Review 4 Chapter 4 Mansonry Structures

第四章多层砌体结构抗震设计主要内容§4.1多层砌体结构的震害特点§4.2多层砌体结构选型与布置§4.3多层砌体结构的抗震计算§4.4多层砌体结构抗震构造措施§4.5底部框架砌体房屋抗震设计§4.1多层砌体结构的震害特点4.1.2震害现象（一）从地震动的角度考察，地震波包括有水平、垂直、扭转等方向的分量。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，形成交叉裂缝。震害的发生是由外部条件（地震动）和内在因素（结构特征）两方面原因促成的。图4-11999年9月21日九二一大地震中台湾的台中县一实验室学生室墙壁出现交叉裂缝与水平地震力作用方向基本垂直的墙体，尤其是房屋的纵墙，则会因出平面的弯曲破坏造成大面积的墙体甩落。图4-2唐山大地震中某三层客房外纵墙全部被甩落受垂直方向地震力的作用，墙体会因受拉出现水平裂缝。图4-3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图4-4墙体转角的破坏在扭转地震力的作用下，房屋的端部、尤其是墙角处易于产生严重的震害。（二）从结构特征方面考察可以发现：在受力复杂、约束减弱、附属结构等部位，往往是震害易于发生的地方。例如：纵横墙连接处，砌体结构的楼梯间，预制钢筋混凝土楼屋盖，女儿墙、突出顶面的屋顶间地震容易发生破坏。1.刚性楼盖房屋，上层破坏轻、下层破坏重；柔性楼盖房屋，上层破坏重、下层破坏轻；2.横墙承重房屋的震害轻于纵墙承重房屋；3.坚实地基上的房屋震害轻于软弱地基和非均匀地基上的震害；4.预制楼板结构比现浇楼板结构破坏重；5.外廊式房屋往往地震破坏较重；6.房屋两端、转角、楼梯间、附属结构震害较重；7.突出屋面的屋顶间。4.1.3震害规律砌体结构房屋的震害，在宏观上存在以下规律：（1）结构方案与结构布置（2）地震作用计算（3）墙体的抗剪验算4.1.3砌体结构的抗震设计内容（4）结构构造处理概念设计计算设计计算设计构造措施结构布置房屋的总高度与层数房屋的高宽比抗震横墙的间距房屋的局部尺寸§4.2多层砌体结构选型与布置结构的选型与布置，属于概念设计的范畴。对多层砌体结构房屋，宜遵守以下几方面的原则：4.2.1结构布置1、建筑平立面应规则，抗侧力墙应均匀布置不规则体型2.应优先采用横墙承重的结构布置方案，其次考虑采用纵、横墙共同承重的结构布置方案，避免采用纵墙承重方案。横墙承重纵横墙承重纵墙承重震害经验：纵墙易摔出。3.纵横墙应对称、均匀布置，沿平面应对齐、贯通，同一轴线上墙体宜等宽匀称，沿竖向宜上下连续。4.在烟道、风道、垃圾道等部位，应避免墙体的局部削弱。5.利用防震缝，将复杂体型的房屋划分为若干体型简单，刚度均匀的单元。当地震烈度为8度或9度且有下列情况之一时，应设置防震缝。1)房屋立面高度差在6m以上；2)房屋有错层，且楼板高差较大；3)部分结构刚度、质量截然不同。防震缝两侧均应布设墙体，缝宽可取50~100mm。6.楼梯间不宜设在房屋的尽端或转角处，否则应采取局部加强措施，如在楼梯间四角设钢筋混凝土构造柱等。楼梯间的整体性差，房屋的端部和转角处变形大。1.对砌体房屋，地震作用随高度而增大，高度越大，震害越重。一般情况下，层数和总高度不应超过下表------618721721190混凝土小砌块------5156187211904126187217212404126187821824240普通粘土砖层数高度层数高度层数高度层数高度6789烈度最小厚度(mm)房屋类别多孔砖2.对医院、教学楼等及横墙较少的多层砌体房屋，总高度应比前表的规定降低3m,层数相应减少一层；各层横墙很少的多层砌体房屋，还应根据具体情况再适当降低总高度和减少层数。4.2.2房屋的总高度与层数3.砖房和砌块房屋的层高，不宜超过3.6m。当房屋高宽比大时，地震时易发生整体弯曲破坏。