砌体结构_抗震设计5

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6
12 12 -
4 4 -
底部框架抗震墙
普通砖、多孔砖和小砌块砌体承重房屋的层高不应超过3.6m; 底层框架多层砌体房屋的底层层高不应超过4.5。 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,还要限制其 高宽比。我国《规范》对多层砌体房屋的总高度与总宽度的最大比 值限制如表7.2所示。 表7.2 砌体房屋最大高宽比限值 烈 度 最大高宽比 6 2.5 7 2.5 8 2.0 9 1.5
横墙楼层地震剪力的分配,与楼盖刚性有关。 1.刚性楼盖房屋的第i层各抗震横墙所分担的地震剪力Vim可按下式计算。
Vim
Kim
Kim
m 1
s
Vi
(7.3)
式中,
AimGim Kim him

Gim为第i层第m道墙砌体的剪切模量,取Gim=0.4Eim;Eim为第i层第m道 墙砌体的弹性模量;Aim为第i层第m道墙砌体的净横截面面积; him第 i层第m道墙砌体的高度; ξ为截面剪应力分布不均匀系数,对矩形 截面取 ξ=1.2
底层
18 15 11
18 15 11
15 11 7
11 7 4 -
底层框架-抗震墙
同多层砌体
21 18 15
注:1 多层砌体房屋的顶层,最大横墙间距允许适当放宽;2 表中木 楼、屋盖的规定,不适用于小砌块砌体房屋。
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问题。 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 表7.4的要求。
K bs
Et h / b h / b
2
Et Ks 3 h / b
3
(7.1) (7.2)
式中, b 为墙体的宽度; E为砌体弹性模量;h为墙体的高度;t为墙 体的厚度。
底层框架-抗震墙房屋的底层纵向和横向地震剪力设计值均应乘以增大 系数,其值根据第二层和底层侧向刚度比值的大小在1.2~1.5范围内选用。 该底层的纵向和横向地震剪力设计值全部由该方向的抗震墙承担,并按各 抗震墙侧向刚度比例分配。 底层框架柱的地震剪力设计值,可按各抗侧力构件有效侧向刚度比例 分配确定;有效侧向刚度的取值,框架不折减,混凝土墙可乘以折减系数 0.30,砖墙可乘以折减系数0.20。而其框架柱的轴力应计入地震倾覆力矩 引起的附加轴力,上部砖房可视为刚体,底部各轴线承受的地震倾覆力矩, 可近似底部抗震墙和框架的侧向刚度的比例分配确定。
图7.5 平面、立面布置不规则引起的破坏
7.2 多层砌体及底层框架砌体结构抗震设计 7.2.1 结构布置
多层砌体房屋的结构体系,应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的 结构体系。其纵横墙的布置宜均匀对称,沿平面内对齐,沿竖向上下连续; 同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。 多层砌体房屋,当立面高差在6m以上,或房屋有错层且楼板高差较大, 或各部分结构刚度、质量截然不同时,宜设置防震缝,缝两侧均应设置墙 体,缝宽应根据设防烈度和房屋高度确定,可采用50~100mm。 底层框架多层砌体房屋的结构布置,应满足下列要求。 (1)上部的砌体抗震墙与底部的框架梁或抗震墙应对齐或基本对齐。 (2)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 称布置或基本均匀对称布置。6、7度且总层数不超过五层的底层框架-抗 震墙房屋,允许采用嵌砌于框架之间的砌体抗震墙,但应计入砌体墙对框 架的附加轴力和附加剪力;其余情况应采用钢筋混凝土抗震墙 。 (3)底层框架-抗震墙房屋的纵横两个方向,第二层与底层侧向刚度的 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。
多层砌体房屋的抗震能力与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。上部结构的层数愈多,影响愈严重。因而我国 《规范》规定房屋的层数和高度一般不超过表7.1的要求。对于医院、教 学楼等及横墙较少的多层砌体房屋,总高度应比表7.1的规定降低3m,层 数相应减少一层。 表7.1 房屋的层数和总高度限值(m)
