工程结构抗震设计简答题

工程结构抗震设计简答题 Revised by Liu Jing on January 12, 2021

简答题

1.什么是地基液化现象影响地基液化的因素

答：饱和的粉土和砂土，在地震时由于颗粒之间的孔隙水不可压缩而无法排出，使得孔隙水压力增大，土体颗粒的有效垂直压应力减小，颗粒局部或全部处于悬浮状态，土体的抗剪强度接近于零，呈现出液态化的现象。

影响因素：

土层的地质年代：地质年代越古老，越不易液化

土的组成：级配良好的砂土不易液化

粉土中粘粒含量超过一定限值时，不易液化

土层的相对密度：土层的相对密度越大，越不易液化

土层的埋深：埋深越大，越不易液化

地下水位的深度：地下水位越深，越不易液化

地震烈度和地震持续时间：烈度越高，持续时间越长，越易液化

1、如何进行抗震设计中的二阶段设计？

（1）第一阶段设计

对绝大多数建筑结构，应满足第一、二水准的设计要求，即按照第一水准（多遇地震）的地震参数进行地震作用计算、结构分析和构件内力计算，按规范进行截面设计，然后采取相应的构造措施，达到“小震不坏，中震可修”的要求。

（2）第二阶段设计

对特别重要的建筑和地震时容易倒塌的结构，除进行第一阶段设计外，还要进行薄弱层部位的弹塑性变形验算和采取相应的构造措施，使薄弱层的水平位移不超过允许的弹塑性位移，实现第三水准的要求。

2.简述两阶段抗震设计方法。

第一阶段是在方案布置符合抗震设计原则的前提下，

按与基本烈度相对应的众值烈度的地震动参数，用弹性反应谱求得结构在弹性状态下的地震作用效应，

然后与其他荷载效应组合，并对结构构件进行承载力验算和变形验算，保证第一水准下必要的承载力可靠度，满足第二水准烈度的设防要求（损坏可修）

，通过概念设计和构造措施来满足第三水准的设防要求；

对于少数结构，如有特殊要求的建筑，还要进行第二阶段设计，即按与基

本烈度相对应的罕遇烈度的地震动参数进行结构弹塑性层间变形验算，以保证其满足第三水准的设防要求。

1、工程结构抗震设防的三个水准是什么如何通过两阶段设计方法来实现

3、简述我国抗震规范的抗震设防目标以及两阶段抗震设计方法（6分）

第一水准：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理仍可继续使用；（1分）

第二水准：当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用；（1分）

第三水准：当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏（1分）

两阶段设计方法：

第一阶段设计：工程结构在多遇地震下的承载力和弹性变形计算。(2分）

第二阶段设计：工程结构（如特别重要或抗侧能力较弱的结构）在罕遇地震下的弹塑性变形验算。（1分）

3、砌体结构中设置钢筋混凝土构造柱和圈梁的作用？

答：设置钢筋混凝土构造柱的作用：加强房屋的整体性，提高砌体的受剪承载力(10%-30%)，对砌体有约束作用, 提高砌体的变形能力，提高房屋的抗震性能。设置圈梁的作用：增加纵横墙体的连接，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.在框架柱的抗震设计中，为什么要控制轴压比？

轴压比是影响柱的破坏形态和变形能力的重要因素，柱的延性随轴压比增大会显着降低，并可能产生脆性破坏，轴压比增大到一定数值时，增加约束箍筋对柱变形能力影响很小，因此要控制轴压比

3、什么是剪压比为什么要限制梁剪压比

剪压比即

梁塑性铰区截面的剪压比对梁的延性、耗能能力及保持梁的强度、刚度有明显的影响，当剪压比大于时，量的强度和刚度有明显的退化现象，此时再增加箍筋，也不能发挥作用。

12、什么叫轴压比为什么要限制柱的轴压比

答：

轴压比：柱组合的轴向压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之和

轴压比大小是影响柱破坏形态和变形性能的重要因素，受压构件的位移延性随轴压比增加而减小，为保证延性框架结构的实现，应限制柱的轴压比。

剪压比答：剪压比为，指构件截面上平均剪应力与混凝土轴心抗压强度设计值的比值，用以反映构件截面上承受名义剪应力的大小。限制梁柱的剪压比，主要是为了防止梁柱混凝土过早发生斜压破坏。

