多层砌体房屋抗震设计课件.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 砌体结构:由块体和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要砌体结构:由块体和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要受力构件的结构。是砖砌体、砌块砌体和石砌体结构的统称。受力构件的结构。是砖砌体、砌块砌体和石砌体结构的统称。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、墙体的破坏一、墙体的破坏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斜裂缝主拉应力常出现常出现“X”形裂缝的位置:形裂缝的位置:与主震方向平行的墙体;与主震方向平行的墙体;在横向,房屋两端的山墙;在横向,房屋两端的山墙;在纵向,窗间墙在纵向,窗间墙。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
4、整个墙段X裂缝。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 当房屋纵向承重,横墙间距大而屋盖刚度弱时,纵墙出平面当房屋纵向承重,横墙间距大而屋盖刚度弱时,纵墙出平面受弯产生受弯产生水平裂缝水平裂缝。大都发生于外纵墙窗口的上下皮处。大都发生于外纵墙窗口的上下皮处。二、墙角破坏二、墙角破坏扭转,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、横纵墙连
5、接处破坏三、横纵墙连接处破坏 咬槎不好,两个方向的地震作用使连接处受力复杂,应力咬槎不好,两个方向的地震作用使连接处受力复杂,应力集中集中竖向裂缝竖向裂缝。四、楼梯间墙体的破坏四、楼梯间墙体的破坏l 一般震害较重。一般震害较重。l 原因:原因:位置不当;位置不当;横墙间距小,抗剪刚度大;横墙间距小,抗剪刚度大;空间刚度较小;空间刚度较小;墙体有削弱等;墙体有削弱等;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 楼板和屋盖是地震时传递水平地震作用的主要构件。楼板和屋盖是地震时传递水平地震作用的主要构件。l 对于预制板楼板、楼盖,由
6、于整体性较差、板缝偏小,混凝土灌对于预制板楼板、楼盖,由于整体性较差、板缝偏小,混凝土灌缝不够密实,地震时易于拉裂。缝不够密实,地震时易于拉裂。9度以上地区,由于墙体开裂、错度以上地区,由于墙体开裂、错位、倒塌引起楼板、楼盖掉落。预制板端部搁置长度过短或无可靠位、倒塌引起楼板、楼盖掉落。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,也造成震害。的板与板及板与墙的拉接措施,也造成震害。l 突出屋面的屋顶间(电梯机房、水箱间等)、烟囱、女儿墙,由突出屋面的屋顶间(电梯机房、水箱间等)、烟囱、女儿墙,由于于“鞭端效应鞭端效应”引起破坏。引起破坏。l 房屋附属物的破坏比下部主体结构破坏严重
7、。房屋附属物的破坏比下部主体结构破坏严重。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,地震时木屋架易塌落,顶层墙体破坏严重。屋盖整体性差,地震时木屋架易塌落,顶层墙体破坏严重。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
8、何落实抗震规范执抗震规范执行的问题,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、层数与高度一、层数与高度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.横墙较少横墙较少的多层砌体房屋,总高度比表中规定的多层砌体房屋,总高度比表中规定降低降低3m,层数相,层数相应应减少一层减少一层;各层横墙很少的多层砌体房屋,还应再减少一层。;各层横墙很少的多层砌体房屋,还应再减少一层。注:横墙较少指同一
