抗震 第四章-1.pdf

第第第第4 4章章章章 砌体结构抗震设计砌体结构抗震设计砌体结构抗震设计砌体结构抗震设计 本章内容本章内容本章内容本章内容 4 1 震害分析震害分析 4 2多层砌体结构的抗震概念设计多层砌体结构的抗震概念设计 4 3 多层砌体结构的抗震计算多层砌体结构的抗震计算 4 4 多层砌体结构的抗震构造措施多层砌体结构的抗震构造措施 4 5 底部框架砌体房屋抗震设计底部框架砌体房屋抗震设计 4 1 4 1 震害分析震害分析震害分析震害分析 1 砌体结构的组成 由块体和砂浆砌筑而成的结构 称为砌体结构 其中 块体 1 砌体结构的组成 由块体和砂浆砌筑而成的结构 称为砌体结构 其中 块体 砖 石 砌块 砂浆 砖 石 砌块 砂浆 水泥砂浆 混合砂浆 非水泥砂浆 多层砌体房屋 水泥砂浆 混合砂浆 非水泥砂浆 多层砌体房屋 竖向承重构件采用砌体墙片 而水平承重构件采用钢筋混凝土或其他材料的 混合结构房屋 2 应用 3 特点 抗震性能差 竖向承重构件采用砌体墙片 而水平承重构件采用钢筋混凝土或其他材料的 混合结构房屋 2 应用 3 特点 抗震性能差 对历次大地震的灾害调查结果的统计分析表明 6度区 对历次大地震的灾害调查结果的统计分析表明 6度区 主体结构基本完好 女儿墙 小烟 囱严重破坏 7度区 主体结构基本完好 女儿墙 小烟 囱严重破坏 7度区 主体结构轻微损坏 小部分中等损 坏 8度区 主体结构轻微损坏 小部分中等损 坏 8度区 多数出现震害 近半数达到中等破 坏 9度区 多数出现震害 近半数达到中等破 坏 9度区 房屋普遍遭到破坏 多数达到严重 破坏 10度区 房屋普遍遭到破坏 多数达到严重 破坏 10度区 少数严重破坏 大多数倒塌 少数严重破坏 大多数倒塌 4 震害特点4 震害特点 1 1 震害震害 1 房屋倒塌 2 1 房屋倒塌 2 墙体开裂 破坏墙体开裂 破坏 3 3 墙角破坏墙角破坏 4 4 纵横墙连接破坏纵横墙连接破坏 5 5 楼梯间破坏楼梯间破坏 6 楼盖与屋盖的破坏 7 6 楼盖与屋盖的破坏 7 附属构件的破坏附属构件的破坏 2 震害规律震害规律 刚性楼盖房屋 上层破坏轻 下层破坏重 柔 性楼盖房屋 上层破坏重 下层破坏轻 刚性楼盖房屋 上层破坏轻 下层破坏重 柔 性楼盖房屋 上层破坏重 下层破坏轻 横墙承重房屋的震害轻于纵墙承重房屋 横墙承重房屋的震害轻于纵墙承重房屋 坚实地基上的房屋震害轻 软弱地基和非均匀 地基上的房屋震害重 坚实地基上的房屋震害轻 软弱地基和非均匀 地基上的房屋震害重 外廊式房屋往往地震破坏较重 外廊式房屋往往地震破坏较重 预制楼板结构比现浇楼板结构破坏重 预制楼板结构比现浇楼板结构破坏重 房屋两端 转角 楼梯间 附属结构震害较 重 房屋两端 转角 楼梯间 附属结构震害较 重 3 震害分析震害分析 根本原因根本原因 地震作用在结构中产生的效应 内力 应力 超过了结构材料的抗力或强度 地震作用在结构中产生的效应 内力 应力 超过了结构材料的抗力或强度 主要原因 主要原因 分为三大类分为三大类 房屋建筑布置 结构布置不合理造成局部地震 作用效应过大 房屋建筑布置 结构布置不合理造成局部地震 作用效应过大 砌体墙片抗震承载力不足 砌体墙片抗震承载力不足 房屋构件 墙片 楼盖 屋盖 间的连接强度 不足使各构件间的连接遭到破坏 房屋构件 墙片 楼盖 屋盖 间的连接强度 不足使各构件间的连接遭到破坏 4 2 4 2 多层砌体结构的抗震概念设计多层砌体结构的抗震概念设计多层砌体结构的抗震概念设计多层砌体结构的抗震概念设计 1 建筑与结构布置1 建筑与结构布置 基本要求 基本要求 房屋的平立面布置应尽可能简单 规则 对称 避免 采用不规则的平 立面 房屋的平立面布置应尽可能简单 规则 对称 避免 采用不规则的平 立面 应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系 应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系 纵横墙的布置宜均匀对称 沿平面内对齐 沿竖向应 上下连续 