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：房屋高宽比：房屋总高度与总宽度的最大比值。烈度6789最大高宽比2.52.52.01.5房屋高宽比的限值表4.2.3房屋高宽比横向地震作用主要由横墙承受。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，致使纵墙发生较大平面弯曲变形，造成纵墙倒塌。471111木楼、屋盖7111515装配式钢筋混凝土楼、屋盖11151818现浇或装配整体式钢筋混凝土楼、屋盖9876烈度房屋类型房屋抗震横墙最大间距(m)4.2.4抗震横墙的间距统计分析表明：未经抗震设防的多层砖房在6度区内，主体结构一般处于基本完好状态；7度区内，主体结构将出现轻微破坏，小部分达到中等破坏；8度区内，多数房屋达到中等破坏的程度；9度区内，多数结构出现严重破坏；10度及以上地震区内，大多数房屋倒毁。§4.1多层砌体结构的震害特点4.1.1宏观震害统计上述事实说明：未经抗震设防的多层砖房的抗地震破坏能力较低。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。从震害调查可见：经抗震设防可减轻砌体结构的震害，减少严重破坏和倒塌率。0.00.09.819.570.7倒塌严重破坏中等破坏轻微破坏基本完好0.023.529.435.311.8倒塌严重破坏中等破坏轻微破坏基本完好天津市8度区经7度设防的74年通用住宅震害统计（%）唐山地区8度区多层砖房的震害统计（%）4.1.2震害现象（一）从地震动的角度考察，地震波包括有水平、垂直、扭转等方向的分量。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，形成交叉裂缝。震害的发生是由外部条件（地震动）和内在因素（结构特征）两方面原因促成的。图4-11999年9月21日九二一大地震中台湾的台中县一实验室学生室墙壁出现交叉裂缝与水平地震力作用方向基本垂直的墙体，尤其是房屋的纵墙，则会因出平面的弯曲破坏造成大面积的墙体甩落。图4-2唐山大地震中某三层客房外纵墙全部被甩落受垂直方向地震力的作用，墙体会因受拉出现水平裂缝。图4-3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图4-4墙体转角的破坏在扭转地震力的作用下，房屋的端部、尤其是墙角处易于产生严重的震害。（二）从结构特征方面考察可以发现：在受力复杂、约束减弱、附属结构等部位，往往是震害易于发生的地方。例如：纵横墙连接处，砌体结构的楼梯间，预制钢筋混凝土楼屋盖，女儿墙、突出顶面的屋顶间地震容易发生破坏。1.刚性楼盖房屋，上层破坏轻、下层破坏重；柔性楼盖房屋，上层破坏重、下层破坏轻；2.横墙承重房屋的震害轻于纵墙承重房屋；3.坚实地基上的房屋震害轻于软弱地基和非均匀地基上的震害；4.预制楼板结构比现浇楼板结构破坏重；5.外廊式房屋往往地震破坏较重；6.房屋两端、转角、楼梯间、附属结构震害较重；7.突出屋面的屋顶间。4.1.3震害规律砌体结构房屋的震害，在宏观上存在以下规律：（1）结构方案与结构布置（2）地震作用计算（3）墙体的抗剪验算4.1.3砌体结构的抗震设计内容（4）结构构造处理概念设计计算设计计算设计构造措施结构布置房屋的总高度与层数房屋的高宽比抗震横墙的间距房屋的局部尺寸§4.2多层砌体结构选型与布置结构的选型与布置，属于概念设计的范畴。对多层砌体结构房屋，宜遵守以下几方面的原则：§4.3多层砌体结构的抗震计算多层砌体结构所受地震作用主要包括水平作用、垂直作用和扭转作用。对多层砌体结构的抗震计算，一般只要求进行水平地震作用条件下的计算。计算的归结点，是对薄弱区段的墙体进行抗剪强度的复核。多层砌体结构的抗震验算，一般包括三个基本步骤：(1)确立计算简图；(2)分配地震剪力；(3)对不利墙段进行抗震验算。4.3.2地震剪力的计算与分配1.