石大060129建筑抗震期末复习题及参考答案.docx

建筑抗震课程综合复习资料一、问答题1.在抗震设计中，应尽量满足哪三强三弱？并简要说明。答案：强柱弱梁：要控制梁、柱的相对强度，使塑性较首先出现在梁端，而避免出现在柱顶，保证梁端的破坏先于柱端的破坏，对同一节点，使其在地震作用组合下，柱的抗弯能力大于梁的抗弯能力。强剪弱弯：为避免不过早的发生剪切破坏，使弯曲破坏先于剪切破坏，对同一杆件，使其在地震作用组合下，剪力设计值略大于按设计弯矩或实际抗弯承载力及梁上荷载反算出的剪力。强节点弱构件：为防止节点核芯区发生剪切破坏，必须保证节点核芯区混凝土的强度和配置足够数量的箍筋，使节点的破坏不早于构件的破坏。2.简述框架结构、抗震墙结构、框架一抗震墙结构的特点？答案：框架结构的特点是结构自身重量轻。适合于要求房屋内部空间较大、布置灵活的场合。整体重量的减轻能有效减小地震作用。如果设计合理，框架结构的抗震性能-般较好，能达到很好的延性。但同时由于侧向刚度较小，地震时水平变形较大，易造成非结构构件的破坏。抗震墙结构的特点是侧向刚度大，强度高，空间整体性能好。然而，由于墙体多，重量大，地震作用也大，并且内部空间的布置和使用不够灵活。框架-抗震墙结构的特点是在一定程度上克服了纯框架和纯抗震墙结构的缺点，发挥了各自的长处。其刚度较大，自重较轻，平面布置较灵活，并且结构的变形较均匀。3 .多层砌体结构房屋的总高度与层数应如何考虑？答案：由于砌体结构墙体在地震时易产生裂缝，开裂墙体在地震动作用下极易产生平面错动，从而大幅度降低墙体的竖向承载力，如果房屋层数多，重量大，破裂和错动的墙体就可能被压垮，镇海调查资料表明，随层数增多，房屋的破坏程度也随之加重，倒塌率随房屋的层数近似成正比增加。因此我国抗震规范对砌体房屋的总高度与层数规定一定的限制。4 .多层砌体结构房屋的高宽比应如何考虑？答案：规范对砌体结构房屋的高宽比限制，是属于保证房屋侧向整体稳定的重要措施。“高宽比”的宽是指平面尺寸中两个方向的较小尺寸。当房屋的高宽比大时，地震时易于发生整体弯曲破坏。多层砌体房屋不作整体弯曲验算，但为了保证房屋的稳定性，房屋总高度和总宽度的最大比值应满足规范规定的房屋的最大高宽比。5 .采用底部剪力法计算地震作用时，为什么要计算顶部附加地震作用？答案：顶部附加地震作用是针对建筑顶部有局部突出屋面的构筑物而采取的计算处理方法（比如水箱，楼梯间），构筑物不能形成一个结构层但有明显质量与高度，在地震时要产生地震效应，所以在结构分析中采用附加地震作用来做整体结构计算。6 .地震的破坏作用主要表现有哪些？答案：主要表现为三种形式：地表破坏、建筑物的破坏和次生灾害。其中前两种为直接灾害，造成房屋被毁，地裂、滑坡、地陷、塌方、海啸和近海岸的建筑物破坏等。次生灾害造成油罐、输气管道破裂引起火灾，水坝决口引起水灾，玻璃碎片飞舞伤人，此外还有爆炸、核泄漏等。7 .为什么地基的抗震承载力大于静承载力？答案：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，从地基变形的角度看，地震作用下地基土的承载力要比静荷载下的静承载力大。8 .地震作用的计算方法有哪几种？答案：（1）高层建筑结构宜采用振型分解反应谱法；（2）对高度不超过40m,以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布较均匀的高层建筑结构可采用底部剪力法；（3）79度地区的高层建筑，下列情况应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算：甲类高层建筑；规定的乙、丙类高层建筑；竖向有较大刚度突变的高层建筑；带转换层、加强层、错层、连体和多塔结构的复杂高层建筑结构；质量沿竖向分布特别不均匀的高层建筑结构。9 .框架结构的整体破坏形式有哪些？答案：框架的整体破坏形式按破坏性质可分为延性破坏和脆性破坏，按破坏机制可分为梁较机制（强柱弱梁型）和柱较机制（强梁弱柱型）。梁较机制即塑性较出现在梁端，此时结构能承受较大的变形，吸收较多的地震能量。柱较机制即塑性较出现在柱端，此时结构的变形往往集中在某一薄弱层，整个结构变形较小。10 .抗震墙结构的震害有哪些类型？答案：震害调查表明，抗震墙结构的抗震性能较好，一般震害较轻。高层抗震墙的破坏主要类型有：墙的底部发生破坏，表现为受压区混凝土的大片压碎剥落，钢筋压屈；墙体发生剪切破坏；抗震墙墙肢间的连梁产生剪切破坏。11.何谓柱轴压比？为什么要限制柱轴压比？答案：柱轴力N与柱的全截面面积AC和混凝土抗压强度设计值fc乘积的比值称为柱轴压比。