中南大学结构抗震作业

结构抗震设计原理

学院 土木建筑学院 班级 土木 姓名 学号 ******

结构抗震作业

1. 第一章………………………………………………………………………1 2. 第二章………………………………………………………………………1 3. 第三章………………………………………………………………………2 4. 第四章………………………………………………………………………5 5. 第五章………………………………………………………………………7 6. 第六章………………………………………………………………………10 7. 第七章………………………………………………………………………12 8. 第八章………………………………………………………………………14

结构抗震作业

第一章

1.震级和烈度有什么区别和联系？

震级反映地震本身的大小，只跟地震释放能量的多少有关，而烈度则表示地面受到的影响和破坏的程度。烈度不仅跟震级有关，同时还跟震源深度、距离震中的远近以及地震波通过的介质条件（如岩石的性质、岩层的构造等）等多种因素有关。 3.怎样理解小震、中震与大震？

从概率意义上说，小震就是发生机会较多的地震，它在50年内的超越概率为63.2%。全国地震区划图规定的各地的基本烈度，可取为中震对应的烈度，它在50年内的超越概率一般为10%。大震是罕遇的地震，它对应的地震烈度在50年内超越概率为2%左右。 第二章

1.场地土的固有周期和地震动的卓越周期有何区别和联系？ 在岩层中传播的地震波，具有多种频率成分，其中振幅频谱中幅值最大的频率分量所对应的周期叫地震动的卓越周期。在地震波通过覆盖土层传向地表的过程中，与土层固有周期相一致的一些频率波群将被放大，而另一些频率波群将被衰减甚至被完全过滤掉。这样，地表地震动的卓越周期在很大程度上取决于场地的固有周期。

1

结构抗震作业

解：(1)确定覆盖层的厚度

因为地表下20.7m(2.2+5.8+8.2+4.5)土层的vs=530m/s,故do=20.7m

(2)计算等效剪切波速

Vse=20.7/(2.2/180+5.8/200+8.2/260+4.5/420)=248m/s

查表2-1 vse位于140~250m/s之间，且do<50m，故属于II类场地 6. 第三章 第三章

1、结构抗震计算有几种方法？各种方法在什么情况下采用？ 方程的齐次解（自由震动）、方程的特解1（简谐强迫震动）、方程的特接2（冲击强迫震动）、方程的特接3（一般强迫震动）

2、什么是地震反应谱?什么是设计反应谱？他们有何关系？ 答：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的关系定义为地震反应谱。

。这是由于地震反应谱处受阻尼影响大外还受到震动的频率，周期的影响，不同的地震动记录，地震反应谱也不同。地震反应谱在做结构抗震设计时直接应用有一定困难。故需要专门研究可供结构抗震设计用的反应谱，称为设计反应谱。

2

结构抗震作业

解：由

3

结构抗震作业

2700.3342700.667180112700.33422700.66721801.3635270(0.667)270(0.666)18022700.66722700.66621800.42852704.019270(3.035)180132704.01922703.035218010.0634查表得：Tg0.35取max0.16Tg1(T)0.9max0.098312max0.163max0.16第一振型：F112709.80.09831.36350.334118.461KNF122709.80.09831.36350.667236.568KNF131809.80.09831.36351236.433KN

第二振型：

F212709.80.16(-0.667)(-0.4285)121.00KNF222709.80.16(-0.4285)(-0.666)120.819KNF231809.80.16(-0.4285)1-120.940KN第三振型：F312709.80.160.06344.019107.874KNF322709.80.160.0634(-3.035)-81.463KNF331809.80.160.0634126.841剪力：V11F11F12F13591.462KNV21F21F22F23120.879KNV31F31F32F3353.252KN

4

结构抗震作业

通过振型组合求结构最大底部剪力：V21Vj1606.032KN若只取前两阶反应进行组合：V1603.688KN由各振型水平地震作用产生的结构顶点位移：UFF12F13F12F13F131311kk28.966mm12k3UF21F22F23F22F2323kF2311.848mm1k2k3UF31F32F33F32F33F33k332.676mm1k2k最大顶点位移：U23Uj331.410mm若取前两阶反应进行组合：U331.295mm

第四章

1.试判断下述论断的正误

（1） 多层砌体房屋横墙越少，破坏越重；

（2） 构造柱只有和圈梁连成一个整体后才能发挥作用； （3） 砌体结构中抗震墙刚度越大，分配地震剪力越多； （4） 砌体结构中抗震墙刚度越大，分配地震剪力越多；解（1）错误 (2)正确 （3）正确

（4）错误 5

结构抗震作业

2.五层底层框架砖房，底层平面布置如图4-16 。框架柱截面尺寸为400mm×400mm,底层砖抗震墙厚为240mm ，混凝土抗震墙为200mm 。混凝土强度等级为C25 ，砖强度等级为MU10 ，砂浆强度等级为M7.5 ，二层以上的横墙初与一层处抗震墙对齐外，还在首层设有纵向抗震墙的开间两侧设有抗震横墙。结构总的重力荷载为28422 KN ，底层层高4.8m ，二层及以上均为2.8m 。试计算底层横向设计地震剪力及框架柱所承受的剪力。 [解]（1）计算二层与底层的侧移刚度比

