多层混合结构房屋.ppt

第6章 多层砌体房屋的抗震设计,6.1 概述及震害,一、多层砌体砖房占民用建筑的90%，整个建筑业80%。二、砌体结构是一种抗震性能较差的结构。三、历次大地震的震害表明，砌体结构破坏严重。1923年日本关东大地震，7000幢砖石结构房屋，只有1000幢能恢复使用。1906年美国的旧金山地震，砖石房屋破坏特别严重1948年，苏联的阿什哈巴德地震，砖石结构的破坏和倒塌率为70%80%,四、经过抗震设防的砌体结构具有一定的抗震能力。,五、砌体结构的抗震设计内容：（1）结构方案与结构布置（2）结构构造处理（3）地震作用计算（4）墙体的抗剪验算,概念设计,计算设计,都江堰市公安局楼顶微波通信塔折断,都江堰市某六层砖混住宅楼，一层局部倒塌，其下各层下挫,都江堰市财政局某六层砖混六层住宅楼，房屋右侧两开间一层破坏,都江堰市某七层砖混住宅楼，局部倒塌,都江堰某五层砖混住宅楼，一层整体倒塌,汶川县映秀镇漩口中学，五层砖混结构，底层一层整体倒塌，纵墙严重破坏,百花大桥桥梁垮塌,汶川县漩口镇漩口变电站，二层砖混结构，底层垮塌,都江堰市解放小区内某七层砖混住宅楼，平面呈Y形，一翼底层墙体破坏，中部连接处拉开，房屋倾斜。,都江堰市解放小区内某七层砖混住宅楼，同前幢，倾斜一翼拆除后状况。,都江堰市某六层砖混住宅楼，中部一开间房屋局部倒塌。,都江堰市某六层砖混住宅楼，端开间局部垮塌。,绵竹市教师培训中心，砖混结构，外廊预制楼板塌落。,汶川县漩口镇电力局，四层砖混住宅楼，楼梯间倒塌。,都江堰市某砖混房屋，砖墙，砖柱破坏，局部倒塌。,都江堰市某砖混住宅楼，局部倒塌。,都江堰市某砖混住宅楼，局部倒塌。,都江堰市四川省水利电力工程局宿舍区某七层砖混住宅楼，端部单元局部倒塌。,都江堰市某砖混住宅楼，局部倒塌。,绵竹市汉旺镇东方汽轮机厂四层砖混专家楼，房屋大部分倒塌。,青川县某砖混房屋，楼角局部垮塌。,都江堰市某六层砖混住宅楼，沿纵向一分为二，背面完全倒塌。,绵竹市汉旺镇某砖混房屋，局部倒塌，个别墙柱剪断破坏。,都江堰市聚源镇聚源中学教学楼倒塌，仅剩楼梯间。,龙门山镇某三层砖混房屋，外墙裂缝。,什邡市蓥华卫生院门诊部，三层砖混结构，墙体裂缝。,都江堰市某办公楼，六层砖混结构，窗间缝、窗下墙X形裂缝。,绵竹市武装部某宿舍楼，六层砖混结构，窗间墙、窗下墙贯通X形裂缝。,汶川县漩口镇百花小学教学楼，五层砖混结构，窗下墙X形裂缝。,彭州市白鹿镇学校求知楼，四层砖混结构，窗下墙裂缝。,绵竹市汉旺镇某建筑，五层砖混机构，窗下墙X形裂缝。,绵竹市汉旺镇某办公楼，四层砖混结构，窗下墙X形裂缝。,绵竹市某医院宿舍楼，五层砖混结构，窗间墙X形裂缝。,什邡市师古镇三层教学楼，砖混结构，窗间墙X形裂缝。,什邡市前氐镇社保医院，四层砖混结构，窗间墙X形剪切破坏。,一至三层纵墙裂缝,山西省宝鸡市陈仓区（原宝鸡县）房管所43号楼。,绵阳市公共汽车公司单身宿舍楼，七层砖混结构，三层纵墙窗间墙X形裂缝。,绵阳市梓潼县建设局某七层砖混住宅楼，一层纵墙裂缝。,都江堰市某六层砖混住宅楼，外纵墙严重破坏。,都江堰市水电十局住宅小区某六层砖混住宅楼，外纵墙严重破坏。