5多层砌体房屋抗震设计.ppt
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1、建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计 5 多层砌体房屋多层砌体房屋5.1 概述概述5.2 震害及其分析震害及其分析5.3 抗震设计一般规定抗震设计一般规定5.4 多层砌体房屋抗震验算多层砌体房屋抗震验算5.5 抗震构造措施抗震构造措施建筑抗震概念设计建筑抗震概念设计地震作用计算与抗震验算地震作用计算与抗震验算抗震措施抗震措施5.1 概述概述l 砌体砌体结结构:由构:由块块体和砂体和砂浆浆砌筑而成的砌筑而成的墙墙、柱作、柱作为为建筑物主要建筑物主要受力构件的受力构件的结结构。是构。是砖砖砌体、砌砌体、砌块块砌体和石砌体砌体和石砌体结结构的构的统统称。称。l 多数砖房的抗破坏能力很低,经过合理设计和施
2、工的砖房可多数砖房的抗破坏能力很低,经过合理设计和施工的砖房可以在地震区采用。以在地震区采用。l 进行震害调查,有利于找出房屋的薄弱环节,总结有益的抗进行震害调查,有利于找出房屋的薄弱环节,总结有益的抗震措施。震措施。一、一、墙墙体的破坏体的破坏5.2 震害及其分析震害及其分析l 与水平地震力作用方向大体一致的墙体,会因墙体的主拉应力强与水平地震力作用方向大体一致的墙体,会因墙体的主拉应力强度达到限值而产生斜裂缝。因地震力的反复作用,形成度达到限值而产生斜裂缝。因地震力的反复作用,形成交叉裂缝交叉裂缝X形形。1999年年9月月21日九二一大地震中台湾的台中县一日九二一大地震中台湾的台中县一实验
3、室学生室墙壁出现交叉裂缝实验室学生室墙壁出现交叉裂缝常出常出现现“X”形裂形裂缝缝的位置:的位置:与主震方向平行的与主震方向平行的墙墙体;体;在横向,房屋两端的山在横向,房屋两端的山墙墙;在在纵纵向,窗向,窗间墙间墙。绵竹市汉旺镇,绵竹市汉旺镇,5层砖混层砖混(窗下墙(窗下墙X裂缝)裂缝)映秀漩口中学严重破坏的教学楼映秀漩口中学严重破坏的教学楼(窗间墙(窗间墙X裂缝)裂缝)多层砌体结构纵向开有较多的门窗洞口,抗震能力低,地震时易开裂多层砌体结构纵向开有较多的门窗洞口,抗震能力低,地震时易开裂破坏,裂缝发生在窗间或窗下墙部位,且贯穿整个墙段破坏,裂缝发生在窗间或窗下墙部位,且贯穿整个墙段X裂缝。
4、裂缝。1999年年9月月21日九二一大地日九二一大地震位于震中央的台中县雾峰震位于震中央的台中县雾峰乡光复国中教舍墙壁上出现乡光复国中教舍墙壁上出现水平裂缝水平裂缝l 当房屋当房屋纵纵向承重,横向承重,横墙间墙间距大而屋盖距大而屋盖刚刚度弱度弱时时,纵墙纵墙出平面受弯出平面受弯产产生生水平裂水平裂缝缝。大都。大都发发生于外生于外纵墙纵墙窗口的上下皮窗口的上下皮处处。二、二、墙墙角破坏角破坏扭转,应力集中,约束小等扭转,应力集中,约束小等V 型裂缝型裂缝1996年内蒙古包头年内蒙古包头6.4级地震时,级地震时,某房屋内墙转角处砖墙开裂破坏某房屋内墙转角处砖墙开裂破坏三、横三、横纵墙连纵墙连接接处
5、处破坏破坏 咬槎不好,两个方向的地震作用使咬槎不好,两个方向的地震作用使连连接接处处受力复受力复杂杂,应应力力集中集中竖竖向裂向裂缝缝。四、楼梯四、楼梯间墙间墙体的破坏体的破坏l 一般震害一般震害较较重。重。l 原因:原因:位置不当;位置不当;横横墙间墙间距小,抗剪距小,抗剪刚刚度大;度大;空空间刚间刚度度较较小;小;墙墙体有削弱等;体有削弱等;楼梯间的破坏楼梯间的破坏楼梯间位置不当楼梯间位置不当楼梯间自身弱点楼梯间自身弱点五、五、楼板和屋盖楼板和屋盖l 楼板和屋盖是地震楼板和屋盖是地震时传递时传递水平地震作用的主要构件。水平地震作用的主要构件。l 对对于于预预制板楼板、楼盖,由于整体性制板楼
