建筑结构抗震 第五章 多层砌体房屋抗震设计.ppt

,结构抗震设计,第5章 砌体结构抗震设计,本章主要内容,常见震害、震害分析抗震设计一般要求多层砌体房屋抗震设计多层砌体房屋构造措施、例题底部框架-抗震墙房屋抗震设计,5.1 概 述,2、常见多层砌体结构分类（1）多层砌体房屋（2）底部框架-抗震墙，上部砌体结构（3）内框架房屋,1、砌体结构的优点（1）取材方便、价廉。（2）性能好（耐火性、耐久性、抗腐性）。（3）保温、隔热、隔声性能好。,3、砌体结构的抗震性能,砌体材料是一种脆性材料，其抗拉、抗剪、抗弯性能均较低，因而抗震性能差。由砌块和砂浆砌筑而成，整体性差。,历次强烈地震中，砌体结构破坏率非常高。,经过抗震设防，做好抗震设计，得当的构造措施，良好的施工质量，即使在中、强地震区，砌体结构房屋能不同程度的抵抗地震的破坏。,5.2 震害现象及其分析,一、多层砌体房屋震害及其分析,1、墙体破坏：作为主要的承重构件，受力比较复杂。墙身破坏主要表现为墙身出现交叉斜裂缝或墙体压碎。,如图a，当窗下墙较高而窗间墙较窄时，常在窗间墙形成交叉裂缝。如图b，当窗下墙较矮而窗间墙较宽时，则常在窗下墙形成交叉裂缝。,2、外纵墙倒塌,在地震中外纵墙局部或全部倒塌。纵墙倒塌一般是由于砌体强度低，砌筑质量差，纵横墙连接不牢，外墙圈梁不足或横墙间距过大引起。,3、墙角破坏,结构上受到的地震作用比较复杂，墙角通常是比较敏感的部位。差的施工质量往往引起内墙破坏、隔墙移位和局部破坏，如图，破坏多发生在上层。,4、附属建筑物破坏,砌体结构上的女儿墙、烟囱、塔楼、雨蓬和阳台由于上部结构的质量和刚度突变，产生“鞭梢效应”，其连接和锚固不当普遍产生破坏。,5、平面和竖向体型不规则,在地震中抗震横墙布置不当、平面和竖向体型不规则往往引起多层砌体结构破坏。如图，唐山地震时柴油机厂办公楼，由于平面呈扇形，且门厅部分比两翼建筑高出一层，地震中门厅部分的顶层倒塌，两翼建筑也遭到严重破坏。,其它破坏形式,楼梯间破坏（1）楼梯间部位横墙间距小，刚度大，地震作用大，墙体水平方向支撑较弱，尤其底层稳定性差，容易出现开裂、倒塌。（2）楼梯间在端部、拐角部位，扭转效应明显楼盖破坏：装配式楼（屋）盖，整体性差。,楼盖破坏：装配式楼（屋）盖，整体性差。,内框架结构及砖混结构的大梁支座处墙体出现大量水平裂缝,二、底部框架-抗震墙房屋,未经抗震设防的这类结构震害比较严重，多发生在底部框架部位。刚度突变。因为底部或者底层刚度低，造成上刚下柔结构，“鸡腿效应”明显，导致底部破坏。,5.3 抗震设计基本要求,结构布置房屋高度和层数房屋最大高宽比房屋抗震墙最大间距局部尺寸,1、结构布置,多层砌体房屋的结构体系，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，沿竖向上下连续；同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。楼梯间不宜设在尽端和转角处。烟道、风道、垃圾道不应消弱墙体。,纵墙承重方案,横墙承重方案,纵横墙承重方案,内框架承重方案,多层砌体房屋，当立面高差在6m以上，或房屋有错层且楼板高差较大，或各部分结构刚度、质量截然不同时，宜设置防震缝，缝两侧均应设置墙体，缝宽应根据设防烈度和房屋高度确定，可采用50100mm。,2、房屋总高度和层数,多层砌体房屋的抗震能力与房屋的高度直接相关。砌体墙身由于变形能力小，在超载不大时墙身就会产生开裂、继而破碎、引起平面错动，大幅度地降低其竖向承载力。上部结构的层数愈多，影响愈严重。建筑抗震设计规范规定房屋的层数和高度一般不超过表的要求。