《抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》多媒體課件第6章多層砌體結(jié)構(gòu)房屋的抗震設(shè)計(jì).ppt

武漢理工大學(xué)出版社,6 多層砌體結(jié)構(gòu)房屋的抗震設(shè)計(jì),6 多層砌體房屋的抗震設(shè)計(jì),6.1概述 多層砌體房屋：由粘土磚、燒結(jié)多孔粘土磚、粉煤灰中型實(shí)心砌塊和混凝土中、小型砌塊砌體作為承重墻體，并采用鋼筋混凝土樓蓋、屋蓋的混合結(jié)構(gòu)房屋。 特點(diǎn)：就地取材、節(jié)約鋼材、構(gòu)造簡單； 自重大、剛度大，地震作用大； 抗彎、抗拉、抗剪性能差； 受施工質(zhì)量影響大。 -抗震性能比較差,6.1概述,1923年日本關(guān)東大地震，東京約有磚石結(jié)構(gòu)房屋7000棟，幾乎全部遭到不同程度的破壞。 1948年原蘇聯(lián)阿什哈巴德地震，磚石結(jié)構(gòu)房屋的破壞和倒塌率達(dá)到70%-80%。 1976年唐山地震，對烈度為10度、11度區(qū)的123棟2-8層磚混結(jié)構(gòu)房屋調(diào)查，倒塌率為63.2%，嚴(yán)重破壞為23.6%，尚能修復(fù)使用的4.2%，實(shí)際破壞率達(dá)95.8%。,6.1概述,未經(jīng)抗震設(shè)防的多層磚房在高烈度區(qū)的倒塌率非常高。,6.1概述,經(jīng)過合理抗震設(shè)防，砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能能夠得到改善，震害減輕，減少嚴(yán)重破壞和倒塌率。,天津市8度區(qū)住宅、醫(yī)院、中小學(xué)教學(xué)樓震害統(tǒng)計(jì)（%）,6.1概述,砌體結(jié)構(gòu)房屋中，墻體是主要的承重構(gòu)件，不僅承受垂直荷載，還產(chǎn)生水平地震作用，地震時(shí)易產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而墻體崩塌、樓蓋塌落、房屋破壞。 （1）墻體破壞,1)裂縫,抗剪承載力不足,產(chǎn)生裂縫,主要有“X”形、水平和豎向三種類型。,a.“X”形裂縫,墻體在豎向壓力和反復(fù)水平剪力作用產(chǎn)生的裂縫。,6.1概述,常出現(xiàn)“X”形裂縫的位置：,與主震方向平行的墻體； 在橫向，房屋兩端的山墻； 在縱向，窗間墻。,6.1概述,裂縫開展程度一般是下重上輕,6.1概述,b.水平裂縫,大都發(fā)生于外縱墻窗口的上下皮處。,當(dāng)房屋縱向承重，橫墻間距大而屋蓋剛度弱時(shí)，縱墻出平面受彎產(chǎn)生水平裂縫。,6.1概述,c.豎向裂縫,大都發(fā)生于橫縱墻交接處。,6.1概述,6.1概述,2）倒塌,a.全部倒塌,底層墻體抗震強(qiáng)度不足。,唐山市文化路青年宮, 磚混結(jié)構(gòu)二層樓房, 除四根門柱外,全部坍塌,6.1概述,b.上部倒塌,房屋上層自重大，剛度差； 上層砌體強(qiáng)度過弱，整體性差時(shí)。,6.1概述,c.局部倒塌,個(gè)別部位的整體性特別差，縱墻與橫墻間聯(lián)系不好，平面或立面有顯著的局部突出，抗震縫處理不當(dāng)?shù)取?6.1概述,6.1概述,6.1概述,(2)墻角破壞 房屋墻角一般易遭破壞 原因分析： 房屋角部，剛度較大以及地震時(shí)的扭轉(zhuǎn)作用，地震反應(yīng)明顯增大，受力復(fù)雜，易產(chǎn)生應(yīng)力集中。 