抗震结构设计高等教育出版社复习资料Word下载.docx
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《抗震规范》取50年超越概率2%~3%的超越概率作为大震烈度(罕遇烈度)的概率水准。
抗震设防烈度是指按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。
设计基本地震加速度指50年设计基准期内超越概率为10%的地震加速度的取值:
7度--0.10g(0.15g);
8度--0.20g(0.30g);
9度--0.40g
鞭梢效应是指高层建筑物末端形状和刚度发生变化时,端部产生的力和变形突然增大,远远大于其按重力分配到得地震荷载
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)。
建筑场地:
指建筑物所在地,大体相当于厂区、居民点和自然村的区域范围,范围不应太小,一般不小于0.5Km2
场地土的液化:
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。
其判别方法有初步判别法和标准贯入度判别法。
概念设计:
工程抗震问题不能完全依赖“计算设计”解决。
而立足于工程抗震基本理论及长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念,往往是构造良好结构性能的决定性因素。
强柱弱梁:
指在强烈地震作用下,结构发生较大侧移进入非弹性阶段时,为使框架保持足够的竖向承载力而免于倒塌,要求塑性铰应首先在梁上形成,尽可能避免在破坏后危害更大的柱上出现塑性铰。
超越概率:
一定地区范围和时间范围内,发生的地震烈度超过给定地震烈度的概率。
即地下基岩或剪切波速大于500m/s的坚硬土层至地表面的距离,称为覆盖层厚度。
地震包含了哪几种波?
各有什么特点?
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
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。
周期长,振幅大。
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。
瑞雷波(R波):
传播时将质点在波的前进方向与地表面法向组成的平面内做逆向椭圆运动。
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。
。
3、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、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。
第一阶段为结构设计计算阶段:
主要任务是承载能力计算和一系列基本抗震构造措施设计。
确定结构方案和结构布置,用小震作用计算结构弹性位移和构件的内力,并用极限状态法设计各构件(譬如确定配筋或者确定型钢类型),同时进行结构的抗震变形验算,按照延性和耗能要求,采用相应的构造措施。
这样就基本可以做到保证前面所说的“三水准”中的前两个水准:
小震不坏,中震可修。
第二阶段为验算阶段:
主要对抗震有特殊要求或者对地震特别敏感、存在大震作用时容易发生灾害的薄弱部位进行弹塑性变形验算,要求其值在避免结构发生倒塌的范围内。
如果层间位移超过允许值,认为结构可能发生严重破坏或者倒塌,则需要对薄弱部位采取必要的措施,直到满足要求为止。
通过计算和构造措施,通过弹性阶段的设计计算和塑性阶段的验算,实现“小震不坏,中震可修、大震不倒”的抗震要求。
3.地震震级、地震烈度和震级与震中烈度的关系。
地震震级是表征地震强弱的指标,是地震释放能量多少的尺度,一次地震仅一个震级。
地震震级分为近震震级ML、面波震级MS和体波震级MB。
地震烈度是地震对地面影响的强烈程度。
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,软弱地基地面的自振周期和振动持续时间较长,振幅较大,因此震害也较严重。
2、简述天然地基基础抗震验算的一般原则。
砌体房屋;
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。
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%。
4、怎样判别场地土的液化?
影响液化的因素有哪些?
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
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。
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
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
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、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。
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∑Gi
2、砼框架体系结构抗震设计中如何考虑填充墙的影响?
使结构抗侧移刚度增大,自振周期减短,从而作用于整个建筑上的水平地震力增大,增加的幅度可达30%-50%.
改变了结构的抗震剪力分布状况。
由于砌体填充墙参与抗震,分担了很大一部他分水平地震剪力,反而使框架所承担的楼层地震剪力减小。
由于砌体填充墙具有较大的抗侧移刚度,限制了框架的变形,从而减小了整个结构的抗震侧移幅值,
相对于框架而言,砌体填充墙具有很大的初期刚度,建筑物遭受地震前几个较大加速度脉冲时,填充墙承担了大部分地震力,并用它自身的变形及墙面裂缝的出现和开展,消耗输入建筑物的地震能量。
所以,砌体填充墙在这里充当了第一道抗震防线的主力构件,使框架退居为第二道防线。
1、框架结构的侧移计算包括哪几个方面?
