建筑结构抗震第8章砌体结构

第8章多层砌体房屋的抗震设计本章内容：多层砌体房屋、底部框架砌体房屋震害分析——抗震措施——计算唐山、海城等震后调查6度区女儿墙、小烟囱严重破坏。7度区少数房屋轻微损坏，少数中等损坏，个别严重。8度区多数出现震害，近半数达到中等和严重破坏。9度区房屋普遍遭到破坏，多数达到严重破坏，个别倒塌。10度区少数严重破坏，大多数倒塌。§8.1砌体房屋的震害统计结果表明：多数砖房的抗破坏能力很低，但仍具有较高的抗倒塌能力。仅在10度11度才有大量砖房倒塌。除高烈度区，经过合理设计、施工的砖房可以在地震区采用。进行震害调查，有利于找出房屋的薄弱环节，总结有益的抗震措施。一、墙体斜裂缝二、墙角破坏扭转，应力集中，约束小等——V型裂缝斜裂缝主拉应力三、纵横墙出现竖向裂缝，咬槎连接不好四、楼梯间破坏楼梯间墙体较其它墙体震害严重。原因：间距小，刚度大，剪力大。空间刚度小，墙体削弱。五、楼板与屋盖预制板板缝拉开，楼板掉落。原因：板与板拉接不利，板的搁置长度过短。六、房屋附属物破坏女儿墙、出屋面烟囱、垃圾道、屋顶小间破坏严重。原因：鞭梢效应七、带钢筋砼构造柱砖房构造柱：在墙体中设置钢筋砼柱起到约束墙体的作用，可使房屋裂而不倒。震害比无构造柱的砖房显著减轻。§8.2结构方案与结构布置多层砌体房屋的抗震措施，既属概念设计范围，也属防倒塌设计的问题。防倒塌问题不是依靠罕遇地震作用下的变形验算，而是做好细部处理和总体布置。一、房屋的体型与防震缝1、平立面应规则，抗侧力墙应均匀布置2、优先采用横墙承重和纵横墙承重方案。不宜采用纵墙承重方案3、纵横墙宜均匀对称，上下左右对齐4、楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处5、不规则的建筑宜设防震缝不规则结构：⑴立面高差在6m以上⑵房屋有错层，且楼板高差较大⑶结构的刚度、质量截然不同二、房屋的总高度与最大高宽比要求1、总高度（新规范表有变化）以粘土砖房为例：6度7度8度9度21m.7层21m.7层18m.6层15m.5层12m.4层地震作用随高度而增大，高度越大，震害越重对医院、学校等、横墙间距较大的建筑，总高度-3m2、最大高宽比为了防止建筑物在水平地震作用下不发生整体弯曲破坏，规范未规定对这类建筑进行整体弯曲验算，而是对最大高宽比的限制做了规定。6度7度8度9度2.52.52.01.5三、抗震横墙的最大间距（新规范表7.1.5有变化）地震力的传递，楼盖→横墙7度:现浇楼盖15m，装配楼盖11m楼盖要有足够的刚度，不使纵墙因弯曲而破坏。楼盖的刚度与横墙的间距有关§8.3多层砌体房屋抗震计算要点：1、只考虑横墙及纵墙分别在水平地震作用下，平面内的抗剪强度，不考虑竖向地震作用。2、只需验算不利的墙段：承载面积较大，竖向应力较小。计算的过程：地震作用计算——地震剪力的分配——砌体的抗剪强度验算一、水平地震作用计算1、计算模型：（糖葫芦）注意底层H的取法。一般取室外地坪下0.5m2、楼层水平地震剪力周期：由于砌体房屋的横墙很多，刚度很大，一般T不超过0.25s，所以取max1eqEkGFmaxEkiiiiiFHGHGF)0(n3、突出屋顶的小建筑，地震剪力放大3倍二、楼层水平地震剪力在各抗侧力墙体间的分配地震剪力通过楼板传给横墙，分给各墙体的地震力大小与楼板的刚度和墙体的刚度有关。1、楼层地震剪力的分配横向的地震剪力由横向墙体承担。纵向的地震剪力由纵向墙体承担。