7、简述“强柱弱梁”的概念以及实现“强柱弱梁”的主要措施

5、强柱弱梁、强剪弱弯的实质是什么如何通过截面抗震验算来实现（6分）

4、什么是“强柱弱梁”、“强剪弱弯”原则在设计中如何体现（7分）（1）使梁端先于柱端产生塑性铰，控制构件破坏的先后顺序，形成合理的破坏机制

（2）防止梁、柱端先发生脆性的剪切破坏，以保证塑性铰有足够的变形能力

（3分）在截面抗震验算中，为保证强柱弱梁，《建筑抗震设计规范》规定：

对一、二、三级框架的梁柱节点处，（除框架顶层和柱轴压比小于及框支梁与框支柱的节点外），柱端组合的弯矩设计值应符合：

其中为柱端弯矩增大系数，（一级为取,二级取,三级取） (2分)

为保证强剪弱弯，应使构件的受剪承载力大于构件弯曲屈服时实际达到的剪力值，对一、、二、三级框架梁，梁端截面组合的剪力设计值调整为：

对一、、二、三级框架柱，柱端截面组合的剪力设计值调整为：

（2分）

5.结构隔震为什么能非常有效的减少结构地震反应？

结构隔震通过设置隔震层，延长结构周期，增加结构阻尼，大大减少结构加

速度反应，同时使结构位移集中于隔震层，上部结构相对位移很小，地震中基6.什么叫隔震隔震方法主要有哪些类型

隔震，是通过某种隔震装置将地震动与结构隔开，以达到减小结构振动的目的。隔震方法主要有基底隔震和悬挂隔震。

6．框架—抗震墙结构的基本假定有哪些？

答：基本假定：

1)楼板结构在其自身平面内的刚度为无穷大，平面外的刚度忽略不计；

2)结构的刚度中心和质量中心重合，结构不发生扭转；

3)框架与抗震墙的刚度特征值沿结构高度方向均为常数。

1地震震级和地震烈度有何区别与联系？

地震震级是表示地震大小的一种度量。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，表示地震大小的等级只有一个。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变化，会出现多种不同的地震烈度。距离震中近，地震烈度就高，距离震中越远，地震烈度越低。

1、什么是震级什么是地震烈度如何评定震级和烈度的大小（6分）

震级是表示地震本身大小的等级，它以地震释放的能量为尺度，根据地震仪记录到的地震波来确定（2分）

地震烈度是指某地区地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度，它是按地震造成的后果分类的。（2分）

震级的大小一般用里氏震级表达（1分）

地震烈度是根据地震烈度表，即地震时人的感觉、器物的反应、建筑物破坏和地表现象划分的。（1分）

2、简述底部剪力法的适用范围，计算中如何鞭稍效应。（6分）

适用范围：高度不超过40米，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，可采用底部剪力法计算。（3分）为考虑鞭稍效应，抗震规范规定：采用底部剪力法计算时，对突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱等的地震作用效应，宜乘以增大系数3，此增大部分不应往下传递，但与该突出部分相连的构件应予以计入。(3分)

