于500m/s的坚硬土层或岩层顶的距离。2.9什么是土层等效剪切波速？其作用是什么？如何计算？1）反映各土层的综合刚度，其值可根据地震波通过计算深度范围内各土层的总时间等于该波通过同一计算深度的单一折算土层所需的时间求得。2）反映各土层的综合刚度3）根据地震波通过计算深度范围内的各土层的总时间等于该波通过同一计算深度的单一折算土层所需的时间求得。2.10场地的卓越周期？确定卓越周期的意义？地表震动频度-周期关系曲线上频度最大值对应的周期称为场地的卓越周期。意义：在建筑抗震设计中，应使建筑物的自振周期避开场地的卓越周期，以避免发生共振现象。自振周期和卓越周期Tg对结构的震害有什么影响？（简答题）结构的自振周期顾名思义是反映结构的动力特性，与结构的质量及刚度有关，具体对单自由度就只有一个周期，而对于多自由度就有同模型中采用的自由度相同的周期个数，周期最大的为基本周期，设计用的主要参考数据！而卓越周期是，在地震影响系数曲线中，水平段与下降段交点的横坐标，反映了地震震级，震源机制（包括震源深度）、震中距等地震本身方面的影响，同时也反映了场地的特性；如软弱土层的厚度，类型等场地类别。第三章结构地震反应分析与抗震验算3.1地震作用的概念、特点和影响因素？定义：地震释放的能量，以地震波的形式向四周扩散，地震波到达地面后引起地面运动，使地面原来处于静止的建筑物受到动力作用而产生强烈振动。在振动过程中作用在结构上的惯性力就是地震作用。(以前称为地震荷载)特点：（1）不是直接作用在结构上，属于间接作用；（2）不仅取决于地震烈度、设计地震分组和场地类别等地震特性，还与结构的动力特性（自振周期、阻尼等）密切相关。影响因素：震中距离，震源深度，震级，地震时间，地形，地质，房屋结构，人口密度，天气等等3.2什么是加速度反应谱曲线？定义:单自由度体系在给定地震动作用下某种反应量的最大值与体系自振周期之间的关系曲线.性质：加速度反应谱曲线为一多峰点曲线。当阻尼比为0时，加速度反方谱的谱值最大，峰点突出。阻尼比越大，反应越小，曲线越平滑。结构周期的规律：对于加速度反应谱，当结构周期小于某个值时幅值随周期急剧增大，大于某个值时，快速下降。3.3什么是等效总重力荷载Geq？怎样确定？所谓等效总重力荷载,对于多质点体系来说,就是总重力荷载代表值乘以等效质量系数0.85。GGeq85.0)(11221niiniiiniiiGHGHG根据对大量结构采用直接动力法分析结果的统计，c的大小与结构的基本周期及场地条件有关。当结构周期小于0.75s时，此系数可近似取为0.85。显然，对于单质点体系，此系数取1.在使用底部剪力法计算地震作用的结构的基本周期一般都小于0.75s。所以《抗震规范》即规定c取0.85.结构等效总重力荷载确定如：Gep=0.85∑Gi3.4重力荷载代表值：结构抗震设计时的基本代表值，是结构自重（永久荷载）和有关可变荷载的组合值之和3.5简述确定水平地震作用的振型分解反应谱法的主要步骤。1计算多自由度结构的自振周期及相应振型；2求出