,都江堰市某五层砖混住宅楼，窗间墙严重开裂。,都江堰市某三层砖混住宅楼，窗下墙严重破坏。,都江堰市某住宅楼，六层砖混结构，建于1985年，窗间墙、窗下墙X形裂缝。,彭州市小鱼洞镇小鱼洞学校，梁下无构造柱。,彭州市白鹿镇学校，四层砖混结构，窗间墙水平裂缝，梁垫下砖墙未裂。,都江堰市玉带桥街某六层砖混住宅楼，山墙的窗下墙X形裂缝。,甘肃省康县某三层砖混房屋，一层山墙开裂。,都江堰市成都宁江集团36号六层砖混住宅楼，建于1980年，山墙严重开裂。,都江堰市解放小区内某六层砖混住宅楼，山墙严重剪切破坏。,都江堰市某五层砖混住宅楼，墙角局部破坏。,都江堰市某五层砖混住宅楼，墙角严重破坏。,都江堰市宝瓶花园内某七层砖混住宅，建于1996年纵墙严重裂缝。,都江堰市某六层砖混住宅楼，墙体严重开裂。,都江堰市映电花园某住宅，六层砖混结构，一层墙体严重破坏。,青川中学，圆窗周边的交叉裂缝。,都江堰市某五层砖混住宅楼，内纵墙开裂。,都江堰市太平街派出所宿舍楼，五层砖混结构，内纵墙严重开裂。,甘肃省陇南市武都区乡镇企业管理局宿舍楼，七层砖混结构，三层横墙开裂。,绵阳市某八层砖混住宅楼，建于2007年，二层横墙裂缝。,陕西省汉中市略阳二中教学楼，四层砖混结构，内横墙交叉斜裂缝。,绵竹市大东街某办公楼，六层砖混结构，建于1981年，室内窗间墙交叉斜裂缝。,绵竹市汉旺镇中心幼儿园，砖混结构，横墙严重裂缝。,汉旺幼儿园建筑经受强烈地震，没有完全倒塌。,内部墙体严重开裂破坏。,甘肃省文县碧口镇第二中学高中部，四层砖混结构，建于2002年，一层横墙严重裂缝。,绵阳市交通学校学生宿舍楼，门洞处斜裂缝。,彭州市通济镇通济学校，底层门角处裂缝。,都江堰市李冰中学，四层砖混房屋，墙体裂缝。,梁下墙体水平裂缝。,墙体水平裂缝。,墙体裂缝。,墙垛破坏。,都江堰中学教学楼，三层砖混结构，一层砖柱严重裂缝。,什邡市师古镇三层砖混教学楼，砖柱严重裂缝。,都江堰市某建筑，砖柱水平错位。,彭州市白鹿镇学校，四层砖混结构，楼梯间墙体裂缝。,汶川县漩口镇百花小学五层砖混教学楼，楼梯间墙体裂缝。,绵阳市安县桑枣镇农村信用社，五层砖混结构，楼梯间墙体裂缝。,绵竹市某住宅，楼梯间内纵横交叉裂缝。,甘肃省陇南市武都区乡镇企业管理局宿舍，七层砖混结构，楼梯间内纵墙裂缝。,绵竹市某六层砖混居民楼，局部底框，一层楼梯间内纵墙严重裂缝。,都江堰市房管所五层砖混住宅楼，楼梯间内纵墙严重破坏。,绵竹某砖混住宅，楼梯间内纵墙破坏。,绵阳市三台县交通局办公楼，六层砖混结构，建于1998年，二层弧形承重墙裂缝。,都江堰市聚源中学实验大楼，四层砖混结构，楼梯间弧形墙严重开裂。,都江堰市某六层砖混住宅（局部底框），弧形外墙严重开裂、塌落。,绵阳市安县河清派出所，三层砖混结构，二层墙体斜裂缝，钢筋砖过梁破坏。,绵阳市安县河清客运站，二层门洞钢筋砖过梁破坏。,都江堰市水电十局职工住宅小区，六层砖混住宅，外墙整体水平错位。,都江堰市某七层底框住宅楼，山墙的窗下墙交叉裂缝。,都江堰市某六层底框房屋，窗间墙、窗下墙裂缝。,都江堰市走马河街某六层底框住宅楼，多数窗间墙水平裂缝。