房屋角部位于房屋盡端，整體約束作用相對較弱，抗震能力降低。,6.1概述,6.1概述,6.1概述,（3）樓梯間破壞,樓梯間的墻體一般震害較重。,橫墻間距小，水平剛度大，地震作用大；,原因是：,墻體沿高度方向缺乏有力的空間支撐， 空間剛度較小，穩(wěn)定性差；,踏步板嵌入墻內(nèi)，墻體有削弱等。,6.1概述,（4）樓板和屋蓋,樓板和屋蓋是地震時(shí)傳遞水平地震作用的主要構(gòu)件。 其破壞一般是由于墻體開裂、錯(cuò)位或倒塌引起的 因其本身強(qiáng)度和剛度不足的破壞極為少見。,預(yù)制板端部擱置長度過短或無可靠的板與板及板與墻的拉接措施，會造成局部倒塌。,6.1概述,突出屋面的屋頂間（電梯機(jī)房、水箱間等）、煙囪、女兒墻，由于“鞭端效應(yīng)”引起破壞。,（5）房屋附屬物,房屋附屬物的破壞比下部主體結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重。6度區(qū)有所破壞，7度區(qū)普遍破壞，8-9度區(qū)幾乎全部破壞或倒塌。,6.2 結(jié)構(gòu)方案與結(jié)構(gòu)布置,一、結(jié)構(gòu)方案與結(jié)構(gòu)布置,1.應(yīng)優(yōu)先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系；,2.縱橫墻的布置宜對稱，沿水平面內(nèi)宜對齊，沿豎向應(yīng)上下連續(xù)；同一軸線上的窗間墻宜均勻；,3.有下列情況之一時(shí)宜設(shè)置防震縫,（1）房屋立面高差在6m以上； （2）房屋有錯(cuò)層，且樓板高差較大； （3）各部分結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量截然不同。,6.2 結(jié)構(gòu)方案與結(jié)構(gòu)布置,4.樓梯間的位置,不宜設(shè)在房屋的盡端和轉(zhuǎn)角處。,5.煙道、風(fēng)道、垃圾道等不應(yīng)削弱墻體，當(dāng)墻體被削 弱時(shí)，應(yīng)對墻體采取加強(qiáng)措施，不宜采用無豎向配 筋的附墻煙囪及出墻面的煙囪。,6.不宜采用無錨固的鋼筋混凝土預(yù)制挑檐。,6.2 結(jié)構(gòu)方案與結(jié)構(gòu)布置,震害表明：砌體房屋的高度越大、層數(shù)越多，震害越重,1.磚和砌塊承重房屋的層高不應(yīng)超過3.6m。,2.一般情況下，層數(shù)和總高度不應(yīng)超過下表。,二、多層房屋的總高度和層數(shù)限制,6.2 結(jié)構(gòu)方案與結(jié)構(gòu)布置,3.對醫(yī)院、教學(xué)樓等及橫墻較少的多層砌體房屋，總高度應(yīng)比前表的規(guī)定降低3m,層數(shù)相應(yīng)減少一層；各層橫墻很少的多層砌體房屋，還應(yīng)根據(jù)具體情況再適當(dāng)降低總高度和減少層數(shù)。,4.橫墻較少的多層砌體住宅樓，當(dāng)按規(guī)定采取加強(qiáng)措施 并滿足抗震承載力要求時(shí)，其高度和層數(shù)可按上表采用。,注：房屋總高度指室外地面到主要屋面板板頂或檐口的高度， 帶閣樓的坡屋面應(yīng)算到山尖墻的1/2高度處。,6.2 結(jié)構(gòu)方案與結(jié)構(gòu)布置,抗震規(guī)范對多層砌體房屋不要求作整體彎曲的承載力驗(yàn)算。