9、楼层内注:横墙较少指同一楼层内开间大于开间大于4.2m的房间占该层总面积的的房间占该层总面积的40%以以上;其中,开间不大于上;其中,开间不大于4.2m的房间占该层总面积不到的房间占该层总面积不到20%且开间大于且开间大于4.8m的房间占该层总面积的的房间占该层总面积的50%以上为横墙很少。以上为横墙很少。3.6、7度时,横墙较少的度时,横墙较少的丙类丙类多层砌体房屋,当按规定采取加强措多层砌体房屋,当按规定采取加强措施并满足抗震承载力要求时,其高度和层数应允许仍按表中规定。施并满足抗震承载力要求时,其高度和层数应允许仍按表中规定。4.采用蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖的砌体的房屋,当砌体的抗剪强采
10、用蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖的砌体的房屋,当砌体的抗剪强度仅达到普通粘土砖砌体的度仅达到普通粘土砖砌体的70%时,房屋的层数应比普通砖房减少一时,房屋的层数应比普通砖房减少一层,总高度应减少层,总高度应减少3m;当砌体的抗剪强度达到普通粘土砖砌体的取值;当砌体的抗剪强度达到普通粘土砖砌体的取值时,房屋的层数和总高度同普通砖房屋。时,房屋的层数和总高度同普通砖房屋。二、房屋最大二、房屋最大高宽比的限制高宽比的限制 房屋高宽比:房屋总高度与总宽度的最大比值。房屋高宽比:房屋总高度与总宽度的最大比值。抗震规范对多层砌体房屋不要求作整体弯曲的承载力验算。为了使多抗震规范对多层砌体房屋不要求作整体弯曲的承
11、载力验算。为了使多层砌体房屋有足够的稳定性和整体抗弯能力,房屋的高宽比应满层砌体房屋有足够的稳定性和整体抗弯能力,房屋的高宽比应满足下表:足下表:多层砌体承重房屋的多层砌体承重房屋的层高层高,不应超过,不应超过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。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,致使纵墙发生较大出平面弯曲变形,造成纵墙倒塌。发生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
12、制的限制 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、应优先采用横墙承重或纵、横墙共同承重优先采用横墙承重或纵、横墙共同承重的结构体系。不应的结构体系。不应采用砌体墙和混凝土墙混合承重的结构体系。采用砌体墙和混凝土墙混合承重的结构体系。2、纵、横向砌体抗震墙的布置应符合下列要求:纵、横向砌体抗震墙的布置应符合下列要求:1)宜均匀对称,沿平面内对齐,沿竖向应上下连续;且纵横向)宜均匀对称,
13、沿平面内对齐,沿竖向应上下连续;且纵横向墙体的数量不宜相差过大。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)平面轮廓凹凸尺寸,不应超过典型尺寸的50%;当超过典型;当超过典型尺寸的尺寸的25%时,房屋转角处应采取加强措施。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)楼板局部大洞口的尺寸不宜超过楼板宽度的30%,且不应再,且不应再墙体两侧同时开洞。墙体两侧同时开洞。4)房屋错层的楼板高差超过)房屋错层的楼板高差超过500mm时,应按两层计算;错层部时,应按两层计算;错层部位的墙体应采取加强措施。位的墙体应采取加强措施。3、房屋有下列情况之一时宜
14、、房屋有下列情况之一时宜设置防震缝,缝两侧均应设置墙体,设置防震缝,缝两侧均应设置墙体,缝宽应根据烈度和房屋高度确定,可采用缝宽应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)房屋有错层,且楼板高度差大于层高的)房屋有错层,且楼板高度差大于层高的1/4;3)各部分结构刚度、质量截然不同。)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。、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。、横墙较少、跨度较大的房屋
