《抗震结构设计》多媒体课件第6章多层砌体结构房屋的抗震设计.ppt

武汉理工大学出版社,6 多层砌体结构房屋的抗震设计,6 多层砌体房屋的抗震设计,6.1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、小型砌块砌体作为承重墙体，并采用钢筋混凝土楼盖、屋盖的混合结构房屋。 特点：就地取材、节约钢材、构造简单； 自重大、刚度大，地震作用大； 抗弯、抗拉、抗剪性能差； 受施工质量影响大。 -抗震性能比较差,6.1概述,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%。,6.1概述,未经抗震设防的多层砖房在高烈度区的倒塌率非常高。,6.1概述,经过合理抗震设防，砌体结构的抗震性能能够得到改善，震害减轻，减少严重破坏和倒塌率。,天津市8度区住宅、医院、中小学教学楼震害统计（%）,6.1概述,砌体结构房屋中，墙体是主要的承重构件，不仅承受垂直荷载，还产生水平地震作用，地震时易产生裂缝，进而墙体崩塌、楼盖塌落、房屋破坏。 （1）墙体破坏,1)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。,a.“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。,6.1概述,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。,6.1概述,裂缝开展程度一般是下重上轻,6.1概述,b.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。,6.1概述,c.竖向裂缝,大都发生于横纵墙交接处。,6.1概述,6.1概述,2）倒塌,a.全部倒塌,底层墙体抗震强度不足。,唐山市文化路青年宫, 砖混结构二层楼房, 除四根门柱外,全部坍塌,6.1概述,b.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。,6.1概述,c.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。,6.1概述,6.1概述,6.1概述,(2)墙角破坏 房屋墙角一般易遭破坏 原因分析： 房屋角部，刚度较大以及地震时的扭转作用，地震反应明显增大，受力复杂，易产生应力集中。 房屋角部位于房屋尽端，整体约束作用相对较弱，抗震能力降低。,6.1概述,6.1概述,6.1概述,（3）楼梯间破坏,楼梯间的墙体一般震害较重。,横墙间距小，水平刚度大，地震作用大；,原因是：,墙体沿高度方向缺乏有力的空间支撑， 空间刚度较小，稳定性差；,踏步板嵌入墙内，墙体有削弱等。,6.1概述,（4）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。 其破坏一般是由于墙体开裂、错位或倒塌引起的 因其本身强度和刚度不足的破坏极为少见。,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，会造成局部倒塌。,6.1概述,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。,（5）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。,6.2 结构方案与结构布置,一、结构方案与结构布置,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；,3.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。,6.2 结构方案与结构布置,4.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。,6.2 结构方案与结构布置,震害表明：砌体房屋的高度越大、层数越多，震害越重,1.砖和砌块承重房屋的层高不应超过3.6m。,2.一般情况下，层数和总高度不应超过下表。,二、多层房屋的总高度和层数限制,6.2 结构方案与结构布置,3.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。,4.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。,注：房屋总高度指室外地面到主要屋面板板顶或檐口的高度， 带阁楼的坡屋面应算到山尖墙的1/2高度处。,6.2 结构方案与结构布置,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。,房屋高宽比的限值表,三、多层砌体房屋高宽比限值,6.2 结构方案与结构布置,四、房屋抗震横墙的间距限值 横向地震作用主要由楼盖和横墙承受。 横墙的设计应满足： (1)横墙本身有足够的承载力； (2)横墙间距应满足楼盖的刚度要求。 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。