為了使多層砌體房屋有足夠的穩(wěn)定性和整體抗彎能力，房屋的高寬比應(yīng)滿足下表：,房屋高寬比：房屋總高度與總寬度的最大比值。,房屋高寬比的限值表,三、多層砌體房屋高寬比限值,6.2 結(jié)構(gòu)方案與結(jié)構(gòu)布置,四、房屋抗震橫墻的間距限值 橫向地震作用主要由樓蓋和橫墻承受。 橫墻的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足： (1)橫墻本身有足夠的承載力； (2)橫墻間距應(yīng)滿足樓蓋的剛度要求。 橫墻間距較大時(shí)，樓蓋水平剛度變小，不能將橫向水平地震作用有效傳遞到橫墻，致使縱墻發(fā)生較大出平面彎曲變形，造成縱墻倒塌。,6.2 結(jié)構(gòu)方案與結(jié)構(gòu)布置,6.2 結(jié)構(gòu)方案與結(jié)構(gòu)布置,天津市8度區(qū)住宅、醫(yī)院、中小學(xué)教學(xué)樓震害統(tǒng)計(jì)（%）,不同用途的房屋,橫墻間距大的震害嚴(yán)重。,6.2 結(jié)構(gòu)方案與結(jié)構(gòu)布置,在強(qiáng)烈地震作用下，房屋首先在薄弱部位破壞，這些薄弱部位一般是，窗間墻、盡端墻段、突出屋頂?shù)呐畠簤Φ取?五、房屋中砌體墻段的局部尺寸限值,6.3多層砌體房屋抗震設(shè)計(jì),多層砌體房屋的抗震計(jì)算，一般只需考慮水平地震作用沿兩個(gè)主軸方向分別驗(yàn)算房屋在橫向和縱向水平地震力作用下，橫墻和縱墻在其自身平面內(nèi)的剪切強(qiáng)度。 6.3.1 計(jì)算簡圖 1.基本假定 （1）取防震縫所劃分的獨(dú)立單元為計(jì)算單元； （2）認(rèn)為各層樓蓋水平剛度為無限大，僅作平移運(yùn)動， 各樓層的質(zhì)量分別集中在相應(yīng)樓蓋處； （3）結(jié)構(gòu)變形為剪切型，且只考慮第一振型，倒三角形。,6.3.1 計(jì)算簡圖,6.3.1 計(jì)算簡圖,簡圖中: 第i層重力荷載代表值：本層樓蓋的自重，可變荷載組合值以及本層上、下各半層的墻體自重 結(jié)構(gòu)底部固定端標(biāo)高的確定方法： 基礎(chǔ)埋置較淺：取基礎(chǔ)頂面； 基礎(chǔ)埋置較深：取室外地坪下500mm處； 全地下室：取地下室頂板頂面； 半地下室：取地下室室內(nèi)地坪處。,6.3.2 地震作用,因多層砌體房屋水平側(cè)移剛度大，自振周期短， 一般不超過0.25s, 取1max 同時(shí)忽略頂部附加地震作用的影響， 即頂部附加地震作用系數(shù)為零。,按底部剪力法計(jì)算水平地震作用。,6.3.2 地震作用,樓層地震剪力：,注意：對突出屋面的小建筑，其地震作用效應(yīng)仍乘以 增大系數(shù)3，但不向下傳遞。,6.3.3樓層地震剪力在墻體中的分配,樓層地震剪力Vi在同一層各墻體間的分配主要取決于樓蓋的水平剛度及各墻體的側(cè)移剛度。 （1）實(shí)心墻體的側(cè)移剛度,h/b1時(shí),忽略彎曲變形， 僅考慮剪切變形,6.3.3樓層地震剪力在墻體中的分配,時(shí),時(shí),同時(shí)考慮剪切變形和彎曲變形：,彎曲變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于剪切變形：,6.3.3樓層地震剪力在墻體中的分配,小開口墻段的剛度： 毛墻面計(jì)算的剛度洞口影響系數(shù)。 洞口影響系數(shù)根據(jù)開洞率確定。,（2）樓層地震剪力Vi的分配原則,第i層的橫向地震剪力由第i層所有橫墻承受。,第i層的縱向地震剪力由第i層所有縱墻承受。