,都江堰市某底框住宅楼墙体裂缝,都江堰市某六层底框住宅楼，部分墙体破坏,都江堰市某五层底框住宅楼，二层墙体严重开裂，局部破坏。,都江堰市房管局院内六层底框住宅楼，内纵墙“X”形裂缝。,绵阳市三台县某五层底框房屋（底部二层框架），建于2002年，三层纵墙“X”形裂缝。,都江堰市信用联社江安路分社，六层底框房屋，建于1987年，一层梁柱节点破坏。,都江堰市某五层底框住宅楼，填充墙倒塌。,都江堰市某五层底框住宅楼，柱头破坏。,都江堰市信用联社幸福分社，六层底框房屋，建于1984年，一层柱底破坏。,都江堰市信用联社幸福分社，六层底框房 屋，建于1984年，一层柱底破坏。,绵阳市涪城区城北税务所，七层底框房屋（底部二层框架），建于1987年，二层楼梯间框架梁端裂缝。,都江堰市某五层底框住宅楼，一层倒塌，倾斜,都江堰市灌阳路某五层底框住宅楼，底部两层完全倒塌,都江堰市某三层底框住宅，局部倒塌。,都江堰市某四层底框住宅，上部砖混局部倒塌。,都江堰市某六层底框住宅，一端整体倒塌（倒塌部位底层横墙改造时拆除）。,都江堰市某五层底框综合楼，一端整体倒塌。,都江堰市某六层底框住宅楼，左 端部两开间一层以上完全倒塌。,绵竹市汉旺镇某底框房屋，部分倒塌，圈梁和构造柱起了关键作用。,绵阳市安县桑枣镇农村信用社食堂，二层内框架结构，墙体严重开裂。,都江堰市金叶宾馆厨房，二层内框架结构，建于1998年，外墙局部倒塌。,绵阳市某仓库，三层内框架结构，建于1985年，三层带壁柱纵墙裂缝。,都江堰市某五层砖混住宅楼，墙体，构造柱破坏。,都江堰市原光明住宅楼，墙体严重破坏，构造柱断裂。,甘肃省陇南市武都区六层家属楼，建于1998年，一层楼梯间构造柱破坏。,甘肃省陇南市武都区某房屋，构造柱柱脚随墙体剪切破坏。,彭州市白鹿镇学校，四层砖混房屋，脚步构造柱裂缝。,绵竹市汉旺镇某房屋，墙体破坏，构造柱压溃。,绵竹市某房屋，局部底框背面一层承重墙严重破坏，构造柱也已破坏。,绵竹市汉旺镇某砖混房屋，构造柱破坏。,绵竹市房产公司办公楼，局部四层砖混，突出屋面房屋砖墙严重破坏。,什邡市红白镇某房屋，突出屋面楼梯间房屋破坏。,绵阳市某办公楼，四层砖混结构，突出屋面楼梯间墙体破坏。,绵阳市西山公园管理处宿舍，五层砖混结构，建于1991年，突出屋面的楼梯间墙体破坏。,平武县茶厂宿舍，突出屋面楼梯间墙体破坏。,江油市太平镇社区卫生服务中心门诊楼，四层砖混结构，建于1990年，突出屋面墙体局部倒塌。,绵阳市公安局办公楼，五层砖混结构，北立面钟楼坠落。,都江堰市观景路沿街商铺，三层砖混结构，突出屋面房屋局部倒塌。,都江堰市某砖混办公楼，突出屋面房屋倒塌。,绵竹市梓潼县机房，三层砖混结构，建于1994年，突出屋面的楼梯间倒塌。,绵竹市梓潼县中国移动梓潼分公司宿舍楼，六层砖混结构，建于1994年，突出屋面的楼梯间倒塌。,绵阳市新晨动力机械有限公司第一总装车间二层钢连廊与墙体连接处墙体破坏。,什邡市美大康药业公司，毗邻建筑之间钢连廊连接部位墙体裂缝。,绵竹市太极机械有限公司办公楼，高低建筑相互碰撞墙体裂缝。,彭州市白鹿镇学校教学楼，四层砖混结构，伸缩缝拉开约45mm。,绵阳市新晨动力机械有限公司第一总装车间铺房，结构缝位置碰撞。