抗震结构设计复习题及答案

判断题
构造地震分布最广，危害最大。

（√）
体波可以在地球内部和外部传播。

（X）
横波向外传播时，其介质质点的振动方向与波的前进方向相垂直。

（√）
地震现象表明，横波使建筑物产生上下颠簸。

（X ）
一般来说，离震中愈近，地震影响愈大，地震烈度愈小。

（X ）
纵波的特点是周期较长，振幅较大。

（X ）
横波只能在固体内传播。

（√）
对应于一次地震，震级只有一个，烈度也只有一个。

（X ）
震害表明，坚硬地基上，柔性结构一般表现较好，而刚性结构有的表现较差。

（√）
一般来讲，震害随场地覆盖层厚度的增加而减轻。

（X ）
地基土的抗震承载力小于地基土的静承载力。

（X ）
结构的自振周期随其质量的增加而减小，随刚度的增加而加大。

（X ）
一般而言，房屋愈高，所受到的地震力和倾覆力矩愈大，破坏的可能性也愈大。

（√）
弯曲构件的延性远远小于剪切构件的延性。

（X）
在同等设防烈度和房屋高度的情况下，对于不同的结构类型，其次要抗侧力构件抗震要求可低于主要抗侧力构件。

（√）
在进行梁端弯矩调幅时，可先进行竖向荷载和水平荷载的梁端弯矩组合后再进行调幅。

（X）钢筋混凝土构造柱可以先浇柱，后砌墙。

（X ）
构造柱必须单独设置基础。

（X ）
地震时内框架房屋的震害要比全框架结构房屋严重，比多层砖房要轻。

（X）
中心支撑与偏心支撑相比具有较大的延性。

（X ）
耗能梁段的屈服强度越高，屈服后的延性越好，耗能能力越大。

（X ）
简答题
抗震设防的目标是什么？实现此目标的设计方法是什么？
答：目标是对建筑结构应具有的抗震安全性能的总要求。

我国《抗震规范》提出了三水准的设防要求，概括起来是“小震不坏，中震可修，大震不倒”。

第一水准是建筑物在遭受频度较高、强度较低的多遇地震时，一般不损坏也不需要修理。

第二水准是建筑物在遭受基本烈度的地震影响时，允许结构部分达到或超过屈服极限，或者结构的部分构件发生裂缝，结构通过塑性变形消耗地震能量，结构的变形和破坏程度发生在可以修复使用的范围之中。

第三水准是建筑物遭受预估的罕遇的强烈地震时，不至于发生结构倒塌或危机生命安全的严重破坏。

方法：依据三个地震烈度水准，使用两阶段抗震设计方法实现。

建筑场地选择的原则是什么？
答：选址时应当选择有利地段，避开不利地段。

当无法比开始应采取有效地抗震措施。

在危险地段，不应建造非临时性的建筑物，尤其是严禁建造甲、乙类建筑物。

哪些建筑可不进行地基及基础的抗震承载力验算？
答：（1）砌体房屋（2）地基主要受力范围内不存在软弱粘性土层的下列建筑物：一般单层厂
房、单层空旷房屋。

不超过8层且高度在25M以下的一般民用框架房屋。

基础荷载与上述一般民用框架房屋相当的多层框架厂房。

（3）抗震规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。

影响液化的因素有哪些？液化对建筑物有哪些危害？
答：（1）土层的地质年代（2）土的组成和密实程度（3）液化土层的埋深（4）地下水位深度（5）地震烈度和持续时间。

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。

简述确定水平地震作用的振型分解反应谱法的主要步骤。

答：
简述确定结构地震作用的底部剪力法的适用条件及计算步骤。

答：适用条件：（1）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）建筑结构在地震作用下的变形以剪切变形为主（4）建筑结构在地震作用时的扭转效应可忽略不计
什么时候应考虑竖向地震作用的影响？
答：《抗震规范》规定，8度和9度时的大跨度结构、长悬臂结构、9度时的高层建筑应考虑竖向地震作用。

何谓时程分析法，在什么时候须用时程分析法进行补充计算？
答：对结构物的运动微分方程直接进行逐步积分求解的一种动力分析方法。

以下情况：①甲类建筑和9度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构②高度大于150M的钢结构和7-9度时楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋混凝土框架结构③烈度8度Ⅲ、Ⅳ类场地和9度时高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向排架④采用隔墙和消能减震设计的结构。

何谓“抗震概念设计”？“概念设计”与计算设计有何不同？
答：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，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。