结构布置及构件截面尺寸确定——计算简图——荷载计算——重力荷载代表值计算——水平(地震)作用计算——内力计算(竖向、水平向)——内力组合——截面强度计算——变形验算——构造措施等
2、框架结构抗震设计的基本原则是什么?
钢筋混凝土框架结构宜对称布置。
钢筋混凝土框架的梁、柱构件应避免剪切破坏,构件弯曲破坏形成的极限剪力应小于构件斜截面的极限剪力,即强剪弱弯”
钢筋混凝土框架的梁、柱构件之间应设置成“强柱弱梁
梁柱节点的承载力宜大于梁、柱构件的承载力。
即”强节点弱构件”。
3、《抗震规范》规定:
一、二、三框架的节点核芯区应进行抗震验算,四级框架的节点核芯区可不进行抗震验算,但应符合抗震构造措施的要求。
判断题
2、多层砌体结构房屋的抗震构造措施包括哪些方面?
一、多层砖房的抗震构造措施
(一)设置钢筋混凝土构造柱
(二)设置钢筋混凝土圈梁
(三)楼盖、屋盖构件具有足够的搭接长度和可靠的连接
(四)横墙较少砖房的有关规定与加强措施
(五)墙体之间的连接
(六)加强楼梯间的整体性
(七)采用同一类型的基础
3.建筑结构所受地震作用的大小取决于哪些主要因素?
答:
地震作用的影响因素有外部因素和结构内部因素:
(1).外因:
地震本身的动力特性,包括地震引起地面的位移、速度、加速度。
这些因素既跟震源(震级、震源深度)有关又和传播途径、场地条件有关。
(2).内因:
结构本身的力学特性,包括结构的自振周期和阻尼。
4.什么是地震反应谱?
(P35)影响因素有哪些?
什么是设计反应谱?
(P38)
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。
7.地震系数K?
(P.38)地震影响系数α?
(P.40)αmax由哪些因素确定?
答:
地震系数K(P38):
地震系数k是地震动峰值加速度与重力加速度之比。
地震烈度每增加一度,地震系数大致增加一倍。
地震影响系数α:
是单质点弹性体系在地震时最大反应加速度(以重力加速度g为单位),是作用在质点上的地震作用与结构重力荷载代表值之比。
αmax由设防烈度和地震的类型确定。
8.什么是特征周期?
与什么因素有关?
P39
特征周期是对应于反应谱峰值区拐点的周期,它取决于场地类别和设计地震分组。
9.什么是动力系数β(P.38)答:
动力系数β是单质点弹性体系在地震作用下最大反应加速度与地面最大加速度之比。
影响因素由:
地面运动加速度,结构体系的自振周期,结构阻尼比。
10.什么是振型分解法?
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;
11.地震作用的计算方法有哪几类?
(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)7-9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:
①甲类高层建筑;
②规定的乙、丙类高层建筑;
③竖向有较大刚度突变的高层建筑;
④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;
⑤质量沿竖向分布特别不均匀的高层建筑结构;
12.底部剪力法的适用范围是什么?
P54
底部剪力法适用于质量和刚度沿高度分布比较均匀,高度不超过四十米,并以剪切变形为主(房屋高宽比小于4时)的结构。
14.什么是重力荷载代表值?
(P86)
计算地震作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。
15.底部剪力法的的计算公式和步骤?