底层框架柱单元的侧移刚度（近似按两端完全嵌固计算）

12EI122.81070.44Kc6481.48(KN/m)33H4.812

单片砖抗震墙的侧移刚度（不考虑带洞墙体）： ①轴线上:

Kwm,1GA0.416001.69103(0.244.8)216320(KN/m)H1.24.8

混凝土抗震横墙：

Kwm,2GA0.42.8107(0.24.8)1866666.667(KN/m)H1.24.8

故底层横向侧移刚度为

K148Kc4(Kwm,1Kwm,2)8.64106(KN/m)

二层横向侧移刚度计算： ①轴线上:

Kwm,1GA0.416001.69103(0.244.8)370834(KN/m)H1.22.8

6

结构抗震作业

混凝土抗震横墙：

Kwm,2GA0.42.8107(0.24.8)3.2106(KN/m)H1.22.8

故二层横向侧移刚度为

K24Kwm,18Kwm,22.708107(KN/m)

2K23.13K1

1.771.5 取1.5

(2)求横向设计地震剪力 G =28422 KN

故 V1maxGeq1.50.080.85284422899(KN) (3)计算框架柱所承担的地震剪力

VcKc0.2KwmKcV1

6481.4828999.5(KN)60.28.332106481.4848

第五章 多高层建筑钢筋混凝土结构抗震设计

1：为什么要限制框架柱的轴压比？

限制框架柱的轴压比主要为了保证框架结构的延性要求。抗震设计时，除了预计不可能进入屈服的柱外，通常希望柱子处于大偏心受压的弯曲破坏状态。由于柱轴压比直接影响柱的截面设计， 7

结构抗震作业

根据不同情况进行适当调整，同时控制轴压比最大值。在框架-抗震墙、板柱-抗震墙及筒体结构中，框架属于第二道防线，其中框架的柱与框架结构的柱相比，所承受的地震作用也相对较低，为此可以适当增大轴压比限值。利用箍筋对柱加强约束可以提高柱的混凝土抗压强度，从而降低轴压比要求。

2： 抗震设计为什么都要尽量满足“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点

弱构造”的原则？如何满足这些原则？

框架的杆件主要靠混凝土受压，钢筋受拉平衡外力，但混凝土和钢筋的力学性能相差很大，混凝土从受压到压碎，变形量很小，属脆性破坏；钢筋受拉从屈服到拉断，变形过程很长，延性良好．

强柱弱梁：使梁端的塑性铰先出、多出，尽量减少或推迟柱端塑性铰的出现。柱子不先于梁破坏，因为梁破坏属于构件破坏，是局部性的，柱子破坏将危及整个结构的安全---可能会整体倒塌，后果严重。

调整思路：对同一节点，使其在地震作用组合下，柱端的弯矩设计值大于梁端的弯矩设计值。

8

结构抗震作业

强剪弱弯： “弯曲破坏”是延性破坏，是有预兆的--如开裂或下挠等，而“剪切破坏”是一种脆性的破坏，没有预兆的，瞬时发生，没有防范，所以我们要避免发生剪切破坏该原则的目的是防止梁、柱子在弯曲屈服之前出现剪切破坏。

调整思路：对同一杆件，使其在地震作用组合下，剪力设计值大于按设计弯矩或者世纪抗弯承载力及梁上荷载反映胡来的剪力。

强节点弱构造：构件的破坏先于节点。增大节点核心区的组合剪力设计值进行计算。

设计师应按按国家规范和强制性标准，按要求箍筋加密,按要求满足搭接长度,锚固长度,保证混凝土强度等等.

3： 分析框架-抗震墙结构时，用到了哪些假定？ 1 不考虑结构的扭转。

2 楼板在自身平面内刚度无限大，各抗侧力单元在水平方向无相对变形。

3 对抗震墙，只考虑弯曲变形而不考虑剪切变形；对于框架，只考虑整体剪切变形而不考虑整天去变形。

4 结构的刚度和质量沿高度分布比较均匀。 9

结构抗震作业

5 各量沿房屋高度为连续变化。

第六章 多高层建筑钢结构抗震设计

1：为什么进行罕遇地震反应分析时不考虑楼板与钢梁的共同作用？

罕遇地震时结构基本是靠塑性变形来抵抗，那时楼板可能已经开裂，刚度衰弱很多，如果考虑楼板与钢梁的共同作用，会造成钢梁的设计储备不够，影响结构安全。

2：进行钢框架地震反应分析与进行钢筋混凝土框架抗震反应分析相比有何特殊因素要考虑？

3： 在同样设防烈度条件下，为什么多层建筑钢结构的地震作用大于多

高层建筑钢筋混凝土结构？

（1）钢框架结构是以钢材制作为主的结构，是主要的建筑结构类型之一。具有以下特点：自重较轻，工作的可靠性较高，抗振（震）性、抗冲击性好，工业化程度较高，容易做成密封结构，易腐蚀，耐火性差等特点。

