5多层砌体房屋和底部框架房屋的抗震设计XXXX

工程结构抗震设计原理1工程结构抗震设计原理南京工业大学土木工程学院2006.8工程结构抗震设计原理2目录第一章地震工程学概论第二章场地与地基基础抗震第三章工程结构的地震反应分析第四章钢筋混凝土框架结构的抗震设计第五章砌体结构的抗震设计第六章工程结构隔震与消能减震简介工程结构抗震设计原理3§5.1概述多层砌体房屋：由粘土砖、烧结多孔粘土砖、粉煤灰中型实心砌块和混凝土中小型砌块砌体通过砂浆砌筑而成的房屋。多层砌体房屋是我国当前建筑业中使用最广泛的一种建筑形式。在民用建筑中约占90%以上，在整个建筑业中约占80%。传统的砌体结构多采用粘土实心砖和混合砂浆砌筑，通过内外墙的咬砌达到具有一定整体性连接。楼板多采用预制钢筋混凝土空心板，梁和其他构件亦多用预制装配构件。第五章砌体结构的抗震设计工程结构抗震设计原理4大量震害表明传统的砌体结构抗震性能较差：1923年日本关东大地震，东京约有砖石结构房屋7000栋，几乎全部遭到不同程度的破坏。1948年原苏联阿什哈巴德地震，砖石结构房屋的破坏和倒塌率达到70%-80%。1976年唐山地震，对烈度为10度、11度区的123栋2-8层砖混结构房屋调查，倒塌率为63.2%，严重破坏为23.6%，尚能修复使用的4.2%，实际破坏率达95.8%。抗震性能差的原因：1、刚度大、自重大，地震作用也大；2、砌体材料质脆,抗剪、抗拉、抗弯强度低,地震作用下极易出现裂缝;3、受施工质量的影响较大;如砂浆不饱满,易出现裂缝,减弱抗震性能。工程结构抗震设计原理5若能针对砌体结构的弱点进行合理设计，采用适当的构造措施，确保施工质量，砌体结构的抗震性能是能够得到改善的。从震害调查可见：经抗震设防可减轻砌体结构的震害，减少严重破坏和倒塌率。0.00.09.819.570.7倒塌严重破坏中等破坏轻微破坏基本完好0.023.529.435.311.8倒塌严重破坏中等破坏轻微破坏基本完好天津市8度区经7度设防的74年通用住宅震害统计（%）唐山地区8度区多层砖房的震害统计（%）工程结构抗震设计原理6§5.2震害及其分析一、倒塌1、全部倒塌房屋整体性好，而底层强度不足时；房屋整体性不好，而上层墙体过于弱时；2、上部倒塌房屋上层自重大，刚度差；上层砌体强度过弱，整体性差时；3、局部倒塌个别部位的整体性特别差，纵墙与横墙间联系不好，平面或立面有显著的局部突出，抗震缝处理不当等；外纵墙全部脱开横墙而坍塌是较常见的震害。工程结构抗震设计原理7二、裂缝抗剪承载力不足,产生裂缝,主要有“X”形、水平和竖向三种类型。1、“X”形裂缝墙体在竖向压力和反复水平剪力作用产生的裂缝。常出现“X”形裂缝的位置：与主震方向平行的墙体；在横向，房屋两端的山墙；在纵向，窗间墙。若主震方向与横纵墙成某一角度时，常在房屋的角部出现局部倒塌。工程结构抗震设计原理82、水平裂缝大都发生于外纵墙窗口的上下皮处。当房屋纵向承重，横墙间距大而屋盖刚度弱时，纵墙出平面受弯产生水平裂缝。3、竖向裂缝大都发生于横纵墙交接处或变化较大的两部体系的交接处。工程结构抗震设计原理9工程结构抗震设计原理10工程结构抗震设计原理11工程结构抗震设计原理12工程结构抗震设计原理13三、其它破坏楼梯间的墙体一般震害较重。横墙间距小，抗剪刚度大；1、楼梯间破坏原因是：空间刚度较小；墙体有削弱等；突出屋面的屋顶间（电梯机房、水箱间等）、烟囱、女儿墙，由于“鞭端效应”引起破坏。2、房屋附属物房屋附属物的破坏比下部主体结构破坏严重。6度区有所破坏，7度区普遍破坏，8-9度区几乎全部破坏或倒塌。5、楼板和屋盖楼板和屋盖是地震时传递水平地震作用的主要构件。对于预制板楼板、楼盖，由于整体性较差、板缝偏小混凝土灌缝不够密实，地震时易于拉裂。9度以上地区，由于墙体开裂、错位、倒塌引起楼板、楼盖掉落。预制板端部搁置长度过短或无可靠的板与板及板与墙的拉接措施，也造成震害。