建筑结构抗震设计整理

一、

名词解释

(1)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；

(2)地震震级：表示地震本身大小的尺度，是按一次地震本身强弱程度而定的等级； (3)地震烈度：表示地震时一定地点地面振动强弱程度的尺度； (4)震中：震源在地表的投影；

(5)震中距：地面某处至震中的水平距离； (6)震源：发生地震的地方；

(7)震源深度：震源至地面的垂直距离；

(8)极震区：震中附近的地面振动最剧烈，也是破坏最严重的地区； (9)等震线：地面上破坏程度相同或相近的点连成的曲线；

(10)建筑场地：建造建筑物的地方，大体相当于一个厂区、居民小区或自然村；

(11)沙土液化：处于地下水位以下的饱和砂土和粉土在地震时有变密的趋势，使孔隙水的压力急剧上升，造成土颗粒局部或全部将处于悬浮状态，形成了犹如“液化”的现象，即称为场地土达到液化状态；

(12)结构的地震反应：地震引起的结构运动；

(13)结构的地震作用效应：由地震动引起的结构瞬时内力、应力应变、位移变形及运动加速度、速度等；(14)地震系数：地面运动最大加速度与重力加速度的比值； (15)动力系数：单质点体系最大绝对加速度与地面运动最大加速度的比值； (16)地震影响系数：地震系数与动力系数的乘积；

(17)振型分解法：以结构的各阶振型为广义坐标分别求出对应的结构地震反应，然后将对应于各阶振型的结构反应相组合，以确定结构地震内力和变形的方法，又称振型叠加法； (18)基本烈度：在设计基准期（我国取50年）内在一般场地条件下，可能遭遇超越概率（10％）的地震烈度。

(19)设防烈度：按国家规定权限批准的作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。 (20)罕遇烈度：50年期限内相应的超越概率2％~3％，即大震烈度的地震。 (21)设防烈度

(22)多道抗震防线：一个抗震结构体系，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作用； (24)鞭梢效应；

(25)楼层屈服强度系数；

(26)重力荷载代表值：建筑抗震设计用的重力性质的荷载，为结构构件的永久荷载（包括自重）标准值和各种竖向可变荷载组合值之和；

(27)等效总重力荷载代表值：单质点时为总重力荷载代表值，多质点时为总重力荷载代表值的85%；

(28)轴压比：名义轴向应力与混凝土抗压强度之比；

(29)强柱弱梁：使框架结构塑性铰出现在梁端的设计要求；(30)非结构部件：指在结构分析中不考虑承受重力荷载以及风、地震等侧向力的部件

二、 简答题

1. 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。 2. 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。 3. 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。

4. 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。

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。 答：

6. 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

7. 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。

8. 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。

9. 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。 10. 什么是“强柱弱梁”、“强剪弱弯”原则?在设计中如何体现? 答：

11. 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。 12. 框架结构在什么部位应加密箍筋？ 答：加密柱端。

13. 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。 14. 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。

《抗震结构设计》水平测试题及答案

一、名词解释 1、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。 2、抗震设防烈度：

一个地区作为抗震设防依据的地震烈度，应按国家规定权限审批或颁发的文件（图件）执行。 3、场地土的液化：

饱和的粉土或砂土，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少，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。 ４、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。

5、地基土抗震承载力：

地基土抗震承载力6、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。

7、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。 8、强柱弱梁：

结构设计时希望梁先于柱发生破坏，塑性铰先发生在梁端，而不是在柱端。 9、砌体的抗震强度设计值：

faEafa，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。

fVENfV10、剪压比：

，其中fv为非抗震设计的砌体抗剪强度设计值，ζN为砌体抗震抗剪强度的正应力影响系数。

剪压比为V/fcbh0，是构件截面上平均剪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。

三、简答题（每题６分，共30分） １、简述两阶段三水准抗震设计方法。

答：我国《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）规定：进行抗震设计的建筑，其抗震设防目标是：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可继续使用，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，当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。

具体为两阶段三水准抗震设计方法：

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；

对大多数结构，一般可只进行第一阶段的设计。

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。

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。

三、简答题（每题5分、共20分）

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。

y(i)作用：判断结构的薄弱层位置。

Vy(i)Ve(i)

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1.5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1～1.5度的地震。

3、什么是剪压比？为什么要限制梁剪压比？ 剪压比即

Vfcbh0

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0.15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。

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。 三、简答题（每题5分、共20分） 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、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

四、计算题（21分） 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，每层层高皆为4.0m，框架的自振周期；Ⅱ类场地，7度第二组（，结构的阻尼比为，试用底部剪力法计算各层水平地震作用Fi及各层层剪力Vi。（1）求结构总水平地震作用：

Tg 1T10.40max1.0280.90.90.080.033 （3分）

GeqCG0.85(12001200)2040kN（3分）

FEk1Geq0.033204067.32kN （3分） （2）求作用在各质点上的水平地震作用

T11.028s1.4Tg1.40.40.56s

n0.08T10.010.081.0280.010.092（2分）

FnnFEk0.09267.326.2kN（1分） F1G1H1FEk(1n)

jGHjj1n F21200467.32(10.092)20.37kN（3分）

1200412008G2H2GHjj1nFEk(1n)Fn

j1200867.32(10.092)6.246.95kN（4分）

1200412008（3）求层间剪力 V1F1F220.3746.9567.32kN（1分）

V2F246.95kN （1分）

五、计算题（22分）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G1G21200kN，每层层高皆为4.0m，框架的自振周期

T11.028s, T20.393s；第一主振型111.000，121.618；第二主振型211.000，

Ⅱ类场地，7度第二组（Tg0.40s, max0.08)，结构的阻尼比为0.05，220.618；

试按振型分解反应谱法计算框架的楼层地震剪力。

解：（1）相应于第一振型自振周期T1的地震影响系数：

Tg 1T10.40max1.0280.90.90.080.033 （2分）

第一振型参与系数

1mmi1i12ni1i2i1i12001.00012001.6180.724 （2

12001.000212001.6182分）

于是：F111111G10.0330.7241.000120028.67kN （2分）

F121112G20.0330.7241.618120046.39kN （2分）

第一振型的层间剪力：

V12F1246.39kN （1分） V11F11F1275.06kN （1分） （2）相应于第二振型自振周期T2的地震影响系数： 0.10sT20.393sTg0.40s，故取2max （2分） 第二振型参与系数

2min2imii1i1222i12001.0001200(0.618)0.276 （2

12001.00021200(0.618)2分）

于是：F212221G10.080.2761.000120025.97kN （2分）

F222222G20.080.276(0.618)120016.05kN （2分）

第二振型的层间剪力：

V22F2216.05kN （1分） V21F21F229.92kN （1分） （3）由SRSS法，计算各楼层地震剪力： V2Vj222j246.392(16.05)249.1kN （1分）

V1Vj222j175.0629.92275.71kN （1分）