多层砌体及底层框架抗震设计.ppt
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1、建筑结构抗震设计,2013-5-17,任课教师:,Company Logo,本课程的主要内容,1.绪论2.场地、地基和基础3.地震作用和结构抗震验算4.结构隔震、消能和减震控制5.混凝土房屋结构抗震设计6.钢结构房屋的抗震设计7.多层砌体及底层框架抗震8.构筑物抗震设计9.桥梁结构抗震设计10.地下工程抗震设计,Company Logo,7.0 概述,多层砌体房屋由粘土砖、烧结多孔粘土砖、粉煤灰中型实心砌块和混凝土中、小型砌体砌筑而成的墙及柱作为主要受力构件,并采用钢筋混凝土楼盖、屋盖的混合结构称为(混合)砌体结构,这是我国目前在多层民用建筑中普遍采用的结构形式之一。可分为:砖砌体、砌块砌体和
2、石砌体结构。砖、石砌体结构已有几千年的历史,但砌块结构只有近百年。砌体结构主要用于受压构件,特别是建筑物中的墙、柱等构件。砌体结构区别于其他结构的主要特点:造价低,施工简便;主要用于墙、柱受压构件;人工砌筑,质量的离散性较大;整体性差,需要用圈梁、构造柱等提高其整体性和抗震性能。杯具特征:自重大,刚度大,地震作用大!抗拉、抗弯、抗剪性能差!受施工性能影响大!抗震性能比较差!,Company Logo,7.0 概述,底层为框架的多层砌体房屋就是底层或底部两层为框架结构,上部基层为砌体结构的房屋。由于其造价低廉、施工方便和使用性能良好等特点,被广泛应用于我国中小城市的临街建筑这类房屋底层采用钢筋混
3、凝土框架结构,能提供较大的使用空间,多用来做商铺使用;上部采用多层砌体结构形式,可用来做住宅、办公室等由于其上部是砌体形式,下部是框架形式,造成了“头重脚轻”“上刚下柔”的结果从抗震的角度来讲,这对房屋的抗震设防是极为不利的,“头重脚轻”导致其在地震作用下上部砌体以很大的惯性力作用于底层框架;“上刚下柔”则造成结构竖向刚度分布不均匀,使房屋容易出现薄弱层,而薄弱层多出现在底层。,Company Logo,7.1 震害及分析,砌体结构房屋的震害主要由墙体和连接的破坏引起。构造措施和施工质量对其抗震性能有很大影响,在地震中普遍破坏严重,国内外历次地震:1923年日本关东地震,东京约有砖石结构房屋7
4、000栋,几乎全部遭到不同程度的破坏;1048年原苏联阿什哈巴德地震,砖石结构房屋的破坏和倒塌率达70%-80%;1976年唐山地震,对烈度为10、11度区的123栋2至9层的砖混结构房屋的调查,倒塌率为63.2%,严重破坏为23.6%,尚能修复使用的4.2%,实际破坏率达95.8%;汶川、玉树、雅安地震中,砌体结构同样破坏严重,Company Logo,7.1 震害及分析,Company Logo,7.1 震害及分析,砌体结构的主要破坏形式:一、墙体破坏在地震中,墙体破坏主要表现为墙体产生交叉(X型)裂缝或墙体压碎。一般底层墙体由于受到的地震剪力较大而容易在地震中遭受剪切破坏,如果底层开洞较
5、少或具有足够的刚度,则破坏部位转移到上一层。1、X型裂缝,主要出现在窗间墙,当窗下墙较矮或较薄弱而窗间墙较宽时,则常在窗下墙形成。裂缝的开展程度一般是上重下轻。,Company Logo,7.1 震害及分析,2、水平裂缝多发生于外纵墙窗口上下皮处。房屋纵向承重时,横墙间距大而屋盖刚度弱时,纵墙出现平面受弯而产生水平裂缝。,Company Logo,7.1 震害及分析,3、竖向裂缝多产生于横纵墙交接处。,Company Logo,7.1 震害及分析,二、外纵墙倒塌纵墙的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。1、全部倒塌原因:墙体抗震强度不足。图为唐
6、山市文化路青年宫震后照片,砖混结构的二层楼房,除四根门柱外,全部倒塌。,Company Logo,7.1 震害及分析,上部倒塌原因分析:房屋上层自重大,刚度差;上层砌体强度弱,整体性差。,Company Logo,7.1 震害及分析,3、局部倒塌原因分析:个别部位的整体性特别差,纵墙与横墙间联系不好,平面或立面有显著的突出,抗震缝处理不当等。,Company Logo,7.1 震害及分析,Company Logo,7.1 震害及分析,Company Logo,7.1 震害及分析,三、墙角破坏结构上受到地震作用比较复杂,墙角通常是比较敏感的部位,地震中极易遭到破坏。差的施工质量往往引起内墙破坏、