第7章 多层砌体及底层框架抗震设计
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。从国内外历次地震可以看到 砌体结构的主要破坏形式有以下几种。
7.1.1 墙身破坏
如图7.1所示,在地震中墙体产生交叉裂缝。墙身破坏主要表现 为墙身出现交叉斜裂缝或墙体压碎。一般地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。如果底层开洞较少或具 有足够的强度,破坏部位会转到较上一层。 如图7.2a,当窗下墙较高而窗间墙较窄时,常在窗间墙形成交 叉裂缝。如图7.2b,当窗下墙较矮或较薄弱而窗间墙较宽时,则常 在窗下墙形成交叉裂缝。
7.2.2 抗震计算
多层砌体房屋和底层框架砌体房屋,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。 在确定水平地震作用影响系数α 1时,由于砌体房屋的基本自振周期 1值基本在地震影响系数曲线的平台部分,故计算时 在0.18~0.3s之间, 可取水平地震影响系数最大值α max。 对砌体房屋,可只选择从属面积较大、竖向应力较小的墙段进行截 面抗震承载力验算。 进行地震剪力分配和截面验算时,砌体墙段的层间等效侧向刚度与 墙段的高宽比相关。墙段的高宽比指层高与墙长之比,对门窗洞边的小 墙段指洞净高与洞侧墙宽之比。当高宽比小于1时,可只计算剪切变形; 高宽比不大于4且不小于1时,应同时计算弯曲和剪切变形;高宽比大于4 时,等效侧向刚度不计,且不分配地震力。 计算砌体房屋的刚度时,墙段宜按门窗洞口划分;对小开口墙段按 毛墙面计算的刚度,可根据开洞率乘以表7.5的洞口影响系数。
房屋类别
最小墙 厚度 (mm) 240 240 190 190
240
烈度
6 7 8 9 高度 层数 高度 层数 高度 层数 高度 层数
多 层 砌 体
普通砖 多孔砖 多孔砖 小砌块
24 21 21 21
22
8 7 7 7
7
21 21 18 21
22
7 7 6 7
7
18 18 15 18
19
6 6 5 6
(7.7)
பைடு நூலகம்
对于一般房屋,当墙高相同,楼盖上重力荷载均匀分布时,上式 可简化为:
1 Aim Fim Vim Vi 2 Ai Fi
(7.8)
在纵向地震作用下,纵墙所承担的地震剪力,按纵墙的刚度比例进 行分配。 各类砌体沿阶梯形截面破坏的抗震抗剪强度设计值,按下式计算: (7.9)
1.50 2.25
7.0
1.70 2.60
10.0
1.95 3.10
15.0
2.32 3.95
20.0
4.80
为对应于重力荷载代表值的砌体截面平均压应力。
普通砖、多孔砖墙体的截面抗震受剪承载力按下式计算:
V f vE A
RE
(7.10)
式中:V为墙体剪力设计值;A为墙体横截面面积,多孔砖取毛截面面积; γRE为承载力抗震调整系数,对于两端均有构造柱、芯柱的抗震墙采用0.9, 对自承重墙采用0.75,其它抗震墙采用1.0。
注:1 单面走廊房屋的总宽度不包括走廊宽度;2 建筑平面接近正方 形时,其高宽比宜 适当减小。
多层砌体结构在平面布置时,房屋的抗震横墙的间距,不应超过表 7.3的要求。
表7.3 多层砌体房屋抗震横墙最大间距(m)
房屋类别 6 7 烈度 8 9
多层 砌体
现浇或装配整体式钢筋混凝 土楼、屋盖 装配式钢筋混凝土楼、屋盖 木楼、屋盖 上部各层
当按式(7.10)验算不满足要求时,可计入设置于墙段中部、截面不 小于240mm×240mm且间距不大于4m的构造柱对受剪承载力的提高作用, 按下式计算:
V
1
RE
c f vE A Ac f t Ac 0.08 f y As
(7.11)
式中,Ac 为中部构造柱的横截面总面积(对横墙和内纵墙, Ac>0.15A时 取0.15A;对外纵墙, Ac>0.25A 时取0.25A);ft 为中部构造柱的混凝土 轴心抗拉强度设计值; As为中部构造柱的纵向钢筋截面总面积(配筋率 不小于0.6%,大于1.4%时取1.4%); fy 为钢筋抗拉强度设计值;ξ 为中 部构造柱参与工作系数,居中设一根时取0.5,多于一根时取0.4;ηc为 墙体约束修正系数,一般情况下取1.0,构造柱间距不大于2.8m时取1.1。
