㈠ 誰有《建築結構抗震設計》課後習題答案
《建築結構抗震設計》課後習題解答
第1章 緒論
1、震級和烈度有什麼區別和聯系？
震級是表示地震大小的一種度量，只跟地震釋放能量的多少有關，而烈度則表示某一區域的地表和建築物受一次地震影響的平均強烈的程度。烈度不僅跟震級有關，同時還跟震源深度、距離震中的遠近以及地震波通過的介質條件等多種因素有關。一次地震只有一個震級，但不同的地點有不同的烈度。
2.如何考慮不同類型建築的抗震設防？
規范將建築物按其用途分為四類：
甲類（特殊設防類）、乙類（重點設防類）、丙類（標准設防類）、丁類（適度設防類）。
1 ）標准設防類，應按本地區抗震設防烈度確定其抗震措施和地震作用，達到在遭遇高於當地抗震設防烈度的預估罕遇地震影響時不致倒塌或發生危及生命安全的嚴重破壞的抗震設防目標。2 ）重點設防類，應按高於本地區抗震設防烈度一度的要求加強其抗震措施；但抗震設防烈度為9度時應按比9度更高的要求採取抗震措施；地基基礎的抗震措施，應符合有關規定。同時，應按本地區抗震設防烈度確定其地震作用。3 ）特殊設防類，應按高於本地區抗震設防烈度提高一度的要求加強其抗震措施；但抗震設防烈度為9度時應按比9度更高的要求採取抗震措施。同時，應按批準的地震安全性評價的結果且高於本地區抗震設防烈度的要求確定其地震作用。4 ）適度設防類，允許比本地區抗震設防烈度的要求適當降低其抗震措施，但抗震設防烈度為6度時不應降低。一般情況下，仍應按本地區抗震設防烈度確定其地震作用。
3.怎樣理解小震、中震與大震？
小震就是發生機會較多的地震，50年年限，被超越概率為63.2%；
中震，10%； 大震是罕遇的地震，2%。
4、概念設計、抗震計算、構造措施三者之間的關系？
建築抗震設計包括三個層次：概念設計、抗震計算、構造措施。概念設計在總體上把握抗震設計的基本原則；抗震計算為建築抗震設計提供定量手段；構造措施則可以在保證結構整體性、加強局部薄弱環節等意義上保證抗震計算結果的有效性。他們是一個不可割裂的整體。
5.試討論結構延性與結構抗震的內在聯系。
延性設計：通過適當控制結構物的剛度與強度，使結構構件在強烈地震時進入非彈性狀態後仍具有較大的延性，從而可以通過塑性變形吸收更多地震輸入能量，使結構物至少保證至少「壞而不倒」。 延性越好,抗震越好.在設計中，可以通過構造措施和耗能手段來增強結構與構件的延性，提高抗震性能。
第2章 場地與地基
1、場地土的固有周期和地震動的卓越周期有何區別和聯系？
；由於地震動的周期成分很多，而僅與場地固有周期T接近的周期成分被較大的放大，因此場地固有周期T也將是地面運動的主要周期，稱之為地震動的卓越周期。
2、為什麼地基的抗震承載力大於靜承載力？
地震作用下只考慮地基土的彈性變形而不考慮永久變形。地震作用僅是附加於原有靜荷載上的一種動力作用，並且作用時間短，只能使土層產生彈性變形而來不及發生永久變形，其結果是地震作用下的地基變形要比相同靜荷載下的地基變形小得多。因此，從地基變形的角度來說，地震作用下地基土的承載力要比靜荷載下的靜承載力大。另外這是考慮了地基土在有限次循環動力作用下強度一般較靜強度提高和在地震作用下結構可靠度容許有一定程度降低這兩個因素。
3、影響土層液化的主要因素是什麼？
⑴土的類型、級配和密實程度
⑵土的初始應力狀態（地震作用時，土中孔隙水壓力等於固結水壓力是產生土體液化的必要條件）
⑶震動的特性（地震的強度和持續時間）
⑷先期振動歷史
或者：土層地質年代；土的顆粒組成及密實程度；埋置深度、地下水；地震烈度和持續時間。
第3章 結構地震反應分析與抗震計算
1、結構抗震設計計算有幾種方法？各種方法在什麼情況下採用？
底部剪力法、振型分解反應譜法、時程分析法、靜力彈塑性法
⑴高度不超過40m 、以剪切變形為主且質量和剛度沿高度分布比較均勻的結構，以及近似於單質點體系的結構，可採用底部剪力法等簡化方法。
⑵除⑴外的建築結構，宜採用振型分解反應譜法。