当轴压比较小时，为大偏心受压构件，呈延性破坏；当轴压比较大时，为小偏心受压构件，呈脆性破坏；且此时箍筋对柱延性的影响变小，为保证地震时柱的延性，规范规定了轴压比的上限值。12 .D值法中影响反弯点位置的因素有哪些？答案：D值法中影响反弯点位置的因素有：侧向外荷载的形式、梁柱线刚度比、结构总层数及该柱所在的层次、柱上下横梁线刚度比、上层层高的变化、下层层高的变化等。13 .什么是覆盖层厚度？答案：原意是指从地表面至地下基岩面的距离。为了实用方便，我国建筑抗震规范进一步采用土层的绝对刚度定义覆盖层厚度，即地下基岩或剪切波速大于500ms的坚硬土层至地表面的距离，称为覆盖层厚度。14 .什么是底部剪力法？答案：底部剪力法是根据地震反应谱理论，以工程结构底部的总地震剪力与等效单质点的水平地震作用相等，来确定结构总地震作用的方法。15 .底部剪力法的计算假定条件有哪两点？答案：当建筑物高度不超过40m,结构以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀时，结构的地震反应将以第一振型反应为主，而结构的第一振型接近直线，为简化满足上述条件，假定：结构的地震反应可用第一振型反应表征；结构的第一振型为线性倒三角形，即质点的位移与其高度成正比。16 .采用底部剪力法计算水平地震作用的适用条件是什么？答案：高度不超过40m,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水平地震作用。17 .全球地震主要集中在哪两个大的地震构造系？答案：环太平洋地震构造系，集中了全世界地震总数的75%；位于北纬20。50。之间的大陆地震构造系，集中了全球大陆地震的90%；（又称地中海喜马拉雅地震带），我国位于世界两大地震构造系的交汇区域。18 .场地土的固有周期与地震动的卓越周期有何区别与联系？答案：在地震波通过覆盖土层传向地表的过程中，与土层固有周期一致的一些频率波群将被放大，而另一些将被衰减甚至被完全过滤掉。这样，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很大程度上取决于场地的固有周期，当二者接近时，建筑物振动加大，震害也会加重。19 .竖向荷载作用下框架内力计算时，为什么要对梁端弯矩调幅？答案：竖向荷载作用下，如果按照假定为刚接的理论计算值去设计，而实际做不到完全刚接,那么实质上是低估了跨中截面的实际弯矩值。因此，可以考虑用梁端塑性调幅的方法来体现这一影响。还有一个方面的考虑，梁端负弯矩钢筋都在梁顶部布置，如果数量过多，很难布置，混凝土也很难浇捣，施工质量没有保障。适当的塑性调幅，相当于减少梁端负弯矩钢筋，增加梁跨中正弯矩钢筋，方便施工，保证质量。20 .哪些建筑可不进行地基及基础的抗震承载力验算？答案：（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。21 .什么是地震反应谱？影响因素有哪些？答案：为便于求地震作用，将单自由度体系的地震最大绝对加速度反应与其自振周期T的关系定义为地震加速度反应谱，简称地震反应谱。影响地震反应谱的因素有两个：一是体系阻尼比；二是地震动。阻尼比越小，体系地震加速度反应越大，地震反应谱值越大。22 .砌体结构房屋的震害规律表现在哪几方面？答案：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；横墙承重房屋的震害轻于纵墙承重房屋；坚实地基上房屋震害轻于软弱地基和非均匀地基上的房屋；预制楼板结构比现浇楼板结构破坏重；外廊式房屋地震破坏较重;房屋两端、转角、楼梯间、附属结构震害较重。23 .多高层钢筋混凝土结构布置不合理会产生哪些震害？答案：扭转破坏：刚度中心与质量中心有较大的偏心距时；薄弱层破坏：结构刚度沿高度方向突然变化且较大时，破坏集中在薄弱层。底层薄弱的房屋易在地震中倒塌；应力集中处破坏：结构竖向布置发生很大的突变时，突变处由于应力集中而破坏；防震缝处的碰撞破坏：防震缝宽度不够时。24 .框架结构的局部破坏形式有哪些？答案：构件塑性较处的破坏；构件的剪切破坏；节点的破坏；短柱破坏；填充墙的破坏；柱轴压比过大时处于小偏压，引起柱的脆性破坏；钢筋的搭接不合理，造成搭接处破坏。二、论述题L有一钢筋混凝土三层框架，位于11I类场地，8度设防区一组，设计基本地震加速度为0.2g,已知一、二、三层质点重/=120XIO'Ag,m2=110×103,m3=60×103；对应的HI=5加，H2=9m,H313m；kl=245000kN/m,k2=225000kN/m,k.