多層砌體房屋的抗震設(shè)計(jì)

第6章

多層砌體房屋的抗震設(shè)計(jì)§6.1概述多層砌體磚房占民用建筑的90%，整個(gè)建筑業(yè)80%1923年日本關(guān)東大地震，7000幢磚石結(jié)構(gòu)房屋，只有1000幢能恢復(fù)使用。1906年美國(guó)的舊金山地震，磚石房屋破壞特別嚴(yán)重1948年，蘇聯(lián)的阿什哈巴德地震，磚石結(jié)構(gòu)的破壞和倒塌率為70%~80%唐山、海城等震后調(diào)查6度區(qū)女兒墻、小煙囪嚴(yán)重破壞。7度區(qū)少數(shù)房屋輕微損壞，少數(shù)中等損壞，個(gè)別嚴(yán)重。8度區(qū)多數(shù)出現(xiàn)震害，近半數(shù)達(dá)到中等和嚴(yán)重破壞。9度區(qū)房屋普遍遭到破壞，多數(shù)達(dá)到嚴(yán)重破壞，個(gè)別倒塌。10度區(qū)少數(shù)嚴(yán)重破壞，大多數(shù)倒塌。說(shuō)明：多數(shù)磚房的抗破壞能力很低，但仍具有較高的抗倒塌能力。僅在10度11度才有大量磚房倒塌。除高烈度區(qū)，經(jīng)過(guò)合理設(shè)計(jì)、施工的磚房可以在地震區(qū)采用。進(jìn)行震害調(diào)查，有利于找出房屋的薄弱環(huán)節(jié)，總結(jié)有益的抗震措施。一、墻體二、墻角破壞扭轉(zhuǎn)，應(yīng)力集中，約束小等——V型裂縫三、縱橫墻出現(xiàn)豎向裂縫，咬槎連接不好四、樓梯間破壞樓梯間墻體較其它墻體震害嚴(yán)重。原因：間距小，剛度大，剪力大?？臻g剛度小，墻體削弱。五、樓板與屋蓋預(yù)制板板縫拉開(kāi)，樓板掉落。原因：板與板拉接不利，板的擱置長(zhǎng)度過(guò)短。六、房屋附屬物破壞女兒墻、出屋面煙囪、垃圾道、屋頂小間破壞嚴(yán)重。原因：鞭梢效應(yīng)七、帶鋼筋砼構(gòu)造柱磚房構(gòu)造柱：在墻體中設(shè)置鋼筋砼柱起到約束墻體的作用，可使房屋裂而不倒。震害比無(wú)構(gòu)造柱的磚房顯著減輕?！?.2結(jié)構(gòu)方案與結(jié)構(gòu)布置多層砌體房屋的抗震措施，既屬概念設(shè)計(jì)范圍，也屬防倒塌設(shè)計(jì)的問(wèn)題。防倒塌問(wèn)題不是依靠罕遇地震作用下的變形驗(yàn)算，而是做好細(xì)部處理和總體布置。一、房屋的體型與防震縫參考書(shū)《建筑體型與抗震設(shè)計(jì)》[美]1、平立面應(yīng)規(guī)則，抗側(cè)力墻應(yīng)均勻布置不規(guī)則體型2、優(yōu)先采用橫墻承重和縱橫墻承重方案不宜采用縱墻承重方案3、縱橫墻宜均勻?qū)ΨQ(chēng)，上下左右對(duì)齊4、樓梯間不宜設(shè)置在房屋的盡端和轉(zhuǎn)角處不規(guī)則建筑：⑴立面高差在6m以上⑵房屋有錯(cuò)層，且樓板高差較大⑶結(jié)構(gòu)的剛度、質(zhì)量截然不同二、房屋的總高度與最大高寬比要求1、總高度見(jiàn)表P984-1 以粘土磚房為例：5、對(duì)8度、9度區(qū)不規(guī)則的建筑宜設(shè)防震縫地震作用隨高度而增大，高度越大，震害越重對(duì)醫(yī)院、學(xué)校等、橫墻間距較大的建筑，總高度-3m2、最大高寬比為了防止建筑物在水平地震作用下不發(fā)生整體彎曲破壞，規(guī)范未規(guī)定對(duì)這類(lèi)建筑進(jìn)行整體彎曲驗(yàn)算，而是對(duì)最大高寬比的限制做了規(guī)定。三、抗震橫墻的最大間距