7、隔墙移位和局部破坏,这种破坏多发生在上层。原因分析:房屋角部刚度较大,地震时受扭转作用,地震反应明显增大,受力复杂,易产生应力集中。房屋角部位于房屋尽端,整体约束作用相对较低,抗震能力降低。,Company Logo,7.1 震害及分析,Company Logo,7.1 震害及分析,四、刚度突变引起的破坏底层框架多层砌体结构在地震中多发生“鸡腿效应”破坏。由于刚度突变引起部分建筑在地震中破坏。带坡屋顶的多层砌体结构在斜坡处由于承载面积突然缩小和墙体强度削弱往往引起破坏。楼梯间处由于水平楼面板断开、墙体比较高,刚度变化比周围大,往往引起破坏。楼梯间的墙体一般震害较重,原因是横墙间距小,水平刚度大
8、,因而地震作用大,墙体沿高度方向缺乏有力的空间支撑,空间刚度较小,稳定性差,踏步嵌入墙内,墙体有削弱等。,Company Logo,7.1 震害及分析,图为汶川地震中砌体结构楼梯间破坏,Company Logo,7.1 震害及分析,五、楼板和屋盖楼板和屋盖是地震时传递水平地震作用的主要构件,其破坏一般是由于墙体开裂、错位或倒塌引起的,因本身强度和刚度不足而引起的破坏极为少见。因为一般会采用钢筋混凝土楼板和屋盖。预制板端部搁置长度过短或无可靠的板与板及板与墙的拉接措施,会造成局部倒塌。,Company Logo,7.1 震害及分析,六、附属物砌体结构上的女儿墙、烟囱、塔楼、雨蓬和阳台由于上部结构
9、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。,Company Logo,7.1 震害及分析,七、其他当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。P212图,Company Logo,7.1 震害及分析,震害规律砌体结构的震害情况,宏观上具有以下规律:刚性楼盖房屋,上层破坏轻、下层破坏重;柔性楼盖房屋,上层破坏重、下层破坏轻;横墙承重房屋的震害轻于纵墙承重房屋;坚实地基上的房屋震害轻于软弱地基和非均匀地基上的震害;预制楼板结构比现浇楼板结构破坏重;外廊式房屋往往地震破坏较重;房屋两端、转角、楼梯间、附属结构震害较重。,Company Logo,7.
10、2 多层砌体及底层框架结构抗震设计,一、结构布置1、优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系;2、纵横墙的布置应符合下列要求:1)宜均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续;且纵横向墙体的数量不宜相差过大;2)平面轮廓凹凸尺寸,不应超过典型尺寸的50;当超过典型尺寸的25时,房屋转角处应采取加强措施;3)楼板局部大洞口的尺寸不宜超过楼板宽度的30,且不应在墙体两侧同时开洞;4)房屋错层的楼板高差超过500mm时,应按两层计算;错层部位的墙体应采取加强措施;5)同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀;墙面洞口的面积,6、7度时不宜大于墙面总面积的55,8、9度时不宜大于50;6)在房屋宽度方向的中部应
11、设置内纵墙,其累计长度不宜小于房屋总长度的60(高宽比大于4的墙段不计入)。,Company Logo,7.2 多层砌体及底层框架结构抗震设计,3、下列情况宜设置防震缝,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70mm100m:1)房屋立面高差在6m以上;2)房屋有错层,且楼板高差大于层高的14;3)各部分结构刚度、质量截然不同。4、楼梯间不宜设置在房屋的尽端或转角处。5、不应在房屋转角处设置转角窗。6、横墙较少、跨度较大的房屋,宜采用现浇钢筋混凝土楼、屋盖。,Company Logo,7.2 多层砌体及底层框架结构抗震设计,7、房屋高度和层数的要求多层砌体房屋的抗震能力与
12、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。上部结构的层数越多,影响越严重。因而我国规范规定房屋的层数和高度一般不超过下表的要求,对医院、教学楼等及横墙较少的多层砌体房屋,总高度应比下表规定降低3m,层数相应减少一层。,Company Logo,7.2 多层砌体及底层框架结构抗震设计,注:1、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应允许从室外地面算起;对带阁楼的坡屋面应算到山尖墙的12高度处;2、室内外高差大于0.6m时,房屋总高度应允许比表