⑶特別不規則的建築、甲類建築和表3—10所列高度范圍的高層建築，應採用時程分析法進行多遇地震下的補充計算，可取多條時程曲線計算結果的平均值與振型分解反應譜法計算結果的較大值。
2.什麼是地震作用？什麼是地震反應？
地震作用：結構所受最大的地震慣性力；
地震反應：由地震動引起的結構內力、變形、位移及結構運動速度與加速度等統稱為結構地震反應。是地震動通過結構慣性引起的。
3、什麼是地震反應譜？什麼是設計反應譜？它們有何關系？
地震反應譜：為便於求地震作用，將單自由度體系的地震最大絕對加速度、速度和位移與其自振周期T的關系定義為地震反應譜。
設計反應譜：地震反應譜是根據已發生的地震地面運動記錄計算得到的，而工程結構抗震設計需考慮的是將來發生的地震對結構造成的影響。工程結構抗震設計不能採用某一確定地震記錄的反應譜，考慮到地震的隨機性、復雜性，確定一條供設計之用的反應譜，稱之為設計反應譜。
設計抗震反應譜和實際地震反應譜是不同的，實際地震反應譜能夠具體反映1次地震動過程的頻譜特性，而抗震設計反應譜是從工程設計的角度，在總體上把握具有某一類特徵的地震動特性。地震反應譜為設計反應譜提供設計依據。
4、計算地震作用時結構的質量或重力荷載應怎樣取？
質量：連續化描述（分布質量） 、集中化描述（集中質量）；
進行結構抗震設計時，所考慮的重力荷載，稱為重力荷載代表值。結構的重力荷載分恆載（自重）和活載（可變荷載）兩種。活載的變異性較大，我國荷載規范規定的活載標准值是按50年最大活載的平均值加0.5～1.5倍的均方差確定的，地震發生時，活載不一定達到標准值的水平，一般小於標准值，因此計算重力荷載代表值時可對活載折減。抗震規范規定：
。
5、什麼是地震系數和地震影響系數？它們有什麼關系?
……（3-41）
其中 —地震系數，通過地震系數可將地震動振幅對地震反應譜的影響分離出來，是確定地震烈度的一個定量指標。 —動力系數。
α為地震影響系數，是多次地震作用下不同周期T，相同阻尼比ζ的理想簡化的單質點體系的結構加速度反應與重力加速度之比。
6、為什麼軟場地的 >硬場地的 ？為什麼遠震 >近震 ？
場地特徵周期是根據覆蓋層厚度d和土層等效剪切波速Vs按公式T＝4d/Vs計算的周期，而軟場地的Vs小於硬場地的Vs，遠震的Vs小於近震Vs，故之。
7、一般結構應進行哪些抗震驗算？以達到什麼目的？
為滿足「小震不壞 中震可修 大震不倒」的抗震要求，規范規定進行下列內容的抗震驗算：
①多遇地震下結構允許彈性變形驗算，以防止非結構構件（隔牆、幕牆、建築裝飾等）破壞。
②多遇地震下強度驗算，以防止結構構件破壞。
③罕遇地震下結構的彈塑性變形驗算，以防止結構倒塌。
「中震可修」抗震要求，通過構造措施加以保證。
8、結構彈塑性地震位移反應一般應採用什麼方法計算？什麼結構可採用簡化方法計算？
逐步積分法。其簡化方法適用於不超過12層且層剛度無突變的鋼筋混凝土框架結構和填充牆鋼筋混凝土框架結構、不超過20層且層剛度無突變的鋼框架結構及單層鋼筋混凝土柱廠房。
9、什麼是樓層屈服強度系數？怎樣計算？
樓層屈服強度系數ξy為按構件實際配筋和材料強度標准值計算的樓層i抗剪承載力和按罕遇地震作用下樓層i彈性地震剪力的比值。 ξy計算： 。
10、怎樣判斷結構薄弱層和部位？
對於 沿高度分布不均勻的框架結構，在地震作用下一般發生塑性變形集中現象，即塑性變形集中發生在某一或某幾個樓層（圖3-36），發生的部位為 最小或相對較小的樓層，稱之為結構薄弱層。原因是， 較小的樓層在地震作用下會率先屈服，這些樓層屈後將引起卸載作用，限制地震作用進一步增加，從而保護其他樓層不屈服。
判別：①對於 沿高度分布均勻的框架結構，分析表明，此時一般結構底層的層間變形最大，因而可將底層當做結構薄弱層。②對於 沿高度分布不均勻的框架結構，取該系數最小的樓層。 ③對於單層鋼筋混凝土柱廠房，薄弱層一般出現在上柱。多層框架結構樓層屈服強度系數 沿高度分布均勻與否，可通過參數a判別。