6、板、楼盖,由于整体性较较差、板差、板缝缝偏小,混凝土灌偏小,混凝土灌缝缝不不够够密密实实,地震,地震时时易于拉裂。易于拉裂。9度以上地区,由于度以上地区,由于墙墙体开裂、体开裂、错错位、位、倒塌引起楼板、楼盖掉落。倒塌引起楼板、楼盖掉落。预预制板端部制板端部搁搁置置长长度度过过短或无可靠的板短或无可靠的板与板及板与与板及板与墙墙的拉接措施,也造成震害。的拉接措施,也造成震害。l 突出屋面的屋突出屋面的屋顶间顶间(电电梯机房、水箱梯机房、水箱间间等)、烟囱、女儿等)、烟囱、女儿墙墙,由,由于于“鞭端效鞭端效应应”引起破坏。引起破坏。l 房屋附属物的破坏比下部主体房屋附属物的破坏比下部主体结结构破
7、坏构破坏严严重。重。6度区有所破坏,度区有所破坏,7度区普遍破坏,度区普遍破坏,8-9度区几乎全部破坏或倒塌。度区几乎全部破坏或倒塌。六、房屋六、房屋附属物附属物木木屋盖整体性差,地震屋盖整体性差,地震时时木屋架易塌落,木屋架易塌落,顶层墙顶层墙体破坏体破坏严严重。重。总结:总结:未设防的砌体结构,基本是唐山地震的再现未设防的砌体结构,基本是唐山地震的再现按按89规范后设计,采取圈梁和构造柱措施的规范后设计,采取圈梁和构造柱措施的砌体结构,大多震害较轻,很少发生脆性破砌体结构,大多震害较轻,很少发生脆性破坏倒塌。坏倒塌。因此,砌体结构主要是因此,砌体结构主要是如何落实如何落实抗震规范执抗震规范
8、执行的问题,特别是落实圈梁和构造柱抗震措行的问题,特别是落实圈梁和构造柱抗震措施,需进一步研究的工作可能并不多。施,需进一步研究的工作可能并不多。汶川地震中砌体结构的震害5.3 抗震设计一般规定抗震设计一般规定一、一、层层数与高度数与高度1.一般情况下,层数和高度一般情况下,层数和高度不应不应超过下表的规定。超过下表的规定。强制强制2.横横墙较墙较少少的多的多层层砌体房屋,砌体房屋,总总高度比表中高度比表中规规定定降低降低3m,层层数相数相应应减少一减少一层层;各;各层层横横墙墙很少的多很少的多层层砌体房屋,砌体房屋,还应还应再减少一再减少一层层。注:横注:横墙较墙较少指同一楼少指同一楼层层内
9、内开开间间大于大于4.2m的房的房间间占占该层总该层总面面积积的的40%以以上;其中,开上;其中,开间间不大于不大于4.2m的房的房间间占占该层总该层总面面积积不到不到20%且开且开间间大于大于4.8m的房的房间间占占该层总该层总面面积积的的50%以上以上为为横横墙墙很少。很少。3.6、7度度时时,横,横墙较墙较少的少的丙丙类类多多层层砌体房屋,当按砌体房屋,当按规规定采取加定采取加强强措措施并施并满满足抗震承足抗震承载载力要求力要求时时,其高度和,其高度和层层数数应应允允许许仍按表中仍按表中规规定。定。4.采用蒸采用蒸压压灰砂灰砂砖砖和蒸和蒸压压粉煤灰粉煤灰砖砖的砌体的房屋,当砌体的抗剪的砌
10、体的房屋,当砌体的抗剪强强度度仅仅达到普通粘土达到普通粘土砖砖砌体的砌体的70%时时,房屋的,房屋的层层数数应应比普通比普通砖砖房减少一房减少一层层,总总高度高度应应减少减少3m;当砌体的抗剪;当砌体的抗剪强强度达到普通粘土度达到普通粘土砖砖砌体的取砌体的取值值时时,房屋的,房屋的层层数和数和总总高度同普通高度同普通砖砖房屋。房屋。二、房屋最大二、房屋最大高高宽宽比的限制比的限制 房屋高房屋高宽宽比:房屋比:房屋总总高度与高度与总宽总宽度的最大比度的最大比值值。抗震抗震规规范范对对多多层层砌体房屋不要求作整体弯曲的承砌体房屋不要求作整体弯曲的承载载力力验验算。算。为为了使多了使多层层砌体房屋有