,表1 房屋的层数和总高度限值(m),房屋的总高度指室外地面到主要屋面板板顶或檐口的高度，半地下室从地下室室内地面算起，全地下室和嵌固条件好的半地下室允许从室外地面算起；对带阁楼的坡屋面应算到山尖墙的1/2高度处；室内外高差大于0.6m时，房屋总高度允许比表中数值适当增加，但不多于1m；,普通砖、多孔砖和小砌块砌体承重房屋的层高不应超过3.6m；底层框架多层砌体房屋的底层层高不应超过4.5m。对于医院、教学楼等及横墙较少的多层砌体房屋，总高度应比表1的规定降低3m，层数相应减少一层。,3、房屋最大高宽比,高宽比较小，以剪切变形为主。随高宽比增大，弯曲变形效应增加，由于砌体抗拉强度低，宜发生整体弯曲破坏。多层砌体房屋为避免整体弯曲破坏，除限制房屋总高度外，还要限制其高宽比。我国规范对总高度与总宽度的最大比值限制如表2所示。,表 2 砌体房屋最大高宽比限值,注：1 单面走廊房屋的总宽度不包括走廊宽度；2 建筑平面接近正方形时，其高宽比宜适 当减小。,4、房屋抗震横墙最大间距,横向地震作用下，横墙作为主要的抗侧力构件，楼屋盖作为联系各片横墙的构件，必须保证足够的水平刚度，起到传递地震力的作用。抗震横墙的最大间距规定如下：,表3 多层砌体房屋抗震横墙最大间距(m),5、房屋局部尺寸,多层砌体房屋砌体墙段局部尺寸也是进行结构布置时需要考虑的问题。为避免局部破坏而引起整体结构的破坏甚至倒塌。,表 4 房屋的局部尺寸限值(m),5.4、多层砌体房屋抗震计算,总的计算要求：（1）一般只考虑水平地震作用。（2）两个主轴方向分别计算。（3）不考虑扭转效应，因此在平立面布置时尽量减小扭转影响。,主要计算内容：,水平地震作用计算楼层剪力在各墙体间的分配墙体截面抗震承载力的验算,、水平地震作用的计算,1、计算简图,取整个结构作为计算单元，或者取防震缝分开的独立单元。楼层质量集中于楼（屋）盖处。多质点体系，只考虑第一振型。,2、计算方法：底部剪力法,砌体房屋质量和刚度分布比较均匀，侧移以剪切变形为主。,总剪力计算公式：多层砌体房屋，基本周期一般较小，取：多层砌体房屋周期小，不考虑顶部附加地震作用，取：各层地震力：,某4层砌体房屋，层高3.6m,各层恒载500kN，屋面活载50kN，各层楼面活载300kN。7度设防，设计地震加速度0.1g，设计地震分组2组，II类场地，求多遇地震下的楼层地震剪力。,例题,、楼层地震剪力在各墙体间的分配,假定各方向的地震作用全部由各方向的墙体承担，不考虑另外方向的影响。分配影响因素：楼盖的水平刚度、各墙体的侧移刚度。楼盖的分类：刚性楼盖、柔性楼盖、中等刚性楼盖。墙体侧移刚度计算,1、墙体侧移刚度计算,（1）实心墙体侧移刚度的定义：假定各层楼盖仅发生平移而不发生转动，使楼盖产生单位位移所需要施加的水平力。和柔度为倒数关系。墙体根据高宽比分类，不同高宽比的墙体的侧移不尽相同。,1）高宽比小于1的墙段：弯曲变形成份很少，以剪切变形为主。,2）高宽比在14的墙段：同时考虑弯曲变形和剪切变形。,3）高宽比大于4的墙段：弯曲变形远远大于剪切变形，构件较柔，刚度较小，取刚度为0。,1）规则洞口：分段计算。变形叠加、刚度叠加。,（2）开洞墙体的侧移刚度,2）不规则洞口：将不规则分成规则。,影响因素：墙体抗侧刚度、楼盖的水平刚度。,2、楼层横向地震剪力的分配,1）刚性楼盖：,何为刚性楼盖？,2）柔性楼盖：木结构楼盖,3）中等刚性楼盖：取以上两种结果的平均值,按刚性楼盖考虑。,3、楼层纵向地震剪力的分配,原因：纵墙长度较大，且纵墙的间距较小。,按各墙段抗侧刚度分配。,4、同一道墙各墙段地震剪力的分配,承担地震剪力较大的墙段；竖向压应力较小的墙段；局部截面较小的墙段；,1、验算位置：不利墙段。