15、,宜采用现浇钢筋混凝土楼、屋盖。5)同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀;墙面洞口的面积,)同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀;墙面洞口的面积,6、7度度时不宜大于墙面总面积的时不宜大于墙面总面积的55%,8、9度时不宜大于度时不宜大于50%。6)在房屋宽度方向的中部应设置内纵墙,其累计长度不宜小于)在房屋宽度方向的中部应设置内纵墙,其累计长度不宜小于房屋总长的房屋总长的60%(高宽比大于(高宽比大于4的墙段不计入)。的墙段不计入)。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
16、强度,不考虑竖向不考虑竖向地震作用。地震作用。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)地震作用下结构的变形为地震作用下结构的变形为剪切型剪切型。(2)房屋各层楼盖水平刚度无限大,各抗侧力构件在同一楼层标房屋各层楼盖水平刚度无限大,各抗侧力构件在同一楼层标高处侧移相同。高处侧移相同。l 计算单元:计算单元:以防震缝所划分的结构单元作为计算单元。以防震缝所划分的结构单元作为计算单元。把计算单元中各楼层重力荷载代表值集中在楼、屋盖标高处,把计算单元中各
17、楼层重力荷载代表值集中在楼、屋盖标高处,简化为串联的多质点体系。简化为串联的多质点体系。各楼层质点重力荷载应包括楼、屋盖上的重力荷载代表值及各楼层质点重力荷载应包括楼、屋盖上的重力荷载代表值及墙体上、下层各半的重力荷载。墙体上、下层各半的重力荷载。1.计算简图计算简图一、水平地震作用计算一、水平地震作用计算 底部剪力法底部剪力法l 考虑到多层砌体房屋中纵向或横向承重墙体的数量较多,房屋的考虑到多层砌体房屋中纵向或横向承重墙体的数量较多,房屋的侧移刚度很大,其纵向和横向侧移刚度很大,其纵向和横向基本周期较短,基本周期较短,T1=0.20.3 s,所以,所以抗规抗规规定:确定多层砌体房屋水平作用时
18、,采用规定:确定多层砌体房屋水平作用时,采用1=max。l 多层砌体房屋多层砌体房屋 n=0。2.楼层水平地震作用楼层水平地震作用eqmaxEkGFEk1FHGHGFnjjjiii二、二、楼层水平地震剪力分配楼层水平地震剪力分配l 通常采用两次分配:楼层水平地震剪力通常采用两次分配:楼层水平地震剪力 Vi 同一楼层的各道墙同一楼层的各道墙 同一道墙的某一墙段同一道墙的某一墙段l 主要取决于:主要取决于:楼盖的水平刚度、类型楼盖的水平刚度、类型以及以及各墙体的抗侧力等效刚度各墙体的抗侧力等效刚度l 横向的地震剪力由横向墙体承担;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。纵向的地
19、震剪力由纵向墙体承担。l 楼层地震剪力楼层地震剪力等于该楼层以上各楼层质点的水平地震作用之和。等于该楼层以上各楼层质点的水平地震作用之和。GinFiFiVjnijiFV(一)(一)楼层水平地震剪力楼层水平地震剪力l 突出屋顶的小建筑,地震剪力放大突出屋顶的小建筑,地震剪力放大3倍,不往下传递。倍,不往下传递。jjjjj1 jV2jVjnVjV(1)刚性楼盖)刚性楼盖l 刚性楼盖是指现浇及装配整体式钢筋混凝土楼盖。刚性楼盖是指现浇及装配整体式钢筋混凝土楼盖。l 楼盖视作支承在弹性支座(即各横墙)上的刚性连续梁。楼盖视作支承在弹性支座(即各横墙)上的刚性连续梁。l 各横墙将产生相等的水平位移各横墙
