2009-7-27 结构抗震设计第四章 多层砌体房屋一、课程内容
§ 4-1概述
§ 4-2震害极其分析
§ 4-3多层砌体房屋抗震设计一般规定
§ 4-4多层砌体房屋抗震验算
§ 4-5多层砌体房屋抗震构造措施二、第四章 重点、难点及要求三、第四章小结
2009-7-27 结构抗震设计第四章重点、难点及要求重点,1,§ 4-2震害极其分析 (破坏机理 )
2,§ 4-3抗震设计一般规定
3,§ 4-4多层砌体房屋抗震验算
4,§ 4-5多层砌体房屋抗震构造措施难点,§ 4-4多层砌体房屋抗震验算要求:(一 ) 了解,1,§ 4-2震害极其分析
2 § 4-3抗震设计一般规定
3,§ 4-4多层砌体房屋抗震验算
4,§ 4-5多层砌体房屋抗震构造措施
(二)回答本章思考题
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§ 4-1概述砌体房屋 -----指由烧结普通粘土砖(普通粘土砖)、
烧结多孔粘土砖(多孔粘土砖)或混凝土小型空心砌块
(混凝土小砌块)等块材,通过砂浆砌筑而成的房屋。
砌体结构由于构造简单、施工方便、可就地取材等优点,是城乡建筑中的主要结构形式之一。
砌体结构材料的抗剪、抗拉和抗弯强度很低(脆性所致),所以砌体房屋的抗震能力较差。
经过合理的抗震设防,构造得当,保证施工质量,
则在中、强地震区,砖混结构房屋也具有一定抗震能力,
可在除高烈度区以外的地震区采用。
提高砌体结构房屋的抗震能力,是建筑抗震设计研究的重要 内容。
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§ 4-2 震害及其分析多层砌体房屋的破坏部位,主要是墙身和构件间的连接处,楼盖,屋盖结构本身的破坏较少:
一,墙体的破坏在砌体房屋中,与水平地震作用方向平行的墙体是主要承担地震作用的构件 。 这类墙体往往因为主拉应力强度不足而引起斜裂缝破坏 。
二,墙体转角处的破坏由于墙角位于房屋尽端,房屋对它的约束作用减弱,
使该处抗震能力相对降低,因此较易破坏 。
三,内外墙连接处的破坏内外墙连接处是房屋的薄弱部位,这些部位在地震中极易拉开。
2009-7-27 结构抗震设计四,楼梯间墙体的破坏楼梯间除顶层外,一般层墙体计算高度较房屋其他部位墙体小,其刚度较大,因而该处分配的地震剪力大,
故容易造成震害 。 而顶层墙体的计算高度又较其他部位的大,其稳定性差,所以也易发生破坏 。
五,屋盖的破坏在强烈地震作用下,坡屋顶的木屋盖常因屋盖支撑系统不完善,或采用硬山搁檩而山尖未采取抗震措施,造成屋盖丧失稳定性 。
六,突出屋面的屋顶间等附属结构的破坏在房屋中,突出屋面的屋顶间 (电梯机房、水箱间等 )、
烟囱、女儿墙等附属结构,由于地震“鞭端效应”的影响,所以一般较下部主体结构破坏严重。
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§ 4-3抗震设计一般规定规范对多层砌体房屋的抗震设计在以下几方面有具体规定:
一、多层砌体房屋的结构体系 ----建筑平面及结构布置二、多层房屋的层数、高度和层高三、房屋最大高宽比的限制四、抗震横墙间距的限制五、房屋局部尺寸的限制原因和细则
2009-7-27 结构抗震设计一、多层砌体房屋的结构体系
----建筑平面及结构布置对于多层 砌体房屋,由于其抗震性能较差,故对建筑布置与结构选型要求较高。
如果建筑物的平、立、剖面布置不合理,再通过提高墙片的抗震承载力或加强构造措施来弥补,既困难也不经济。
2009-7-27 结构抗震设计二、多层房屋的层数、高度和层高因为砖墙是脆性材料,延性差,变形能力小,如房屋太高,层数太多,重量大,则当下层砖墙已破碎和错位时就有可能被压跨 。
砌体房屋层数愈多,高度愈高,震害程度和破坏率也就愈大 。 因此,国内外建筑抗震设计规范都对砌体房屋的层数和总高度加以限制 。
限制砌体房屋层数和总高度,是一项既经济又有效的抗震措施 。
多层房屋的层数、高度和层高应符合规范要求。
2009-7-27 结构抗震设计三、房屋最大高宽比的限制多层砌体房屋的墙片主要表现为剪切破坏,但当房屋的高宽比较大时,房屋会发生整体弯曲破坏,具体表现为房屋底层外墙产生水平裂缝,并向内延伸至横墙。
