《砌体结构》课件

1、第 6 章砌体结构和底部框架、 内框架房屋的抗震设计,多层砌体房屋：由粘土砖、烧结多孔粘土砖、粉煤灰中型 实心砌块和混凝土中小型砌块砌体通过砂 浆砌筑而成的房屋。,多层砌体房屋是我国当前建筑业中使用最广泛的一种建筑形式。在民用建筑中约占90%以上，在整个建筑业中约占80%。,传统的砌体结构多采用粘土实心砖和混合砂浆砌筑，通过内外墙的咬砌达到具有一定整体性连接。楼板多采用预制钢筋混凝土空心板，梁和其他构件亦多用预制装配构件。,大量震害表明传统的砌体结构抗震性能较差：,1923年日本关东大地震，东京约有砖石结构房屋7000栋，几乎全部遭到不同程度的破坏。 1948年原苏联阿什哈巴德地震，砖石结构房屋的破坏和倒塌率达到70%-80%。 1976年唐山地震，对烈度为10度、11度区的123栋2-8层砖混结构房屋调查，倒塌率为63.2%，严重破坏为23.6%，尚能修复使用的4.2%，实际破坏率达95.8%。,抗震性能差的原因：,1、刚度大、自重大，地震作用也大；,2、砌体材料质脆,抗剪、抗拉、抗弯强度低,地震作用下极易出现裂缝;,3、受施工质量的影响较大;如砂浆不饱满,易出现裂缝,减弱抗震性能。

2、,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。, 6 . 1 砌体结构和底部框架、内框架房屋的震害特点,1 宏观震害调查,砌体结构是使用最广泛的一种建筑形式，砌体结构多采用粘土实心砖和混合砂浆砌筑，通过砖块的咬砌达到具有一定整体连接的目的；楼板、梁和其他构件采用预制钢筋混凝土。,因此，整个结构由于组成和连接的原因具有脆性性质(强度低)。抗震设计欠合理的砌体房屋，抗震性能较差，破坏率都比较高。多数砖房的抗破坏能力很低，但具有较高的抗倒塌能力，因此，砌体结构房屋只要进行合理设计和采取必要的抗震措施，精心施工，仍可在地震区采用。,因结构上的地震作用有很大的不确定性，准确计算结构的地震反应还有困难；另一方面，在试验室内难以真实模拟地震作用。因此必须重视震害的实地考察，找出结构的抗震薄弱环节，总结出有益的抗震措施。,2 震害现象,a墙体,横墙(包括山墙)、纵墙上出现斜向、交叉、水平裂缝，严重时出现倾斜、错动和倒塌现象。当地震作用在墙体内产生的主拉应变超过相应极限拉

3、应变时则产生斜裂缝；在地震的反复作用下，形成了交叉裂缝。高宽比较小的横墙，中部出现水平剪切裂缝。,交叉裂缝易出现在纵墙的窗间墙或窗肚墙(即窗洞上下间墙)中，原因是墙上压力较小，而墙体抗拉强度较低。在高烈度地震区，承重横墙开裂后，当水平地震力继续作用，由交叉裂缝所分割出的三角形墙体可能被挤出，造成房屋的原地塌落。,水平裂缝多出现在纵墙窗口上下截面处(房屋中段较重，两端较轻)；顶层大空间的外纵墙在7度时也可出现水平裂缝。产生的原因是：横墙间距过大或楼板水平刚度不足，纵墙产生了过大的平面外变形，导致墙体的抗弯强度不足而出现水平裂缝。,当采用木屋架时，因屋面构件与山墙之间缺乏可靠锚固，山墙顶部出现水平裂缝、倒八字裂缝，严重者则墙顶部局部倒塌。,房屋四角以及凸出部分阳角的墙面上，出现纵横两个方向的 形斜裂缝，严重时则发生墙体局部倒塌。由于扭转影响及墙角部位具有较大的刚度，分配到房屋角部的地震作用效应明显加大，且此处易产生应力集中，加之其水平约束作用均较弱，因此抗震能力有所降低，容易产生上述裂缝和墙角局部塌落。,b墙角的破坏,施工时纵横墙往往不能同时咬搓砌筑，墙体间缺乏拉结，或虽同时砌筑，但砌筑质