,6.2 结构方案与结构布置,6.2 结构方案与结构布置,天津市8度区住宅、医院、中小学教学楼震害统计（%）,不同用途的房屋,横墙间距大的震害严重。,6.2 结构方案与结构布置,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。,五、房屋中砌体墙段的局部尺寸限值,6.3多层砌体房屋抗震设计,多层砌体房屋的抗震计算，一般只需考虑水平地震作用沿两个主轴方向分别验算房屋在横向和纵向水平地震力作用下，横墙和纵墙在其自身平面内的剪切强度。 6.3.1 计算简图 1.基本假定 （1）取防震缝所划分的独立单元为计算单元； （2）认为各层楼盖水平刚度为无限大，仅作平移运动， 各楼层的质量分别集中在相应楼盖处； （3）结构变形为剪切型，且只考虑第一振型，倒三角形。,6.3.1 计算简图,6.3.1 计算简图,简图中: 第i层重力荷载代表值：本层楼盖的自重，可变荷载组合值以及本层上、下各半层的墙体自重 结构底部固定端标高的确定方法： 基础埋置较浅：取基础顶面； 基础埋置较深：取室外地坪下500mm处； 全地下室：取地下室顶板顶面； 半地下室：取地下室室内地坪处。,6.3.2 地震作用,因多层砌体房屋水平侧移刚度大，自振周期短， 一般不超过0.25s, 取1max 同时忽略顶部附加地震作用的影响， 即顶部附加地震作用系数为零。,按底部剪力法计算水平地震作用。,6.3.2 地震作用,楼层地震剪力：,注意：对突出屋面的小建筑，其地震作用效应仍乘以 增大系数3，但不向下传递。,6.3.3楼层地震剪力在墙体中的分配,楼层地震剪力Vi在同一层各墙体间的分配主要取决于楼盖的水平刚度及各墙体的侧移刚度。 （1）实心墙体的侧移刚度,h/b1时,忽略弯曲变形， 仅考虑剪切变形,6.3.3楼层地震剪力在墙体中的分配,时,时,同时考虑剪切变形和弯曲变形：,弯曲变形远远大于剪切变形：,6.3.3楼层地震剪力在墙体中的分配,小开口墙段的刚度： 毛墙面计算的刚度洞口影响系数。 洞口影响系数根据开洞率确定。,（2）楼层地震剪力Vi的分配原则,第i层的横向地震剪力由第i层所有横墙承受。,第i层的纵向地震剪力由第i层所有纵墙承受。,6.3.3楼层地震剪力在墙体中的分配,（3）楼层横向地震剪力Vi的分配,横向楼层地震剪力在横向各抗侧力墙体间的分配，不仅取决于每片墙体的层间抗侧力等效刚度，还取决于楼盖的整体水平刚度。 1）刚性楼盖房屋,刚性楼盖房屋：抗震横墙间距符合要求的的现浇及装配整体式钢筋混凝土楼（屋）盖等。 假定：楼盖刚度无限大，楼盖仅发生整体平动 各横墙将产生相等的水平位移。,6.3.3楼层地震剪力在墙体中的分配,各横墙所承担的地震剪力按各墙侧移刚度比例进行分配。,6.3.3楼层地震剪力在墙体中的分配,对于刚性楼盖，当各抗震横墙的高度和砌体材料相同，且以剪切变形为主时，其楼层水平地震剪力可按各抗震横墙的横截面面积进行分配。,6.3.3楼层地震剪力在墙体中的分配,2）柔性楼盖房屋,柔性楼盖房屋：以木结构等柔性材料为楼（屋）盖的 房屋。,楼盖在其自身平面内的水平刚度很小，无法约束各横墙 发生相同的水平位移。 整个楼盖可近似视为分段简支于各片横墙的多跨简支梁， 各片横墙可独立地变形。,6.3.3楼层地震剪力在墙体中的分配,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。,6.3.3楼层地震剪力在墙体中的分配,第i层第m道横墙从属荷载面积，即该墙与左右两侧相邻横墙之间各一半楼（屋）盖面积之和；,第i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，可简化为按该墙与两侧横墙之间各一半楼（屋）盖面积进行分配：,6.3.3楼层地震剪力在墙体中的分配,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。,各片横墙所承担的地震剪力，不仅与横墙抗侧力刚度有关，而且与楼盖自身的水平变形有关。 规范规定：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。,6.3.3楼层地震剪力在墙体中的分配,（4） 楼层纵向地震剪力的分配,一般砌体房屋的纵向较长，且纵墙的间距较小，纵向水平刚度较大 。 对各种楼盖均按刚性楼盖考虑，按各道纵墙的侧移刚度比例进行分配。,（5） 同一道墙各墙段地震剪力的分配 在同一道墙上，门窗洞口之间墙段所承担的地震剪力可按墙段的侧移刚度进行分配。 各墙段的侧移刚度和墙段的高宽比有关。,6.3.3楼层地震剪力在墙体中的分配,墙段的高宽比为洞口净高与洞侧墙宽之比。 洞高的取法：窗间墙取窗洞高； 门间墙取门洞高； 门窗之间的墙取窗洞高； 尽端墙取紧靠尽端的门洞或窗洞高。,6.3.3楼层地震剪力在墙体中的分配,当各墙段高宽比均小于1，各墙段的侧移刚度仅考虑剪切变形。,第i层m道墙第r墙段所分配的地震剪力为：,第i层m道墙第r墙段的侧移刚度为：,6.3.4墙体抗震承载力验算,对多层砌体房屋，需进行纵、横墙截面抗震承载力验算的不利墙段为：,（1）承受地震作用较大的墙段； （2）竖向正应力较小的墙段； （3）局部截面较小的墙段。