=125000kN/m0T.=0.716s,T=0.45S,m,x=0.16,n=0.0673。J1g11ln试用底部剪力法计算三质点体系在多遇地震下的各层水平地震作用及顶点最大位移;若各质点重改为加I=100X1034g,7%=90X1034g,铀=80X103kg,其它条件不变，试分别用能量法和顶点位移法求结构自振周期。答案：(T09Zn._X0.9%=/OmaX=一×0.16=0.1053,而结构总重力荷载为ITjmax(0.716)G£=(120+110+60)×9.8=2842三则结构得底部剪力为FEK=GeqeII=0.85GEal=0.85X2842×0.1053=254.37左N已知g=0.455,Tl=0.7165>IATg=0.63s。该结构为钢筋混凝土房屋结构，需考虑结构顶部附加集中作用。因n=0.0673Fn=B11FEK=0-0673X254.37=17AkN又已知Hl=5n,H2=9m,H3-13m,fGjHj=(120×5+110×9+60×13)×9.8=23226kN-m7=1则作用在结构各楼层上的水平地震作用为K=T11JQfFEKEGJHj7=1=11°x5x9.800673)X254.37=60kN23226'7=1°义9*变×(1-0.0673)×254.37=99AkN223226760×13×9.823226(1-0.0673)×254.37=78.IkN由此结构的顶点位移为FEKI工+用+A工I居+A工kik2k3254.37194.395.211245000225000125000=0.0027m由题意知：G1=100×9.8QV,G2=9Q×9.SKN,G3=80×9.8KN匕=(100+90+80)×9.8=270×9.8KNV2-(90+80)×9.8=170×9.SKNZzo.o11245000170×9.8-122500080×9.8从=,+3-1250000.011+0,0086=0,0184=0.0184+0.0063=0.02477；=2G,2«=11G,I/=IV3=80X9.8©VC100×9.8×0.0112+90×9.8×0.01842+8O×9.8×O.O2472CCr。讣=2J=0.278¾>V100x9.8×0.011+90×9.8×0.0184+80×9.8×0.0247顶点位移法：因本题结构是框架结构，属剪切型结构。根据上述能量法已求得结构在重力荷载当做水平荷载作用下的顶点位移，求得结构基本周期为：T1=1.8匹=1.80.0247=0.283秒2.有一钢筋混凝土三层框架，位于HI类场地，8度设防区一组，设计基本地震加速度为0.2g,已知一、二、三层质点重=115x103,m2=105×103,m3=50×103；对应的HI=5加，H2=9m,%=13m；kl=245000kN/m,k2=225000kN/m,k.=125000kN/m0T.=0.716s,Ts,=0.45S,(ZrnaX=06,=0.0673。jigIndXn试用底部剪力法计算三质点体系在多遇地震下的各层水平地震作用及顶点最大位移;若各质点重改为加l=100xl034g,和=80><103左g,铀=70X103初，其它条件不变，试分别用能量法和顶点位移法求结构自振周期。答案：/TZ4«X0.9%=上amax=×0.16=0.1053,而结构总重力荷载为IlTJmax(0.716)Ge=(115+105+5)×9.8=2646kN则结构得底部剪力为FEK=Geqal=0.85GEaI=0.85X2646×0.1053=236.8左N已知Tg=0.45S,T1=0.7165>IATg=0.63S。该结构为钢筋混凝土房屋结构，需考虑结构顶部附加集中作用。因n=0.0673Fn=0.0673×236.8=159kN又已知H1=5m,H2=9m,H3-13m,YjGjHj=(115×5+105×9+50×13)×9.8=21266J=则作用在结构各楼层上的水平地震作用为片=卢(1-2WEKEGJHj7=1115x5x9.8oo673)×236.8=58.5左N105×9×9.8×2126650×13×9.8×2126621266'7(10.0673)x236.8=96.2左N(10.0673)x236.8=66.2左N由此结构的顶点位移为FEKIK+K+A工I招+A工kik2k3=0.0024m236.8178.382.111245000225000125000由题意知：G1=100×9.8/2V,G2=80×9.SKN,G3=70×9.87CVK=(100+80+70)×9.8=250×9.8KNV2=(80+70)×9.8=150×9.8KN=0.01245000150×9.8u2=,2 122500070×9.8从=,+3 -125000=0.01+0.0065=0.0165=0.0165+0.0055=0.022Tl=2Gii2z=lGiI/=1C100×9.8×0.012+80×9.8×0.01652+7O×9.8×O.O222由=2J=026杪V100×9.8×0.01+80×9.8×0.0165+70×9.8×0.022顶点位移法：因本题结构是框架结构，属剪切型结构。