,绵阳市绵阳商业住宅大厦商住部分，八层底框房屋，结构缝两侧墙撞击受损。,甘肃省陇南市武都区陇南一中教学楼，四层砖混结构，结构缝处碰撞破坏。,绵竹市党校，两栋房屋倾斜挤压。,绵竹市汉旺镇某两相邻建筑，地震位移撞击形成凹槽。,绵竹市什地镇某三层建筑，外廊砖墙护栏倒塌。,什邡市云西 合作社，五层砖混结构，外廊栏板严重破损。,青川县某四层建筑，外廊栏板全部倾覆。,陕西省汉中市略阳县高台小学逸夫综合楼，屋面架空隔热板震塌。,绵竹市汉旺镇东方汽轮机厂三层砖混简易办公楼，屋面为混凝土槽型板，震前加固，增设外包圈梁和构造柱，本次地震中完好无损。,都江堰中学新校区教学楼，五层框架结构，建于2008年，框架梁柱基本完好。,6.2 结构方案与结构布置,多层砌体房屋的抗震措施，既属概念设计范围，也属防倒塌设计的问题。防倒塌问题不是依靠罕遇地震作用下的变形验算，而是做好细部处理和总体布置。,一、房屋的体型与防震缝,1、建筑平立面应规则，抗侧力墙应均匀布置,不规则体型,2、优先采用横墙承重和纵横墙承重方案,不宜采用纵墙承重方案,横墙承重,纵横墙承重,纵墙承重,震害经验：纵墙易摔出。,3、纵横墙宜均匀对称，上下左右对齐，易于传力。,4、楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处,楼梯间的整体性差，房屋的端部和转角处变形大。,震害经验：,不规则建筑：,立面高差在6m以上房屋有错层，且楼板高差较大结构的刚度、质量截然不同二、房屋的总高度与最大高宽比要求1、总高度 见表P138 6-1以粘土砖房为例：,5、对8度、9度区不规则的建筑宜设防震缝,地震作用随高度而增大，高度越大，震害越重,对医院、学校等、横墙间距较大的建筑，总高度应减少3m2、最大高宽比 为了防止建筑物在水平地震作用下不发生整体弯曲破坏，规范未规定对这类建筑进行整体弯曲验算，而是对最大高宽比的限制做了规定。,三、抗震横墙的最大间距（见P 139表6-3）,楼盖要有足够的刚度，不使纵墙因弯曲而破坏。楼盖的刚度与横墙的间距有关。规范规定的横墙的最大间距如：7度:现浇楼盖 18m，装配楼盖15m。,地震力的传递：质量集中在楼盖横墙基础,一、构造柱1、构造柱的震害经验,6.3 多层砌体结构房屋的抗震构造措施（概念设计）,设置构造柱的房屋的震害明显小于无构造柱的房屋。,2、构造柱的的作用 构造柱对砌体的初裂荷载无明显提高，对砌体抗剪强度可提高1030%。一般不考虑，构造柱对强度的提高。主要作用是对墙体起约束作用，使之有较高的变形能力，是一种有效的抗倒塌措施。3、构造柱和芯柱的设置要求 构造柱的设置可分为四个档次。见表P146 表6.9,4、构造柱的构造要求,最小截面 240*180 7度6层 8度5层 9度 马牙槎（五皮砖）与墙连接 1m长与墙拉结 构造柱的上下拉接 上与圈梁拉接，下伸入室外地面下500mm,二、圈梁1、作用：提高房屋的整体性，使房屋形成整体箱形。提高楼盖的刚度和整体型。,提高墙体的整体性和变形能力。减轻地基不均匀沉降对建筑的影响。