同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀 纵横墙的布置宜均匀对称 沿平面内对齐 沿竖向应 上下连续 同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀 防震缝的设置 多层砌体房屋 8度和9度且有下列情况之一时 宜设 防震缝 缝两侧均应设置墙体 缝宽可采用50 100mm a 房屋立面高差在6m以上 b 房屋有错层 且楼板高差较大 c 各部分结构刚度 质量截然不同 防震缝的设置 多层砌体房屋 8度和9度且有下列情况之一时 宜设 防震缝 缝两侧均应设置墙体 缝宽可采用50 100mm a 房屋立面高差在6m以上 b 房屋有错层 且楼板高差较大 c 各部分结构刚度 质量截然不同 楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处 楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处 烟道 风道 垃圾道等不应削弱墙体 烟道 风道 垃圾道等不应削弱墙体 钢筋混凝土预制挑檐应加强锚固 钢筋混凝土预制挑檐应加强锚固 2 房屋的总高度和层数2 房屋的总高度和层数 总高度和层数限值总高度和层数限值 房屋类别 最小 墙厚 度 房屋类别 最小 墙厚 度 mm 烈度烈度 6789 高度层数高度层数高度层数高度层数 多 层 砌 体 普通砖 高度层数高度层数高度层数高度层数 多 层 砌 体 普通砖240248217186124 多孔砖多孔砖240217217186124 多孔砖多孔砖190217186155 小砌块小砌块190217217186 房屋的总高度和层数 按新规范 房屋的总高度和层数 按新规范 总高度和层数限值总高度和层数限值 房屋类别 最小 抗震 墙厚 度 房屋类别 最小 抗震 墙厚 度 mm 烈度 设计基本地震加速度 烈度 设计基本地震加速度 6789 0 05g0 10g0 15g0 20g0 30g0 40g 高 度 层 数 高 度 层 数 高 度 层 数 高 度 层 数 高 度 层 数 高 度 层 数 多层 砌体 房屋 普通 砖 高 度 层 数 高 度 层 数 高 度 层 数 高 度 层 数 高 度 层 数 高 度 层 数 多层 砌体 房屋 普通 砖 240217217217186155124 多孔 砖 多孔 砖 24021721718618615593 多孔 砖 多孔 砖 190217186155155124 小砌 块 小砌 块 19021721718618615593 对医院 教学楼等横墙较少的房屋 总高度应 比上表规定的相应降低3m 层数相应减少一 层 各层横墙很少的房屋 应根据具体情况再 适当降低总高度和减少层数 对医院 教学楼等横墙较少的房屋 总高度应 比上表规定的相应降低3m 层数相应减少一 层 各层横墙很少的房屋 应根据具体情况再 适当降低总高度和减少层数 3 房屋的高宽比限制房屋的高宽比限制 烈度烈度6789 最大高宽比最大高宽比2 52 52 01 5 4 抗震横墙的间距 抗震横墙的间距 房 屋 类 别 烈度 房 屋 类 别 烈度 6789 多 层 砌 体 现浇或装配整体式钢筋 混凝土楼 屋盖 多 层 砌 体 现浇或装配整体式钢筋 混凝土楼 屋盖 18181511 装配式钢筋混凝土楼 屋盖 装配式钢筋混凝土楼 屋盖 1515117 木楼 屋盖木楼 屋盖111174 抗震横墙的间距 按新规范 抗震横墙的间距 按新规范 房 屋 类 别 烈度 房 屋 类 别 烈度 6789 多 层 砌 体 现浇或装配整体式钢筋 混凝土楼 屋盖 多 层 砌 体 现浇或装配整体式钢筋 混凝土楼 屋盖 1515117 装配式钢筋混凝土楼 屋盖 装配式钢筋混凝土楼 屋盖 111194 木屋盖木屋盖994 5 局部尺寸要控制 局部尺寸要控制 部位部位6度度7度度8度度9度 承重窗间墙最小宽度 度 承重窗间墙最小宽度1 01 01 21 5 承重外墙尽端至门窗洞边的最小距 离 承重外墙尽端至门窗洞边的最小距 离 1 01 01 21 5 