第三章地震作用和结构抗震验算

第三章地震作用和结构抗震验算一、选择题1、按阵型分解反应谱法计算水平地震作用标准值时，其采用的重力荷载值是[D]A.结构总重力荷载值；B.结构各层重力荷载代表值乘以各分项系数；C.结构等效总重力荷载值；D.结构各集中质点的重力荷载代表值。2、建筑结构的地震影响系数应根据[ABCDE]确定A.烈度B.场地类别C.设计地震分组D.结构自震周期E.阻尼比3、当高层建筑结构采用时程分析法进行补充计算时，所求的底部剪力应符合规定[B]A.每条时程曲线计算所得的底部剪力不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力80%；B.每条时程曲线计算所得的底部剪力不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力65%,多条时程曲线计算所得的底部剪力平均值不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力80%,C.每条时程曲线计算所得的底部剪力不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力90%；D.每条时程曲线计算所得的底部剪力不应小于振型分解反应谱法或底部剪力法求得的底部剪力75%；4、抗震设防烈度为8度时，相应的地震波加速度峰值是[CD]A.0.125gB.0.25gC.0.3gD.0.2g5、8度地震区，下列哪种结构不要考虑竖向地震作用[AC]A.高层结构B.长悬臂结构C.烟囱D.大跨度结构6、多遇地震作用下层间弹性验算的主要目的是[C]A.防止结构倒塌；B.防止结构发生破坏；C.防止非结构部分发生过重的破坏；D.防止使人们发生惊慌。7、多数的高层建筑结构设计程序所采用的地震作用计算方法是[B]A.底部剪力法；B.振型分解反应谱法；C.弹性时程分解分析法；D.弹塑性时程分析法。8、下列高层建筑中，地震作用的计算时何者宜采用时程分析法进行补充计算[D]I、建筑设防类别为乙类的高层建筑结构；II、设防烈度8度，III类场地上大于60米的高层建筑；III、高柔的高层建筑结构；IV、刚度与质量沿竖向分布特别不均匀的高层建筑结构。下列哪项正确A.II、IVB.I、IIIC.I、IID.III、IV二、填空题1、采用底部剪力法计算多层结构的水平地震作用时，若结构的基本周期gTT4.11，则应在_顶部__附加nF，其目的是考虑_高振型_的影响。2、《抗震规范》规定，对于烈度为8度和9度时的_大跨度结构__和长悬臂结构、烟囱及类似的高耸结构以及9度时的_高层建筑_等，应考虑竖向地震作用的影响。3、某五层教学楼，屋面恒荷载合计为3400N/m2,屋面活荷载为1500N/m2，屋面雪荷载为300N/m2。当进行地震分析时，每平方米重力荷载代表值对楼面而言取3550N/m2。三、名词解释地震反应谱：单自由度弹性体系在给定的地震作用下某个最大反应量（如aSvSdS）与结构体系自振周期的关系曲线。地震系数：地震地面运动最大加速度与重力加速度的比值。地震影响系数：单质点弹性体系的最大绝对加速度反应与重力加速度的比值，地震系数和动力系数的乘积。地震作用：由地震动引起的结构动态作用，包括水平地震作用和竖向地震作用。重力荷载代表值：取计算范围内的结构和构件的永久荷载标准值和各可变荷载组合值之和。设计特征周期：抗震设计用的地震影响系数曲线中，反映地震震级、震中距和场地类别等因素的下降段起始点对应的周期值。设计基本地震加速度：50年设计基准期超越概率10%的地震加速度的设计取值。四、简答题1、底部剪力法的适用范围及基本原理是什么？答：底部剪力法的适用范围是针对高度不超过40m，以剪切变形为主，且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构。底部剪力法的基本原理：动力分析表明，对于符合上述条件的结构，在水平地震作用下所产生的振动在建筑下部表现出以第一振型为主的特征，而有时在建筑物顶部高振型的影响不能忽略。因此，各质点的水平地震作用Fi沿高度分布可近似认为服从直线规律，但在建筑顶部高振型影响不能忽略时，水平地震作用应予以修正加大，即在顶部附加一个地震ΔFn。2、结构抗震设计时，建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和。此时，风荷载参与组合吗？按《建筑结构可靠度设计统一标准》的原则规定，地震发生时恒载与其他重力荷载可能的遇合结果总称为“抗震设计的重力荷载代表值GE”，即永久荷载标准值与有关可变荷载组合值之和，对楼面活荷载、雪荷载等可变荷载给出了组合值系数。计算结构重力荷载代表值时，风荷载不参与组合。在进行结构构件截面抗震验算，地震作用与其他荷载效应的基本组合时，对风荷载的组合加于考虑，但只限对于风荷载起控制作用的高层建筑，按规范5.4.1条，取风荷载组合值系数为1.2；一般结构则取0.0。这里，所谓风荷载起控制作用，指风荷载和地震作用产生的总剪力和倾覆力矩相当的情况。3、结构弹塑性地震位移反应一般应采用什么方法计算？什么结构可采用简化方法计算？答：结构弹塑性地震位移反应一般应采用逐步积分法计算。对于不超过12层且层刚度无突变的钢筋混凝土框架结构和填充墙钢筋混凝土框架结构、不超过12层且层刚度无突变的钢框架结构和支撑钢框架结构，以及单层钢筋混凝土柱厂房可用简化的计算方法计算结构弹塑性地震位移反应。4、计算薄弱层变形的方法有几种？适用范围如何？计算薄弱层变形的主要方法包括：规范简化方法、静力弹塑性分析方法(push-over法)、弹塑性时程分析法等。