3、简述现行抗震规范计算地震作用所采用的三种计算方法及其适用范围。

答：现行抗震规范计算地震作用所采用的三种计算方法为：底部剪力法，振型分解反应谱法和时程分析法。

适用条件：

（1）高度不超过40米，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，可采用底部剪力法计算。

（2）除上述结构以外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱法。

（3）特别不规则的建筑、甲类建筑和规范规定的高层建筑，应采用时程分析法进行补充计算。

19、采用底部剪力法计算房屋建筑地震作用的适用范围在计算中，如何考虑长周期结构高振型的影响

答：剪力法的适用条件：

（1）房屋结构的质量和刚度沿高度分布比较均匀

（2）房屋的总高度不超过40m

（3）房屋结构在地震运动作用下的变形以剪切变形为主

（4）房屋结构在地震运动作用下的扭转效应可忽略不计

为考虑长周期高振型的影响，《建筑抗震设计规范》规定：当房屋建筑结构的基本周期时，在顶部附加水平地震作用，取

再将余下的水平地震作用分配给各质点：

结构顶部的水平地震作用为和之和

3.砌体结构中各楼层的重力荷载代表值是怎么确定的？

楼、屋盖自重，活荷载组合值（活荷载的一半）及上、下各半层的墙体、构造柱质量之和。

4.在多层砌体房屋中，横向楼层地震剪力如何在各道墙之间分配？

①刚性楼盖：按照各抗震横墙的侧移刚度比例分配给各墙体。

②柔性楼盖：按各横墙的所承担的上部重力荷载比例给各墙体。

③中等刚度楼盖：采用刚性楼盖和柔性楼盖分配方法的平均值计算地震剪力。

5.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。

考虑到此时楼板和钢梁的连接可能遭到破坏。

7.简述砌体填充墙对结构抗震性能的影响。

答：

1.使结构抗侧移刚度增大，从而使作用于整个建筑物上的水平地震力增大

2.改变了结构的地震剪力分布状况，使框架所承担的楼层地震剪力减小

3.减小了整个结构的侧移幅值：

4.充当了第一道抗震防线的主力构件，使框架居为第二道防线

2、如何确定结构的薄弱层

根据楼层屈服强度系数确定，对楼层屈服强度系数沿高度分布均匀的结构，薄弱层可取在底层，对楼层屈服强度系数沿高度分布不均匀的结构，薄弱层可取其相对较小的楼层，一般不超过２－３处。

3、影响框架梁柱延性的因素有哪些？

影响框架梁延性及其耗能能力的因素很多，主要有以下几个方面：纵筋配筋率、剪压比、跨高比、塑性铰区的箍筋用量。

4、砌体结构房屋的概念设计包括哪几个方面？

（1）建筑平面及结构布置（2）房屋总高和层数符合规范要求（3）高宽比符合要求（4）抗震墙间距满足规范要求（5）砌体墙段的局部尺寸符合限值1、“楼层屈服强度系数”的概念及作用是什么

答：楼层屈服强度系数是指按构件实际配筋和材料强度标准值计算的楼层受剪承载力和按罕遇地震作用计算的楼层弹性地震剪力的比值。

作用：判断结构的薄弱层位置。

2、什么是《抗震规范》“三水准”抗震设防目标？

小震不坏、中震可修、大震不倒

①小震不坏在建筑物使用期间内可遇到的多遇地震（小震），即相当于比设防烈度低度的地震作用下，建筑结构应保持弹性状态而不损坏，按这种受力状态进行内力计算和截面设计。

②中震可修即在设防烈度下，建筑结构可以出现损坏，经修理后仍可以继续使用，并保证生命和设备的安全。

③大震不倒当遭遇了千年不遇的罕遇地震（大震），建筑物会严重损坏，但要求不倒塌，保证生命安全。所谓大震，一般指超出设计烈度1～度的地震。4、多道抗震防线的概念举例说明

多道抗震防线：

（1）一抗震结构体系，应有若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同工作。

如：框架—抗震墙体系是由延性框架和抗震墙两个系统组成；双肢或多肢抗震墙体系由若干个单肢墙分系统组成。

（2）抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部赘余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，以使结构能够吸收和耗散大量的地震能量，一旦破坏也易于修复。

２、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）求出对应于每一振型的最大地震作用（同一振型中各质点地震作用将同时达到最大值）；

（3）求出每一振型相应的地震作用效应；

（4）将这些效应进行组合，以求得结构的地震作用效应。

３、简述抗震设防烈度如何取值。

答：一般情况下，抗震设防烈度可采用中国地震动参数区划图的地震基本烈度(或与本规范设计基本地震加速度值对应的烈度值)。对已编制抗震设防区划的城市，可按批准的抗震设防烈度或设计地震动参数进行抗震设防。

４、简述框架节点抗震设计的基本原则。

节点的承载力不应低于其连接构件的承载力；

多遇地震时节点应在弹性范围内工作；

罕遇地震时节点承载力的降低不得危及竖向荷载的传递；

梁柱纵筋在节点区内应有可靠的锚固；

节点配筋不应使施工过分困难。

５、简述钢筋混凝土结构房屋的震害情况。

答：1. 共振效应引起的震害；

2. 结构布置不合理引起的震害；

3. 柱、梁和节点的震害；

4. 填充墙的震害；

5. 抗震墙的震害。

什么是小震、中震和大震。

答：小震指该地区50年内超越概率约为%的地震烈度，即众值烈度，又称为多遇地震。中震指该地区50年内超越概率约为10%的地震烈，又称为基本烈度或设防烈度。大震指该地区50年内超越概率为2%～3%左右的地震烈度，又为称为罕遇地震。