,2、砌体抗震抗剪强度,5.4.3 墙体承载力验算,3、各类砌体结构的截面承载力验算。,粘土砖、多孔砖墙；有构造柱砖墙；配筋砖墙；混凝土小砌块墙体；,公式要点：,采用抗震抗剪强度；考虑抗震承载力调整系数；公式中各项组成部分；,5.5 多层砌体房屋抗震构造措施,构造措施的重要性。常见的构造措施,1）构造柱 2）圈梁 3）楼盖与墙体的连接 4）楼梯间的要求,1、构造柱,作用设置要求构造柱的构造,2、圈梁,作用设置要求圈梁的构造,钢筋混凝土构造柱的作用主要在于对墙体的约束,构造柱截面不必很大,但必须与各层纵横墙的圈梁和现浇楼板连接,才能发挥约束作用.,采用后加圈梁构造柱加固过的某三层办公楼震后基本完好,同一地点,未经加固的四层砖混办公楼破坏严重,局部倒塌,汶川地震中,某四层砖混住宅构造柱加固后，在地震中房屋无损坏,3、楼（屋）盖与墙体连接,原因设置要求和规定,混凝土预制空心板楼盖之间连接至关重要，不按要求施工致使房屋的整体性差，地震中倒塌损毁严重，造成大量人员伤亡。,4、楼梯间,震害现象原因详细的构造要求,四川大地震中一个普遍的建筑破坏现象是，作为逃生通道的楼梯间破坏比较严重，造成了相当的人员伤亡。,图13 混凝土结构楼梯间破坏情况,都江堰市金叶宾馆楼梯间填充墙倒塌,堵塞逃生通道。楼梯间平台梁剪扭破坏,六层框架结构，楼梯板两条水平缝(所谓的上三步)，主筋弯曲。梯板拉裂，梯板冷轧扭钢筋拉断。梯梁断裂并与梯板拉开。,结构整体计算分析时，“计算模型的建立、必要的简化计算与处理，应符合结构的实际工作状况；计算中应考虑楼梯构件的影响”。2.要求楼梯间四角以及楼梯段上下端对应的墙体处设置构造柱，于是，楼梯间共有8根构造柱，有助于形成应急疏散的安全岛。,3.加强楼梯间墙体的抗震能力，补充规定“楼梯间的非承重墙体，应采取与主体结构可靠连接或锚固等避免地震时倒塌伤人或砸坏重要设备的措施”。要求砌体结构楼梯间墙体在休息平台或半层高处设置钢筋混凝土带或配筋砖带。,5.6 多层砌体房屋抗震计算例题,总体设计原则的应用计算步骤 1）地震作用的计算 2）地震剪力的分配 3）墙体承载力计算构造措施,5.7 底部框架-抗震墙房屋抗震设计,熟悉结构体系设计的一般要求地震作用的计算构造要求,底部指：底层或者底部两层。抗震墙既可以是钢筋混凝土抗震墙，也可以是砌体抗震墙。6、7度且总层数不超过五层允许采用嵌砌于框架之间的砌体抗震墙。,1、底部框架-抗震墙房屋,8度区的底框结构，未按规定设底部抗震墙，地震时底层完全倒塌，5层房屋“变成”4层,2、设计的一般要求,层数和高度符合前文的要求。底部框架-抗震墙房屋的底部层高不超过4.5m。高宽比符合前文要求。房屋抗震墙的间距，符合前文要求。,其它要求：（1）上部的砌体抗震墙与底部的框架梁或者抗震墙应对齐或者基本对齐。（2）房屋的底部，应沿纵横两方向设置一定数量的抗震墙，并应均匀对称布置。（3）底层框架-抗震墙房屋的纵横两个方向，第二层与底层侧向刚度的比值，6、7度时不应大于2.5，8度时不应大于2.0，且均不应小于1.0。,（4）底部框架-抗震墙房屋的纵横两个方向，底层与底部第二层侧向刚度应接近，第三层与底部第二层侧向刚度的比值，6、7度时不应大于2.0，8度时不应大于1.5，且均不应小于1.0。（5）底部框架-抗震墙房屋的抗震墙应设置条形基础、筏式基础或桩基。（6）底部框架-钢筋混凝土抗震墙抗震等级：6、7、8度分别为三、二、一。,3、抗震计算要点,（1）地震作用的计算：同多层砌体房屋。,（2）底部地震作用的修正：底层框架-抗震墙房屋底部刚度小，变形集中，对结构不利，故底层剪力增大。,4、抗震构造措施,构造柱楼盖：（1）过渡层：（2）其它楼层：托墙梁的构造抗震墙（1）钢筋混凝土抗震墙（2）粘土砖抗震墙,