第6章 多层砌体结构房屋的抗震设计

（1）水平地震作用方向应分别考虑两个主轴方向， 即沿横墙方向和纵墙方向，分别进行抗震验算； （2）结构变形为剪切型。
由于对多层砌体房屋的高度、高宽比及横墙间 距等，规范都有一定的规定和限制。
在计算多层砌体房屋地震作用时，应以防震缝所划分的 结构单元作为计算单元，各楼层的集中质点设在楼、屋盖标 高处。各楼层质点的重量包括该层楼盖的全部重量、上下各 半层墙体（包括门、窗等）重量以及该楼面上50%的活荷载；
建筑结构抗震
2019/10/9
第六章 多层砌体和底部框架砌体房屋
的抗震设计
建筑结构抗震
2019/10/9
教学要求： 本章要求学生了解多层砌体房屋设计的有关
规定、抗震计算方法以及构造要求。
建筑结构抗震
2019/10/9
6 多层砌体结构房屋的抗震设计
6.1 多层砌体和底部框架砌体房屋的震害特点
砌体结构房屋主要有多层砌体房屋和底层或底 部两层框架—抗震墙砌体房屋两种。多层砌体房屋 是由普通砖、多孔砖和混凝土小型空心砌块等砌体 承重的多层房屋；底层或底部两层框架—抗震墙砌 体房屋是底部采用钢筋混凝土抗震墙，上部为多层 砌体房屋。
固定、上端嵌固，则在墙体顶 端加一单位力所产生的侧移即 为墙体的侧移柔度。
在底部剪力法中，考虑到高阶振型的影响，引入 顶部附加地震影响系数δn。而多层砌体结构自振周期 短，顶部误差小，因此顶部附加地震影响系数δn=0。
按各质点的重力矩比例 分配总地震剪力就
可以得出任一质点i的水平地震作用标准值Fi：
Fn
Fi
GiH i
n
FEK (i=1,2,…,n) (6.2)
Fj
Gj
小结： 上述多层砌体房屋的破坏原因大体可以归纳为三类： 一、房屋建筑、结构布置不当，如平立面突变； 二、墙体抗震承载力不足； 三、房屋构件间的连接强度不足。
但是通过震害调查发现，在7、8度区，甚至 在9度区，也不乏震害较轻或基本完好的例子。
分别对天津市和唐山地区的住宅进行震害统计，
比较发现：经抗震设防的砖房基本完好率达70.7%，
未经抗震设防的基本完好率仅为11.8%。
天津市8度区经7度设防的74年通用住宅震害统计（%）
基本完好 轻微破坏 中等破坏 严重破坏 倒塌
70.7
19.5
9.8
0.0
0.0
唐山地区8度区多层砖房的震害统计（%）
基本完好 轻微破坏 中等破坏 严重破坏 倒塌
11.8
35.3
29.4
23.5
0.0
可见，若能针对砌体结构的弱点进行合理设 计，采用适当的构造措施，确保施工质量，砌体 结构的抗震性能是能够得到改善的。
GjH j
j 1
F1
G1
作用于第i层的楼层地震剪力标准值Vi为i层以
上的地震作用标准值之和，即：
n
Fn
Vi Fj
Fi
Gi
(6.3)
！ ji
Vi
注意：对突出屋面的小建筑，考虑鞭梢效应，其
地震作用效应仍乘以增大系数3，但不向下传递。
6.3.3 楼层地震剪力在墙体中的分配
楼层地震剪力Vi是作用在整个房屋某一楼层上的 剪力。首先要把Vi分配到同一楼层的各道墙体上去， 对于开洞墙体，还要再把每道墙上的地震剪力分配到 某一墙段上。再按照砌体结构的方法对墙体的抗震承 载力进行验算。
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。
二、房屋总高度、层数、层高限值
房屋的层数越多、高度越大，地震作用也大，震
害就越严重。因此，控制房屋的层数和高度是一项经
济又有效的抗震措施。规范针对不同的房屋类别，在
不同地震烈度下对多层砌体结构的高度和层数作了相
应地限制。
房屋类别
烈度
最小
简图中固定端标高的确定方法：当基础埋 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。
6.3.2 水平地震作用和地震剪力的计算
多层砌体结构房屋的质量与刚度沿高度分布一
般比较均匀，而且以剪切变形为主，因此可以采用底
部剪力法计算地震作用。可按6.1式计算结构底部地震
剪力：
FEK maxG eq
Fn
Fj
Gj
(6.1)
F1
G1
FEK maxG eq
(6.1)
考虑到多层砌体房屋纵向或横向承重墙体的数量