工程结构抗震设计原理14四、不同烈度地震作用下多层砖房的震害唐山地区多层砖房的震害统计（%）81.868.025.10.0倒塌11.719.932.523.5严重破坏4.76.534.329.4中等破坏1.55.06.835.3轻微破坏0.30.61.311.8基本完好111098破坏程度烈度未经抗震设防的多层砖房在高烈度区的倒塌率非常高。工程结构抗震设计原理15五、不同用途多层砖房的震害0.00.00.0倒塌19.017.00.0严重破坏19.027.09.8中等破坏22.010.019.5轻微破坏40.046.070.7基本完好中小学教学楼医院住宅破坏程度建筑用途天津市8度区住宅、医院、中小学教学楼震害统计（%）横墙间距大震害严重。工程结构抗震设计原理16§5.3抗震设计的一般规定一、平立面布置要规则二、房屋高度、层数、层高要限制房屋平面最好为矩形。1.一般情况下，层数和总高度不应超过下表------618721721190混凝土小砌块------515618721190412618721721240412618721824240普通粘土砖层数高度层数高度层数高度层数高度6789烈度最小(mm)房屋类别多孔粘土砖2.对医院、教学楼等及横墙较少的多层砌体房屋，总高度应比前表的规定降低3m,层数相应减少一层；各层横墙很少的多层砌体房屋，还应根据具体情况再适当降低总高度和减少层数。工程结构抗震设计原理173.横墙较少的多层砌体住宅楼，当按规定采取加强措施并满足抗震承载力要求时，其高度和层数可按上表采用。4.砖和砌快承重房屋的层高不应超过3.6m。三、房屋高宽比的限制抗震规范对多层砌体房屋不要求作整体弯曲的承载力验算。为了使多层砌体房屋有足够的稳定性和整体抗弯能力，房屋的高宽比应满足下表：房屋高宽比：房屋总高度与总宽度的最大比值。烈度6789最大高宽比2.52.52.01.5房屋高宽比的限值表工程结构抗震设计原理18四、抗震横墙间距的限制横向地震作用主要由横墙承受。横墙间距较大时，楼盖水平刚度变小，不能将横向水平地震作用有效传递到横墙，致使纵墙发生较大出平面弯曲变形，造成纵墙倒塌。471111木楼、屋盖7111515装配式钢筋混凝土楼、屋盖11151818现浇或装配整体式钢筋混凝土楼、屋盖9876烈度房屋类型房屋抗震横墙最大间距(m)工程结构抗震设计原理19五、房屋局部尺寸的限制在强烈地震作用下，房屋首先在薄弱部位破坏，这些薄弱部位一般是，窗间墙、尽端墙段、突出屋顶的女儿墙等。1.51.51.02.00.01.21.21.01.50.51.01.01.01.00.51.01.01.01.00.5承重窗间墙最小宽度承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离非承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离内墙阳角至门窗洞边的最小距离无锚固女儿墙(非出入口处)的最大高度9876烈度部位房屋局部尺寸限值(m)工程结构抗震设计原理20六、结构体系要合理1、应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系；2、纵横墙的布置宜对称，沿水平面内宜对齐，沿竖向应上下连续；同一轴线上的窗间墙宜均匀；工程结构抗震设计原理214、楼梯间的位置不宜设在房屋的尽端和转角处。5、烟道、风道、垃圾道等不应削弱墙体，当墙体被削弱时，应对墙体采取加强措施，不宜采用无竖向配筋的附墙烟囱及出墙面的烟囱。6、不宜采用无锚固的钢筋混凝土预制挑檐。3、防震缝有下列情况之一时宜设置防震缝（1）房屋立面高差在6m以上；（2）房屋有错层，且楼板高差较大；（3）各部分结构刚度、质量截然不同。体形不对称的结构较体形均匀对称的结构破坏更严重一些。加防震缝可以将体形复杂的结构划成体形对称均匀的结构。加防震缝亦有一些弊端。