⑴横向楼层地震剪力的分配：与墙体的刚度和楼盖的刚度有关。a、刚性楼盖现浇钢筋砼楼盖或装配整体式钢筋砼楼盖认为楼盖为刚性，各墙体的侧移均相同。设第i层的剪力为Vi,第m道墙体的剪力:当墙高一样时：b、柔性楼盖：木结构楼盖等，视结构为分段独立的简支梁，其各自的变形与产生其地震剪力的重力荷载代表值有关。inKikimimVKKV1墙的水平截面面积AVAAViikimim则当面荷载相等时c、中等刚度楼盖。取平均值。（装配式钢筋砼楼盖）iiimimVGGViiimiVFFV墙段从属荷载面积mFimiiimikimimVFFKKV)(21⑵纵向地震剪力分配。由于纵向楼盖的刚度都很大，则均视为刚性楼盖。⑶多洞口墙体中各墙段间地震剪力分配按各墙段的刚度分配VimimmrmrmrVKKV2、实心墙体的层间抗侧力等效刚度假定实心墙体为下端固定，上端嵌固的构件考虑其弯曲变形和剪切变形的总变形对矩形截面剪应变不均系数x=1.2弯曲变形和剪切变形的大小与高宽比有关。AGhEIhsbx123EG4.0123tbIbsbhbhbhEt3131K抗震规范规定：•当时只考虑剪切变形影响。•当时•当时柔度很大，不考虑k值.K=01bhhEtbK341bh32bhbhEtK4bh3、开洞墙体的刚度对于开有规则洞口的墙体，墙顶在单位力作用下墙顶位移与应等于各墙段侧移之和。3311321111KKK23222121KKK43223222112211111111KKKKKKKKK左右分段时，总刚度为各段刚度之和上下分段时，总刚度为各段刚度的倒数之和的倒数。三、砌体结构抗震强度验算1、砌体抗剪强度理论有两种：主拉应力理论，即当砌体在正应力和剪应力共同作用下使主拉应力超过砌体的抗剪强度时，则开裂破坏。剪切摩擦强度理论：砌体的抗剪强度由砌体本身的抗剪强度和由正应力产生的摩擦力组成。0抗震规范将砌体的抗剪强度写成如下形式：vnVEff正应力影响系数n验算两端均有构造柱、芯柱时自承重墙体其它承重墙体2、配筋砌体⑴横向配筋的砖墙砌体REvEfAV9.0RE0.1RE75.0RE)(1shyhsVEREAfAfV抗剪强度提高5%~25%，极限变形为无筋砌体的2~3倍。⑵芯柱配筋砼小砌块墙体csyctVEREAfAfAfV)05.03.0(1芯柱影响系数c一、构造柱1、构造柱的作用构造柱对砌体的初裂荷载无明显提高，对砌体抗剪强度可提高10~30%。主要作用是对墙体起约束作用，使之有较高的变形能力，是一种有效的抗倒塌措施。2、构造柱和芯柱的设置要求构造柱的设置可分为四个档次。见规范表7.3.1§8.4多层砌体结构房屋的抗震构造措施第一档第二档第三档第四档角处电梯间四楼梯间、大房间、大洞口两侧外墙四角、处墙交接墙与外开间横每隔一交接处外纵墙的横墙与每一开间处墙交接内外纵横墙与3、构造柱的构造要求⑴最小截面240*1807度6层8度5层9度⑵马牙槎（500mm）与墙连接1m长与墙拉结⑶构造柱的上下拉接上与圈梁拉接，下伸入室外地面下500mm124250@6144200@6500@62二、圈梁1、作用：⑴提高房屋的整体性，使房屋形成整体箱形。⑵提高楼盖的刚度和整体型。⑶提高墙体的整体性和变形能力。⑷减轻地基不均匀沉降对建筑的影响。