20、将产生相等的水平位移。l 各墙所承受的地震剪力按墙体的各墙所承受的地震剪力按墙体的侧移刚度侧移刚度比例进行分配。比例进行分配。1、横向地震剪力的分配横向地震剪力的分配jnmjmVV1jjmjmkVnmjjmjkV1jnmjmjVk11jnmjmjmjmVkkV1(二)同一楼层各道墙体的分配(二)同一楼层各道墙体的分配墙体侧移刚度墙体侧移刚度 k 的计算的计算(a)无洞墙无洞墙体体l h/b4时:时:0k(b)有洞墙体)有洞墙体l 墙体开墙体开有规则洞口情有规则洞口情况况1232h1h3h321iik1niik11313、iEtkii对于对于水平实心墙带水平实心墙带:对对于于窗间墙窗间墙:21i
21、kksriri1/iririrbh时时irirEtk341ir时时33iririrEtkl 不规则洞口情况不规则洞口情况2h1h3h1qk2qk3qk4qk11k13k12k21k22k23k24k25k26k27k28k29k3k34321111kkkkkkqqqq232221111111kkkkkq262524122111kkkkkq292827134111kkkkkq 墙段墙段宜按门窗洞口划分宜按门窗洞口划分;对设置构造柱的小开口墙段按毛截面;对设置构造柱的小开口墙段按毛截面计算的刚度,可根据开洞率乘以下表的墙段计算的刚度,可根据开洞率乘以下表的墙段洞口影响系数洞口影响系数。小开口墙段小
22、开口墙段指开洞率不大于指开洞率不大于30%的墙段。的墙段。(2)柔性楼盖)柔性楼盖l 柔性楼盖是指木结构等。柔性楼盖是指木结构等。l 将楼盖视作支承在横墙上的简支梁。将楼盖视作支承在横墙上的简支梁。l 按第按第m道横墙道横墙从属面积上重力荷载代表值从属面积上重力荷载代表值的比例分配。的比例分配。jjjmjmVGGVjmjmjmjmjm1 jV2jVjnVjVjmG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;jG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。!从属面积从属面积:墙体负担地震作用的面积,是依据水平地震作用来划:墙体负担地震作用的面积,是依
23、据水平地震作用来划分的荷载面积,且一方向的水平地震作用全部由平行于该方向的墙分的荷载面积,且一方向的水平地震作用全部由平行于该方向的墙体承担。体承担。墙体承担墙体承担竖向竖向静力荷载的静力荷载的负荷面积负荷面积:取决于结构布置及传力途径。:取决于结构布置及传力途径。当楼层单位面积当楼层单位面积上的重力荷载代表值相等时,可进一步简上的重力荷载代表值相等时,可进一步简化为按各墙片所承担的地震作用的面积比化为按各墙片所承担的地震作用的面积比进行分配:进行分配:jjjmjmVAAVjmA第第j层第层第m道横墙所应分配地震作用的建筑面积;道横墙所应分配地震作用的建筑面积;jA第第j层的建筑面积。层的建筑
24、面积。(3)中等刚度)中等刚度楼盖房屋楼盖房屋l 中等刚度楼盖:介于刚度楼盖和柔性楼盖之间的楼(屋)盖,中等刚度楼盖:介于刚度楼盖和柔性楼盖之间的楼(屋)盖,如装配式钢筋混凝土楼盖。如装配式钢筋混凝土楼盖。l 可近似按刚性楼盖和柔性楼盖结果的可近似按刚性楼盖和柔性楼盖结果的平均值平均值分配。分配。jjjmjsnsjmjmVAAkkV)(211 2.纵向地震剪力的分配纵向地震剪力的分配 由于房屋纵向的水平刚度比横向刚度大得多,可按纵墙的侧移由于房屋纵向的水平刚度比横向刚度大得多,可按纵墙的侧移刚度比例来确定。也就是无论柔性的木楼该或中等刚度的装配式钢刚度比例来确定。也就是无论柔性的木楼该或中等刚
25、度的装配式钢筋混凝土楼盖,均按筋混凝土楼盖,均按刚性楼盖刚性楼盖公式计算。公式计算。l 对于具对于具有洞口有洞口的墙片,要把地震剪力分配给该墙片的墙片,要把地震剪力分配给该墙片洞口间洞口间和和墙端墙端的墙段。的墙段。l 各墙段所分配的地震剪力,视各各墙段所分配的地震剪力,视各墙段间侧移刚度墙段间侧移刚度比例而定。比例而定。l 第第m道墙第道墙第r墙段所分配的地震剪力为:墙段所分配的地震剪力为:jmmisimrmrVkkV1(三)同一道墙的各墙段的分配(三)同一道墙的各墙段的分配mrV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;jmV第第j层第层第m道墙所分配的地震剪力;道墙
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