非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 1 01 01 01 0 内墙阳角至门窗洞边的最小距离内墙阳角至门窗洞边的最小距离1 01 01 52 0 无锚固女儿墙 非出入口处 的最 大高度 无锚固女儿墙 非出入口处 的最 大高度 0 50 50 50 0 4 3 4 3 多层砌体结构的抗震计算多层砌体结构的抗震计算多层砌体结构的抗震计算多层砌体结构的抗震计算 对多层砌体结构 竖向地震作用影响较小 不必考虑 扭转作用 通过平面布置来减轻其影响 可只进行 对多层砌体结构 竖向地震作用影响较小 不必考虑 扭转作用 通过平面布置来减轻其影响 可只进行水平水平地震作用下砌体墙片的抗震地震作用下砌体墙片的抗震抗剪 抗剪 承载力的验算 承载力的验算 抗震计算的步骤抗震计算的步骤 确定计算简图 确定计算简图 计算水平地震作用计算水平地震作用 分配地震 剪力到墙体 分配地震 剪力到墙体 对不利墙段进行抗震承载力验 算 对不利墙段进行抗震承载力验 算 1 确定计算简图确定计算简图 当满足前述概念设计的要求时 可认为砌体房屋 在水平地震作用下的变形以层间剪切变形为主 当满足前述概念设计的要求时 可认为砌体房屋 在水平地震作用下的变形以层间剪切变形为主 G1 Gj Gi n b 计算简图 a 多层砌体结构房屋 n层 i层 j层 室内地坪 底层 Gi Gj G1 Hn Hi Hj H1 Gn 1 j i n 计算简图中底部固端按下述规定确定 计算简图中底部固端按下述规定确定 当基础埋深较浅时 取为基础顶面 当基础埋深较浅时 取为基础顶面 当基础埋深较深时 取为室外地坪下0 5m处 当基础埋深较深时 取为室外地坪下0 5m处 当设有整体刚度很大的全地下室时 取为地下 室顶板顶部 当设有整体刚度很大的全地下室时 取为地下 室顶板顶部 当地下室整体刚度较小或为半地下室时 则取 为地下室室内地坪处 此时 地下室顶板也算 一层楼面 当地下室整体刚度较小或为半地下室时 则取 为地下室室内地坪处 此时 地下室顶板也算 一层楼面 2 水平地震作用的计算水平地震作用的计算 一般的规则结构 可采用底部剪力法 多层砌体房屋中纵向或横向承重墙体的数量较多 侧移刚度较大 周期较短 一般小于0 3s 因此取 一般的规则结构 可采用底部剪力法 多层砌体房屋中纵向或横向承重墙体的数量较多 侧移刚度较大 周期较短 一般小于0 3s 因此取 max1 1 总水平地震作用 1 总水平地震作用eqEK GF max 2 各质点地震作用 2 各质点地震作用 Ek n j jj ii i F HG HG F 1 3 各楼层的水平地震剪力 3 各楼层的水平地震剪力 n ij ji FV 不必考虑 顶部附加 地震作用 不必考虑 顶部附加 地震作用 kNGi mH i iiH G mkN 5 1j jj ii HG HG i F kN i V kN 屋顶间198 6173376 20 02125 86877 603 43957 41455403 60 342424 491450 359 34579 510 7 49000 6 5 0 303375 433825 792 24579 57 433888 30 209259 645 1085 43 7 14920 34 1 20173 2 3 0 125154 5631240 0 18235 3161842 屋顶间198 6173376 20 02125 86877 603 43957 41455403 60 342424 491450 359 34579 510 7 49000 6 5 0 303375 433825 792 24579 57 433888 30 209259 645 1085 43 7 14920 34 1 20173 2 3 0 125154 5631240 0 18235 3161842 例 各楼层的水平地震作用及地震剪力标准值例 各楼层的水平地震作用及地震剪力标准值 注意注意 对突出屋面的小建筑 考虑鞭梢效应时 其地震作 用效应应乘以增大系数 对突出屋面的小建筑 考虑鞭梢效应时 其地震作 