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建筑抗震设计

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1、地震序列:在一定时间内,发生在同一震源区的一系列大小不同的地震,且其发震机制具有某种内在联系或有共同的发震构造的一组地震总称地震序列。

2、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

3、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

4、地震烈度:表示地震时一定地点地面振动强弱程度的尺度;

5、基本烈度:指在设计基准期(我国取50年)内,在一般场地条件下,可能遭遇超越概率为10%的地震烈度;

6、震源深度:震源至地面的垂直距离

7、震中距:地面某处至震中的水平距离

8、震源距:建筑物到震源之间的距离

9、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,叫极震区;

10、等震线:地面上破坏程度相同或相近的点连成的曲线

11、抗震设防:指对建筑物进行抗震设计和采取抗震构造措施,已达到抗震的效果;

12、抗震设防烈度:按国家规定的权限作为一个地区抗震设防依据的地震烈度;

13、多遇地震:指发生机会较多的地震,即众值烈度的地震

14、罕遇地震:50年期限内相应的超越概率约为2%~3%,即大震烈度的地震

15、结构地震作用效应:指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;

16、结构的地震反应:地震引起的结构运动

17、单质点体系:指可以将结构参与振动的全部质量集中于一点,用无重量的弹性直杆支承于地面上的体系;

18、地震系数:地面运动最大加速度与重力加速度的比值;

19、动力系数:单自由度弹性体系的最大绝对加速度反应与地面运动最大加速度的比值

20、地震影响系数:地震系数与动力系数的乘积

21、标准反应谱曲线:在给定的地震加速度作用期内,单质点体系的最大位移反应、速度反应和加速度反应随质点自振周期变化的曲线

22、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。

23、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

24、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%

25、多道抗震设防: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

26、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

27、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。

四.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:⑴、抗震设防目标:(1)、当遭遇低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时,建筑物一般不受损坏或不需要修理仍可继续使用; (2)、当遭受本地区抗震设防烈度的地震影响时,建筑物可能损坏,经一般的修理或不需要修理仍可继续使用;(3)、当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时,建筑物不致倒塌或发生危险的严重破坏。⑵、实现此目标的方法:依据三个地震烈度水准,使用两阶段抗震设计方法实现

答:设防目标“小震不坏,中震可修,大震不倒”;实现方法是小震时的弹性设计,大震时的弹塑性设计。

2.对各抗震设防类别建筑的设防标准,应符合什么要求?

答:甲类建筑,地震作用计算应高于本地区抗震设防烈度的要求,其值应按批准的地震安全性评价结构确定;当抗震设防烈度为6~8度时,其抗震措施应符合本地区抗 震设防烈度提高一度的要求;当抗震设防烈度为9度时,应符合比9度抗震设防更高的要求。 乙类建筑,地震作用计算应符合本地区抗震设防烈度的要求;当抗震设防烈度为6~8度时,一般情况下, 其抗震措施应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求;当抗震设防烈度为9度时,应符合比9度抗震设防更高的要求;地基基础的抗震措施,应符合有关规定。对 较小的乙类建筑,当其结构改用抗震性能较好的结构类型时,应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采用抗震措施。 丙类建筑,地震作用计算和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度的要求。 丁类建筑,一般情况下,地震作用计算应符合本地区抗震设防烈度的要求,抗震措施应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低,但抗震设防烈度为6度时不应降 低。 抗震设防烈度为6度时,除另有规定外,对乙.丙.丁类建筑可不进行地震作用计算。

3.哪些建筑可不进行地基及基础的抗震承载力验算?

答:可不进行地基及基础的抗震承载力验算的有:①砌体房屋;②地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的一般单层厂房.单层空旷房屋和8层.高度 25m以下的一般民用框架房屋及与其基础荷载相当的多层框架厂房,其中软弱粘性土层主要是指7度.8度和9度时,地基土静承载力特征值分别小于 80kPa.100kPa和120kPa的土层;③可不进行上部结构抗震验算的建筑。

4.什么是场地土的液化?影响液化的因素有哪些?液化对建筑物有哪些危害?