13、中的数据适当增加,但增加量应少于1.0m;3、乙类的多层砌体房屋仍按本地区设防烈度查表,其层数应减少一层且总高度应降低3m;不应采用底部框架-抗震墙砌体房屋;4、本表小砌块砌体房屋不包括配筋混凝土小型空心砌块砌体房屋。,Company Logo,7.2 多层砌体及底层框架结构抗震设计,8、层高的限制多层砌体承重房屋的层高,不应超过3.6m。底部框架-抗震墙砌体房屋的底部,层高不应超过4.5m;当底层采用约束砌体抗震墙时,底层的层高不应超过4.2m。注:当使用功能确有需要时,采用约束砌体等加强措施的普通砖房屋,层高不应超过3.9m。9、高宽比对多层砌体房屋为避免整体弯曲破坏,除限制房屋总高度外,
14、还要限制其高宽比。我国规范对多层砌体房屋总高度与总宽度的最大比值限值如下表:,Company Logo,7.2 多层砌体及底层框架结构抗震设计,10、横墙的间距多层砌体结构在平面布置时,房屋的抗震横墙间距,不应超过下表的要求:,注:1 多层砌体房屋的顶层,除木屋盖外的最大横墙间距应允许适当放宽,但应采取相应加强措施;2 多孔砖抗震横墙厚度为190mm时,最大横墙间距应比表中数值减少3m。,Company Logo,7.2 多层砌体及底层框架结构抗震设计,11、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文体。为避免局部破坏而引起整体结构的破坏甚至倒塌,局部尺寸的最小值应符合
15、下表要求:,Company Logo,7.2 多层砌体及底层框架结构抗震设计,12、底层框架-抗震墙砌体布置,应符合下列要求:上部的砌体墙体与底部的框架梁或抗震墙,除楼梯间附近的个别墙段外均应对齐。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。6度且总层数不超过四层的底层框架-抗震墙砌体房屋,应允许采用嵌砌于框架之间的约束普通砖砌体或小砌块砌体的砌体抗震墙,但应计入砌体墙对框架的附加轴力和附加剪力并进行底层的抗震验算,且同一方向不应同时采用钢筋混凝土抗震墙和约束砌体抗震墙;其余情况,8度时应采用钢筋混凝土抗震墙,6、7度时应采用钢筋混凝土抗震墙或配筋小砌块砌体抗震墙。,Co
16、mpany Logo,7.2 多层砌体及底层框架结构抗震设计,底层框架-抗震墙砌体房屋的纵横两个方向,第二层计入构造柱影响的侧向刚度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。底部两层框架,抗震墙砌体房屋纵横两个方向,底层与底部第二层侧向刚度应接近,第三层计入构造柱影响的侧向刚度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。底部框架-抗震墙砌体房屋的抗震墙应设置条形基础、筏形基础等整体性好的基础。结构,Company Logo,7.2 多层砌体及底层框架结构抗震设计,二、抗震计算多层砌体房屋和底层框
17、架砌体房屋,刚度沿高度分布一般比较均匀,以剪切变形为主,因此可采用底部剪力法进行抗震计算,并按规定对地震作用效应进行调整。一般指考虑地震作用沿两个主轴方向分别验算房屋在横向和纵向水平地震力作用下,横墙和纵墙在自身平面内的剪切强度。对砌体房屋,可只选从属面积较大或竖向应力较小的墙段进行截面抗震承载力验算。1、计算简图1)基本假定取防震缝所划分的独立单元为计算单元;认为各层楼盖水平刚度为无限大,进作平移运动,各楼层的质量分别集中在相应楼盖处;结构变形为剪切型,且只考虑第一振型,倒三角形。,Company Logo,7.2 多层砌体及底层框架结构抗震设计,2)计算简图:第i层重力荷载代表值:本层楼盖
18、的自重,可变荷载组合值以及本层上、下各半层的墙体自重结构底部固定端标高的确定方法:基础埋置较浅,取基础顶面;基础埋置较深,取室外地坪下500mm处;全地下室,取地下室顶板顶面;半地下室,取地下室室内地坪处。,Company Logo,7.2 多层砌体及底层框架结构抗震设计,2、底部剪力法底部剪力法计算水平地震作用,因多层砌体房屋水平侧移刚度大,自振周期短,一般在之间,地震影响系数值基本在地震影响系数曲线的平台部分,故计算时可取水平地震影响系数最大值,即取=max。同时可忽略顶部附加地震作用的影响(T11.4Tg),即顶部附加作用系数为零。,Company Logo,7.2 多层砌体及底层框架结
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