多，房屋的侧移刚度很大，因此其纵向和横向基本周
期较短 。所以规范规定，确定水平地震作用时，水平
地震影响系数取最大值 1 max ，这是偏于安全的。
2019/10/9
§6.3 多层砌体房屋的抗震验算
多层砌体房屋的抗震验算是指在水平地震力作用 下，墙体在其自身平面内的抗剪强度验算。
抗震验算包括三个基本步骤：首先确立计算简图； 其次分配地震剪力；最后对不利墙段进行抗震验算。
6.3 多层砌体房屋抗震验算
6.3.1 计算简图 多层砌体结构房屋的计算简图，主要有以下考虑：
2、纵横向砌体抗震墙的布置要求 1）纵横墙的布置宜对称，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大于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设置内纵墙，其累计 长度不宜小于房屋总长度的60%（不计入高宽比大 于4的墙段）。
房屋抗震横墙最大间距(m)
房屋类型
烈度
6
7
8
9
现浇或装配整体式钢筋混凝土楼、屋盖
15
15
11
7
装配式钢筋混凝土楼、屋盖
11
11
9
4
木楼、屋盖
9
9
4
五、房屋局部尺寸的限制 在强烈地震作用下，房屋首先在薄弱部位破坏，
这些薄弱部位一般是：窗间墙、尽端墙段、突出屋顶
的女儿墙等。
房屋局部尺寸限值(m)
部位
烈度
二、墙体开裂 由于墙体抗剪承载力不足，易产生裂缝，主要有
“X”形、水平和竖向三种类型。 1、 “X”形裂缝
墙体在竖向压力和反复水 平剪力作用下产生X形裂缝。 常出现“X”形裂缝的位置：
与主震方向平行的墙体； 在横向，房屋两端的山墙； 在纵向，窗间墙。
2、 水平裂缝 当房屋纵向承重，横墙间距大而屋盖刚度弱时，易产 生水平裂缝。水平裂缝大都发生于高宽比较大的窗间墙。
小结： • 多层砌体房屋抗震设计的一般规定：结构的平面和
立面布置、房屋总高度和层数的限制、最大高宽比 的限制、最大抗震横墙间距的限制和最小局部尺寸 的限制。 • 这些规定 是我国几十年来 抗震设计经验的总结， 是提高砌体房屋抗震能力的有效措施。在进行多层 砌体房屋设计时，应遵守相应的规定。
建筑结构抗震
6.1.1 多层砌体房屋的震害特点
在多层砌体结构房屋中，墙体是主要的承重 构件，不仅承受竖向荷载，也承受水平和竖直方 向的地震作用。加之砌体本身的脆性性质，地震 时在墙体上很容易产生裂缝，在反复地震作用下， 裂缝不断发展，最后导致墙体破坏。其震害特点 有以下几类：
一、房屋倒塌
当房屋墙体 特别是底层墙体 整体抗震强度不足 时，易发生整体倒塌； 当房屋局部或上层墙体抗震强度不足时，易发生 局部倒塌；另外，当构件间连接强度不足时，个 别构件因失去稳定也会发生局部倒塌。
6
7
8
9
承重窗间墙最小宽度
1.0
承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离
1.0
非承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离 1.0
内墙阳角至门窗洞边的最小距离
1.0
无锚固女儿墙(非出入口处)的最大高度 0.5
1.0 1.2 1.5 1.0 1.2 1.5 1.0 1.0 1.0 1.0 1.5 2.0 0.5 0.5 0.0
三、房屋高宽比的限制
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。为了保证房屋的刚度和整体抗弯能力，
规范对房屋总高度与总宽度的最大比值即高宽比作
了相应限定。
房屋高宽比的限值表
烈度
6
7
8
9
最大高宽比
2.5
2.5
2.0
1.5
四、抗震横墙间距的限制 横向地震作用主要由横墙承受。横墙间wk.baidu.com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，所以抗震性能差。因此规 范对多层砌体房屋的抗震横墙间距作了相应限制：
楼层地震剪力 在同一层 各墙体间的分配主要取 决于楼盖的水平刚度及各墙体的侧移刚度。