,各类砌体沿阶梯形截面破坏的抗剪强度设计值：,6.3.4墙体抗震承载力验算,砌体强度的正应力影响系数,为对应与重力荷载代表值的砌体截面平均压应力。,6.3.4墙体抗震承载力验算,(1) 粘土砖、多孔砖墙体的截面抗震承载力验算,验算公式：,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，尚可采用在墙段中部增设构造柱的方法。,6.3.4墙体抗震承载力验算,当在墙段中部设置截面不小于240mm240mm且间距不大于4m的构造柱时，可考虑其对砌体承载力的提高，按下列简化方法验算：,中部构造柱的横截面总面积（对于横墙和内纵墙Ac0.15A时，取0.15A;对于外纵墙， Ac0.25A时，取0.25A;,中部构造柱的混凝土轴心抗拉强度设计值；,墙体约束修正系数；一般情况取1.0，构造柱间距不大于2.8m时取1.1。,6.3.4墙体抗震承载力验算,(2) 水平配筋粘土砖、多孔砖墙体的截面抗震承载力验算,验算公式：,墙体横截面面积，多孔砖取毛截面面积；,层间墙体竖向截面钢筋总截面面积；,钢筋抗拉强度设计值；,钢筋参与系数 。,6.3.4墙体抗震承载力验算,(3) 混凝土小砌块墙体截面抗震承载力验算,验算公式：,墙体地震剪力设计值；,芯柱截面总面积；,芯柱混凝土轴心抗压强度设计值；,芯柱影响系数。,6.4多层砌体房屋抗震构造措施,设置构造措施的目的:加强房屋的整体性，使之具有一定的变形能力(延性）,提高房屋的抗震性能。 6.4.1构造柱 1. 构造柱的设置目的 提高砌体的受剪承载力(10%-30%)； 对砌体有约束作用,提高砌体的变形能力。 2. 构造柱的设置位置和要求 位置:震害较重,连接构造比较薄弱和易于应力集中的部位。,6.4.1构造柱,6.4.1构造柱,说明: 外廊式和单面走廊式的多层房屋，应根据房屋增加一层后的层数，按前表设置构造柱，且单面走廊两侧的纵墙均应按外墙处理。 教学楼、医院等横墙较少的房屋，应根据房屋增加一层后的层数，按上表设置构造柱；当教学楼、医院等横墙较少的房屋为外廊式或单面走廊式时，应按前款要求设置构造柱，但6度不超过四层、7度不超过三层和8度不超过二层时，应按增加二层后的层数考虑。,6.4.1构造柱,3. 构造柱的构造,(1)截面与配筋,构造柱最小截面:240180mm； 纵向钢筋宜采用412 ； 箍筋间距不宜大于250mm，且在柱上下端适当加密； 7度时超过六层、8度时超过五层和九度时，构造柱纵向钢筋宜采用414，箍筋间距不应大于200mm； 房屋四角的构造柱可适当加大截面及配筋。,6.4.1构造柱,(2)构造柱与墙体的连接,构造柱与墙体连接处应砌成马牙槎，并应沿墙高每隔500mm设拉结钢筋26，每边伸入墙内不宜小于1m。,构造柱与圈梁连接处，构造柱的纵筋应穿过圈梁，保证构造柱纵筋上下贯通。,(3)构造柱与圈梁的连接,构造柱可不单独设置基础，但应深入室外地面下500mm，或与埋深小于500mm的基础圈梁相连。,(4)构造柱的基础,6.4.1构造柱,(5)房屋高度和层数接近限值时的构造柱间距要求:,横墙内构造柱间距不宜大于层高的二倍，下部1/3的楼层的构造柱间距适当减小；,外墙的构造柱间距应每开间设置一柱；当开间大于3.9m时，应另设加强措施。内纵墙的构造柱间距不宜大于4.2m。,6.4.2圈梁,钢筋混凝土圈梁的主要功能：,增加纵横墙体的连接，加强整个房屋的整体性； 圈梁可箍住楼盖，增强其整体刚度； 减小墙体的自由长度，增强墙体的稳定性； 可提高房屋的抗剪强度，约束墙体裂缝的开展； 抵抗地基不均匀沉降， 减小构造柱计算长度。,6.4.2圈梁,(1)装配式钢筋混凝土楼盖、屋盖或木楼盖、屋盖的砖房，横墙承重时应按下表的要求设值圈梁，纵墙承重时每层均应设置圈梁，且抗震墙上的圈梁间距应比表内要求适当加密。,1. 钢筋混凝土圈梁的设置部位及构造要求,6.4.2圈梁,(2)现浇或装配整体式钢筋混凝土楼盖、屋盖与墙体可靠连接的房屋可不另设圈梁，但楼板沿墙体周边应加强配筋，并应与相应的构造柱钢筋可靠连接。,(3)圈梁应闭合，遇有洞口应上下搭接，圈梁宜与预制板设在同一标高处或紧靠板底。,(4)圈梁在前表要求的间距内无横墙时，应利用梁或板缝中配筋替代圈梁。,6.4.2圈梁,2. 圈梁的构造,圈梁的截面高度一般不应小于120mm，配筋应符合下表要求，但在软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀土层上的砌体房屋的基础圈梁，截面高度不应小于180mm，配筋不应少于412。,6.4.3楼盖、屋盖结构及其连接,(1)现浇钢筋混凝土楼板或屋面板伸进纵、横墙内的长度，均不宜小于120mm。,(2)装配式钢筋混凝土楼板或屋面板，当圈梁未设在板的同一标高时，板端伸进外墙的长度不应小于120mm，伸进内墙的长度不应小于100mm，在梁上不应小于80mm。,(3)当板的跨度大于4m并与外墙平行时，靠外墙的预制板侧边与墙或圈梁拉接。,6.4.3楼盖、屋盖结构及其连接,(4)房屋端部大房间的楼盖，8度时房屋