同济大学砌体结构设计第八章.ppt

第八章砌体结构房屋抗震设计,主讲：熊学玉,第八章砌体结构房屋抗震设计,本章内容引言第一节 砌体结构房屋常见震害第二节 砌体结构房屋的抗震概念设计第三节 多层砌体结构房屋的抗震计算,引言,砌体结构房屋抗震能力较差 材料抗剪承载力较低，延性差 结构整体连接性能较差砌体结构房屋的抗震要点 抗震设计 构造措施 施工质量,1.墙体交叉裂缝产生原因：主拉应力过大裂缝形状：倾斜阶梯状且交叉出现部位：内外纵横墙、窗间墙分布规律：底层墙体比顶层严重,交叉裂缝,竖向裂缝,转角裂缝,第一节 砌体结构房屋常见震害,2.转角墙及内外墙连接处的破损,产生原因：刚度大分担地震作用较多裂缝形状：竖向裂缝、三角形或菱形出现部位：内外墙连接处、房屋转角分布规律：纵墙承重房屋比横墙承重房屋严重；墙体布置不对称时比规则严重；不设置圈梁时比设置时严重；大洞口、空旷房间或楼梯间严重；内外墙拉结差时严重。,3.空旷空间墙体的开裂,产生原因：抗震墙体相距较远，墙体受弯剪或水平弯曲作用裂缝形状：通长水平裂缝出现部位：大房间房屋顶层，大开间房屋外墙分布规律：空旷房间的外纵墙或山墙开裂严重；错层、房屋 平面凹 凸变化处、墙体在门窗洞口过分被削弱处开裂严重。,第一节 砌体结构房屋常见震害,4.碰撞损坏,产生原因：墙体振动，互相碰撞挤压出现部位：伸缩缝和沉降缝两侧,碰撞损坏,第一节 砌体结构房屋常见震害,5.突出屋面楼梯间、电梯间、附墙烟囱、女儿墙等附属结构的破损,产生原因：“鞭鞘效应”出现部位：房屋突出部位分布规律：突出部分的面积相对于下层面积愈小，破损愈严重,突出部位震害,第一节 砌体结构房屋常见震害,6.砌体结构房屋楼盖的破损产生原因：板、梁墙上支承长度不够或无可靠拉结出现部位：预制板和承重墙连接处分布规律：无圈梁房屋较有圈梁房屋严重；现浇楼盖的抗震性能优于预制楼盖7.门窗过梁的损坏产生原因：砖拱对变形极为敏感裂缝形状：支座倒八字裂缝和跨中竖缝出现部位：砖砌平拱、弧拱过梁分布规律：房屋尽端处损坏比中部过梁严重，上层比下层损坏严重,第一节 砌体结构房屋常见震害,8.设有钢筋混凝土构造柱时墙体的损坏,产生原因：水平往复地震作用裂缝形状：交叉裂缝出现部位：墙体和构造柱柱端分布规律：墙体裂缝的宽度不会很大，构造柱柱端混凝土崩裂、钢筋屈曲，集中配筋约束墙体抗倒塌能力较强、具有很大的抗变形能力,第一节 砌体结构房屋常见震害,9.非结构构件的震害,多层砖房震害规律：层数越多，破坏越重；横墙越少，破坏越重；层高越高，破坏越重；砂浆强度等级低，破坏重；房屋两端及转角处震害重；下层比上层的破坏重；预制楼板比整体现浇楼板的破坏重；横墙比纵墙破坏重；墙肢平面布置不均匀时破坏重。,第一节 砌体结构房屋常见震害,砌体房屋抗震性能与建筑平面布置、结构选型、抗震计算、构造措施和施工质量相关。砌体房屋抗震设计原则：“小震不坏、中震可修、大震不倒”抗震概念设计主要内容：建筑总体布置 结构选型 抗震构造措施,第二节 砌体结构房屋的 抗震概念设计,一、建筑平立面布置,1平立面布置房屋的平面布置宜规则、对称：刚度中心和质量中心应尽量接近 平面布置应避免墙体局部突出和凹进 应尽量避免将大房间布置在单元的两端房屋的立面布置宜规则：房屋的质量分布和刚度沿高度方向变化宜均匀 应避免局部的突出 楼层不宜有错层2楼梯间的布置楼梯间不宜布置在房屋端部的第一开间及转角处楼梯间不宜突出或开设过大的窗洞，以免将楼层圈梁切断应特别注意楼梯间顶层墙体的稳定性,第二节 砌体结构房屋的 抗震概念设计,二、结构选型,注:1.