11、哪些結構需要考慮豎向地震作用？
設防烈度為8度和9度區的大跨度屋蓋結構，長懸臂結構，煙囪及類似高聳結構和設防烈度為9度區的高層建築，應考慮豎向地震作用。
12、為什麼抗震設計截面承載力可以提高？
地震作用時間很短，快速載入時，材料強度會有所提高。
進行結構抗震設計時，對結構構件承載力加以調整（提高），主要考慮下列因素：
⑴動力荷載下材料強度比靜力荷載下高；
⑵地震是偶然作用，結構的抗震可靠度要求可比承受其他荷載的可靠度要求低。
13、進行時程分析時，怎樣選用地震波？ P86
最好選用本地歷史上的強震記錄，如果沒有這樣的記錄，也可選用震中距和場地條件相近的其他地區的強震記錄，或選用主要周期接近的場地卓越周期或其反應譜接近當地設計反應譜的人工地震波。
第4章 多層砌體結構抗震
1、怎樣理解多層磚房震害的一般規律？
1. 剛性樓蓋房屋，上層破壞輕、下層破壞重；柔性樓蓋房屋，上層破壞重、下層破壞輕；
• 2. 橫牆承重房屋的震害輕於縱牆承重房屋；
• 3. 堅實地基上的房屋震害輕於軟弱地基和非均勻地基上的震害；
• 4. 預制樓板結構比現澆樓板結構破壞重；
• 5. 外廊式房屋往往地震破壞較重；
• 6. 房屋兩端、轉角、樓梯間、附屬結構震害較重。
2、怎樣考慮多層砌體結構抗震的垂直地震作用？
一般來說，垂直地震作用對多層砌體結構所造成的破壞比例相對較小。P98/
3、在多層砌體中設置圈樑的作用是什麼？
①加強縱橫牆的連接，加強整個房屋的整體性；②圈樑可箍住樓蓋，增強其整
體剛度；③減小牆體的自由長度，增強牆體的穩定性；④可提高房屋的抗剪強
度，約束牆體裂縫的開展；⑤抵抗地基不均勻沉降，減小構造柱計算長度。
4、怎樣理解底部框架房屋底部框架設計原則？
因底部剛度小，上部剛度大，豎向剛度急劇變化，抗震性能較差。為了防止底部因變形集中而發生嚴重的震害，在抗震設計中必須在結構底部加設抗震牆，不得採用純框架布置。
採用兩道防線的思想進行設計，即在結構彈性階段，不考慮框架柱的抗剪貢獻，而由抗震牆承擔全部縱橫向的地震剪力。在結構進入彈塑性階段後，考慮到抗震牆的損傷，由抗震牆和框架柱共同承擔地震剪力。
第5章 鋼混結構抗震
1、什麼是剛度中心？什麼是質量中心？應如何處理好二者的關系？
剛心就是指結構抗側力構件的中心，也就是各構件的剛度乘以距離除以總的剛度；
質心就是指結構各構件質量的中心；
質心和剛心離的越近越好，最好是重合，否則會產生比較大的扭轉反應。因為地震引起的慣性力作用在樓層平面的質量中心，而樓層平面的抗力則作用在其剛度中心，二者的作用線不重合時就會產生扭矩，其值等於二者作用線之間的距離乘以樓層慣性力的值。
2、總水平地震作用在結構中如何分配？其中用到哪些假定？
根據各柱或各榀抗側力平面結構的抗側剛度進行地震作用引起的層剪力的分配。假定地震沿結構平面的兩個主軸方向作用於結構； 假定樓層屋蓋在其平面內的剛度為無窮大。
3、多高層鋼筋混凝土結構抗震等級劃分的依據是什麼？有何意義？
根據烈度、結構類型和房屋高度將抗震等級劃分為四級，一級最高。劃分的目的是控制鋼筋混凝土的等級及用量，造成不必要的浪費和不足。
4、為什麼要限制框架柱的軸壓比？
當n較小時，為大偏心受壓構件，呈延性破壞；當n較大時，為小偏心受壓構件，受壓邊砼先達到極限壓應變，呈脆性破壞。並且當軸壓比較大時，箍筋對延性的影響變小，為保證地震時柱的延性，故限之。
5、抗震設計為什麼要滿足「強柱弱梁」、「強剪弱彎」、「強節點弱桿件」的原則？如何滿足這些原則？
P133~
6、框架結構在什麼部位應加密箍筋？有何作用？
在梁中有集中荷載的地方，在梁的兩端，柱的上下端均需要加密箍筋。
梁端箍筋加密：保證梁端塑性鉸區的抗剪強度；約束混凝土以提高梁端塑性鉸區的變形能力。
柱端箍筋加密：增加柱端截面的抗剪強度；約束混凝土以提高抗剪強度及變形能力；為縱向鋼筋提供側向支撐，防止縱筋壓曲。