2、抗震设计中为什么要限制各类结构体系的最大高度和高宽比？

答：随着多层和高层房屋高度的增加，结构在地震作用以及其他荷载作用下产生的水平位移迅速增大，要求结构的抗侧移刚度必须随之增大。不同类型的结构体系具有不同的抗侧移刚度，因此具有各自不同的合理使用高度。房屋的高宽比是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。

震害表明，房屋高宽比大，地震作用产生的倾覆力矩会造成基础转动，引起上部结构产生较大侧移，影响结构整体稳定。同时倾覆力矩会在混凝土框架结构两侧柱中引起较大轴力，使构件产生压曲破坏；会在多层砌体房屋墙体的水平截面产生较大的弯曲应力，使其易出现水平裂缝，发生明显的整体弯曲破坏。

4、什么是动力系数、地震系数和水平地震影响系数三者之间有何关系

答：动力系数是单质点弹性体系的最大绝对加速度反应与地震地面运动最大加速度的比值

地震系数是地震地面运动最大加速度与重力加速度的比值

水平地震影响系数是单质点弹性体系的最大绝对加速度反应与重力加速度的比值

水平地震影响系数是地震系数与动力系数的乘积

5、什么是鞭端效应，设计时如何考虑这种效应？

答：地震作用下突出建筑物屋面的附属小建筑物，由于质量和刚度的突然变小，受高振型影响较大，震害较为严重，这种现象称为鞭端效应；

设计时对突出屋面的小建筑物的地震作用效应乘以放大系数3，但此放大系数不往下传。

6、框架梁抗震设计时应遵循的原则？如何在设计中实现“强剪弱弯”