答:⑴、地震时,饱和砂土或粉土的颗粒在强烈振动下发生相对位移,从而使土的颗粒结构趋于密实,如土本身的渗透系数较小,则将使其孔隙水在短时间内排泄不走而受到挤压,这将使孔隙水压力急剧上升,当孔隙水压力增加到与剪切面上的法向压应力接近或相等时,砂土或粉土受到的有效压应力,下降乃至完全消失。这时砂土颗粒局部或全部将处于悬浮状态,土体的抗剪强度等于零,称为场地土达到液化状态。

⑵、影响液化的因素:①、土层的地质年代和组成;②、土层的相对密度;③、土层的埋深和地下水位的深度;④、地震烈度和地震持续时间。

⑶、液化对建筑物的危害: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.底部剪力法的适用条件是什么?P53

答:底部剪力法的适用条件:对于高度不超过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,可以采用底部剪力法。

6.什么是地基与结构的相互作用?P20

答:在对建筑结构进行地震反应分析时,当上部结构的地震作用通过基础而反馈给地基时,地基将产生一定的局部变形,从而引起结构的移动或摆动。这种现象称为地基与结构的相互作用。

7.什么时候应考虑竖向地震作用的影响?

答:对于烈度为8度和9度的大跨和长悬臂结构,烟囱和类似的高耸结构以及9度时的高层建筑等。

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:是根据选定的地震波和结构恢复力特性曲线,采用逐步积分的方法对动力方程进行直接积分,从而 求得结构在地震过程中每一瞬时的位移.速度和加速度反应,以便观察结构在强震作用下从弹性到非弹性阶段的内力变化以及构件开裂.损坏直至结构倒塌的破坏全 过程。对特不规则的建筑、甲类建筑和超过一定高度范围的高层建筑应采用时程分析法进行多遇地震作用下的补充计算。

9.什么是楼层屈服强度系数?怎样判别结构薄弱层位置?

答:楼层屈服承载力系数是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。薄弱层位置的确定:楼层屈服承载力系数沿高度分布均匀的结构可取底层为薄弱层;楼层屈服承载力系数沿高度 分布不均匀的结构,可取该系数最小的楼层和相对较小的楼层为薄弱楼层,一般不超过2~3处;单层厂房,可取上柱。

10.何谓“概念设计”?“概念设计”与计算设计有何不同?

答:“概念设计”是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。 “概念设计”强调在工程设 计一开始,就考虑对抗震有利的地段、场地、地基、房屋体型、结构布置、和材料等几个主要方面进行设计,采取提高结构抗震的性能、控制结构变形等措施。而计算设计是对地震作用效应进行定量计算。

11.建筑场地选择的原则是什么?

答:选择场地时,应该进行详细勘察,搞清地形.地质情况,挑选对建筑抗震有利的地段,尽可能避开对建筑抗震不利的地段;当不能避开 时应采取相应的抗震措施;任何情况下均不得在抗震危险地段上,建造可能引起人员伤亡或较大经济损失的建筑物。

12.单从抗震角度考虑,作为一种好的结构形式,应具备哪些性能?

答:从抗震角度来考虑,作为一种好的结构形式,应具备下列性能:①延性系数高;②强度/重力比值大;③匀质性好;④正交各向同性;⑤构件的连接具有整体性.连续性和较好的延性,并能发挥材料的全部强度。

13.什么是多道抗震防线?如何进行第一道抗震防线的构件选择?

答:⑴、多道抗震防线:建筑物采用多重抗侧力体系,第一道防线的抗侧力构件在强烈地震作用下遭到破坏后,后备的第二道乃至第三道防线的抗侧力构件立即接替,抵挡住后续的地震动的冲击,保证建筑物最低限度的安全。⑵、第一到抗震防线构件的选择:优先选择不负担或少负担重力荷载的竖向支撑或填充墙,或选择轴压比值较小的抗震墙、实墙筒体之类的构件。一 般情况下,不宜采用轴压比很大的框架柱兼作第一道防线的抗侧力构件。

14.简述用D值法计算框架内力的步骤。

答:用D值法计算框架内力的步骤:①计算各层柱的侧移刚度D;②计算各柱所分配的剪力Vij ;③确定反弯点高度y ;④计算柱端弯矩Mc ;⑤计算梁端弯矩Mb ;⑥计算梁端剪力Vb ;⑦计算柱轴力N

15.简述框架柱.梁.节点抗震设计的原则。

答:⑴、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、在弯曲破坏之前不发生剪切破坏,使柱有足够的抗剪能力;③、控制住的轴压比不要太大;④、加强约束,配置必要的约束箍筋。

⑵、梁抗震设计原则:①、梁形成塑性铰后仍有组后的抗剪承载力;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、妥善地解决梁纵筋锚固问题。

⑶、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、节点配筋不应是施工过分困难。

16.加密柱端箍筋的作用是什么?