2、圈梁的设置要求见规范表7.3.3纵墙：6、7度及8度、9度，层层设置内横墙：6、7度屋盖间距4.5m，楼盖7.2m8度屋盖处所有横墙，间距4.5m9度所有横墙3、构造要求⑴闭合，宜与板在同标高⑵截面：250，200，150mmh120124,104,84三、连接1、墙与墙的拉接……2、楼板搁置长度现浇楼板预制楼板（未与圈梁同标高）•外墙•内墙（宜）•梁上mm500@62mma12080100120aaa3、楼板与圈梁、墙体的拉结4、屋架（屋面梁）与墙柱的锚拉四、楼梯间由于空旷，破坏较严重。注意墙体的拉结，增加整体性。不采用削弱墙体的悬挑踏步，……五、房屋的局部尺寸见规范表7.1.6局部墙体尺寸不能太小，当采用构造柱时可适当放宽。§8.5底部框架-抗震墙房屋的抗震设计要点一、震害及分析这种结构的特点是上部刚度很大，下部刚度较小，形成相对薄弱的底层，在地震作用下致使底层破坏严重。（鸡腿式）二、底部框架砖房抗震计算主要内容有：•底层侧移刚度的控制•底层地震剪力的分配•倾覆力矩的分配•底层的刚度和强度1、底部侧移刚度的控制抗震规范规定：底层框架砖房的底层，应沿纵向、横向对称布置一定数量的抗震墙，且要求第二层与底层侧移刚度比不能太大。6、7度时8度时包括砖墙、框架、及混凝土剪力墙的刚度。框架的刚度：混凝土剪力墙：2、底层地震剪力的分配25.21212KKKK21KK、wwbswccEIhGAhKhEIK32.1111233EG43.0⑴底层地震剪力设计值：由底部剪力法，考虑刚度不均，乘以增大系数以修正。⑵抗震墙间的地震剪力分配关于抗震防线的问题：在抗震墙未开裂之前，墙的刚度很大，令其承担全部地震剪力，而不考虑框架的作用，在墙开裂后，刚度降低，这时考虑由框架和墙共同承担地震剪力。eqEkGFVmax15.15.12.12.1时取时取第i片抗震墙的地震剪力⑶框架柱的地震剪力抗震墙开裂后，框架柱处于弹性状态，这时考虑砖墙抗震墙的刚度降致20%，混凝土抗震墙的刚度降致30%，则框架柱的地震剪力11VKKKVb112.03.0VKKKKVcwbwcici3、地震倾覆力矩的分配作用于底层顶部的地震倾覆力矩倾覆力矩按墙（混凝土）和框架柱的整体弯曲刚度比例进行分配。niiiHHFM211)(fwKKK111MKKMww11MKKMff1混凝土墙的抗弯刚度：即产生=1rad所需的力矩M,为柔度的倒数。柔度由两部分组成:一为混凝土墙自身的变形二为地基的变形地基的抗弯刚度系数基础底面积惯性矩EIhIC11CIZCC15.2查表ZCE相当于ICEIhKw11框架的弯曲刚度:同样由两部分组成，框架柱自身的变形地基的变形由在框架柱中产生的附加轴力按下式计算。2iixEAh21iZixCFEI相当2211iZiifFxCxAEhKfMfiiiiciMxAExEAN2三、底部框架砖房抗震措施1、总高度和层数限制见表6-1P1382、抗震横墙间距的限制见表6-33、抗震等级钢筋混凝土的框架和抗震墙按采取不同的措施可分为抗震等级。抗震等级的主要依据是烈度，场地类别，结构型式等。抗震墙：6、7度可采用砖。M5砂浆混凝土墙：竖向、横向配筋率：墙边构件最小配筋量：4、构造柱与组合柱多层内框架房屋的构造柱设置比砖房严格。组合柱：钢筋砼与砖组合。mmb24025.140.20HbmmbC且%25.08150@6142005.0的较大者或cA5、楼盖和屋盖底层框架砖房的底层楼盖应采用现浇或装配整体式楼盖。内框架砖房的屋盖应采用现浇或装配整体式屋盖。6、圈梁采用装配式钢筋砼板时，各层均应设圈梁，现浇楼板，可不设圈梁，但板中钢筋需与构造柱钢筋相连。7、局部尺寸1）、纵向窗间墙最小宽度。2）、内框架梁在墙上的搁置长度。m5.1mma300