房屋总高度指室外地面到檐口的高度，半地下室可从地下室室内地 面算起，全地下室可从室外地面算起；2.单面走廊房屋的总宽度不包括走廊宽度；3.对医院、教学楼等横墙较少的房屋的总高度，应比表中的规定相应 降低3m。,1砌体结构房屋高度、层高、高宽比限制,砌体结构房屋总高度(m)、层数和高宽比限值,第二节 砌体结构房屋的 抗震概念设计,2多层砌体结构房屋的结构选型,（1）承重方案的选择多层砖房应优先采用横墙或纵横墙承重方案。纵横墙的布置应均匀对称，沿平面宜对齐，沿竖向应上下连续，同一轴线上的窗间墙宜均匀。在房屋的一个独立单元内，宜采用相同的结构材料。（2）防震缝的设置 要求设置防震缝的房屋(a)房屋的立面高差在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 防震缝应沿房屋全高设置，基础可不设防震缝，两侧应布置抗震墙。防震缝按房屋高度和设防烈度不同，缝宽一般取70mm100mm。,第二节 砌体结构房屋的 抗震概念设计,（3）抗震横墙最大间距限制(教材 表8-2)（4）墙体局部尺寸限制（表8-3）（5）地下室与基础,地下室对上部结构的抗震起有利作用，有条件时，砌体房屋宜结合使用要求或人防需要，建造满堂地下室。软弱地基（包括软弱粘性土，可液化和严重不均匀地基）上的房屋宜沿外墙及所有承重内墙增设基础圈梁一道。,第二节 砌体结构房屋的 抗震概念设计,三、抗震构造措施,1钢筋混凝土构造柱 钢筋混凝土构造柱的作用：可提高墙体抗剪承载力1020%，墙体的刚度增大不多 加强结构的整体性 约束墙体的变形，防止墙体倒塌，提高无筋砌体延性34倍；建筑抗震设计规范构造柱设置部位的规定（表8-4）构造柱设置规定 构造柱最小截面尺寸240mm180mm；混凝土强度等级不低于C20；纵筋采用412(角柱用414)，箍筋6250，柱上、下 端各 700mm(600mm)箍筋加密至100mm。构造柱应先砌墙后浇筑混凝土，应砌成马牙槎；构造柱沿墙高每隔500mm设26拉结钢筋，每边伸入墙内不宜小于1000mm。,第二节 砌体结构房屋的 抗震概念设计,2钢筋混凝土圈梁,圈梁抗震作用：增强纵横墙的连接，加强房屋的整体性和空间刚度 限制墙体平面外的变形；圈梁与构造柱整体现浇形成约束框架，共同发挥对墙体的约束作用。建筑抗震设计规范圈梁设置部位的规定（表8-5）圈梁设置规定 圈梁高度不应小于120mm；圈梁在平面上应封闭，当遇有洞口被切断时应上下搭接；圈梁应先砌墙后与构造柱一起现浇成整体,第二节 砌体结构房屋的 抗震概念设计,3墙体间的拉结,大房间的外墙转角及内外墙交接处，均应沿墙高每隔500mm配置26拉结钢筋，并伸入墙内不宜小于1m。,墙体间的拉结,第二节 砌体结构房屋的 抗震概念设计,后砌的自承重隔墙应沿墙高每隔500mm配置26拉结钢筋与承重墙或柱连接，每边伸入墙内不小于500mm。当设防烈度为8、9度时，长度大于5.1m的后砌非承重砌体隔墙的墙顶尚应与楼板或梁拉结。,梁板与墙柱间的拉结,第二节 砌体结构房屋的 抗震概念设计,4楼(屋)盖梁板与墙柱间的连接,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；装配式钢筋混凝土楼板或屋面板，当圈梁未设在板同一标高时，板端伸进外墙的长度不应小于120mm，伸进内墙的长度不宜小于100mm，且不应小于80mm，在梁上不应小于80mm；当板的跨度大于4.8m并与外墙平行时，靠外墙的预制板侧边应与墙或圈梁拉结。