质量和刚度沿高度分布比较均匀,高度不超过四十米,并以剪切变形为主(房屋高宽比小于4时)的结构。
(1)结构总水平地震作用标准值:
FEk=α1Geq,Geq=0.85∑(G1+G2+…..+Gi+…+Gn)
上式中:
α1为水平地震作用影响系数;
根据设防烈度和地震类别查表;
Geq称等效重力荷载:
单质点体系取总重力荷载代表值;
对多质点体系取总重力荷载代表值的0.85倍;
Gi各楼层(质点)重力荷载(重量,KN)代表值。
(2)质点i的水平地震作用标准值
各质点的水平地震作用标准值Fi与其HiGi成正比:
Gi为质点i的重力荷载代表值;
Hi为质点i的计算高度;
δn为顶部附加作用系数,对多层钢筋混凝土房屋,δn可根据特征周期和基本周期查表求得;
(3)结构顶部附加地震作用
当T1﹥1.4Tg时,由于高振型的影响,须在结构顶部增加一个附加水平地震作用ΔFn:
ΔFn=δnFEK;
这时顶层质点的地震作用=Fn+ΔFn
16.什么是等效重力荷载?
(P.55)
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%。
17.如何确定结构的抗震计算方法?
(P86)
(1)底部剪力法:
把地震当作等效静立荷载,计算结构最大地震反应。
(2)振型分解反应谱法。
利用振型分解原理和反应谱理论进行结构最大地震反应计算。
(3)时程分析法。
分两种,一是振型分解法,一是逐步积分法。
18.什么情况下要考虑顶部附加作用?
如何计算?
对于自振周期比较长的多层钢筋混凝土房、多层内框架砖房需考虑顶部附加作用。
19.结构基本周期近似计算有那几种方法?
(P58)
①能量法(P58);
②等效质量法(P59);
③顶点位移法(P62)
附注:
能量法计算结构基本周期:
20.地基与结构相互作用的结果使结构的地震作用发生什么变化?
地基与结构相互作用的结果使结构的地震作用减小。
21.为何要考虑竖向地震作用(P.63)答:
震害调查表明,在烈度较高的震中区,竖向地震对结构的破坏也会有较大影响,一些高耸结构和高层建筑的上部在书香地震作用下,因上下振动而出现受拉破坏,对于大跨度结构,竖向地震引起的上下振动惯性力,相当于增加了结构的上下荷载作用。
故地震计算式应考虑竖向地震作用。
计算公式:
,FEvk为总竖向地震作用标准值;
αvmax为竖向地震影响系数最大值(αvmax=0.65αmax);
Geq为等效重力荷载(取重力荷载代表值的0.75倍)
22.我国规范规定那些建筑要考虑竖向地震作用?
P63
设防烈度为8度和9度区的大跨度屋盖结构、长悬臂结构、烟烟囱及类是高耸结构和设防烈度为9度区的高层建筑,应考虑竖向地震作用。
23.什么是重力荷载代表值?
计算公式中各字母代表什么含义?
P6-86
进行结构抗震计算时,所考虑的重力荷载,称为重力荷载代表值。
GE=DK+
GE——重力荷载代表值;
DK——结构恒荷载标准值;
——有关活载(可变荷载)标准值;
——有关活载组合值
23.什么情况下地震将导致结构扭转振动?
(P64)
当结构平面质量中心与刚度中心不重合时,或者质量和刚度明显不均匀、不对称时,将导致水平地震下结构产生扭转振动。
24.多遇烈度下的抗震承载力验算条件?
各个荷载分项系数的取值?
(P.88~91)
S=γGSGE+γE.hSEhk+γEvSEvk+ΨwγwkSwk
S结构构件内力组合的设计值;
γG重力荷载分项系数,一般情况取1.2,当重力荷载效应对构件承载能力有利时,不应大于1.0。
γE.hγEv分别为水平竖向地震作用分项系数,单独考虑均为1.3。
SGE重力荷载代表值的效应。
SEhk、SEvk水平、竖向地震作用标准值的效应。
Swk风荷载标准值的效应。
Ψw风荷载组合系数,一般结构可不考虑,风荷载起控制作用的高层建筑采用0.2。
25.多遇烈度下的变形验算条件?