楼层地震剪力1)结构底部地震剪力: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，且以剪切变形为主，故可以按本书第三章所述底部剪力法计算地震作用。由于砌体房屋的横墙很多，刚度很大，一般T不超过0.25s，所以取可取结构底部地震剪力为：(4.1)eqmaxEKGF2)任一质点i的水平地震作用标准值Fi:其次，考虑到多层砌体结构在线弹性变形阶段的地震作用基本上按倒三角形分布，顶部附加地震影响系数δn=0。max1这样，任一质点i的水平地震作用标准值Fi为：EKnjiiiiiFHGHGF13)第i层的楼层地震剪力标准值Vi: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：nijjiVF(4.3)鞭梢效应，但增大的3倍不往下传递。！(i=1,2,…,n)(4.2)[例题4-1]某四层砖砌体房屋，尺寸如图4-6(a)(b)所示。结构设防烈度为7度。楼盖及屋盖均采用预应力混凝土空心板，横墙承重。楼梯间突出屋顶。除图中注明者外，窗口尺寸为1.5m×2.1m，门洞尺寸为1.0m×2.5m。试计算该楼房楼层地震剪力。DCBA213456789首层平面段段段4屋顶间平面5CD1-11层2层3层屋顶间4层DCBA213456789首层平面段段段4屋顶间平面5CD1-11层2层3层屋顶间4层图4-6（b）[解]（1）计算楼层重力荷载代表值恒载（楼层及墙重）取100%，楼屋面活荷载取50%，经计算得：屋顶层=四层=三层=二层=一层=5G4G3G2G1GKN210KN3760KN4410KN4410KN4840楼面及地面厚;楼面恒载;活载；屋面恒载;雪载???（2）计算结构总的地震作用标准值设防烈度7度，，max080.KNGFniieq119908.085.01∴（3）计算楼层地震剪力按式（4.2）、（4.3）及关于屋顶间的附加规定计算。计算过程列于表4-5。51jGiHiGiHi分项楼层各楼层重力荷载代表值Gi(KN)各楼层标高Hi(m)GiHi(KN-m)各楼层水平地震作用标准值Fi(KN)各楼层地震剪力标准值Vi(KN)屋顶间21018.238220.02327.627.6×3=82.84376015.2571520.339406.5434.13441011.6511560.303363.3797.4244108.0352800.209250.61048148404.4212960.126151.01199∑176301687061199结构总的地震作用标准值楼层地震剪力计算表4-52.墙体侧移刚度假定墙体下端固定、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。P=1δsδδb墙体在侧向力作用下一般包括弯曲变形与剪切变形两部分：弯曲变形剪切变形33112)bh(EtEIhbbtGhAGhs(4.4)(4.5)侧移柔度：1)实心墙体侧移柔度的倒数即为墙体的侧移刚度。因此，对于同时考虑弯曲、剪切变形的构件，其侧移刚度为：仅考虑剪切变形的构件，其侧移刚度为：])bh[(bhEtKsb3112bhEtKs31(4.6)(4.7)抗震规范规定：当时只考虑剪切变形影响。当时当时K=0柔度很大，不考虑k值1bhhEtbK341bh32bhbhEtK4bh2）开洞墙体的刚度对于开有规则洞口的墙体，墙顶在单位力作用下墙顶位移与应等于各墙段侧移之和。3311321111KKK23222121KKK3.楼层地震剪力在各墙体间的分配假定楼层地震剪力Vi由各层与Vi方向一致的各抗震墙体共同承担。即：横向地震作用全部由横墙承担。纵向地震作用全部由纵墙承担。Vi在各墙体间的分配主要取决于楼盖的水平刚度和各墙体的抗侧移刚度。（1）横向楼层地震剪力的分配横向楼层地震剪力分配时要考虑楼盖的刚度：刚性楼盖，柔性楼盖和中等刚度楼盖。1）刚性楼盖把楼盖在其平面内视为绝对刚性