11、足砌体房屋有足够够的的稳稳定性和整体抗弯能力,房屋的高定性和整体抗弯能力,房屋的高宽宽比比应满应满足下表:足下表:多多层层砌体承重房屋的砌体承重房屋的层层高高,不,不应应超超过过3.6m。横向地震作用主要由横墙承受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。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。较大出平面弯曲变形,造成纵墙倒塌。三、抗三、抗震横墙间距震横墙间距的限制的限制强制强制四、房屋局部尺寸四、房屋局部尺寸的限制的限制 在强烈地震作用下,房屋
12、首先在薄弱部位破坏,这些薄弱部位一般在强烈地震作用下,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。是,窗间墙、尽端墙段、突出屋顶的女儿墙等。五、五、建筑布置和结构体系建筑布置和结构体系 1、应应优优先采用横先采用横墙墙承重或承重或纵纵、横、横墙墙共同承重共同承重的的结结构体系。不构体系。不应应采用砌体采用砌体墙墙和混凝土和混凝土墙墙混合承重的混合承重的结结构体系。构体系。2、纵纵、横向砌体抗震、横向砌体抗震墙墙的布置的布置应应符合下列要求:符合下列要求:1)宜均匀)宜均匀对对称,沿平面内称,沿平面内对齐对齐,沿,沿竖竖向向应应上下上下连续连续;且;且纵纵横
13、向横向墙墙体的数量不宜相差体的数量不宜相差过过大。大。2)平面)平面轮轮廓凹凸尺寸,不廓凹凸尺寸,不应应超超过过典型尺寸的典型尺寸的50%;当超;当超过过典型典型尺寸的尺寸的25%时时,房屋,房屋转转角角处应处应采取加采取加强强措施。措施。3)楼板局部大洞口的尺寸不宜超)楼板局部大洞口的尺寸不宜超过过楼板楼板宽宽度的度的30%,且不,且不应应再再墙墙体两体两侧侧同同时时开洞。开洞。4)房屋)房屋错层错层的楼板高差超的楼板高差超过过500mm时时,应应按两按两层计层计算;算;错层错层部部位的位的墙墙体体应应采取加采取加强强措施。措施。3、房屋有下列情况之一、房屋有下列情况之一时时宜宜设设置防震置
14、防震缝缝,缝缝两两侧侧均均应设应设置置墙墙体,体,缝宽应缝宽应根据烈度和房屋高度确定,可采用根据烈度和房屋高度确定,可采用70mm100mm。1)房屋立面高差在)房屋立面高差在6m以上;以上;2)房屋有)房屋有错层错层,且楼板高度差大于,且楼板高度差大于层层高的高的1/4;3)各部分)各部分结结构构刚刚度、度、质质量截然不同。量截然不同。4、楼梯楼梯间间不宜不宜设设置在房屋的尽端或置在房屋的尽端或转转角角处处。5、不、不应应在房屋在房屋转转角角处设处设置置转转角窗。角窗。6、横、横墙较墙较少、跨度少、跨度较较大的房屋,宜采用大的房屋,宜采用现浇钢现浇钢筋混凝土楼、屋盖。筋混凝土楼、屋盖。5)同
15、一)同一轴线轴线上的窗上的窗间墙宽间墙宽度宜均匀;度宜均匀;墙墙面洞口的面面洞口的面积积,6、7度度时时不宜大于不宜大于墙墙面面总总面面积积的的55%,8、9度度时时不宜大于不宜大于50%。6)在房屋)在房屋宽宽度方向的中部度方向的中部应设应设置内置内纵墙纵墙,其累,其累计长计长度不宜小于度不宜小于房屋房屋总长总长的的60%(高(高宽宽比大于比大于4的的墙墙段不段不计计入)。入)。5.4 多层砌体房屋抗震验算多层砌体房屋抗震验算l 要点: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、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,剪强度,不考虑竖向不考虑竖向地震作用。地震