与计算设计的不同：计算设计是通过地震作用的取值进行结构的抗震验算，而概念设计强调，在工程设计一开始，就应该把握好能量输入、房屋体型、结构体系、刚度分布，构件延性等几个主要方面，从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节，概念设计需要辅以必要地计算设计。

什么是“强柱弱梁”、“强剪弱弯”原则?在设计中如何体现?
答：
怎样保证框架梁柱节点的抗震性能? 如何进行节点设计?
答：节点抗震设计原则：①节点的承载力不应低于其连接件的承载力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节点配筋不应使施工过分困难。

框架柱抗震设计原则：①强柱弱梁，使柱尽量不要出现塑性铰②在弯曲破坏发生前不发生剪切破坏，使柱有足够的抗剪能力③控制柱的轴压比不要太大④加强约束，配置必要地约束箍
筋
梁抗震设计原则：①梁形成塑性铰后仍有抗剪承载力②梁纵筋去附后，塑性铰区段应有较好的延性和耗能能力③妥善解决梁纵筋锚固问题。

框架结构在什么部位应加密箍筋？ 答：加密柱端。

在多层砌体结构中设置构造柱和圈梁的作用是什么？
答：构造柱的作用：可以部分提高墙体的抗剪强度，大大增强房屋的变形能力。

墙体开裂后，构造柱与圈梁形成的约束体系可以有效地限制墙体散落，使墙体以滑移等方式大量消耗地震能量，保证房屋不至倒塌。

圈梁的作用：与构造柱整浇在一起，形成钢筋混凝土框架，共同约束墙体，提高房屋的整体性及延性，增强房屋的抗倒塌能力。

在砌体结构的计算简图中如何确定结构底部固定端标高？ 答：（1）对于多层砌体结构房屋，当基础埋置较浅时，取为基础顶面（2）当基础埋置较深时，可取为室外地坪下0.5M 处（3）当设有整体刚度很大的全地下室时，取为地下室顶板顶部（4）当地下室整体刚度较小或半地下室时，取地下室室内地坪处。

1、某两层钢筋混凝土框架，集中于楼盖和屋盖处的重力荷载代表值相等kN 120021==G G ，每层层高皆为4.0m ，各层的层间刚度相同m /kN 863021=∑=∑D D ；Ⅱ类场地，设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g ，设计分组为第二组，结构的阻尼比为05.0=ζ。

（1）求结构的自振频率和振型，并验证其主振型的正交性 （2）试用振型分解反应谱法计算框架的楼层地震剪力 解1）：（1）计算刚度矩阵
m kN k k k /17260286302111=⨯=+= m kN k k k /863022112-=-== m kN k k /8630222==
（2）求自振频率
])(4)()[(21
211222112121122211122212
122,1k k k k m m k m k m k m k m m m --++=
ω
])8630(863017260[(1201204)172601208630120()172601208630120[(120
12021
22--⨯⨯⨯-⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯=
28.188/47.27=
s rad /24.51=ω s rad /72.132=ω
（3）求主振型 当s rad /24.51=ω
1618
.186301726024.51202121121111
12=--⨯=-=k k m X X ω 当s rad /72.132=ω
1618
.086301726072.131********
212122-=--⨯=-=k k m X X ω
（4）验证主振型的正交性 质量矩阵的正交性
0618.0000.112000120618.1000.1}]{[}{21=⎭⎬⎫
⎩⎨⎧-⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡⎭
⎬
⎫⎩⎨⎧=T
T
X m X 刚度矩阵的正交性
0618.0000.186308630863017260618.1000.1}]{[}{21=⎭⎬⎫⎩⎨⎧-⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡--⎭
⎬
⎫⎩⎨⎧=T
T
X k X
解2）：由表3.2查得：Ⅱ类场地，第二组，T g =0.40s 由表3.3查得：7度多遇地震
08.0max =α
第一自振周期
g
g T T T T 5s,200.1211
1<<==
ωπ
第二自振周期
g
g T T T T 5s,458.0212
2<<==
ωπ
（1）相应于第一振型自振周期1T 的地震影响系数：
030
.008.0200.140.09
.0max 9
.01
1=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=ααT
T g
第一振型参与系数
724
.0618.11200000.11200618
.11200000.112002
22
1211
11=⨯+⨯⨯+⨯=
=
∑∑==i i
i n
i i
i m m φ
φγ
于是：kN 06.261200000.1724.0030.01111111=⨯⨯⨯==G F φγα
kN 17.421200618.1724.0030.02121112=⨯⨯⨯==G F φγα
第一振型的层间剪力：
kN 17.421212==F V kN 23.68121111=+=F F V （2）相应于第二振型自振周期2T 的地震影响系数：
071
.008.0458.040.09
.0max 9
.02
2=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=ααT
T g
第二振型参与系数
276
.0)618.0(1200000.11200)
618.0(1200000.112002
22
1
221
22=-⨯+⨯-⨯+⨯=
=
∑∑==i i
i
n
i i
i
m m φ
φ
γ
于是：kN 52.231200000.1276.0071.01212221=⨯⨯⨯==G F φγα
kN 53.141200)618.0(276.0071.02222222-=⨯-⨯⨯==G F φγα
第二振型的层间剪力：
kN 53.142222-==F V kN 99.8222121=+=F F V （3）由SRSS 法，计算各楼层地震剪力：
kN
60.44)53.14(17.42222
222
2=-+==
∑=j j V
V
kN
821.6899.823.68222
2
21
1=+==
∑=j j V
V
2、某两层钢筋混凝土框架，集中于楼盖和屋盖处的重力荷载代表值相等kN 120021==G G ，每层层高皆为 4.0m ，框架的自振周期s 028.11=T ；各层的层间刚度相同m /kN 863021=∑=∑D D ；Ⅱ类场地，7度第二组（)08.0 s,40.0max ==αg T ，结构的阻尼比为
05.0=ζ，试按底部剪力法计算框架的楼层地震剪力，并验算弹性层间位移是否满足要求（[]450/1=e θ）。