見(jiàn)P99表4-3地震力的傳遞，樓蓋→橫墻7度:現(xiàn)澆樓蓋18m，裝配樓蓋15m樓蓋要有足夠的剛度，不使縱墻因彎曲而破壞。樓蓋的剛度與橫墻的間距有關(guān)§6.3多層砌體房屋抗震計(jì)算要點(diǎn)：1、只考慮橫墻及縱墻分別在水平地震作用下，平面內(nèi)的抗剪強(qiáng)度，不考慮豎向地震作用。2、只需驗(yàn)算不利的墻段：承載面積較大，豎向應(yīng)力較小。

計(jì)算的過(guò)程：地震作用計(jì)算——地震剪力的分配——砌體的抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算一、水平地震作用計(jì)算1、計(jì)算簡(jiǎn)圖注意底層H的取法一般取室外地坪下0.5m2、樓層水平地震作用周期：由于砌體房屋的橫墻很多，剛度很大，一般T不超過(guò)0.25s，所以取3、突出屋頂?shù)男〗ㄖ卣鸺袅Ψ糯?倍

二、樓層水平地震剪力在各抗側(cè)力墻體間的分配地震剪力通過(guò)樓板傳給橫墻，分給各墻體的地震力大小與樓板的剛度和墻體的剛度有關(guān)。

1、樓層地震剪力的分配橫向的地震剪力由橫向墻體承擔(dān)?？v向的地震剪力由縱向墻體承擔(dān)。⑴橫向樓層地震剪力的分配：與墻體的剛度和樓蓋的剛度有關(guān)。a、剛性樓蓋現(xiàn)澆鋼筋砼樓蓋或裝配整體式鋼筋砼樓蓋認(rèn)為樓蓋為剛性，各墻體的側(cè)移均相同。設(shè)第i層的剪力為Vi第m道墻體的剪力當(dāng)墻高一樣時(shí)：b、柔性樓蓋：木結(jié)構(gòu)樓蓋等，視結(jié)構(gòu)為分段獨(dú)立的簡(jiǎn)支梁，其各自的變形與產(chǎn)生其地震剪力的重力荷載代表值有關(guān)。則當(dāng)面荷載相等時(shí)c、中等剛度樓蓋。取平均值。（裝配式鋼筋砼樓蓋）⑵縱向地震剪力分配。

由于縱向樓蓋的剛度都很大，則均視為剛性樓蓋。⑶多洞口墻體中各墻段間地震剪力分配按各墻段的剛度分配2、實(shí)心墻體的層間抗側(cè)力等效剛度

假定實(shí)心墻體為下端固定，上端嵌固的構(gòu)件考慮其彎曲變形和剪切變形的總變形對(duì)矩形截面剪應(yīng)變不均系數(shù)ξ=1.2彎曲變形δb和剪切變形δs的大小與高寬比h/b有關(guān)。抗震規(guī)范規(guī)定：當(dāng)時(shí)只考慮剪切變形影響。當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)K=0柔度很大，不考慮k值3、開(kāi)洞墻體的剛度對(duì)于開(kāi)有規(guī)則洞口的墻體，墻頂在單位力作用下墻頂位移與應(yīng)等于各墻段側(cè)移之和。左右分段時(shí)，總剛度為各段剛度之和上下分段時(shí)，總剛度為各段剛度的倒數(shù)之和的倒數(shù)。三、砌體結(jié)構(gòu)抗震強(qiáng)度驗(yàn)算1、砌體抗剪強(qiáng)度理論

有兩種：主拉應(yīng)力理論，即當(dāng)砌體在正應(yīng)力和剪力共同作用下使主拉應(yīng)力超過(guò)砌體的抗剪強(qiáng)度時(shí)，則開(kāi)裂破壞。剪切摩擦強(qiáng)度理論：砌體的抗剪強(qiáng)度由砌體本身的抗剪強(qiáng)度和由正應(yīng)力產(chǎn)生的摩擦力組成。最后抗震規(guī)范將砌體的抗剪強(qiáng)度均寫(xiě)成：混凝土小砌塊混凝土中砌塊驗(yàn)算