(P.89)
楼层内最大弹性层间位移应符合下式要求:
Δue≤[θe]hΔue多遇地震作用标准值产生的楼层内最大弹性层间位移;
计算时除弯曲变形为主的高层建筑外,可不扣除结构整体弯曲变形,应计入扭转变形,各作用分项系数应采用1.0;
钢筋混凝土结构构件的截面刚度可采用弹性刚度。
[θe]弹性层间位移角限值。
H计算楼层高度。
25.什么是楼层屈服强度系数和结构薄弱层?
楼层屈服强度系数是第i层的楼层实际受剪承载力(按实际配筋量和材料强度标准值计算)与罕遇地震标准值作用下该层剪力的比值。
结构薄弱层是指在强烈地震作用下结构首先发生屈服并产生较大弹塑性位移的部位。
26.层间弹塑性位移验算条件?
层间弹塑性位移验算条件:
Δup≤[θp]h;
[θp]弹塑性层间位移角限值。
H薄弱楼层高度或单层厂房商住高度。
27.两个阶段的变形验算有什么不同?
第一阶段考虑的地震烈度是多遇烈度,计算的位移是弹性位移;
第二阶段考虑的地震烈度是罕遇烈度,计算的位移是弹塑性位移。
28.结构抗震验算内容有哪些?
(P88)
(1)多遇地震下结构允许弹性变形验算,以防止非结构构件破坏;
(2)多遇地震下强度验算,以防止结构构件破坏;
(3)罕遇地震地震下结构的弹塑性变形验算,以防止结构倒塌。
29.哪些情况下可不进行结构抗震强度验算,但应符合有关构造措施?
P89
下列情况下,可不进行结构抗震强度验算:
①6度时的建筑(建造于Ⅳ类场地上较高的高层建筑与高耸建筑结构除外);
②7度时Ⅰ、Ⅱ类场地、柱高不超过10m且两端有山墙的单跨及多跨等高的钢筋混凝土厂房(锯齿形厂房除外),或柱顶标高不超过4.5m、两端均有山墙的单跨及多跨等高的砖柱厂房。
2.为何要规定(限制)房屋的高宽比?
P97
当房屋的高宽比大时,地震时容易发生整体弯曲破坏。
多层砌体房屋不作整体弯曲验算,但为了使多层砌体房屋有足够的稳定性和整体抗弯能力,故对房屋的总高度和总宽度的最大笔直进行限制。
3.为什么要限制抗震横墙间距的最大值?
横墙数量多,间距小,结构的空间刚度就越大,抗震性就越好,反之则抗震性差。
因此,为了避免纵墙发生较大的出平面弯曲变形造成纵墙倒塌,保证楼盖具有足够能力传递水平地震力给墙体的水平刚度,多层砌体房屋的抗震横墙的间距就不应超过规定值。
4.多层砌体结构应采取哪些抗震构造措施?
P108-112(四个小标题)
(1)加强结构的连接;
(2)设置钢筋混凝土构造柱;
(3)合理布置圈梁;
(4)重视楼梯间的抗震构造措施设计。
5.钢筋混凝土构造柱如何施工?
P110(填空、简答?
)
钢筋混凝土构造柱的施工,应要求先砌墙、后浇柱,墙柱连接处宜砌成马牙槎,并应沿墙高每隔0.5m设2×
φ6拉结筋,每边伸入墙内不少于1m。
6.什么是底部框架砌体房屋?
P112(名词解释)
底部框架砌体房屋主要是指结构底层或底部两层采用钢筋混凝土框架—抗震墙的多层砌体房屋。
1.多高层建筑楼盖的选用顺序是什么?
P124
优先选用现浇楼盖,其次是装配整体式,最后才是装配式。
2.通过内力组合得出的设计内力还需按照什么原则进行调整?
P133
通过内力组合得出的设计内力还需按照“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱构件”的原则进行内力调整,以保证梁端的破坏先于柱端的破坏,弯曲破坏限于剪切破坏,构件的破坏先于节点的破坏。
1.砌体结构房屋的震害规律表现在哪几方面?
(P95)
①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;
②横墙承重房屋的震害轻于纵墙承重房屋;
③坚实地基上房屋震害
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