这是因为,砌体的抗拉强度很低,当烈度高,房屋的高宽比较大时,地震作用所产生的倾覆力矩在底层墙体水平截面上引起的弯曲应力很容易超过砌体的抗拉强度,
导致砖墙出现水平裂缝。
为了保证砌体房屋整体弯曲承载力,房屋总高度与总宽度的最大比值 应符合规范要求。
2009-7-27 结构抗震设计四、抗震横墙间距的限制多层砌体房屋的空间刚度对抗震性能影响很大,墙体的布置是决定房屋空间刚度的主要因素之一 。
多层砌体房屋的横向水平地震作用是通过楼 ( 屋 )
盖传到横墙上,主要由横墙来承受 。
对于横墙,除了要求满足抗震承载力外,还要使横墙间距能保证楼盖对传递水平地震作用所需的刚度要求 。
前者可通过抗震承载力验算来解决,而横墙间距则必须根据楼盖的水平刚度要求给予一定的限制 。
2009-7-27 结构抗震设计五、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 。 因此,对窗间墙,尽端墙段,女儿墙等的尺寸应加以限制 。
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§ 4-4多层砌体房屋抗震验算多层砌体房屋水平地震作用的计算可根据房屋的平、
立面布置等情况采用下列方法:
1、对于平、立面布置规则和结构抗侧力构件在平、立面布置均匀的,可采用底部剪力法;
2、对于立面布置不规则的宜采用振型分解反应谱法;
3、对于平面布置不规则的宜采用考虑水平地震作用扭转影响的振型分解反应谱法。
以底部剪力法为例:
一、水平地震作用的计算( 总水平地震作用的标准值,第 i
点的水平地震作用标准 值,楼层地震剪力)
二、楼层地震剪力在各墙体上的分配 ---横向地震剪力的分配
2009-7-27 结构抗震设计一、水平地震作用的计算
1、总水平地震作用的标准值:
2、水平地震作用沿高度的分布,即 第 i点的水平地震作用标准值:
3,楼层地震剪力作用在第 j楼层 (自底层算起 )平行于地震作用方向的层间地震剪力,等于该楼层以上各楼层质点的水平地震作用之和
eqEK GF m a x
ieq GG 85.0
EKn
j
jj
ii
i F
HG
HGF
1
n
ji
ii FV
2009-7-27 结构抗震设计二、楼层地震剪力在各墙体上的分配
----横向地震剪力的分配沿房屋短的方向的水平地震作用称为横向地震作用,
由其而引起的地震剪力就是横向地震剪力 。
由于多层砌体房屋横墙在其平面内的刚度,较纵墙的大得多,所以规范规定,在符合规范所规定的横墙间距限值条件下,多层砌体房屋的横向地震剪力,全部由横墙承受。
层间地震剪力在各墙体之间的分配原则,应视楼盖的刚度(分刚性楼盖、柔性楼盖、中等刚度楼盖)而定。
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1、刚性楼盖刚性楼盖是指现浇、装配整体式钢筋混凝土等楼盖。
分配原则,1)、刚性楼盖在其平面内视作支承在弹性支座
(即各横墙 )上的刚性连续梁,并假定房屋的刚度中心与质量中心重合,而不发生扭转 ;
2)、依据各横墙的侧移刚度,确定刚性楼盖条件下横墙所分配的地震剪力
3)、第 j楼层各横墙所分配的地震剪力之和应等于该层的总地震剪力第 j层第 m道 横墙所分配的地震剪力:
jn
m
jm
jm
jm V
k
k
V
1
jmk
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2、柔性楼盖分配原则:
1)、木结构等柔性楼盖房屋,由于刚度小,在进行楼层地震剪力分配时,将楼盖视作支承在横墙上的简支梁。
2)、第 m道横墙所分配的地震剪力,可按第 m道横墙从属面积上重力荷载代表值的比例分配。
第 j层第 m道 横墙所分配的地震剪力:
当楼层单位面积上的重力荷载代表值相等(重力荷载分布均匀)时,
Fjm----第 j层第 m道 横墙所应分配地震作用的建筑面积。
Fj----第 j层 的建筑面积。
j
j
jm
jm VG
GV?
j
j
jm
jm VF
FV?