16、作用。2、只需验算、只需验算不利的墙段不利的墙段。l计算的过程:计算的过程:地震作用计算地震作用计算地震剪力的分配地震剪力的分配砌体的抗剪强度验算砌体的抗剪强度验算l 基本假定:基本假定:(1)地震作用下地震作用下结结构的构的变变形形为为剪切型剪切型。(2)房屋各房屋各层层楼盖水平楼盖水平刚刚度无限大,各抗度无限大,各抗侧侧力构件在同一楼力构件在同一楼层标层标高高处侧处侧移相同。移相同。l 计计算算单单元:元:以防震以防震缝缝所划分的所划分的结结构构单单元作元作为计为计算算单单元。元。把把计计算算单单元中各楼元中各楼层层重力荷重力荷载载代表代表值值集中在楼、屋盖集中在楼、屋盖标标高高处处,简简
17、化化为为串串联联的多的多质质点体系。点体系。各楼各楼层质层质点重力荷点重力荷载应载应包括楼、屋盖上的重力荷包括楼、屋盖上的重力荷载载代表代表值值及及墙墙体上、下体上、下层层各半的重力荷各半的重力荷载载。1.计计算算简图简图一、水平地震作用一、水平地震作用计计算算 底部剪力法底部剪力法l 考考虑虑到多到多层层砌体房屋中砌体房屋中纵纵向或横向承重向或横向承重墙墙体的数量体的数量较较多,房屋的多,房屋的侧侧移移刚刚度很大,其度很大,其纵纵向和横向向和横向基本周期基本周期较较短,短,T1=0.20.3 s,所以,所以抗抗规规规规定:确定多定:确定多层层砌体房屋水平作用砌体房屋水平作用时时,采用,采用1
18、=max。l 多多层层砌体房屋砌体房屋 n=0。2.楼楼层层水平地震作用水平地震作用二、二、楼楼层层水平地震剪力分配水平地震剪力分配l 通常采用两次分配:楼通常采用两次分配:楼层层水平地震剪力水平地震剪力 Vi 同一楼同一楼层层的各道的各道墙墙 同一道同一道墙墙的某一的某一墙墙段段l 主要取决于:主要取决于:楼盖的水平楼盖的水平刚刚度、度、类类型型以及以及各各墙墙体的抗体的抗侧侧力等效力等效刚刚度度l 横向的地震剪力由横向横向的地震剪力由横向墙墙体承担;体承担;纵纵向的地震剪力由向的地震剪力由纵纵向向墙墙体承担。体承担。l 楼楼层层地震剪力地震剪力等于等于该该楼楼层层以上各楼以上各楼层质层质点
19、的水平地震作用之和。点的水平地震作用之和。Gi(一)(一)楼楼层层水平地震剪力水平地震剪力l 突出屋突出屋顶顶的小建筑,地震剪力放大的小建筑,地震剪力放大3倍,不往下倍,不往下传递传递。(1)刚刚性楼盖性楼盖l 刚刚性楼盖是指性楼盖是指现浇现浇及装配整体式及装配整体式钢钢筋混凝土楼盖。筋混凝土楼盖。l 楼盖楼盖视视作支承在作支承在弹弹性支座(即各横性支座(即各横墙墙)上的)上的刚刚性性连续连续梁。梁。l 各横各横墙墙将将产产生相等的水平位移生相等的水平位移。l 各各墙墙所承受的地震剪力按所承受的地震剪力按墙墙体的体的侧侧移移刚刚度度比例比例进进行分配。行分配。1、横向地震剪力的分配横向地震剪力
20、的分配(二)同一楼(二)同一楼层层各道各道墙墙体的分配体的分配墙墙体体侧侧移移刚刚度度 k 的的计计算算(a)无洞无洞墙墙体体l h/b4时时:(b)有洞)有洞墙墙体体l 墙墙体开体开有有规则规则洞口情洞口情况况对对于于水平水平实实心心墙带墙带:对对于于窗窗间墙间墙:时时时时l 不不规则规则洞口情况洞口情况 墙墙段段宜按宜按门门窗洞口划分窗洞口划分;对设对设置构造柱的小开口置构造柱的小开口墙墙段按毛截面段按毛截面计计算的算的刚刚度,可根据开洞率乘以下表的度,可根据开洞率乘以下表的墙墙段段洞口影响系数洞口影响系数。小开口小开口墙墙段段指开洞率不大于指开洞率不大于30%的的墙墙段。段。(2)柔性楼