适用范围：1）不超过12层且层刚度无突变的框架结构及单层钢筋混凝土柱厂房可采用规范5.5.4条的简化方法；2）除上述结构之外，可以采用静力弹塑性分析方法(push-over法)或弹塑性时程分析法；3）对于规则结构，可采用简化的弯剪层模型和平面杆系模型；对于不规则结构，则应采用三维空间模型进行分析。5、静力弹塑性分析方法(push-over法)的确切含义及特点？结构弹塑性变形分析方法有动力非线性分析（非线性时程分析）和静力非线性分析两大类。动力非线性分析能比较准确而完整地得出结构在罕遇地震下的反应全过程，但计算过程中需要反复迭代，数据量大，分析工作繁琐，且计算结果受到所选用地震波以及构件恢复力和屈服模型的影响较大，一般只在设计重要结构或高层建筑结构时采用。静力弹塑性分析方法(push-over法)，是对结构在罕遇地震作用下进行弹塑性变形分析的一种简化方法，从本质上说它是一种静力分析方法。具体地说，就是在结构计算模型上施加按某种规则分布的水平侧向力，单调加载并逐级加大；一旦有构件开裂(或屈服)即修改其刚度(或使其退出工作)，进而修改结构总刚度矩阵，进行下一步计算，依次循环直到结构达到预定的状态（成为机构、位移超限或达到目标位移），从而判断是否满足相应的抗震能力要求。静力弹塑性分析方法(push-over法)分为两个部分，首先建立结构荷载－位移曲线，然后评估结构的抗震能力，基本工作步骤为：第一步：准备结构数据：包括建立结构模型、构件的物理参数和恢复力模型等；第二步：计算结构在竖向荷载作用下的内力。第三步：在结构每层的质心处，沿高度施加按某种规则分布的水平力（如：倒三角、矩形、第一振型或所谓自适应振型分布等），确定其大小的原则是：施加水平力所产生的结构内力与前一步计算的内力叠加后，恰好使一个或一批构件开裂或屈服。在加载中随结构动力特征的改变而不断调整的自适应加载模式是比较合理的，比较简单而且实用的加载模式是结构第一振型。第四步：对于开裂或屈服的杆件，对其刚度进行修改，同时修改总刚度矩阵后，再增加一级荷载，又使得一个或一批构件开裂或屈服；不断重复第三步、第四步，直到结构达到某一目标位移（当多自由度结构体系可以等效为单自由度体系时）或结构发生破坏（采用性能设计方法时，根据结构性能谱与需求谱相交确定结构性能点）。对于结构振动以第一振型为主、基本周期在2s以内的结构，push-over方法能够很好地估计结构的整体和局部弹塑性变形，同时也能揭示弹性设计中存在的隐患（包括层屈服机制、过大变形以及强度、刚度突变等）。静力弹塑性分析方法的特点：1）由于在计算时考虑了构件的塑性，可以估计结构的非线性变形和出现塑性铰的部位；2）与弹塑性时程分析法比较，其输入数据简单，工作量较小，计算时间短。对于长周期结构和高柔的超高层建筑，push-over方法与非线性时程分析方法的计算结果差别很大，难以采用。五、计算题1、两层现层浇钢筋混凝土框架结构，梁的线刚度远大于柱的线刚度，重力荷载代表值为：G1=600KN，G2=500KN，每层各柱层间侧移刚度相同；建造在II类场地上，结构的阻尼比为0.05。该地区抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.20g，设计地震分组为第一组。用振型分解反应谱法求结构在多遇地震作用时各楼层层间地震剪力标准值。（已知：结构的基本周期T1=0.358s,T2=0.156s；主振型{Y1}T=[0.4881]T,{Y2}T=[-1.711]T）答案：1）水平地震作用查表得Tg=0．35s相应于第一振型的质点水平地震作用为：F1i=振型参与系数为：故，F11=0.1568*1.23*0.488*600=56.47kNF12=0.1568*1.23*1*500=96.43kN相应于第二振型的质点水平地震作用为：F2i=因0．1sT2=0．156sTg=0．35s，故振型参与系数为：故，F21=0.16*0.233*1.71*600=38.25kNF22=0.16*0.233*（-1）*500=-18.64kN2）层间地震剪力相应与第一振型的层间剪力为：V11=56.47+96.43=152．9kNV12=56.47kN相应与第二振型的层间剪力为：V21=38.25-18.64=19．61kNV22=-18.64kN按平方和开平方法则。层间地震剪力为V1=V2=2、四层浇钢筋混凝土框架结构，梁的线刚度远大于柱的线刚度，重力荷载代表值为：G1=8820KN，G2=G3=8360KN,G4=6700KN，每层各柱层间侧移刚度相同；建造在Ⅰ类场地上，结构的阻尼比为0．05。该地区抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.30g，设计地震分组为第一组。用底部剪力法求结构在多遇地震作用时各楼层层间地震剪力和底层柱的柱端弯矩标准值。（已知：结构的基本周期T1=0.48s；底层柱反弯点在2/3柱高，其余在柱中）答案：1）查表得Tg=0.25s水平地震影响系数结构总水平地震作用FEK=2）各质点的地震作用因T1=0．48s1．4Tg=0．35s，查表知故F2=448.67*8360*8.1/（8820*4.5）=769.49kNF3=769.49*11.7/8.1=1111.49kNF4=448.67*6700*15.3/（8820*4.5）+3655.6*0.0484=1158.81+176.93=1335.74kN3）各楼层的层间地震剪力V1k=3655.6kNV2k=769.49+1111.49+133.74=3216.93kNV3k=1111.49+1335.74=244.44kNV4k=1335.74kN4）底层柱的柱端弯矩标准值每柱承受剪力标准值为0.5*3655.6=1832.8kN柱顶弯矩为Mu=4.5*1832.8/3=2749.2kN.m柱底弯矩为M1=4.5*1832.8*2/3=5498.4kN.m