,6.3.3樓層地震剪力在墻體中的分配,（3）樓層橫向地震剪力Vi的分配,橫向樓層地震剪力在橫向各抗側(cè)力墻體間的分配，不僅取決于每片墻體的層間抗側(cè)力等效剛度，還取決于樓蓋的整體水平剛度。 1）剛性樓蓋房屋,剛性樓蓋房屋：抗震橫墻間距符合要求的的現(xiàn)澆及裝配整體式鋼筋混凝土樓（屋）蓋等。 假定：樓蓋剛度無限大，樓蓋僅發(fā)生整體平動 各橫墻將產(chǎn)生相等的水平位移。,6.3.3樓層地震剪力在墻體中的分配,各橫墻所承擔(dān)的地震剪力按各墻側(cè)移剛度比例進(jìn)行分配。,6.3.3樓層地震剪力在墻體中的分配,對于剛性樓蓋，當(dāng)各抗震橫墻的高度和砌體材料相同，且以剪切變形為主時(shí)，其樓層水平地震剪力可按各抗震橫墻的橫截面面積進(jìn)行分配。,6.3.3樓層地震剪力在墻體中的分配,2）柔性樓蓋房屋,柔性樓蓋房屋：以木結(jié)構(gòu)等柔性材料為樓（屋）蓋的 房屋。,樓蓋在其自身平面內(nèi)的水平剛度很小，無法約束各橫墻 發(fā)生相同的水平位移。 整個(gè)樓蓋可近似視為分段簡支于各片橫墻的多跨簡支梁， 各片橫墻可獨(dú)立地變形。,6.3.3樓層地震剪力在墻體中的分配,第m道橫墻所分配的地震剪力，按第m道橫墻從屬面積上重力荷載代表值的比例分配。,6.3.3樓層地震剪力在墻體中的分配,第i層第m道橫墻從屬荷載面積，即該墻與左右兩側(cè)相鄰橫墻之間各一半樓（屋）蓋面積之和；,第i層的建筑面積。,當(dāng)樓層單位面積上的重力荷載代表值相等時(shí)，可簡化為按該墻與兩側(cè)橫墻之間各一半樓（屋）蓋面積進(jìn)行分配：,6.3.3樓層地震剪力在墻體中的分配,3）中等剛度樓蓋房屋,中等剛度樓蓋：介于剛度樓蓋和柔性樓蓋之間的樓 （屋）蓋，如裝配式鋼筋混凝土樓蓋。,各片橫墻所承擔(dān)的地震剪力，不僅與橫墻抗側(cè)力剛度有關(guān)，而且與樓蓋自身的水平變形有關(guān)。 規(guī)范規(guī)定：各橫墻所分配的地震剪力，按剛性樓蓋和柔性樓蓋結(jié)果的平均值確定。,6.3.3樓層地震剪力在墻體中的分配,（4） 樓層縱向地震剪力的分配,一般砌體房屋的縱向較長，且縱墻的間距較小，縱向水平剛度較大 。 對各種樓蓋均按剛性樓蓋考慮，按各道縱墻的側(cè)移剛度比例進(jìn)行分配。,（5） 同一道墻各墻段地震剪力的分配 在同一道墻上，門窗洞口之間墻段所承擔(dān)的地震剪力可按墻段的側(cè)移剛度進(jìn)行分配。 各墻段的側(cè)移剛度和墻段的高寬比有關(guān)。,6.3.3樓層地震剪力在墻體中的分配,墻段的高寬比為洞口凈高與洞側(cè)墻寬之比。 洞高的取法：窗間墻取窗洞高； 門間墻取門洞高； 門窗之間的墻取窗洞高； 盡端墻取緊靠盡端的門洞或窗洞高。,6.3.3樓層地震剪力在墻體中的分配,當(dāng)各墻段高寬比均小于1，各墻段的側(cè)移剛度僅考慮剪切變形。,第i層m道墻第r墻段所分配的地震剪力為：,第i層m道墻第r墻段的側(cè)移剛度為：,6.3.4墻體抗震承載力驗(yàn)算,對多層砌體房屋，需進(jìn)行縱、橫墻截面抗震承載力驗(yàn)算的不利墻段為：,（1）承受地震作用較大的墻段； （2）豎向正應(yīng)力較小的墻段； （3）局部截面較小的墻段。,各類砌體沿階梯形截面破壞的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：,6.3.4墻體抗震承載力驗(yàn)算,砌體強(qiáng)度的正應(yīng)力影響系數(shù),為對應(yīng)與重力荷載代表值的砌體截面平均壓應(yīng)力。