兩端均有構(gòu)造柱、芯柱時(shí)自承重墻體其它承重墻體2、配筋砌體⑴橫向配筋的磚墻砌體抗剪強(qiáng)度提高5%~25%，極限變形為無(wú)筋砌體的2~3倍。⑵芯柱配筋砼小砌塊墻體例題（略）1、構(gòu)造柱的作用

構(gòu)造柱對(duì)砌體的初裂荷載無(wú)明顯提高，對(duì)砌體抗剪強(qiáng)度可提高10~30%。主要作用是對(duì)墻體起約束作用，使之有較高的變形能力，是一種有效的抗倒塌措施。2、構(gòu)造柱和芯柱的設(shè)置要求構(gòu)造柱的設(shè)置可分為四個(gè)檔次。見(jiàn)表P146表6.9§6.4多層砌體結(jié)構(gòu)房屋的抗震構(gòu)造措施3、構(gòu)造柱的構(gòu)造要求⑴最小截面240*1807度6層8度5層9度⑵馬牙槎（五皮磚）與墻連接1m長(zhǎng)與墻拉結(jié)⑶構(gòu)造柱的上下拉接上與圈梁拉接，下伸入室外地面下500mm五、圈梁

1、作用：

⑴提高房屋的整體性，使房屋形成整體箱形。

⑵提高樓蓋的剛度和整體型。⑶提高墻體的整體性和變形能力。⑷減輕地基不均勻沉降對(duì)建筑的影響。2、圈梁的設(shè)置要求見(jiàn)P147表6.10縱墻：6、7度隔層設(shè)，8度、9度層層設(shè)內(nèi)橫墻：6、7度屋蓋間距<7m樓蓋<15m8度屋蓋處所有橫墻，樓蓋處<7m9度所有橫墻3、構(gòu)造要求⑴閉合，宜與板在同標(biāo)高⑵截面： 250，200，150六、連接1、墻與墻的拉接2、樓板擱置長(zhǎng)度現(xiàn)澆樓板預(yù)制樓板（未與圈梁同標(biāo)高）外墻內(nèi)墻（宜）梁上3、樓板與圈梁、墻體的拉結(jié)4、屋架（屋面梁）與墻柱的錨拉七、樓梯間由于空曠，破壞較嚴(yán)重。注意墻體的拉結(jié)，增加整體性。不采用削弱墻體的懸挑踏步，……八、房屋的局部尺寸見(jiàn)表P139，表6.4局部墻體尺寸不能太小，當(dāng)采用構(gòu)造柱時(shí)可適當(dāng)放寬。§6.5底部框架-抗震墻房屋的抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)一、震害及分析這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是上部剛度很大，下部剛度較小，形成相對(duì)薄弱的底層，在地震作用下致使底層破壞嚴(yán)重。（雞腿式）二、底部框架磚房抗震計(jì)算主要內(nèi)容有：底層側(cè)移剛度的控制底層地震剪力的分配傾覆力矩的分配底層的剛度和強(qiáng)度1、底部側(cè)移剛度的控制這種房屋的特點(diǎn)使底層較柔，上層較剛，地震時(shí)在房屋的薄弱層將發(fā)生變形集中，使底部出現(xiàn)過(guò)大側(cè)移的嚴(yán)重破壞，為減輕震害，抗震規(guī)范規(guī)定：底層框架磚房的底層，應(yīng)沿縱向橫向?qū)ΨQ(chēng)布置一定數(shù)量的抗震墻，且要求第二層與底層側(cè)移剛度比不能太小。6、7度時(shí)

8度時(shí)包括磚墻、框架、及混凝土剪力墻的剛度。框架的剛度：混凝土剪力墻：2、底層地震剪力的分配⑴底層地震剪力設(shè)計(jì)值：由底部剪力法，考慮剛度不均，乘以增大系數(shù)以修正。⑵抗震墻間的地震剪力分配關(guān)于抗震防線(xiàn)的問(wèn)題：在抗震墻未開(kāi)裂之前，墻的剛度很大，令其承擔(dān)全部地震剪力，而不考慮框架的作用，在墻開(kāi)裂后，剛度降低，這時(shí)考慮由框架和墻共同承擔(dān)地震剪力。第i片抗震墻的地震剪力