楼(屋)盖的钢筋混凝土梁或屋架，应与墙、柱（包括构造柱）或圈梁有可靠的连接。梁与砖柱的连接不应削弱砖柱截面，独立砖柱顶部应在两个方向均有可靠连接。,第二节 砌体结构房屋的 抗震概念设计,二阶段设计:按地区设防烈度进行构件截面抗震承载力计算 弹性分析 按高于本地区设防烈度的预估罕遇地震作用验算构件弹塑性变形 概念设计构造措施,第三节 多层砌体结构房屋 的抗震计算,一、水平地震作用的计算,1基本假定一般情况仅计算水平地震作用下结构构件的内力水平地震作用应分别沿房屋的两个主轴方向进行，每个方向的水平地震作用全部由平行于地震作用方向的墙体承受 2水平地震作用下砌体房屋抗震计算简图 计算简图可将各层楼盖及顶层屋盖简化多质点受力体系：其中，楼盖处质点的重力荷载代表值取楼盖自重、作用于楼面上的可变荷载以及相邻上、下层墙体自重的一半。当房屋高度不超过40m，结构以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀时，计算方法可采用底部剪力法计算沿高度方向水平地震作用分布值。,第三节 多层砌体结构房屋 的抗震计算,3水平地震作用,结构的总水平地震作用标准值FEK按下式确定：FEK=1Geq底部剪力法可确定质点i的水平地震作用标准值为:突出屋顶附加质点所承担的水平地震作用为:Fn=n=FEK式中，1相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数值，多层砌体房屋、多层内框架砖房取1=max；6 度时max=0.04，7度时max=0.08，8度时 max=0.16。Geq结构等效总重力荷载，多质点体系取总重力代表 值的85%；Hi、Hj、Gi、Gj质点i、j的计算高度和集中于i、j的重力荷载代表值，后者取100%恒载，50%(书库80%)楼面活载，50%雪载；n顶部附加地震作用系数，多层内框架砖房可采用 0.2，其他砖房取0。,第三节 多层砌体结构房屋 的抗震计算,第i楼层的水平地震剪力标准值:对于突出屋面的附属物，抗震验算时可将突出部分的顶盖作为一个质点，与其他各质点一起按底部剪力法求Fi。在验算突出屋面附属物的墙体时，需将求得的水平地震作用效应Fn乘以增大系数3，所增大部分不往下层传递。女儿墙可假设在其高度1/2处作为一个质点按底部剪力法求Fn，其余同上。,第三节 多层砌体结构房屋 的抗震计算,二、楼层水平地震剪力在本层墙体间的分配,1横向水平地震作用下层间剪力分配 横向水平地震作用由该验算方向横墙单独承受 第i层层间水平地震剪力为Vi按三种情况分配到该层第m道横墙上：刚性楼盖适用楼盖：现浇或装配整体式钢筋混凝土楼（屋）盖计算模型：楼（屋）盖可视作支承在横墙上的多跨连续梁分配方法：各横墙所承受的水平地震剪力按其等效刚度的比 例分配,第三节 多层砌体结构房屋 的抗震计算,考虑横墙弯曲变形和剪切变形，层间各横墙的抗侧移刚度:式中，E 砌体弹性模量；t 墙体厚度；墙片高宽比，=h/b;h 墙片高度；b 墙片宽度；当4时，可认为该横墙的抗侧移刚度可略去不计。根据侧向位移协调条件，第i层第m道抗侧移刚度为Dim横墙的所承担的水平地震剪力:式中，Dim第i层第m道横墙的抗侧移刚度;Di第i层全部横墙的总抗侧移刚度;r 第i层横墙的总数。