10

结构抗震作业

（2）钢筋混凝土结构是用钢筋和混凝土建造的一种结构，钢筋承受拉力，混凝土承受压力。具有坚固、耐久、防火性能好、比钢结构节省钢材和成本低等优点。

由于钢材塑性、韧性好，可有较大变形，能很好地承受动力荷载，其次钢材匀质性和各向同性好，属理想弹性体，最符合一般工程力学的基本假定，因此，钢结构的抗震性能比钢筋混凝土结构的抗震性能好。

4 试说明中心支撑与偏心支撑钢结构各自的抗震性能优劣。 中心支撑是指支撑斜杆与框架梁和柱轴线汇交于一点，或两根支撑斜杆与框架梁和柱轴线汇交于一点，也可与柱子轴线汇交于一点，但汇交时均无偏心矩。根据斜杆不同的布置形式，可形成十字交叉斜杆、单斜杆、K形斜杆以及V 形斜杆等类型。中心支撑具有很好的侧向刚度，对于高层中侧向刚度往往是控制因素，选用中心支撑增加侧向刚度。

偏心支撑框架是在支撑斜杆与梁连接时，采用偏心连接，目的是为形成耗能梁段。因此在设计中，支撑斜杆的两端至少有一端要与梁连接（不是梁柱交点），另一端可在梁柱交点处连接，或偏离另一根支撑斜杆一段长度与梁连接，并在支撑斜杆杆端与柱子之间形成耗能梁段，或在两根支撑斜杆的杆端之间形成耗能梁段。偏心支撑体系兼顾了纯框架结构与框架中心支撑体系的优 11

结构抗震作业

点。在正常使用阶段，它具有较大的刚度，结构侧移较小；在大地震作用下，利用耗能梁段的塑性变形吸收能量，具有很好的耗能效果。偏心支撑抗侧力体系适用于抗震设防烈度为8、9度的，4层～12 层的多层钢结构住宅。

第七章 单层厂房抗震设计

1： 单层厂房质量集中的原则是什么？

房屋的质量一般是均布的。当采用有限自由度模型时，通常需要把房屋的质量集中到楼盖或屋盖处，为保证精度，将不同质量折算入总质量时需乘以该点的质量集中系数。 2：单层厂房横向抗震计算一般采用什么计算模型？ 单层厂房横向抗震计算的计算简图，可按下列规定选取： （1）当厂房柱为无筋砖柱或边柱为组合砖柱、中柱为钢筋混凝土柱时，可采用下端为固接、上端为铰接的徘架结构模型； （2）当厂肩边柱为无筋砖柱、中柱为钢筋混凝士柱，在确定厂房自振周期时，砖柱下端按固接考虑，在计算水平地震作用时，砖柱下端按铰接考虑。这主要是考宅到在地震作用下，随着变形的不断增加，无筋砖柱下端开裂并退出工作，囚而全部横向地震作用由中部的钢筋混凝土柱承担。轻型屋盖单层砖柱厂房的横向抗震计算，可以忽略空间工作影响采用平面排架进、厅计算。对 12

结构抗震作业

于钢筋混凝上屋盖和密铺望板的瓦木屋盖厂肩，其空间作用不能忽略，应按空间分析的方法进行计算：但为了简化，对于一定条件下的厂房可以按平面排架进行计算，考虑到其空间工作影响，对计算的地震作用效应要进行调整。

3： 单层厂房纵向抗震计算有哪些方法？

一般情况下，考虑屋盖的纵向弹性变形和，围护墙与隔墙的有效刚度以及扭转的影响，按多质点进行空间结构分析。

柱顶标高不大于15米且平均跨度不大于30米的单跨或者等高多跨的钢筋混凝土柱厂房，宜采用修正刚度法。

纵向质量和刚度基本对称额钢筋混凝土屋盖等高厂房，可不考虑扭转影响，采用振型分解反应谱法。

4： 简述厂房柱间支撑的抗震设置要求。 厂房的支撑布置应符合下列要求：

1)柱间支撑应采用型钢，支撑形式宜采用交叉式，其斜杠与水平面的夹角不宜大于55度。 2)支撑杆件的长细比按规范选取

3)柱间支撑杆件应采用整根材料，超过材料最大长度规格时可采用对接焊缝等强拼接；柱间支撑与构件的连接，不应小于支撑杆件塑性承载力的1.2倍。

13

结构抗震作业

4）下柱支撑的下节点位置和构造措施，应保证能将地震作用传递给基础。

5）交叉支撑在交叉点应设置节点板，其厚度不应小于10毫米，斜杠与交叉点板应焊接，与端节点板宜焊接。

第八章 隔震、减震与结构控制初步

1： 试从结构抗震设计思想的演变探讨结构抗震的发展方向。 从目前的研究方向来看，将来建筑抗震的研究可能会有以下的大趋势：

1、新型结构体系的研究，涉及到新体系、新材料。 2、结构监测的研究，需要用到传感、诊断和加固等技术。 3、结构控制研究，主动控制目前不太提，但是被动控制提的很多，减震、隔震等研究也很多。

4、半主动控制会更多，磁流变阻尼器等。 5、复杂结构的非线性动力时程分析的完善。

14