4、量不好，导致墙体间拉结强度低。在垂直于纵墙的地震力的作用下，纵横墙连接处产生破坏，出现竖向裂缝或纵墙整片倒塌。地基条件不好时，地震时的不均匀沉降也可产生竖向裂缝。,c纵横墙连接处的破坏,楼梯间墙体的震害一般比较重，支承楼梯的横墙破坏更为普遍。因其横墙间距较小，其水平抗剪刚度较大，因而承担较大的水平地震剪力；而其空间刚度相对较小，特别是顶层休息平台以上的外纵墙常为一层半高，且竖向压力较小；楼梯踏步板又削弱了墙体的截面。因此楼梯间的墙体容易产生斜裂缝或交叉裂缝。当楼梯间布置在房屋端部或转角处，因受扭转附加剪力的影响，其震害更为严重，常引起墙体破坏或倒塌。 楼梯本身的震害较轻，预制楼梯在接头处裂开；现浇楼梯与平台梁相接处被拉断。,d楼梯间的破坏,楼板和屋盖是传递水平地震作用的主要构件，其刚度对房屋抗震性能影响很大。现浇楼盖、屋盖整体性好、水平刚度大，是较理想的抗震构件。预制楼盖、屋盖整体性较差，地震时楼板连接处容易拉裂。墙体开裂、错位乃至倒塌常导致预制楼、屋盖的掉落。 另外，预制板端部之间及预制板与墙之间的拉结不好也可造成楼、屋盖的掉落。,e楼板与屋盖的震害,地震时由于受到“鞭端效应”的影响

5、，高出屋面的烟囱、塔楼、楼梯间、水箱问的墙面上出现交叉裂缝、水平裂缝、错动、甚至倒塌。,f房屋阻属物的破坏,房屋砖墙的特定部位设置了不同截面的钢筋混凝土柱，地震时，由于混凝土柱约束着破碎的墙体没有一塌到底，因此上层楼屋盖没有塌落，形成了裂而未倒的情况，与未设构造柱的同类房屋对比震害显著减轻。,g带钢筋混凝土构造柱砖房的震害,4.2 多层砌体选型与布置,1多层砌体房屋的结构体系,多层砌体房屋在强烈地震袭击下极易倒塌，因此，防倒塌是多层砖房抗震设计的重要问题。但是，多层砖房的抗倒塌主要是从总体布置和细部构造措施等抗震概念设计方面来解决。,体型较复杂和抗侧移构件布置不均匀的多层砌体房屋，其应力集中程度、扭转影响及抗震薄弱部位都不好估计，细部构造也较难处理。因此，多层砌体结构体系应符合下列要求：,1多层砌体房屋的结构体系 多层砌体房屋的结构体系，应符合下列 要求： （1）应优先采用横墙承重或纵横墙共同承 重的结构体系； （2）纵横墙的布置宜均匀对称，沿平面内 宜对齐，沿竖向应上下连续；同一轴线上 的窗间墙宽度宜均匀；,（3）房屋有下列情况之一时宜设置防震缝 ，缝两侧均应设置墙体，缝宽应根据烈度

6、和 房屋高度确定，可采用50100； 1）房屋立面高差在6以上； 2）房屋有错层，且楼板高度较大； 3）各部分结构刚度、质量截然不同。,（4）楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角 处； （5）烟道、风道、垃圾道等不应削弱墙体 ；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。 （6）不应采用无锚固的钢筋混凝土预制挑 檐。,2房屋的层数和高度的限制 多层砌体房屋的抗震能力，除取决于 横墙间距、砖和砂浆强度等级、结构的整 体性和施工质量等因素外，还与房屋的总 高度有直接的联系。国内外历次地震表明 ，在一般场地下，砌体房屋的层数越多、 高度越高，它的震害程度和破坏率越大。,抗震规范规定，多层砌体房屋的层数和总高度应符合下列要求： （1）一般情况下，房屋的层数和总高度不 超过表6-1的规定。 （2）对医院、教学楼等横墙较少（指同一 楼层内开间大于4.20的房间占该层总面积的 40以上）的多层砌体房屋，总高度应比表 6-1的规定降低了3，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。,（3）横墙较少的多层砖砌体住宅

7、楼，当按 规定采取加强措施并满足抗震承载力要求时 ，其高度应允许仍按表6-1的规定采用。,表6-1砌体房屋的层数和总高度限值,注： 1）房屋的总高度指室外地面到主要屋面 板板顶或檐口的高度，半地下室从地下室内地 面算起，全地下室和嵌固条件好的半地下室应 允许从室外地面算起；对带阁楼的坡屋面应算 到山尖墙的1/2高度处。 2）室内外高差大于0.6时，房屋总高度应允 许比表中数据适当增加，但不应多于1； 3）本表小砌块砌体房屋不包括配筋混凝土小 型空心砌块砌体房屋。 抗震规范还规定，普通砖、多孔砖和小砌块砌体房屋的层高，不应超过3.6,3多层砌体房屋的最大高宽比 为了防止多层砌体房屋的整体弯曲破坏，抗震规范未规定对这类房屋进行整体弯曲验算，而只提出了表6-2所示的房屋最大高宽比的规定来加以限制。 表6-2 多层砌体房屋的房屋最大高宽比,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。,4抗震横墙的最大间距 多层砌体房屋的横向水平地震作用主要由横墙承担。对于横墙，除了要求满足抗震承载力外，还要使横墙间距能够保证楼盖对传递水平地震作用所需的刚度要求。