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3、中等刚度楼盖分配原则:对装配式钢筋混凝土等中等刚度楼盖房屋的横墙所分配的地震剪力,近似按刚性楼盖和柔性楼盖房屋分配结果的平均值采用。
第 j层第 m道 横墙所分配的地震剪力:
当楼层单位面积上的重力荷载代表值相等(重力荷载分布均匀)时,第 j层第 m道 横墙所分配的地震剪力
j
j
jm
n
m
jm
jm
jm VF
F
k
k
V

1
2
1
j
j
jm
j
jm
jm VF
F
k
kV



2
1
2009-7-27 结构抗震设计三、墙体截面抗震承载力验算由于对墙体在地震用下的破坏机理存在着不同的看法,
因而现有各种不同的截面抗震计算公式 。 主要有两类:
1,主拉应力强度理论 。
理论认为,在地震中,多层房屋墙体产生交叉裂缝,
是因为墙体中的主拉应力超过了砌体的主拉应力强度而引起的 。
2,剪切摩擦强度理论 (简称剪摩强度理论 )。
理论认为,砌体剪应力达到其抗剪强度时,砌体将沿剪切面发生剪切破坏,并认为砌体抗剪强度与正应力呈线性关系 。
规范认为,对于砖砌体,宜采用主拉应力强度理论;
对混凝土小砌块墙体,宜采用剪摩理论 。
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(一)普通粘土砖、多孔粘土砖和多孔砖墙体的验算 (按主拉应力强度理论 )
根据主拉应力强度理论,普通粘土砖和多孔砖墙体截面抗震承载力条件为:
而当按上式验算不满足要求时,可计入设置在墙段中部,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,按下列简化方法验算:
水平配筋普通粘土砖,多孔粘土砖墙体的截面抗震受剪承载力应按下式验算:
RE
vE AfV
vnvE ff
syctcvEc
RE
AfAfAAfV 08.0)(1
AffV vysvE
RE
)(1
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(二 )混凝土小砌块墙体的验算
(按剪摩强度理论 )
混凝土小砌块墙体的截面抗震承载力,应按下式验算:
csyctvE
RE
AfAfAfV )( 05.03.01
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§ 4-5多层砌体房屋抗震构造措施一、多层砖房抗震构造措施二、多层砌块房屋构造措施
2009-7-27 结构抗震设计一、多层砖房抗震构造措施
(一 )设置钢筋混凝土构造柱震害分析和试验表明,在多层砖房中的适当部位设置钢筋混凝土构造柱 (以下简称构造柱 ),并与圈梁连接使之共同工作,可以增加房屋的延性,提高房屋的抗侧力能力,防止或延缓房屋在地震作用下发生突然倒塌,或者减轻房屋的损坏程度 。
设置构造柱是防止房屋倒塌的一种有效措施 。
多层普通粘土砖、多孔粘土砖房屋的现浇钢筋混凝土构造柱 (以下简称构造柱 )设置,应符合规范要求。
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(二 )设置钢筋混凝土圈梁钢筋混凝土圈梁是增加墙体的连接,提高楼盖,屋盖刚度,抵抗地基不均匀沉降,限制墙体裂缝开展,保证房屋整体性,提高房屋抗震能力的有效构造措施,而且是减小构造柱计算长度,充分发挥抗震作用不可缺少的连接构件 。
多层普通粘土砖、多孔粘土砖房屋的现浇钢筋混凝土圈梁设置,应符合规范要求 。
其它要求:
对 楼盖和屋盖构件搭接长度和连接、对墙体之间的连接、对横墙较少的砖房、对楼梯间的整体性、对基础等规范也有具体要求。
2009-7-27 结构抗震设计二、多层砌块房屋构造措施
( 一 ) 设置钢筋混凝土芯柱为了增加混凝土小砌块房屋的整体性和延性,提高其抗震能力,可结合空心砌块的特点,在墙体的适当部位将砌块竖孔浇筑成钢筋混凝土芯柱。
(二)砌块房屋中替代芯柱的钢筋混凝土构造柱,应符合构造要求。
( 三 ) 设置钢筋混凝土圈梁砌块房屋均应设置现浇钢筋混凝土圈梁,圈梁截面尺寸、混凝土强度等级和配筋应符合规范要求。
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(四 )砌块墙体的拉结砌块房屋墙体交接处或芯柱与墙体连接处应设置拉接钢筋网片。
(五 )设置钢筋混凝土带砌块房屋的层数,6度时七层,7度时超过五层,8
度时超过四层,在底层和顶层的窗台标高处,沿纵横墙应设置通长的水平现浇钢筋混凝土带。
(六 )其他构造措施砌块房屋其他构造措施,如楼板和屋面板伸人墙内长度,钢筋混凝土加强柱的设置,以及加强楼梯间的整体性等,与多层砖房相应要求相同 。
2009-7-27 结构抗震设计第四章 多层砌体房屋(小结)
A,课程内容
§ 4-1概述
§ 4-2震害极其分析
§ 4-3多层砌体房屋抗震设计一般规定
§ 4-4多层砌体房屋抗震验算
§ 4-5多层砌体房屋抗震构造措施
B,重点、难点
C,基本要求
2009-7-27 结构抗震设计重点、难点和基本要求
B,重点,1,§ 4-2震害极其分析 (破坏机理 )
2,§ 4-3抗震设计一般规定
3,§ 4-4多层砌体房屋抗震验算
4,§ 4-5多层砌体房屋抗震构造措施难点,§ 4-4多层砌体房屋抗震验算
C,基本要求:
(一 ) 了解,1,§ 4-2震害极其分析 (破坏机理 )
2,§ 4-3抗震设计一般规定
3,§ 4-4多层砌体房屋抗震验算
4,§ 4-5多层砌体房屋抗震构造措施
(二)回答本章思考题
2009-7-27 结构抗震设计