用效应应乘以增大系数3 但增大部分不应往下传 递 但增大部分不应往下传 递 3 楼层地震剪力在各墙体间的分配楼层地震剪力在各墙体间的分配 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 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 1 墙体侧移刚度计算 墙体侧移刚度计算 墙体的侧移 弯曲变形墙体的侧移 弯曲变形 剪切变形 弯曲变形 剪切变形 剪切变形 弯曲变形 剪切变形 3 3 12 b h Et I EI h b btG h AG h s 当墙体高宽比当墙体高宽比h b4时 不考虑该墙体的抗侧刚度 即取 K 0 当h b 4时 不考虑该墙体的抗侧刚度 即取 K 0 2 横向楼层地震剪力的分配 与墙体的侧移 刚度 楼盖的刚度和负荷面积有关 1 刚性楼盖 现浇和装配整体式钢筋混凝土楼盖 2 横向楼层地震剪力的分配 与墙体的侧移 刚度 楼盖的刚度和负荷面积有关 1 刚性楼盖 现浇和装配整体式钢筋混凝土楼盖 楼盖在自身平面内刚度为无穷大 在地震剪力作用下 仅产生平动 各道墙的水平侧移相等 第i层共有m道墙 其中第j道墙 承受的地震剪力为V 楼盖在自身平面内刚度为无穷大 在地震剪力作用下 仅产生平动 各道墙的水平侧移相等 第i层共有m道墙 其中第j道墙 承受的地震剪力为Vij ij 则 则 m j iji VV 1 第第j道墙所分配的地震剪力为 只考虑剪切变形 道墙所分配的地震剪力为 只考虑剪切变形 i m j ij ij ij V K K V 1 Kij 第第i层第层第j道墙的抗侧刚度 当同一层墙体材料 道墙的抗侧刚度 当同一层墙体材料 E 及墙体高度 及墙体高度 h 均相同 时 上式可写为 均相同 时 上式可写为 Aij 第第i层第层第j道墙的净截面面积 道墙的净截面面积 A tb i m j ij ij ij V A A V 1h Etb K 3 2 柔性楼盖 木楼盖 轻钢楼盖或楼面开洞率较 大的钢筋混凝土楼盖 2 柔性楼盖 木楼盖 轻钢楼盖或楼面开洞率较 大的钢筋混凝土楼盖 楼盖在自身平面内刚度为零 在地震剪力作用下 产生 平动 弯曲变形 各道墙的 变形是自由的 此时认为各道墙承担的地震 剪力与该道墙承担重力荷载 代表值成正比 即 楼盖在自身平面内刚度为零 在地震剪力作用下 产生 平动 弯曲变形 各道墙的 变形是自由的 此时认为各道墙承担的地震 剪力与该道墙承担重力荷载 代表值成正比 即 i i ij ij V G G V Gij 第第i层第层第j道墙从属面积上的重力荷载代表值 当重力沿平面均匀分布时 上式可写为 道墙从属面积上的重力荷载代表值 当重力沿平面均匀分布时 上式可写为 Sij 第第i层第层第j道墙的从属面积道墙的从属面积 Sij 第第i层楼盖总面积层楼盖总面积 i i ij ij V S S V 3 中等刚性楼盖 预制钢筋混凝土楼盖 3 中等刚性楼盖 预制钢筋混凝土楼盖 楼盖介于刚性与柔性之间 计算较复杂 工程实践中 近似地取刚性楼盖的各道墙的地震剪 力和柔性楼盖时各道墙的地震剪力的平均值 即取 楼盖介于刚性与柔性之间 计算较复杂 工程实践中 近似地取刚性楼盖的各道墙的地震剪 力和柔性楼盖时各道墙的地震剪力的平均值 即取 i i ij i ij ij V G G K K V 2 1 当墙高相同 所用墙体材料相同 楼盖上重力荷载 均匀分布时 上式可写为 当墙高相同 所用墙体材料相同 楼盖上重力荷载 均匀分布时 上式可写为 i i ij i ij ij V S S A A V 2 1 3 纵向楼层地震剪力的分配 3 纵向楼层地震剪力的分配 一般房屋纵向较横向长度大几倍 且纵墙间距小 无论何 种类型楼盖 其纵向水平刚度都很大 在纵向地震作用 下 楼盖的变形小 可认为在自身平面内无变形 因 而 都按刚性楼盖考虑 即纵向地震剪力可 一般房屋纵向较横向长度大几倍 且纵墙间距小 无论何 种类型楼盖 其纵向水平刚度都很大 在纵向地震作用 下 楼盖的变形小 可认为在自身平面内无变形 因 而 都按刚性楼盖考虑 即纵向地震剪力可按纵墙的侧 