8、抗震规范规定，砌体房屋的横墙间距不应超过表6-3的要求。 表6-3 砌体房屋抗震横墙的最大间距,注：1）多层砌体房屋的顶层，最大横墙间距应允许适当放宽； 2）表中木楼、屋盖的规定，不适用于小砌块砌体房屋。,5房屋局部尺寸的限制 墙体是多层砌体房屋最基本的承重构件 和抗侧力构件，地震时房屋倒塌往往是从墙 体破坏开始的。应保证房屋的各道墙体能同 时发挥它们的最大抗剪承载力，并避免由于 薄弱部位抗震承载力不足发生破坏，导致逐 个破坏，进而造成整栋房屋的破坏，甚至倒 塌。表6-4系根据震害宏观调查而提出的房 屋局部尺寸限制。如果采用增设构造柱等措 施，则局部尺寸可适当放宽。,表6-4房屋局部尺寸限值,6 . 3 多层砌体房屋的杭震验算,计算简图,多层砌体房屋，一般验算房屋在横、纵向水平地震力作用下，横、纵墙在其自身平面内的抗剪承载力。进行多层房屋抗震承载力验算时，可选择承载范围较大或竖向应力较小的不利墙段进行抗剪承载力验算。,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、屋盖处。 各楼层质点重力荷载应包括：楼、屋盖上的重力荷载代表值，墙体上、下层各

9、半的重力荷载。右图所示为多层砌体房屋的计算简图。,计算简图中底部固定端的取法： 当基础埋置较浅时取为基础顶面；当基础埋置较深时，取在室外地坪下0.5 处；当其下有整体刚度很大的全地下室时，则取在地下室顶板处；当地下室整体刚度较小或为半地下室时，则取在地下室室内地坪处。,1、水平地震作用和层间剪力的计算,多层砌体房屋中纵、横向承重墙体的数量多，房屋的抗侧移刚度大，所以其基本周期较短（纵、横向均一样）0.25 。所以确定水平地震作用时采用 ，水平地震作用产生的底部剪力的标准值 为,(61),作用于第 层质点处的 水平地震作用标准值 为,(62),(63),作用于第 层的地震剪力 为,由于突出屋顶的楼梯间、水箱间等小屋及女儿墙、烟囱等附属建筑的地震反应强烈，故验算上述部位构件的抗震承载力时，其水平地震作用效应应取式(62)计算值的3倍，但计算房屋下层层间地震剪力时则不考虑地震作用增大部分的影响。,带突出屋顶小屋的多层砖房，突出屋顶小屋的层间地震剪力 为,(64),（65）,（66）,2楼层水平地震剪力在各抗侧力墙体间的分配,由于多层砌体房屋墙体平面内的抗侧力等效 刚度很大，而平面外的刚度很小，所以一个方向的楼层水平地震剪力主要由平行于地震作用方向的墙体来承担，而与地震作用相垂直的墙体，其承担的水平地震剪力很小。因此，横向楼层地震剪力全部由各横向墙体来承担，而纵向楼层地震剪力由各纵向墙体来承担。 （1）横向楼层地震剪力的分配 横向楼层地震剪力在横向各抗侧力墙体之间的分配，不仅取决于每片墙体的层间抗侧力等效刚度，而且取决于楼盖的整体刚度。,(1)刚性楼盖 刚性楼盖是指现浇楼盖或装配整体式楼盖。在地震力作用下，楼盖在其水平面内产生的变形很小，可视为绝对刚性的水平连续梁。若楼层的刚度、质量中心重合，则楼盖仅发生整体平移运动，各横墙将产生相等的层间位移 ，故抗侧力横墙可视为梁的弹性支座。,(1)横向楼层地震剪力的分配,已知第 层各横向墙体的总抗侧移等效刚度 ，在第 层间地震剪力 作用下的层间位移u及第 层第 片横墙所分配的水平地震剪力 为：,(6-7),式中 、 第 层第 、片墙体的抗侧移等效刚度； 房屋第 层的横向水平地震剪力。,(6-8),柔性楼盖是木结构楼盖等(水平刚度很小)，在横向

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