工程结构抗震设计原理22一、水平地震作用§5.4计算要点G1GknF1FkFEKnkkkiiiFGHGHF1eqEkGFmax二、楼层地震剪力GinFiFiVjnijiFV工程结构抗震设计原理23三、每片墙的地震剪力1.横墙的地震剪力第i层的横向地震剪力由第i层所有横墙承受。（1）刚性楼盖房屋刚性楼盖房屋：对于现浇及装配整体式钢筋混凝土楼（屋）盖等。jjjjj1jV2jVjnVjVnijijVV1jjijikVnijjijkV1jnijijVk11jnmjmjijiVkkV1工程结构抗震设计原理24墙体侧移刚度的计算：（a）无洞墙体h/b1时hGAhhb1FtbhbtAEG/,,2.1,4.0Et33Etk4/1bh时EIhGAh12312/3tbIEt/)3(333Etk4/bh时0k工程结构抗震设计原理25（b）有洞墙体规则洞口情况1232h1h3h321iik1niik11313、iEtkii对于水平实心墙带对于窗间墙21ikksriri1/iririrbh时irirEtk341ir时33iririrEtk工程结构抗震设计原理26不规则洞口情况2h1h3h1qk2qk3qk4qk11k13k12k21k22k23k24k25k26k27k28k29k3k34321111kkkkkkqqqq232221111111kkkkkq262524122111kkkkkq292827134111kkkkkq工程结构抗震设计原理27（2）柔性楼盖房屋柔性楼盖：木结构等楼（屋）盖。jjjmjmVGGVjmjmjmjmjm1jV2jVjnVjV第m道横墙所分配的地震剪力，按第m道横墙从属面积上重力荷载代表值的比例分配。jmG第j层第m道横墙从属面积上重力荷载代表值；jG第j层结构总重力荷载代表值。工程结构抗震设计原理28jjjmjmVAAVjmA第j层第m道横墙所应分配地震作用的建筑面；jA第j层的建筑面积。当楼层单位面积上的重力荷载代表值相等时，可进一步简化为按各墙片所承担的地震作用的面积比进行分配：工程结构抗震设计原理29（3）中等刚度楼盖房屋中等刚度楼盖：介于刚度楼盖和柔性楼盖之间的楼（屋）盖，如装配式钢筋混凝土楼盖。jjjmjsnsjmjmVAAkkV)(211它的各横墙所分配的地震剪力，按刚性楼盖和柔性楼盖结果的平均值确定。工程结构抗震设计原理302.纵墙的地震剪力对各种楼盖均按刚性楼盖横墙剪力确定方法确定。3.同一道墙各墙段地震剪力的分配2h1h1b12sr2brbsb第m道墙第r墙段所分配的地震剪力为：jmmisimrmrVkkV1工程结构抗震设计原理312h1h1b12sr2brbsb第m道墙第r墙段所分配的地震剪力为：jmmisimrmrVkkV1mrV第m道墙第r墙段所分配的地震剪力；jmV第j层第m道墙所分配的地震剪力；mrk第m道墙第r墙段侧移刚度；1/rrrbh时rmrEtk341r时33rrmrEtk工程结构抗震设计原理32四、墙体截面抗震承载力验算1.各类砌体沿阶梯形截面破坏的抗剪强度设计值VnVEffn非抗震设计的砌体抗剪强度设计值，按《砌体结构设计规范》采用；Vf砌体强度正应力影响系数，按下表确定：n0.01.03.05.07.010.015.020.0普通粘土砖,多孔粘土砖0.801.001.281.501.701.952.32混凝土小砌块1.251.752.252.603.103.954.80砌体类别Vf/0砌体强度的正应力影响系数0为对应与重力荷载代表值的砌体截面平均压应力。工程结构抗震设计原理332.粘土砖、多孔砖墙体的截面抗震承载力验算验算公式：REVEAfVV墙体地震剪力设计值；RE承载力抗震调整系数，对于两端均有构造柱、芯柱的承重墙为0.9，其它承重墙为1，自承重墙取0.75;A墙体横截面面积，多孔砖取毛截面面积；VEf砌体沿阶梯形截面破坏的抗震抗剪设计值。当按上式验算不能满足时，除采用配筋砌体的提高承载力外，尚可