,6.3.4墻體抗震承載力驗(yàn)算,(1) 粘土磚、多孔磚墻體的截面抗震承載力驗(yàn)算,驗(yàn)算公式：,當(dāng)按上式驗(yàn)算不能滿足時(shí)，除采用配筋砌體的提高承載力外，尚可采用在墻段中部增設(shè)構(gòu)造柱的方法。,6.3.4墻體抗震承載力驗(yàn)算,當(dāng)在墻段中部設(shè)置截面不小于240mm240mm且間距不大于4m的構(gòu)造柱時(shí)，可考慮其對砌體承載力的提高，按下列簡化方法驗(yàn)算：,中部構(gòu)造柱的橫截面總面積（對于橫墻和內(nèi)縱墻Ac0.15A時(shí)，取0.15A;對于外縱墻， Ac0.25A時(shí)，取0.25A;,中部構(gòu)造柱的混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；,墻體約束修正系數(shù)；一般情況取1.0，構(gòu)造柱間距不大于2.8m時(shí)取1.1。,6.3.4墻體抗震承載力驗(yàn)算,(2) 水平配筋粘土磚、多孔磚墻體的截面抗震承載力驗(yàn)算,驗(yàn)算公式：,墻體橫截面面積，多孔磚取毛截面面積；,層間墻體豎向截面鋼筋總截面面積；,鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；,鋼筋參與系數(shù) 。,6.3.4墻體抗震承載力驗(yàn)算,(3) 混凝土小砌塊墻體截面抗震承載力驗(yàn)算,驗(yàn)算公式：,墻體地震剪力設(shè)計(jì)值；,芯柱截面總面積；,芯柱混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；,芯柱影響系數(shù)。,6.4多層砌體房屋抗震構(gòu)造措施,設(shè)置構(gòu)造措施的目的:加強(qiáng)房屋的整體性，使之具有一定的變形能力(延性）,提高房屋的抗震性能。 6.4.1構(gòu)造柱 1. 構(gòu)造柱的設(shè)置目的 提高砌體的受剪承載力(10%-30%)； 對砌體有約束作用,提高砌體的變形能力。 2. 構(gòu)造柱的設(shè)置位置和要求 位置:震害較重,連接構(gòu)造比較薄弱和易于應(yīng)力集中的部位。,6.4.1構(gòu)造柱,6.4.1構(gòu)造柱,說明: 外廊式和單面走廊式的多層房屋，應(yīng)根據(jù)房屋增加一層后的層數(shù)，按前表設(shè)置構(gòu)造柱，且單面走廊兩側(cè)的縱墻均應(yīng)按外墻處理。 教學(xué)樓、醫(yī)院等橫墻較少的房屋，應(yīng)根據(jù)房屋增加一層后的層數(shù)，按上表設(shè)置構(gòu)造柱；當(dāng)教學(xué)樓、醫(yī)院等橫墻較少的房屋為外廊式或單面走廊式時(shí)，應(yīng)按前款要求設(shè)置構(gòu)造柱，但6度不超過四層、7度不超過三層和8度不超過二層時(shí)，應(yīng)按增加二層后的層數(shù)考慮。,6.4.1構(gòu)造柱,3. 構(gòu)造柱的構(gòu)造,(1)截面與配筋,構(gòu)造柱最小截面:240180mm； 縱向鋼筋宜采用412 ； 箍筋間距不宜大于250mm，且在柱上下端適當(dāng)加密； 7度時(shí)超過六層、8度時(shí)超過五層和九度時(shí)，構(gòu)造柱縱向鋼筋宜采用414，箍筋間距不應(yīng)大于200mm； 房屋四角的構(gòu)造柱可適當(dāng)加大截面及配筋。