根据上述能量法已求得结构在重力荷载当做水平荷载作用下的顶点位移，求得结构基本周期为：T1=1.8匹=1.80.022=0.267秒3.有一钢筋混凝土三层框架，位于HI类场地，8度设防区一组，设计基本地震加速度为0.2g,已知一、二、三层质点重/=110XIIP左g,m2-HQ×103m3=60×103；对应的Hl=5加，H2=9m,H3=13m；kl=255000kN/m,k2=205000kN/m,k3=105000kN/m；T1-0.716ls,=0.45s,OmaX=°16,=0.0673试用底部剪力法计算三质点体系在多遇地震下的各层水平地震作用及顶点最大位移;若各质点重改为叫=80XIOMgm2=80×103m3=70×IO3kg,其它条件不变，试分别用能量法和顶点位移法求结构自振周期。答案：'Tuyzn.-X0.9%=二1ax=二一×0.16=0.1053,而结构总重力荷载为ITJmax(0.716)GE=(IlO+110+6)x9.8=2744左N则结构得底部剪力为FEK=GeqaI=0.85GEal=0.85X2744×0.1053=245.6kN已知Tg=0.45S,T1=0.7165>XATg=0.63S。该结构为钢筋混凝土房屋结构，需考虑结构顶部附加集中作用。因5“=0.0673A%=nF=0.0673×245.6=16.5左N又已知Hl=5m,=9m,H3=13m>jGjHj=(110×5+110×9+60×13)×9.8=22736kN-mJ=则作用在结构各楼层上的水平地震作用为YLJl厚WEKEGJHjJ=I110×5×9.8×22736F2=110×9×9.8×22736(10.0673)x245.6=97.8左N(1-0.0673)×245.6=54.3IkN60×13×9.822736由此结构的顶点位移为=0.00278m×(1-0.0673)×245.6=77kN245.6191.393.511255000205000105000由题意知：G=80x9.8期，G2=80×9.8ffiV,G3=70×9.87CV½=(80+80+70)×9.8=230×9.8KNV2=(80+70)×9.8=150×9.SKNV3=70×93KN23°x98=0.00883255000150×9.82=20500070×9.8=2+3-2105QQQ=0.00883+0.0072=0.0160.016+0.0065=0.0225Tl=2Gii=1Giii=lC80×9.8×0.008832+8O×9.8×O.O162+7O×9.8×O.O2252CCZ同、=2J=0.264¾PV80×9.8×0.00883+80×9.8×0.016+70×9.8×0.0225顶点位移法：因本题结构是框架结构，属剪切型结构。根据上述能量法已求得结构在重力荷载当做水平荷载作用下的顶点位移，求得结构基本周期为：T1=1,8而=1.80.0225=0.27秒4 .有一钢筋混凝土三层框架，位于HI类场地，8度设防区一组，设计基本地震加速度为0.2g,已知一、二、三层质点重啊=120XIIPAg,W2=100xlOMg,m3=70×103；对应的HI=5加，H2=9m,H3=13m；kl=255000kN/m,k2=205000kN/m,左3=105000kN/m；T1=0.716s,Tg=0.45S,amax=0.16,n=0.0673。试用底部剪力法计算三质点体系在多遇地震下的各层水平地震作用及顶点最大位移;若各质点重改为叫=90xlOlgm2=90X4g铀=80xIOVg,其它条件不变，试分别用能量法和顶点位移法求结构自振周期。答案：(Tv7zn._、U9%=上«max=×0.16-0.1053,而结构总重力荷载为ITJmax(0.716)Ge=(120+100+7)×9.8=2842kN则结构得底部剪力为FEK=GegaI=0.85GE%=0.85X2842×0.1053=254.4左N已知Tg=0.45S,T1=0.7165>IATg=Q.63s。