6.3.3 楼层地震剪力在墙体中的分配
工程实践中常将楼盖理想化为三种类型：刚性楼 盖、柔性楼盖和中性楼盖。 墙体抗侧刚度的计算方 法，然后就三种楼盖类型分别讨论各墙体地震剪力的 计算公式。
一、墙体侧移刚度
侧移柔度：假定墙体下端 P=1
3、防震缝 防震缝可以将复杂的结构体系分成简单的结构体系。
（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1/4； （3）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，缝宽应根据烈度和房 屋高度确定，可采用70mm-100mm： 4、楼梯间的位置
不宜设置在房屋的尽端和转角处。 5、不应在房屋转角处设置转角窗。
6.1.2 底部框架-抗震墙房屋的震害特点
底部框架-抗震墙砌体房屋的震害规律是： 底层墙体的破坏比框架柱重，而框架柱震害比框 架梁重，房屋上部砌体的破坏状况与多层砌体房 屋相似，但破坏程度比房屋的底层要轻。
主要是由于结构的上部砌体纵横墙较密，抗 侧刚度大；而底层承重结构为框架-抗震墙，其 抗侧刚度比上部小，结构体系上刚下柔。底层或 底部成为抗震薄弱层，地震中破坏严重。
水平裂缝 1999年9月21日九二一大地 震，位于震中央的台中县雾 峰乡光复国中教舍墙壁上出 现水平裂缝
3、 竖向裂缝
大都发生于横纵墙交接处或变化较大的两部体系的 交接处。
三、墙角破坏 墙角是纵横两个方向地震作用的交汇处，应
力状态复杂，破坏形态多样，通常有受剪斜裂缝、 受压竖向裂缝、块材被压碎或墙角脱落。
(mm)
6
7
8
9
高度 层数 高度 层数 高度 层数 高度 层数
普通粘土砖 240 24 8 21 7 18 6 12 4
多孔粘土砖 240 21 7 190 21 7
21 7 18 6
18 6 15 5
12 4 --- ---
混凝土小砌块 190 21 7 21 7 18 6 --- ---
需要注意的是： 1、对横墙较少的多层砌体房屋，总高度应比表中 的规定降低3m，层数相应减少一层；各层横墙很 少的多层砌体房屋，还应再减少一层。
• 注：横墙较少指同一楼层内开间大于4.2m的房 间占该层总面积的40%以上；
• 开间不大于4.2m的房间占该层总面积不到20% 且开间大于4.8m的房间占该层总面积的50%以 上为横墙很少。
2、6、7度时横墙较少的多层砌体住宅楼，当按规 定采取加强措施并满足抗震承载力要求时，其高度 和层数可按上表采用。 3、采用蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖的砌体房屋， 当砌体的抗剪强度仅达到普通粘土砖砌体的70%时， 房屋层数应比普通砖房减少一层，总高度应减少3m； 当砌体的抗剪强度仅达到普通粘土砖砌体的取值时， 房屋层数和总高度的要求同普通砖房。 4、多层砌体承重房屋的层高，不应超过3.6m。
六、楼板和屋盖 楼板和屋盖是传递水平地震作用的主要构件。 其破坏主要是由于楼板支承长度不足或与墙
体的连接不好，引起局部塌落，或是其下部的支 承墙体破坏倒塌，引起楼、屋盖塌落。
七、房屋附属物
由于“鞭梢效应”，突出屋面的屋顶间、 烟囱、女儿墙等发生破坏。 八、其他破坏
伸缩缝或沉降缝由于缝宽不够，地震时缝 两侧墙体侧移较大，发生碰撞而造成破坏。
建筑结构抗震
6.2 抗震设计的一般规定
2019/10/9
针对多层砌体结构的震害特点，加强房屋的整体性和 空间刚度，提高墙体的抗震承载力，加强构件的相互连接， 是砌体结构抗震设计的重要内容。因而，在具体设计时， 还必须遵守以下一些规定:
一、 多层砌体房屋的结构体系
1、应优先采用横墙承重或纵横墙共同 承重的结构体系；不应采用砌体墙和 混凝土墙混合承重的结构体系。
四、纵横墙连接破坏 由于纵横墙连接差，且受到两个方向的地震作用，
交接处易出现竖向剪切裂缝，严重时纵横墙脱开，外 纵墙倒塌。
五、楼梯间破坏 主要是楼梯间墙体破坏，而楼梯本身很少破坏。 原因是：楼梯间由于刚度较大，所受的地震 力也大，而在高度方向缺乏楼盖的侧向支承， 空间刚度差，且高厚比较大，容易发生破坏。