,第三节 多层砌体结构房屋 的抗震计算,若房屋某层间各横墙都属只考虑剪切变形的情况，且墙体材料、厚度、层高都相同时，第i层第m道横墙的所承担的水平地震剪力:,式中，Aim 第i层第m横墙的净截面面积;Ai 第i层全部横墙的总净截面面积。,第三节 多层砌体结构房屋 的抗震计算,不同楼盖刚度水平变形图（a）刚性楼盖（b）柔性楼盖,柔性楼盖,适用楼盖：木楼(屋)盖计算模型：楼(屋)盖视作支承在横墙上的多跨简支梁分配方法：按本横墙从属面积上重力荷载代表值的比例分配 按从属面积上重力荷载代表值比例，i层第m道横墙所承担水平地震剪力：,式中，Gim第i层第m横墙所承担的重力荷载代表值；Gi第i层所有横墙所承担的重力荷载代表值。,第三节 多层砌体结构房屋 的抗震计算,如楼(屋)盖重力荷载为均匀分布，按从属面积的比例，第i层第m道横墙所承担的水平地震剪力：,式中，Zim第i层第m横墙的从属面积；Zi第i层所有横墙的总面积。,第三节 多层砌体结构房屋 的抗震计算,中等刚度楼盖,适用楼盖：普通预制板的装配式钢筋混凝土楼(屋)盖计算模型：楼(屋)盖视作支承在横墙上的多跨简支梁分配方法：取刚性、柔性楼盖分配比例的平均值 第i层第m道横墙所承担的水平地震剪力：,第三节 多层砌体结构房屋 的抗震计算,2纵向水平地震作用下层间剪力分配,计算方法同横墙，由于纵向墙体的间距较小，水平刚度较大，往往可按纵墙净截面面积与全部纵墙总净截面面积的比值Aim/Ai进行分配。,第三节 多层砌体结构房屋 的抗震计算,三、墙体截面抗震承载力验算,1无筋墙体截面抗震承载力验算 式中，V 墙体剪力设计值；RE墙体抗震受剪承载力调整系数，（无筋砖砌体 墙取RE=1.0，当墙体两端均有钢筋混凝土构 造柱时取RE=0.9；自承重墙取RE=0.75）；fVE砌体沿阶梯形截面破损的抗震抗剪强度设计值；A 墙体横截面面积（多孔砖取毛截面面积）；fV砌体抗剪强度设计值；N砌体抗震验算抗剪强度的正应力影响系数；0对应于重力荷载代表值的砌体截面平均压应力。,第三节 多层砌体结构房屋 的抗震计算,2水平配筋砖砌体截面抗震承截力,式中，V 墙体剪力设计值；RE墙体抗震受剪承载力调整系数，（网状配筋 和水平配筋砖砌体墙取RE=1.0）；fVE砌体沿阶梯形截面破损的抗震抗剪强度设计值；A 墙体横截面面积（多孔砖取毛截面面积）；fV钢筋抗拉强度设计值；s 按墙体竖向截面计算的水平钢筋面积配筋率（0.07%s 0.17%）；s钢筋参与工作系数。（教材：表8-7）,第三节 多层砌体结构房屋 的抗震计算,3砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙的截面抗震承载力,式中，Ac中部构造柱的横截面总面积（对横墙和内纵墙，Ac 0.15A；对外纵墙，Ac 0.25A）；ft中部构造柱的混凝土轴心抗拉强度设计值；As中部构造柱的纵向钢筋截面总面积（0.6%As 1.4%）；fy钢筋抗拉强度设计值；c中部构造柱参与工作系数，居中设一根时取0.5，多于一根时取0.4；c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。,考虑设置于墙段中部、截面不小于240mm240mm且间距不大于4m的构造柱对受剪承载力的提高作用，构造柱组合墙截面抗震承载力：,第三节 多层砌体结构房屋 的抗震计算,结束放映,