按纵墙的侧 移刚度比例进行分配移刚度比例进行分配 4 在同一道墙上各墙肢地震剪力的分配 按各墙肢的侧移刚度比例进行分配 4 在同一道墙上各墙肢地震剪力的分配 按各墙肢的侧移刚度比例进行分配 ij s r ijr ijr ijr V K K V 1 在计算高宽比时 墙肢高度h的取法 窗间墙取窗洞高 门间墙取门洞高 门窗之间的 墙窗洞高 尽端墙取靠近尽端的门洞或窗洞高 在计算高宽比时 墙肢高度h的取法 窗间墙取窗洞高 门间墙取门洞高 门窗之间的 墙窗洞高 尽端墙取靠近尽端的门洞或窗洞高 对于开小洞口的墙体 为了简化计算 可以按不考虑 开洞来计算墙体刚度 然后将所得的值根据开洞率 乘以下表的洞口影响系数 既得开洞墙体的刚度 墙段洞口影响系数 对于开小洞口的墙体 为了简化计算 可以按不考虑 开洞来计算墙体刚度 然后将所得的值根据开洞率 乘以下表的洞口影响系数 既得开洞墙体的刚度 墙段洞口影响系数 开洞率0 100 200 30 影响系数0 980 940 88 开洞率0 100 200 30 影响系数0 980 940 88 注 开洞率为洞口面积与墙段毛面积之比 窗洞高度大 于层高 注 开洞率为洞口面积与墙段毛面积之比 窗洞高度大 于层高50 时 按门洞对待 时 按门洞对待 4 墙体抗震承载力验算4 墙体抗震承载力验算 砌体房屋的抗震承载力验算 最后可归结为一道墙或一个 墙肢 一个墙段的抗震承载力验算 可根据工程经验 选择若干抗震不利墙段进行抗震承载力 验算 1 砌体抗震抗剪强度设计值 我国 抗震规范 规定 各类砌体沿阶梯形截面破坏的抗 剪强度设计值为 砌体房屋的抗震承载力验算 最后可归结为一道墙或一个 墙肢 一个墙段的抗震承载力验算 可根据工程经验 选择若干抗震不利墙段进行抗震承载力 验算 1 砌体抗震抗剪强度设计值 我国 抗震规范 规定 各类砌体沿阶梯形截面破坏的抗 剪强度设计值为 vNVE ff 式中 f式中 fV V 非抗震设计的砌体抗剪强度设计值 非抗震设计的砌体抗剪强度设计值 N N 砌体抗震抗剪强度的正应力影响系数 见下 页表 砌体抗震抗剪强度的正应力影响系数 见下 页表 砌体类别砌体类别 0 01 03 05 07 010 015 020 0 普通粘土砖普通粘土砖 多孔粘 土砖 多孔粘 土砖 0 801 001 281 501 701 952 32 混凝土小砌块混凝土小砌块 1 251 752 252 603 103 954 80 V f 0 砌体强度的正应力影响系数砌体强度的正应力影响系数 为对应于重力荷载代表值的砌体截面平均压应力 为对应于重力荷载代表值的砌体截面平均压应力 0 v f 0 砌体类别砌体类别 按新规范按新规范 0 01 03 05 07 010 012 0 16 0 普通砖 多 孔砖 普通砖 多 孔砖 0 800 991 251 471 651 902 05 小砌块小砌块 1 231 692 152 573 023 323 92 2 砌体抗震抗剪承载力验算 1 对于一般的砌体墙片 2 砌体抗震抗剪承载力验算 1 对于一般的砌体墙片 RE VE Af V 式中 V式中 V 考虑地震作用组合的墙体剪力设计值 A 考虑地震作用组合的墙体剪力设计值 A 墙体横截面面积 墙体横截面面积 RE RE 承载力抗震调整系数 对一般承重墙体 取 1 0 两端均有构造柱约束的承重墙体 取 0 9 自承重墙体 取0 75 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 承载力抗震调整系数 对一般承重墙体 取 1 0 两端均有构造柱约束的承重墙体 取 0 9 自承重墙体 取0 75 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 2 考虑构造柱影响的墙体抗震验算2 考虑构造柱影响的墙体抗震验算 计入设置与墙段中部 截面不小于240mm 240mm且间距不 大于4m的构造柱对承载力的提高作用 按下列简化方法验 算 计入设置与墙段中部 截面不小于240mm 240mm且间距不 大于4m的构造柱对承载力的提高作用 按下列简化方法验