解：（1）求结构总水平地震作用：
033
.008.0028.140.09
.0max 9
.01
1=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=ααT
T g
kN
32.67)12001200(85.0033.0eq 1Ek =+⨯==G F α
（2）求作用在各质点上的水平地震作用
s
T s T g 56.04.04.14.1028.11=⨯=>=
092.001.0028.108.001.008.01=+⨯=+=T n δ
kN 2.632.67092.0Ek n n =⨯==∆F F δ
)
1(n Ek 1
1
11δ-=
∑=F H
G H G F n
j j
j
kN
37.20)092.01(32.6781200412004
1200=-⨯⨯+⨯⨯=
n
n Ek 1
2
22)1(F F H
G H G F n
j j
j
∆+-=
∑=δ
kN
95.462.6)092.01(32.6781200412008
1200=+-⨯⨯+⨯⨯=
（3）求层间剪力
kN 32.6795.4637.20211=+=+=F F V kN 95.4622==F V （4）验算层间弹性位移
mm 8.7m 0078.08630/32.671===∆
450/1512/14000/8.71<==θ （满足） mm 44.5m 00544.08630/95.461===∆
450/1735/14000/44.51<==θ （满足）
3、某三层钢筋混凝土框架，集中于楼盖处的重力荷载代表值分别为kN 100021==G G ，
kN 6003=G ，每层层高皆为 5.0m ，层间侧移刚度均为40MN/m ，框架的基本自振周期s 6332.01=T ；Ⅰ类场地，8度第二组，设计基本加速度为0.30g ，结构的阻尼比为05.0=ζ，
试按底部剪力法计算框架的楼层地震剪力，并验算弹性层间位移是否满足规范要求。

（1）求结构总水平地震作用：
122
.024.06332.030.09
.0max 9
.01
1=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ααT
T g
kN
6.269)60010001000(85.0122.0eq 1Ek =++⨯==G F α
（2）求作用在各质点上的水平地震作用
s
T s T g 42.03.04.14.16332.01=⨯=>=
121.007.06332.008.007.008.01=+⨯=+=T n δ
kN 62.326.269121.0Ek n n =⨯==∆F F δ
)
1(n Ek 1
1
11δ-=
∑=F H
G H G F n
j j
j
kN
37.49)121.01(6.26915600101000510005
1000=-⨯⨯+⨯+⨯⨯=
)
1(n Ek 1
2
22δ-=
∑=F H
G H G F n
j j
j
kN
75.98)121.01(6.269156001010005100010
1000=-⨯⨯+⨯+⨯⨯=
n
n Ek 1
3
33)1(F F H
G H G F n
j j
j
∆+-=
∑=δ
kN
49.12162.3287.8862.32)121.01(6.26915
6001010005100015
600=+=+-⨯⨯+⨯+⨯⨯=
（3）求层间剪力
kN 6.26949.12175.9837.493211=++=++=F F F V
kN
24.22049.12175.98322=+=+=F F V
kN
49.12133==F V
（4）验算弹性位移
0.0095505][0063.01040106.26963111==≤=⨯⨯==H K V e
θδ
满足规范要求。