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1、南京工业大学土木工程学院,工程结构抗震设计原理,南京工业大学土木工程学院 2006.8,目录,第一章 地震工程学概论 第二章 场地与地基基础抗震 第三章 工程结构的地震反应分析 第四章 钢筋混凝土框架结构的抗震设计 第五章 砌体结构的抗震设计 第六章 工程结构隔震与消能减震简介,南京工业大学土木工程学院,2,5.1 概述,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
2、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。,第五章 砌体结构的抗震设计,南京工业大学土木工程学院,3,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
3、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。,南京工业大学土木工程学院,4,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。,南京工业大学土木工程学院,5,5.2 震害及其分析,一、倒塌,1、全部倒塌,房屋整体性好，而底层强度不足时；,房屋整体性不好，而上层墙体过于弱时；,2、上部倒塌,房屋上层自重大，刚度差； 上层砌体强度过弱，整体性差时；,3、局部倒塌,个别部位的整体性特别差，纵
4、墙与横墙间联系不好，平面或立面有显著的局部突出，抗震缝处理不当等；,外纵墙全部脱开横墙而坍塌是较常见的震害。,南京工业大学土木工程学院,6,二、裂缝,抗剪承载力不足,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产生的裂缝。,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。,若主震方向与横纵墙成某一角度时，常在房屋的角部出现局部倒塌。,南京工业大学土木工程学院,7,2、 水平裂缝,大都发生于外纵墙窗口的上下皮处。,当房屋纵向承重，横墙间距大而屋盖刚度弱时，纵墙出平面受弯产生水平裂缝。,3、 竖向
5、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。,南京工业大学土木工程学院,8,南京工业大学土木工程学院,9,南京工业大学土木工程学院,10,南京工业大学土木工程学院,11,南京工业大学土木工程学院,12,三、其它破坏,楼梯间的墙体一般震害较重。,横墙间距小，抗剪刚度大；,1、楼梯间破坏,原因是：,空间刚度较小；,墙体有削弱等；,突出屋面的屋顶间（电梯机房、水箱间等）、烟囱、女儿墙，由于“鞭端效应”引起破坏。,2、房屋附属物,房屋附属物的破坏比下部主体结构破坏严重。6度区有所破坏，7度区普遍破坏，8-9度区几乎全部破坏或倒塌。,5、楼板和屋盖,楼板和屋盖是地震时传递水平地震作用的主要
6、构件。,对于预制板楼板、楼盖，由于整体性较差、板缝偏小混凝土灌缝不够密实，地震时易于拉裂。9度以上地区，由于墙体开裂、错位、倒塌引起楼板、楼盖掉落。预制板端部搁置长度过短或无可靠的板与板及板与墙的拉接措施，也造成震害。,南京工业大学土木工程学院,13,四、不同烈度地震作用下多层砖房的震害,未经抗震设防的多层砖房在高烈度区的倒塌率非常高。,南京工业大学土木工程学院,14,五、不同用途多层砖房的震害,天津市8度区住宅、医院、中小学教学楼震害统计（%）,横墙间距大震害严重。,南京工业大学土木工程学院,15,5.3 抗震设计的一般规定,一、平立面布置要规则,二、房屋高度、层数、层高要限制,房屋平面最好
7、为矩形。,1.一般情况下，层数和总高度不应超过下表,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。,南京工业大学土木工程学院,16,3.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。,4.砖和砌快承重房屋的层高不应超过3.6m。,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。,房屋高宽
8、比的限值表,南京工业大学土木工程学院,17,四、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，致使纵墙发生较大出平面弯曲变形，造成纵墙倒塌。,南京工业大学土木工程学院,18,五、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。,南京工业大学土木工程学院,19,六、结构体系要合理,1、应优先采用横墙承重或纵横墙共 同承重的结构体系；,2、纵横墙的布置宜对称，沿水平面内宜对齐，沿竖向应上下连 续；同一轴线上的窗间墙宜均匀；,南京工业大学土木工程学院,20
9、,4、楼梯间的位置,不宜设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 筋的附墙烟囱及出墙面的烟囱。,6、不宜采用无锚固的钢筋混凝土预制挑檐。,3、防震缝,有下列情况之一时宜设置防震缝,（1）房屋立面高差在6m以上； （2）房屋有错层，且楼板高差较大； （3）各部分结构刚度、质量截然不同。,体形不对称的结构较体形均匀对称的结构破坏更严重一些。加防震缝可以将体形复杂的结构划成体形对称均匀的结构。,加防震缝亦有一些弊端。,南京工业大学土木工程学院,21,一、 水平地震作用,5.4 计算要点,二、 楼层地震剪力,南京工业大学土
10、木工程学院,22,三、 每片墙的地震剪力,1. 横墙的地震剪力,第i层的横向地震剪力由第i层所有横墙承受。,（1）刚性楼盖房屋,刚性楼盖房屋：对于现浇及装配整体式钢筋混凝土楼 （屋）盖等。,南京工业大学土木工程学院,23,墙体侧移刚度的计算：,（a）无洞墙体,h/b1时,时,时,南京工业大学土木工程学院,24,（b）有洞墙体,规则洞口情况,对于水平实心墙带,对于窗间墙,时,时,南京工业大学土木工程学院,25,不规则洞口情况,南京工业大学土木工程学院,26,（2）柔性楼盖房屋,柔性楼盖：木结构等楼（屋）盖。,第m道横墙所分配的地震剪力，按第m道横墙从属面积上重力荷载代表值的比例分配。,南京工业大
11、学土木工程学院,27,当楼层单位面积上的重力荷载代表值相等时，可进一步简化为按各墙片所承担的地震作用的面积比进行分配：,南京工业大学土木工程学院,28,（3）中等刚度楼盖房屋,中等刚度楼盖：介于刚度楼盖和柔性楼盖之间的楼 （屋）盖，如装配式钢筋混凝土楼盖。,它的各横墙所分配的地震剪力，按刚性楼盖和柔性楼盖结果的平均值确定。,南京工业大学土木工程学院,29,2. 纵墙的地震剪力,对各种楼盖均按刚性楼盖横墙剪力确定方法确定。,3. 同一道墙各墙段地震剪力的分配,第m道墙第r墙段所分配的地震剪力为：,南京工业大学土木工程学院,30,南京工业大学土木工程学院,31,四、 墙体截面抗震承载力验算,1.