21、盖)柔性楼盖l 柔性楼盖是指木柔性楼盖是指木结结构等。构等。l 将楼盖将楼盖视视作支承在横作支承在横墙墙上的上的简简支梁。支梁。l 按第按第m道横道横墙墙从属面从属面积积上重力荷上重力荷载载代表代表值值的比例分配。的比例分配。第第j层第层第m道横墙从属面积上重力荷载代表值;道横墙从属面积上重力荷载代表值;第第j层结构总重力荷载代表值。层结构总重力荷载代表值。!从属面从属面积积:墙墙体体负负担地震作用的面担地震作用的面积积,是依据水平地震作用来划,是依据水平地震作用来划分的荷分的荷载载面面积积,且一方向的水平地震作用全部由平行于,且一方向的水平地震作用全部由平行于该该方向的方向的墙墙体承担。体承
22、担。墙墙体承担体承担竖竖向向静力荷静力荷载载的的负负荷面荷面积积:取决于:取决于结结构布置及构布置及传传力途径。力途径。当楼当楼层单层单位面位面积积上的重力荷上的重力荷载载代表代表值值相等相等时时,可,可进进一步一步简简化化为为按各按各墙墙片所承担的地震作用的面片所承担的地震作用的面积积比比进进行分配:行分配:第第j层层第第m道横道横墙墙所所应应分配地震作用的建筑面分配地震作用的建筑面积积;第第j层层的建筑面的建筑面积积。(3)中等)中等刚刚度度楼盖房屋楼盖房屋l 中等中等刚刚度楼盖:介于度楼盖:介于刚刚度楼盖和柔性楼盖之度楼盖和柔性楼盖之间间的楼(屋)盖,的楼(屋)盖,如装配式如装配式钢钢筋
23、混凝土楼盖。筋混凝土楼盖。l 可近似按可近似按刚刚性楼盖和柔性楼盖性楼盖和柔性楼盖结结果的果的平均平均值值分配。分配。2.纵纵向地震剪力的分配向地震剪力的分配 由于房屋由于房屋纵纵向的水平向的水平刚刚度比横向度比横向刚刚度大得多,可按度大得多,可按纵墙纵墙的的侧侧移移刚刚度比例来确定。也就是无度比例来确定。也就是无论论柔性的木楼柔性的木楼该该或中等或中等刚刚度的装配式度的装配式钢钢筋筋混凝土楼盖,均按混凝土楼盖,均按刚刚性楼盖性楼盖公式公式计计算。算。l 对对于具于具有洞口有洞口的的墙墙片,要把地震剪力分配片,要把地震剪力分配给该墙给该墙片片洞口洞口间间和和墙墙端端的的墙墙段。段。l 各各墙墙
24、段所分配的地震剪力,段所分配的地震剪力,视视各各墙墙段段间侧间侧移移刚刚度度比例而定。比例而定。l 第第m道道墙墙第第r墙墙段所分配的地震剪力段所分配的地震剪力为为:(三)同一道(三)同一道墙墙的各的各墙墙段的分配段的分配第第m道墙第道墙第r墙段所分配的地震剪力;墙段所分配的地震剪力;第第j层第层第m道墙所分配的地震剪力;道墙所分配的地震剪力;第第m道墙第道墙第r墙段侧移刚度;墙段侧移刚度;时时时时三、三、墙墙体截面抗震承体截面抗震承载载力力验验算算我国我国抗震抗震规规范范认为认为:对对于于砖砖砌体,宜采用主拉砌体,宜采用主拉应应力力强强度理度理论论;而而对对混凝土小型砌混凝土小型砌块墙块墙体
25、,宜采用剪摩体,宜采用剪摩强强度理度理论论。非抗震设计的砌体抗剪强度设计值,按非抗震设计的砌体抗剪强度设计值,按砌规砌规采用;采用;l 各各类类砌体沿砌体沿阶阶梯形截面破坏的梯形截面破坏的抗剪抗剪强强度度设计值设计值砌体强度正应力影响系数,按下表确定:砌体强度正应力影响系数,按下表确定:1.普通粘土普通粘土砖砖、多孔、多孔砖墙砖墙体(主拉体(主拉应应力力强强度理度理论论)在地震中,多在地震中,多层层房屋房屋墙墙体体产产生交叉裂生交叉裂缝缝,是因,是因为墙为墙体中的主拉体中的主拉应应力超力超过过了砌体的主拉了砌体的主拉应应力力强强度而引起的度而引起的。墙体地震剪力设计值;墙体地震剪力设计值;承载
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