答:加密柱端箍筋的作用是:①承担柱子剪力;②约束混凝土,提高混凝土的抗压强度及变形能力;③为纵向钢筋提供侧向支撑,防止纵筋压曲。

17.结构抗震计算的内容一般包括哪些?

答:结构抗震计算的内容一般包括①结构动力特性分析,主要是结构自振周期的确定;②结构地震反应计算,包括多遇烈度下的地震作用与结构侧移;③结构内力分析;④截面抗震设计等。

18.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:⑴、对于多层砌体结构房屋,当基础埋置较浅时,取为基础顶面;⑵、当基础埋置较深时,可取为室外地坪下0.5m处;⑶、当设有整体刚度很大的全地下室时,则取为地下室顶板顶部;⑷、当地下室整体刚度较小或半地下室时,则取为地下室室内地坪处。

19.简述构造柱.圈梁的作用?

答:构造柱作用:显著提高墙体的变形能力;限制墙体裂缝的开展和延伸,从而提高墙体抗剪承载力同时保证竖向承载力不致下降过快;与圈梁一起形成弱框 架,提高整体性,可以是结构在大震下的抗倒塌性增加。圈梁的作用:增强刚度;增加纵横墙连接,防止纵墙向外散倒;增加墙体抗剪强度,增加延性,提高抗弯强 度;减少竖向地震作用引起的竖向运动不均匀性,同时能减少地基不均匀沉降而引起上部结构的破坏。

20.试说明单层厂房纵向计算的修正刚度法和拟能量法的基本原理及其应用范围。

答:⑴修正刚度法采用按柱列刚度比例分配地震作用,但对屋盖的空间作用及纵向围护墙对柱列侧移的影响作了考虑。拟能量法以剪扭振动空间分析结果为标准,进行试算对比,找出各柱列按跨度中心划分质量的调整系数,从而得出各柱列作为分离体时的有效质量,然后按能量法公 式确定整个厂房的自振周期,并按单独柱列分别计算出各柱列的水平地震作用。

⑵、应用范围:修正刚度法:刚度较大的屋盖; 拟能量法:两跨不等高厂房

五.计算题

1.单自由度体系,结构自振周期T=0.5s ,质点重量G=200kN ,位于设防烈度为8度的Ⅱ类场地上,该地区的设计基本地震加速度为0.20g ,设计地震分组为第二组,试用振型分解反应谱法和底部剪力法计算结构在多遇地震作用时的水平地震作用。

2.单层钢筋混凝土框架,集中在屋盖处的重力荷载代表值G=1200kN ,结构自振周期T=0.88s ,位于设防烈度为7度的Ⅱ类场地上,该地区的设计基本地震加速度为0.20g ,设计地震分组为第二组, 试用振型分解反应谱法和底部剪力法计算结构在多遇地震作用时的水平地震作用。

3.如图1所示某二层钢筋混凝土框架,集中于楼盖和屋盖处的重力荷载代表值相等G1=G2=1200kN ,柱的截面尺寸350mm×350mm ,采用C20的混凝土,梁的刚度EI=∞ 。场地为Ⅲ类,设防烈度为7度。试按振型分解反应谱法和底部剪力法计算水平地震作用和层间地震剪力。(Tg=0.40s ,αmax=0.08 ,T1=1.028s ,T2=0.393s )

图 1

4. 三层框架结构如图2所示,横梁刚度为无穷大,位于设防烈度为8度的Ⅱ类场地上,该地区的设计基本地震加速度为0.3g ,设计地震分组为第一组。各质点的质量分别为结构的自振频率分别为

部剪力法计算结构在多遇地震作用时各层的层间地震剪力。(要求:用振型分解反应谱法和底)

图 2

5.有一单层单跨框架,假设屋盖平面内刚度为无穷大,质量都集中于屋盖处。已知设防烈度为8度,Ⅰ类场地;设计地震分组为第二组;集中于屋盖处的重力荷载代表值为

,框架高度

)。

,框架柱线刚度 。试求该结构的自振周期和多遇地震时的水平地震作用。


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