12、各类砌体沿阶梯形截面破坏的抗剪强度设计值,非抗震设计的砌体抗剪强度设计值，按砌体结构设计规范采用；,砌体强度正应力影响系数，按下表确定：,砌体类别,砌体强度的正应力影响系数,为对应与重力荷载代表值的砌体截面平均压应力。,南京工业大学土木工程学院,32,2. 粘土砖、多孔砖墙体的截面抗震承载力验算,验算公式：,当按上式验算不能满足时，除采用配筋砌体的提高承载力外，尚可采用在墙段中部增设构造柱的方法。,南京工业大学土木工程学院,33,计入设置与墙段中部、截面不小于240mm240mm且间距不大于4m的构造柱对承载力的提高作用，按下列简化方法验算：,南京工业大学土木工程学院,34,3. 水平配筋粘土
13、砖、多孔砖墙体的截面抗震承载力验算,验算公式：,墙体横截面面积，多孔砖取毛截面面积；,层间墙体竖向截面钢筋总截面面积；,钢筋抗拉强度设计值；,钢筋参与系数，按下表取值,南京工业大学土木工程学院,35,4. 混凝土小砌块墙体截面抗震承载力验算,验算公式：,墙体地震剪力设计值；,芯柱截面总面积；,芯柱混凝土轴心抗压强度设计值；,芯柱影响系数，按下表确定：,填孔率:芯柱根数与孔洞总数之比。,南京工业大学土木工程学院,36,在验算纵、横墙截面抗震承载力时，应选择以下不利墙段进行：,（1）承受地震作用较大的墙体； （2）竖向正应力较小的墙段； （3）局部截面较小的墙垛。,南京工业大学土木工程学院,37,
14、5.5 抗震构造措施,对于多层砌体结构，抗震构造措施对于提高房屋的抗震性能， 作到大震不倒有重要意义。,(一)设置钢筋混凝土构造柱,各种构造措施的目的只有一个:即加强房屋的整体性，使之具有一定的变形能力(延性）。,一、多层砖房的抗震构造措施,南京工业大学土木工程学院,38,南京工业大学土木工程学院,39,1、钢筋混凝土构造柱的主要功能,约束墙体，使之有较高的变形能力。,2、设置位置和要求,（1）构造柱设置部位一般情况下应符合下表要求,南京工业大学土木工程学院,40,3、截面尺寸、配筋和连接的要求,（1）截面与配筋,构造柱最小截面可采用240180mm，纵向钢筋宜采用 ， 箍筋间距不宜大于250
15、mm，且在柱上下端适当加密；7度时超过六层、8度时超过五层和九度时，构造柱纵向钢筋宜采用 ，箍筋间距不应大于200mm；房屋四角的构造柱可适当加大截面及配筋。,（2）构造柱与墙体的连接,构造柱与墙体连接处应砌成马牙槎，并应沿墙高每隔500mm设 拉结钢筋，每边深入墙内不宜小于1m。,构造柱与圈梁连接处，构造柱的纵筋应穿过圈梁，保证构造柱纵筋上下贯通。,（3）构造柱与圈梁的连接,南京工业大学土木工程学院,41,构造柱可不单独设置基础，但应深入室外地面下500mm，或与埋深小于500mm的基础圈梁相连。,（4）构造柱的基础,（5）房屋高度和层数接近限值时的构 造柱间距,房屋高度和层数限值时，纵横墙
16、内 的构造柱间距尚应符合下列要求：,1）横墙内构造柱间距不宜大于层高的二倍，下部1/3的楼层的构造柱间距适当减小；,2）外墙的构造柱间距应每开间设置一柱；当开间大于3.9m时，应令设加强措施。内纵墙的构造柱间距不宜大于4.2m。,南京工业大学土木工程学院,42,(二)设置钢筋混凝土圈梁,1、钢筋混凝土圈梁的主要功能,增加纵横墙体的连接，加强整个房屋的整体性；圈梁可箍住楼盖，增强其整体刚度；减小墙体的自由长度，增强墙体的稳定性；可提高房屋的抗剪强度，约束墙体裂缝的开展；抵抗地基不均匀沉降，减小构造柱计算长度。,（1）装配式钢筋混凝土楼盖、屋盖或木楼盖、屋盖的砖房，横墙承重时应按下表的要求设值圈梁，纵墙承重时每层均应设置圈梁，且抗震墙上的圈梁间距应比表内要求适当加密。,2、钢筋混凝土圈梁的设置部位及构造要求,圈梁与构造柱一起,形成砌体房屋的箍，使其抗震性能大大改善。,南京工业大学土木工程学院,43,（2）现浇或装配整体式钢筋混凝土楼盖、屋盖与墙体可靠