,6.4.1構(gòu)造柱,(2)構(gòu)造柱與墻體的連接,構(gòu)造柱與墻體連接處應(yīng)砌成馬牙槎，并應(yīng)沿墻高每隔500mm設(shè)拉結(jié)鋼筋26，每邊伸入墻內(nèi)不宜小于1m。,構(gòu)造柱與圈梁連接處，構(gòu)造柱的縱筋應(yīng)穿過圈梁，保證構(gòu)造柱縱筋上下貫通。,(3)構(gòu)造柱與圈梁的連接,構(gòu)造柱可不單獨(dú)設(shè)置基礎(chǔ)，但應(yīng)深入室外地面下500mm，或與埋深小于500mm的基礎(chǔ)圈梁相連。,(4)構(gòu)造柱的基礎(chǔ),6.4.1構(gòu)造柱,(5)房屋高度和層數(shù)接近限值時(shí)的構(gòu)造柱間距要求:,橫墻內(nèi)構(gòu)造柱間距不宜大于層高的二倍，下部1/3的樓層的構(gòu)造柱間距適當(dāng)減??；,外墻的構(gòu)造柱間距應(yīng)每開間設(shè)置一柱；當(dāng)開間大于3.9m時(shí)，應(yīng)另設(shè)加強(qiáng)措施。內(nèi)縱墻的構(gòu)造柱間距不宜大于4.2m。,6.4.2圈梁,鋼筋混凝土圈梁的主要功能：,增加縱橫墻體的連接，加強(qiáng)整個(gè)房屋的整體性； 圈梁可箍住樓蓋，增強(qiáng)其整體剛度； 減小墻體的自由長度，增強(qiáng)墻體的穩(wěn)定性； 可提高房屋的抗剪強(qiáng)度，約束墻體裂縫的開展； 抵抗地基不均勻沉降， 減小構(gòu)造柱計(jì)算長度。,6.4.2圈梁,(1)裝配式鋼筋混凝土樓蓋、屋蓋或木樓蓋、屋蓋的磚房，橫墻承重時(shí)應(yīng)按下表的要求設(shè)值圈梁，縱墻承重時(shí)每層均應(yīng)設(shè)置圈梁，且抗震墻上的圈梁間距應(yīng)比表內(nèi)要求適當(dāng)加密。,1. 鋼筋混凝土圈梁的設(shè)置部位及構(gòu)造要求,6.4.2圈梁,(2)現(xiàn)澆或裝配整體式鋼筋混凝土樓蓋、屋蓋與墻體可靠連接的房屋可不另設(shè)圈梁，但樓板沿墻體周邊應(yīng)加強(qiáng)配筋，并應(yīng)與相應(yīng)的構(gòu)造柱鋼筋可靠連接。,(3)圈梁應(yīng)閉合，遇有洞口應(yīng)上下搭接，圈梁宜與預(yù)制板設(shè)在同一標(biāo)高處或緊靠板底。,(4)圈梁在前表要求的間距內(nèi)無橫墻時(shí)，應(yīng)利用梁或板縫中配筋替代圈梁。,6.4.2圈梁,2. 圈梁的構(gòu)造,圈梁的截面高度一般不應(yīng)小于120mm，配筋應(yīng)符合下表要求，但在軟弱粘性土、液化土、新近填土或嚴(yán)重不均勻土層上的砌體房屋的基礎(chǔ)圈梁，截面高度不應(yīng)小于180mm，配筋不應(yīng)少于412。,6.4.3樓蓋、屋蓋結(jié)構(gòu)及其連接,(1)現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板或屋面板伸進(jìn)縱、橫墻內(nèi)的長度，均不宜小于120mm。,(2)裝配式鋼筋混凝土樓板或屋面板，當(dāng)圈梁未設(shè)在板的同一標(biāo)高時(shí)，板端伸進(jìn)外墻的長度不應(yīng)小于120mm，伸進(jìn)內(nèi)墻的長度不應(yīng)小于100mm，在梁上不應(yīng)小于80mm。,(3)當(dāng)板的跨度大于4m并與外墻平行時(shí)，靠外墻的預(yù)制板側(cè)邊與墻或圈梁拉接。,6.4.3樓蓋、屋蓋結(jié)構(gòu)及其連接,(4)房屋端部大房間的樓蓋，8度時(shí)房屋