7、對水平地震作用的彎矩可以調幅嗎？為什麼？
不應進行調幅,地震作用引起的內力均不應進行調幅。因為調幅後會減小節點和構件的抗剪承載力，不安全。
8、框架節點核心區應滿足哪些抗震設計要求？
1)梁板對節點區的約束作用
2)軸壓力對節點區混凝土抗剪強度和節點延性的影響
3)剪壓比和配箍率對節點區混凝土抗剪強度的影響
4)梁縱筋滑移對結構延性的影響
5）節點剪力設計值
6）節點受剪承載力的設計要求
9、確定抗震牆等效剛度的原則是什麼？其中考慮了哪些因素？
對高層建築中的剪力牆等構件，通常用位移的大小來間接反映結構剛度的大小。在相同的水平荷載作用下，位移小的結構剛度大；反之位移大的結構剛度小。
如果剪力牆在某一水平荷載作用下的頂點位移為u，而某一豎向懸臂受彎構件在相同的水平荷載作用下也有相同的水平位移u，則可以認為剪力牆與豎向懸臂受彎構件具有相同的剛度，故可採用豎向懸臂受彎構件的剛度作為剪力牆的等效剛度，它綜合反映了剪力牆彎曲變形、剪切變形和軸向變形等的影響。
10、分析框架-抗震牆結構時，用到了哪些假定？
用微分方程法進行近似計算(手算)時的基本假定：
(a)不考慮結構的扭轉。
(b)樓板在自身平面內的剛度為無限大，各抗側力單元在水平方向無相對變形。
(c)對抗震牆，只考慮彎曲變形而不計剪切變形; 對框架，只考慮整體剪切變形而不計整體彎曲變形(即不計桿件的軸向變形)。
(d)結構的剛度和質量沿高度的分布比較均勻。
(e)各量沿房屋高度為連續變化。
第6章 鋼結構抗震
1. 多高層鋼結構樑柱剛性連接斷裂破壞的主要原因是什麼？
⑴焊縫缺陷⑵三軸應力影響⑶構造缺陷⑷焊縫金屬沖擊韌性低
2.鋼框架柱發生水平斷裂破壞的可能原因是什麼？
豎向地震使柱中出現動拉力，由於應變速率高，使材料變脆；加上焊縫和截面彎矩與剪力的不利影響，造成柱水平斷裂。
3.為什麼樓板與鋼梁一般應採用栓釘或其他元件連接？
進行多高層鋼結構多遇地震作用下的反應分析時，可考慮現澆混凝土樓板與鋼梁的共同作用。此時樓板可作為梁翼緣的一部來計算梁的彈性截面特性。故在設計中應保證樓板與鋼梁間有可靠的連接措施。
4.為什麼進行罕遇地震結構反應分析時，不考慮樓板與鋼梁的共同作用？
進行多高層鋼結構罕遇地震反應分析時，考慮到此時樓板與梁的連接可能遭到破壞，則不應考慮樓板與梁的共同工作。
5.進行鋼框架地震反應分析與進行鋼筋混凝土框架地震反應分析相比有何特殊因素要考慮？
相鄰樓層質量比、剛度比； 立面收進尺寸的比例； 任意樓層抗側力構件的總的受剪承載力； 考慮柱的軸向變形； 計入樑柱節點域剪切變形； 高層鋼結構的位移影響；
鋼框架的長細比和寬厚比。
6.在同樣的設防烈度條件下，為什麼多高層建築鋼結構的地震作用大於多高層建築鋼筋混凝土結構？
延性好？
7.對於框架—支撐結構體系，為什麼要求框架任一樓層所承擔的地震剪力不得小於一定的數值？
鋼支撐或混凝土心筒部分的剛度大，可能承擔整體結構絕大部分地震作用力。但其延性較差，為發揮鋼框架部分延性好的作用，承擔起第二道結構抗震防線的責任，要求鋼框架的抗震承載力不能太小，故要求框架任一樓層所承擔的地震剪力不得小於一定的數值。
8.抗震設計時，支撐斜桿的承載力為什麼折減？
考慮支撐在地震反復軸力作用下的特徵，即：支撐在反復軸力作用下，屈曲荷載逐漸下降，下降的幅度與支撐長細比有關，支撐長細比有關越大下降幅度越大。故折減之，用受循環荷載時的強度降低系數折減。
9.防止框架樑柱連接脆性破壞可採取什麼措施？
①嚴格控制焊接工藝操作，減少焊接缺陷; ②焊縫沖擊韌性不能過低。③適當加大梁腹板下部的割槽口，提高焊縫質量;④補充腹板與抗剪連接板之間的焊縫;⑤採用梁端加蓋板和加腋，或樑柱採用全焊方式來加強連接的強度; ⑥利用節點域的塑性變形能力，為此節點域可設計成先於梁端屈服。⑦可利用「強節點弱桿件」的抗震設計概念，將梁端附近截面局部削弱，如梁端狗骨式設。
10.中心支撐鋼框架抗震設計應注意哪些問題?