,2、圈梁的设置要求 见P147表6.10,纵墙：6、7度隔层设，8度、9度层层设 内横墙：6、7度屋盖间距 7m 楼盖 15 m 8度屋盖处所有横墙，楼盖处 7m 9度所有横墙,3、构造要求 闭合，宜与板在同标高 截面：,三、连接,1、墙与墙的拉接 2、楼板搁置长度现浇楼板预制楼板（未与圈梁同标高）外墙内墙（宜）梁上,3、楼板与圈梁、墙体的拉结,4、屋架（屋面梁）与墙柱的锚拉四、楼梯间 由于空旷，破坏较严重。注意墙体的拉结，增加整体性。不采用削弱墙体的悬挑踏步，,五、房屋的局部尺寸,见表P139，表6.4 局部墙体尺寸不能太小，当采用构造柱时可适当放宽。承重窗间墙的最小尺寸；承重外墙尽端至门洞边的尺寸；非承重外墙尽端至门洞边的尺寸；内墙阳角至门洞边的尺寸；无锚固女儿墙的高度。,6.4 多层砌体房屋抗震计算,要点：1、结构的自振周期较短，T=0.25s以内，一般不再计算。2、地震作用采用底部剪力法计算。3、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，不考虑竖 向地震作用。4、只需验算不利的墙段：承载面积较大，竖向应力较小。,一、水平地震作用计算,1、计算简图,注意底层H的取法：一般取至室外地坪下0.5m。2、楼层水平地震作用 周期：由于砌体房屋的横墙很多，刚度很大，一般T不超过0.25s，所以取,3、突出屋顶的小建筑，地震剪力放大3倍,二、楼层水平地震剪力在各抗侧力墙体间的分配 地震剪力通过楼板传给横墙，分给各墙体的地震力大小与楼板的刚度和墙体的刚度有关。,1、楼层地震剪力的分配,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。横向楼层地震剪力的分配：与墙体的 刚度和楼盖的刚度有关。a、刚性楼盖 现浇钢筋砼楼盖或装配整体式钢筋砼楼盖认为楼盖为刚性，各墙体的侧移均相同。,设第i层的剪力为Vi 第m道墙体的剪力,b、柔性楼盖：木结构楼盖等，视结构为分段独立的简支梁，其各自的变形与产生其地震剪力的重力荷载代表值有关。,则,当面荷载相等时c、中等刚度楼盖。取平均值。（装配式 钢筋砼楼盖）,纵向地震剪力分配。由于纵向楼盖的刚度都很大，则均视为刚性楼盖。,多洞口墙体中各墙段间地震剪力分配 按各墙段的刚度分配,2、实心墙体的层间抗侧力等效刚度,假定实心墙体为下端固定，上端嵌固的构件考虑其弯曲变形和剪切变形的总和。,弯曲变形,剪切变形,对矩形截面剪应变不均系数=1.2,弯曲变形 b 和剪切变形s 的大小与高宽比 h/b 有关。,抗震规范规定：,当 时只考虑剪切变形影响。当 时 当 时，柔度很大，不考虑k值，K=0,3、开洞墙体的刚度,对于开有规则洞口的墙体，墙顶在单位力作用下墙顶位移与应等于各墙段侧移 之和。,K2,左右分段时，总刚度为各段刚度之和,上下分段时，总柔度为各段柔度之和。,K=K1+K2+K3,K1,K2,K3,1,3,2,=1+2+3,刚度柔度互为倒数,K=1/,复式框架的刚度计算,左右分段时，总刚度为各段刚度之和,上下分段时，总柔度为各段柔度之和。,三、砌体结构抗震强度验算,1、砌体抗震抗剪强度,2、砌体抗剪验算,V,6.5 底部框架-抗震墙房屋的抗震设计要点,一、震害分析及结构布置 这种结构的特点是上部刚度很大，下部刚度较小，形成相对薄弱的底层，在地震作用下致使底层破坏严重。