表7.5 墙段洞口影响系数
开洞率 影响系数 0.10 0.98 0.20 0.94 0.30 0.88
注:开洞率为洞口面积与墙段毛面积之比;窗洞高度大 于层高50%时,按门洞对待。
对需要同时考虑弯曲、剪切变形影响的元件,其侧移刚度 K bs 可以按式 (7.1)计算。对仅需考虑剪切变形而略去弯曲变形影响的构件,其侧移刚度 K s 可以按式(7.2)计算。
如 him ,Gim 相同,则:
Vim
Aim
A
m 1
s
Vi
(7.4)
im
2.柔性楼盖房屋
Gim Vim Vi Gi
Gi 为第 式中,
Gim 为第 i 层楼盖上第
(7.5)
i
层楼盖上所承担的总重力荷载;
道墙与左右两侧相邻横墙之间各一 半楼盖面积上所承担的重力荷载之和。
m
当楼盖上的重力荷载均匀分布时,上式可改为:
7.1.6 其他破坏
在地震中抗震横墙 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。如图 7.5,唐山地震时柴油机 厂办公楼,由于平面呈 扇形,且门厅部分比两 翼建筑高出一层,地震 中门厅部分的顶层倒塌, 两翼建筑也遭到严重破 坏。震害调查分析表明, 建筑体型复杂、平面立 面布置不合理,将导致 建筑局部震害加重,甚 至倒塌 。
无锚固女儿墙(非出入口处)的最大高度
0.5
0.5
0.5
0.0
注:1 局部尺寸不足时应采取局部加强措施弥补;2 出入口处的女儿墙应有锚固。 多层砌体房屋的楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处。烟道、风道、 垃圾道等不应削弱整体;当墙体被削弱时,应对墙体采取加强措施;不宜 采用无竖向配筋的附墙烟囱及出屋面的烟囱。亦不宜采用无锚固的 钢筋混凝土预制挑檐。
图7.4 墙角坠落
7.1.4 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物在地震中破坏。带坡屋顶的多层砌体结构在 斜坡处由于承载面积缩小和墙体强度削弱往往引起破坏。楼梯间处由 于刚度比周围大,往往引起破坏。
7.1.5 附属建筑物破坏
砌体结构上的女儿墙、烟囱、塔楼、雨蓬和阳台由于上部结构 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。
表7.4 房屋的局部尺寸限值(m) 部位 承重窗间墙最小宽度 承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离 非承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离 内墙阳角至门窗洞边的最小距离 6度 1.0 1.0 1.0 1.0 7度 1.0 1.0 1.0 1.0 8度 1.2 1.2 1.0 1.5 9度 1.5 1.5 1.0 2.0
式中,fvE为砌体沿阶梯形截面破坏的抗震抗剪强度设计值;fv 为非抗 震设计的砌体抗剪强度设计值;ζN为砌体抗震抗剪强度的正应力影响 系数,按表7.6采用。 表7.6 砌体强度的正应力影响系数 砌体类别
0.0
普通砖,多孔砖 小砌块 注: 0.80
1.0
1.00 1.25
3.0
1.28 1.75
5.0
图7.1 墙体交叉裂缝
(a)窗间墙破坏; (b)窗下墙破坏 图7.2 开洞墙体的地震破坏
7.1.2 外纵墙倒塌
如图7.3,在地震中外纵墙局部或全部倒塌。纵墙倒塌一般是由于 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。
图7.3 外纵墙全部倒塌
7.1.3 墙角破坏
结构上受到的地震作用比较复杂,墙角通常是比较敏感的部 位。差的施工质量往往引起内墙破坏、隔墙移位和局部破坏,如 图7.4,这种破坏多发生在上层。
Fim Vim Vi Fi
(7.6)
式中,Fim 为第i层楼盖上第m道墙与左右两侧相邻横墙之间各一 半楼盖面积之和;Fi为第i层楼盖的总面积。
3. 中等刚性楼盖房屋 刚度介于刚性和柔性之间,可取上面两种方法的平均值,即:
Vim Gim 1 Kim Vi s 2 Gi K im m 1
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