計算地震作用下人行支撐和V型斜桿的內力時地震作用的標准值乘以1.5；
支撐桿件長細比寬厚比；
宜採用雙軸對稱截面
8度以上抗震結構可採用帶有消能裝置的中心支撐體系。
11.偏心支撐鋼框架抗震設計應注意哪些問題?
偏心支撐框架的抗震設計應保證罕遇地震下結構屈服發生消能梁段上；
消能梁段腹板不得加焊貼板提高其承載力，不得在腹板上開洞；
為保證塑性變形過程中消能梁段的腹板不發生局部屈曲，按規定在梁腹板兩側設置加勁肋；
內力調整；
5層以上結構採用偏心支撐框架時，頂層可不設偏心梁段。
第7章 單廠抗震
1． 單層廠房主要有哪些地震破壞現象？（請簡略答）
主要是圍護結構的破壞。
型天窗是廠房抗震的薄弱部位，震害主要表現為支撐桿件失穩彎曲，支撐與天窗立柱連接節點被拉脫，天窗立柱根部開裂或折斷等。
屋面板錯動滑落，甚至引起屋架的失穩倒塌。
廠房受縱向水平地震作用時的破壞程度重於受橫向地震作用時的破壞程度。主要的破壞形式有：(1) 天窗兩側豎向支撐斜桿拉斷，節點破壞 (2) 屋面板與屋架的連接焊縫剪斷，屋面板從屋架上滑脫墜地。屋架的震害主要是端頭混凝土酥裂掉角、支撐大型屋面板的支墩折斷、端節間上弦剪斷等。（3）屋面的破壞或屋蓋的倒塌。柱根處也會發生沿廠房縱向的水平斷裂。(4) 縱向圍護磚牆出現斜裂縫。
柱的局部震害則較常見：主要有：（1）上柱柱身變截面處酥裂或折斷。（2）柱頂與屋面梁的連接處由於受力復雜易發生剪裂、壓酥、拉裂或錨筋拔出、鋼筋彎折等震害。（3）由於高振型的影響，高低跨兩個屋蓋產生相反方向的運動，使中柱柱肩產生豎向拉裂。（4）下柱下部出現橫向裂縫或折斷，後者會造成倒塌等嚴重後果。（5）柱間支撐產生壓屈。
2． 單層廠房質量集中的原則是什麼？
房屋的質量一般是分布的。當採用有限自由度模型時，通常需把房屋的質量集中到樓蓋或屋蓋處；集中質量一般位於屋架下弦（柱頂）處。計算結構的動力特性時，應根據「周期等效」的原則；計算結構的地震作用時，對於排架柱應根據柱底「彎矩相等」的原則，對於剛性剪力牆應根據牆底「剪力相等」的原則，經過換算分析後確定。
3． 「無吊車單層廠房有多少不同的屋蓋標高，就有多少個集中質量」,這種說法對嗎？
不對。等高排架可簡化為單自由度體系。不等高排架，可按不同高度處屋蓋的數量和屋蓋之間的連接方式，簡化成多自由度體系。例如，當屋蓋位於兩個不同高度處時，可簡化為二自由度體系。圖7-10示出了在三個高度處有屋蓋時的計算簡圖。應注意的是，在圖7-10中，當H1＝H2時，仍為三質點體系。
4． 在什麼情況下考慮吊車橋架的質量？為什麼？
吊車橋架對排架的自振周期影響很小。因此，在計算自振周期時可不考慮其對質點質量的貢獻。這樣做一般是偏於安全的。這是因為吊車橋架是局部質量，此局部質量不能有效地對整體結構的動力特性產生可觀的影響；
確定廠房的地震作用時，對設有橋式吊車的廠房，除將廠房重力荷載按前述彎矩等效原則集中於屋蓋標高處外，還應考慮吊車橋架的重力荷載。因為橋架是個較大的動質量，地震時會引起廠房的強烈的局部震動。