⑶框架柱的地震剪力抗震墻開(kāi)裂后，框架柱處于彈性狀態(tài)，這時(shí)考慮磚墻抗震墻的剛度降致20%，混凝土抗震墻的剛度降致30%，則框架柱的地震剪力3、地震傾覆力矩的分配

作用于底層頂部的地震傾覆力矩傾覆力矩按墻（混凝土）和框架柱的整體彎曲剛度比例進(jìn)行分配?；炷翂Φ目箯潉偠?/p>

產(chǎn)生=1rad所需的力矩M,為柔度的倒數(shù)。

柔度由兩部分組成:一為混凝土墻自身的變形二為地基的變形地基的抗彎剛度系數(shù)基礎(chǔ)底面積慣性矩框架的彎曲剛度:同樣由兩部分組成，框架柱自身的變形地基的變形由在框架柱中產(chǎn)生的附加軸力按下式計(jì)算。三、底部框架磚房抗震措施1、總高度和層數(shù)限制見(jiàn)表4-18P1412、抗震橫墻間距的限制見(jiàn)表4-193、抗震等級(jí)鋼筋混凝土的框架和抗震墻按采取不同的措施可分為抗震等級(jí)?？拐鸬燃?jí)的主要依據(jù)是烈度，場(chǎng)地類(lèi)別，結(jié)構(gòu)型式等?？拐饓Γ?/p>

6、7度可采用磚。M5砂漿

混凝土墻：

豎向、橫向配筋率：

墻邊構(gòu)件最小配筋量：4、構(gòu)造柱與組合柱多層內(nèi)框架房屋的構(gòu)造柱設(shè)置比磚房嚴(yán)格。組合柱：鋼筋砼與磚組合。5、樓蓋和屋蓋底層框架磚房的底層樓蓋應(yīng)采用現(xiàn)澆或裝配整體式樓蓋。內(nèi)框架磚房的屋蓋應(yīng)采用現(xiàn)澆或裝配整體式屋蓋。6、圈梁采用裝配式鋼筋砼板時(shí)，各層均應(yīng)設(shè)圈梁，現(xiàn)澆樓板，可不設(shè)圈梁，但板中鋼筋需與構(gòu)造柱鋼筋相連。7、局部尺寸1）、縱向窗間墻最小寬度。2）、內(nèi)框架梁在墻上的擱置長(zhǎng)度?！?.6內(nèi)框架房屋的抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)一、震害及分析組合結(jié)構(gòu)形式：鋼筋混凝土+磚砌體構(gòu)件的性能不同，破壞嚴(yán)重1、墻體破壞承重墻的剛度比框架的剛度大得多，由于集中的地震剪力過(guò)大，磚墻抗剪強(qiáng)度不足，在地震中最先破壞。2、框架柱和梁的破壞柱的上下端產(chǎn)生裂縫，砼壓碎。梁靠近支座產(chǎn)生豎向和橫向裂縫。房屋的受力過(guò)程：磚墻剛度大，地震作用大,先破壞——地震剪力轉(zhuǎn)給框架——框架梁柱損壞——由于結(jié)構(gòu)的周期變長(zhǎng)，地震力減小，所以抗倒塌能力比磚房好。二、多層內(nèi)框架磚房的抗震計(jì)算1、地震剪力沿高度的分配，考慮頂部附加剪力取則2、樓層地震剪力的分配⑴抗震墻地震剪力。同底部框架磚房，抗震墻承擔(dān)全部剪力，并按剛度分配到各墻片。⑵內(nèi)框架磚房柱的地震剪力由于磚柱和混凝土柱的材料不同，造成在受力過(guò)程中的變形、剛度變化復(fù)雜，規(guī)范考慮各種影響因素用電算計(jì)算了360例，分析歸納后得到經(jīng)驗(yàn)公式——柱類(lèi)型系數(shù)混凝土內(nèi)柱0.012