（鸡腿式）,结构布置要点：底层要布置一定数量的抗震墙，使底层的具有一定的侧移刚度。,二、底部框架砖房抗震计算 特点：底层侧移刚度的控制底层地震剪力的分配倾覆力矩的分配底层的刚度和强度,1、底部侧移刚度的控制,这种房屋的特点使底层较柔，上层较刚，地震时在房屋的薄弱层将发生变形集中，使底部出现过大侧移的严重破坏，为减轻震害，抗震规范规定：底层框架砖房的底层，应沿纵向横向对称布置一定数量的抗震墙，且要求第二层与底层侧移刚度比不能太小。,6、7度时 8度时,底层地震剪力设计值：由底部剪力法，考虑刚度不均，乘以增大系数进行修正。,2、底层地震剪力的分配,抗震墙间的地震剪力分配 关于抗震防线的问题：在抗震墙未开裂之前，墙的刚度很大，令其承担全部地震剪力，而不考虑框架的作用，在墙开裂后，刚度降低，这时考虑由框架和墙共同承担地震剪力。,第i片抗震墙的地震剪力,框架柱的地震剪力,抗震墙开裂后，框架柱处于弹性状态，这时考虑砖墙抗震墙的刚度降致20%，混凝土抗震墙的刚度降致30%，则框架柱的地震剪力,3、地震倾覆力矩的分配 作用于底层顶部的地震倾覆力矩,倾覆力矩按墙（混凝土）和框架柱的整体弯曲刚度比例进行分配。,混凝土墙的抗弯刚度,混凝土墙的抗弯刚度产生=1rad所需的力矩M,为柔度的倒数。柔度 由两部分组成:,一为混凝土墙自身的变形 二为地基的变形 地基的抗弯刚度系数 基础底面积惯性矩,框架的弯曲刚度:,框架的弯曲刚度:,同样 由两部分组成，框架柱自身的变形地基的变形由 在框架柱中产生的附加轴力按 下式计算。,三、底部框架砖房抗震措施,1、总高度和层数限制 2、抗震横墙间距的限制 3、抗震等级 钢筋混凝土的框架和抗震墙按采取不同的措施可分为抗震等级。抗震等级的主要依据是烈度，场地类别，结构型式等。,抗震墙：6、7度可采用砖。M7.5 砂浆混凝土墙：竖向、横向配筋率：墙边构件最小配筋量：,4、构造柱与组合柱 多层内框架房屋的构造柱设置比砖房严格。组合柱：钢筋砼与砖组合。,5、楼盖和屋盖,底层框架砖房的底层楼盖应采用现浇或装配整体式楼盖。厚度不宜小于120mm。内框架砖房的屋盖应采用现浇或装配整体式屋盖。6、圈梁 采用装配式钢筋砼板时，各层均应设圈梁，现浇楼板，可不设圈梁，但板中钢筋需与构造柱钢筋相连。,6.6 内框架房屋的抗震设计要点,一、震害及分析 组合结构形式：钢筋混凝土框架+砖砌体 构件的性能不同，破坏严重。,二、多层内框架砖房的抗震计算,1、地震剪力 沿高度的分配，考虑顶部附加剪力 取 则2、楼层地震剪力的分配 抗震墙地震剪力。同底部框架砖房，抗震墙承担全部剪力，并按刚度分配到各墙片。,内框架砖房柱的地震剪力,由于砖柱和混凝土柱的材料不同，造成在受力过程中的变形、刚度变化复杂，规范考虑各种影响因素用电算计算了360例，分析归纳后得到经验公式 柱类型系数 混凝土内柱 0.012，外墙组合砖柱 0.075，无筋砖柱 0.005,抗震横墙间的开间数,内框架的跨数 抗震横墙间距与房屋总宽度的比值，小于0.75 取 0.75 计算系数按P158表6-17，与总层数有关,