该结构为钢筋混凝土房屋结构，需考虑结构顶部附加集中作用。因n=0.0673NFn=nF=0.0673X254.4=YlAkN又已知Hl=5n,H2=9m,H3=13m,GjHj=(120X5+1X9+70X13)×9.8=23618kN-7=1则作用在结构各楼层上的水平地震作用为Fl=YIiLQ-3,JFEKZGJHJJ=I12°598*。_00673)x254.4=59AkN100×9×9.8×2361870×13×9.8X2361823618'7(10.0673)x254.4=88.6左N(1-0.0673)×254.4=89SkN由此结构的顶点位移为FekiF2+F3+iF3+iU3-Kk2254.4195.3106.7=11k3255000205000105000=0.00297m由题意知：G1=90×9.SKN,G2=90×9.8KN,G3=80×9.8匕=(90+90+80)X9.8=260X9.87QV-(90+80)×9.8=170×9.8KNV3=80x9.8©V独”=0.01255000170×9.81=.+120500080×9.832105000=0.01+0.0081=0.0181=0.0181+0.0075=0.0256Tl=2Gii2z=lG"Ii=lC90×9.8×0.012+9O×9.8×O.O1812+8O×9.8×O.O2562I=2J=0.28羽V90×9.8×0.01+90×9.8×0.0181+80×9.8×0.0256顶点位移法：因本题结构是框架结构，属剪切型结构。根据上述能量法已求得结构在重力荷载当做水平荷载作用下的顶点位移，求得结构基本周期为：T1=1.8匹=l.80.0256=0.288秒5 .有一钢筋混凝土三层框架，位于HI类场地，8度设防区一组，设计基本地震加速度为0.2g,已知一、二、三层质点重冽1=125XIIP左g,m2=115×103,m3=50×103；对应的HI=5加，H2=9m,H3=13m；kl=255000kN/m,k2=205000kN/m,43=105000kN/m；T1=0.716s,Tg=0.45S,amax=0.16,n=0.0673。试用底部剪力法计算三质点体系在多遇地震下的各层水平地震作用及顶点最大位移;若各质点重改为?=100xICPkg”=80l()34g铀=8io3%g,其它条件不变，试分别用能量法和顶点位移法求结构自振周期。答案：(T09zn._X0.9%=二1ax=一X0.16=0.1053,而结构总重力荷载为ITJmax(0.716)Ge=(125+115+5)×9.8=2842kN则结构得底部剪力为FEK=Geqal=0.85GEal=0.85X2842×0.1053=254.4左N已知Tg=0.45S,T1=0.7165>1.47；=0.63S。该结构为钢筋混凝土房屋结构，需考虑结构顶部附加集中作用。因5“=0.0673Fn=nF=0.0673X254.4=17AkN又己知H1=5m,H2=9m,Hi-13m,fGjHj=(125×5+115×9+50×13)×9.8=22638kN-mj=则作用在结构各楼层上的水平地震作用为K=3L-(I2WEKEGJHj7=1I?'*'*'.8oo673)×254.4=64.2左N115×9×9.8X2263850×13×9.8X2263822638'7(1-0.0673)×254.4=106.3左N(l-0.0673)×254.4=66.8左N由此结构的顶点位移为FekiF2+F3+FnF3+AFwkk2ki=0.00272m254.4190.183.911255000205000105000由题意知：G=100X9.8期，G2=8Q×9.8KN,G3=8O×9.87CV匕=(100+80+80)×9.8=260×9.SKN匕=(80+80)×9.8=160×9.8KN=80X9.8©V三=0.01255000160×9.82=|+2120500080×9.8.=1+105000=0.01+0.0076=0.0176=0.0176+0.0075=0.0251Tx=2G,21=1gmi=l=2.100×9.8×0.012+80×9.8×0.01762+80×9.8×0.02512CCr。工,卜=0.27(yK/100×9.8×0.01+80×9.8×0.0176+80×9.8×0.0251顶点位移法:因本题结构是框架结构，属剪切型结构。根据上述能量法已求得结构在重力荷载当做水平荷载作用下的顶点位移，求得结构基本周期为:T1=1.8匹=1.80.0251=0.285秒