答：强柱弱梁，梁端先于柱出现塑性铰,同时塑性铰区段有较好的延性和耗能能力

强剪弱弯，梁形成塑性铰后仍有足够的受剪承载力

强节点、强锚固，妥善解决梁纵筋锚固问题

为保证强剪弱弯，应使构件的受剪承载力大于构件弯曲屈服时实际达到的剪力值，对一、二、三级框架梁，梁端截面组合的剪力设计值调整为：

8、简述提高框架梁延性的主要措施？

答：（1）“强剪弱弯”，使构件的受剪承载力大于构件弯曲屈服时实际达到的剪力值，以保证框架梁先发生延性的弯曲破坏，避免发生脆性的剪切破坏；

（2）梁端塑性铰的形成及其转动能力是保证结构延性的重要因素：一方面应限制梁端截面的纵向受拉钢筋的最大配筋率或相对受压区高度，另一方面应配置适当的受压钢筋

（3）为增加对混凝土的约束，提高梁端塑性铰的变形能力，必须在梁端塑性铰区范围内设置加密封闭式箍筋，同时为防止纵筋过早压屈，对箍筋间距也应加以限制。

（4）对梁的截面尺寸加以限制，避免脆性破坏。

13、为什么要限制多层砌体房屋抗震横墙间距

答：(1)横墙间距过大，会使横墙抗震能力减弱，横墙间距应能满足抗震承载力的要求。

（2）横墙间距过大，会使纵墙侧向支撑减少，房屋整体性降低

（3）横墙间距过大，会使楼盖水平刚度不足而发生过大的平面内变形，从而不能有效地将水平地震作用均匀传递给各抗侧力构件，这将使纵墙先发生出平面

的过大弯曲变形而导致破坏，即横墙间距应能保证楼盖传递水平地震作用所需的刚度要求。

14、在什么情况下结构会产生扭转振动如何采取措施避免或降低扭转振动

答：体型复杂的结构，质量和刚度分布明显不均匀、不对称的结构，在地震作用下会产生扭转，主要原因是结构质量中心和刚度中心不重合

措施：建筑平面布置应简单规整

质量中心和刚度中心应尽量一致

对复杂体型的建筑物应予以处理

15、什么是剪压比，为什么要限制剪压比？

答：剪压比是截面内平均剪应力与混凝土抗压强度设计值之比。

剪压比过大,混凝土会过早发生斜压破坏,箍筋不能充分发挥作用,它对构件的变形能力也有显着影响，因此应限制梁端截面的剪压比。

17、抗震设计时，为什么要对框架梁柱端进行箍筋加密？

答：梁柱端箍筋加密：加强对混凝土的约束，提高梁柱端塑性铰的变形能力，提高构件的延性和抗震性能，同时避免纵筋的受压屈曲

18、多层砌体房屋中，为什么楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处？

答：（1）楼梯间横墙间距较小，水平方向刚度相对较大，承担的地震作用亦较大，而楼梯间墙体的横向支承少，受到地震作用时墙体最易破坏

（2）房屋端部和转角处，由于刚度较大以及在地震时的扭转作用，地震反应明显增大，受力复杂，应力比较集中；另外房屋端部和转角处所受房屋的整体约束作用相对较弱，楼梯间布置于此，约束更差，抗震能力降低，墙体的破坏更为严重

20、钢筋混凝土框架房屋因建筑、结构布置不当产生的震害有哪些表现引起震害的原因是什么

答：（1）建筑平面形状复杂，由于扭转效应、应力集中震害加重

（2）房屋立面凹进凸出，可导致建筑物竖向质量和刚度突变，使结构某些部位的地震反应过于剧烈，加重震害

（3）房屋高宽比较大，底层框架柱可能因地震倾覆力矩引起的巨大压力或拉力而发生剪压或受拉破坏

（4）防震缝设置不当，若防震缝宽度不够，相邻建筑物易发生碰撞而造成破坏（5）结构物在平面质量与刚度分布不均匀（如抗侧力构件分布不恰当），使房屋质量中心与刚度中心不重合，引起扭转作用和局部应力集中，加重震害

（6）结构物沿竖向质量与刚度分布不均匀，在地震中往往会形成薄弱层，产生较大的应力集中或塑性变形，造成破坏

24、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）求出对应于每一振型的最大地震作用（同一振型中各质点地震作用将同时达到最大值）；

（3）求出每一振型相应的地震作用效应；

（4）将这些效应进行组合，以求得结构的地震作用效应。

25、简述框架节点抗震设计的基本原则

（1）节点的承载力不应低于其连接构件的承载力；

（2）多遇地震时节点应在弹性范围内工作；

（3）罕遇地震时节点承载力的降低不得危及竖向荷载的传递；

（4）梁柱纵筋在节点区内应有可靠的锚固；

（5）节点配筋不应使施工过分困难。

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

抗震概念设计：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。

26.延性和延性比是什么为什么抗震结构要具有延性

延性是指构件和结构屈服后，具有承载力不降低或基本不降低、且有足够塑性变形能力的一种性能。构件延性比：对于钢筋混凝土构件，当受拉钢筋屈服后，进入塑性状态，构件刚度降低，随着变形迅速增加，构件承载力略有增大，当承载力开始降低，就达到极限状态。延性比是极限变形与屈服变形的比值。结构延性比：对于一个钢筋混凝土结构，当某个杆件出现塑性铰时，结构开始出现塑性变形，但结构刚度只略有降低；当塑性铰达到一定数量以后，结构也会出现“屈服现象”即结构进入塑性变形迅速增大而承载力略微增大的阶段，是“屈服”后的联塑性阶段。结构的延性比通常是指达到极限时顶点位移与屈服时顶点位移的比值。

27.什么是概念设计？

结构概念设计是保证结构具有优良抗震性能的一种方法。概念设计包含极为广泛的内容，选择对抗震有利的结构方案和布置，采取减少扭转和加强抗扭刚度的措施，设计延性结构和延性结构构件，分析结构薄弱部位，并采取相应的措施，避免薄弱层过早破坏，防止局部破坏引起连锁效应，避免设计静定结构，采取二道

防线措施等等。应该说，从方案、布置、计算到构件设计、构造措施每个设计步骤中都贯穿了抗震概念设计内容。

1、试述纵波和横波的传播特点及对地面运动的影响（6分）

纵波在传播过程中，其介质质点的振动方向与波的传播方向一致，是压缩波，传播速度快，周期较短，振幅较小；（2分）将使建筑物产生上下颠簸；（1分）横波在传播过程中，其介质质点的振动方向与波的传播方向垂直，是剪切波，传播速度比纵波要慢一些，周期较长，振幅较大；（2分）将使建筑物产生水平摇晃；（1分）