同濟大學砌體結構設計

1、Page 1同濟大學砌體結構設計同濟大學TONGJI UNIVERSITY主講：熊學玉Page 2同濟大學砌體結構設計 本章內(nèi)容引言第一節(jié) 砌體結構房屋常見震害第二節(jié) 砌體結構房屋的抗震概念設計第三節(jié) 多層砌體結構房屋的抗震計算Page 3同濟大學砌體結構設計砌體結構房屋抗震能力較差砌體結構房屋抗震能力較差 材料抗剪承載力較低，延性差 結構整體連接性能較差砌體結構房屋的抗震要點砌體結構房屋的抗震要點 抗震設計 構造措施 施工質(zhì)量Page 4同濟大學砌體結構設計 1. 墻體交叉裂縫墻體交叉裂縫 產(chǎn)生原因：主拉應力過大 裂縫形狀：傾斜階梯狀且交叉 出現(xiàn)部位：內(nèi)外縱橫墻、窗間墻 分布規(guī)律：底層墻體比

2、頂層嚴重交叉裂縫 豎向裂縫 轉角裂縫 Page 5同濟大學砌體結構設計2. 轉角墻及內(nèi)外墻連接處的破損轉角墻及內(nèi)外墻連接處的破損 產(chǎn)生原因：剛度大分擔地震作用較多 裂縫形狀：豎向裂縫、三角形或菱形 出現(xiàn)部位：內(nèi)外墻連接處、房屋轉角 分布規(guī)律：縱墻承重房屋比橫墻承重房屋嚴重；墻體布置不對稱時比規(guī)則嚴重；不設置圈梁時比設置時嚴重；大洞口、空曠房間或樓梯間嚴重；內(nèi)外墻拉結差時嚴重。3. 空曠空間墻體的開裂空曠空間墻體的開裂 n產(chǎn)生原因：抗震墻體相距較遠，墻體受彎剪或水平彎曲作用n裂縫形狀：通長水平裂縫n出現(xiàn)部位：大房間房屋頂層，大開間房屋外墻n分布規(guī)律：空曠房間的外縱墻或山墻開裂嚴重；錯層、房屋 平

3、面凹 凸變化處、墻體在門窗洞口過分被削弱處開裂嚴重。Page 6同濟大學砌體結構設計4. 碰撞損壞碰撞損壞 產(chǎn)生原因：墻體振動，互相碰撞擠壓 出現(xiàn)部位：伸縮縫和沉降縫兩側碰撞損壞碰撞損壞 Page 7同濟大學砌體結構設計5. 突出屋面樓梯間、電梯間、附墻煙囪、女兒墻等附屬結構的破損突出屋面樓梯間、電梯間、附墻煙囪、女兒墻等附屬結構的破損 產(chǎn)生原因：“鞭鞘效應” 出現(xiàn)部位：房屋突出部位 分布規(guī)律：突出部分的面積相對于下層面積愈小，破損愈嚴重突出部位震害突出部位震害 Page 8同濟大學砌體結構設計6. 砌體結構房屋樓蓋的破損砌體結構房屋樓蓋的破損 產(chǎn)生原因：板、梁墻上支承長度不夠或無可靠拉結 出

4、現(xiàn)部位：預制板和承重墻連接處 分布規(guī)律：無圈梁房屋較有圈梁房屋嚴重；現(xiàn)澆樓蓋的抗震性能優(yōu)于預制樓蓋7. 門窗過梁的損壞門窗過梁的損壞 產(chǎn)生原因：磚拱對變形極為敏感 裂縫形狀：支座倒八字裂縫和跨中豎縫 出現(xiàn)部位：磚砌平拱、弧拱過梁 分布規(guī)律：房屋盡端處損壞比中部過梁嚴重，上層比下層損壞嚴重Page 9同濟大學砌體結構設計8. 設有鋼筋混凝土構造柱時墻體的損壞設有鋼筋混凝土構造柱時墻體的損壞 產(chǎn)生原因：水平往復地震作用 裂縫形狀：交叉裂縫 出現(xiàn)部位：墻體和構造柱柱端 分布規(guī)律：墻體裂縫的寬度不會很大，構造柱柱端混凝土崩裂、鋼筋屈曲，集中配筋約束墻體抗倒塌能力較強、具有很大的抗變形能力Page 10

5、同濟大學砌體結構設計9. 非結構構件的震害非結構構件的震害 多層磚房震害規(guī)律： 層數(shù)越多，破壞越重； 橫墻越少，破壞越重； 層高越高，破壞越重； 砂漿強度等級低，破壞重； 房屋兩端及轉角處震害重； 下層比上層的破壞重； 預制樓板比整體現(xiàn)澆樓板的破壞重； 橫墻比縱墻破壞重； 墻肢平面布置不均勻時破壞重。Page 11同濟大學砌體結構設計 砌體房屋抗震性能與建筑平面布置、結構選型、抗震計算、構造措施和施工質(zhì)量相關。 砌體房屋抗震設計原則：“小震不壞、中震可修、小震不壞、中震可修、 大震不倒大震不倒”抗震概念設計主要內(nèi)容： 建筑總體布置建筑總體布置 結構選型結構選型 抗震構造措施抗震構造措施Page

6、 12同濟大學砌體結構設計一、建筑平立面布置 1平立面布置平立面布置房屋的平面布置宜規(guī)則、對稱： 剛度中心和質(zhì)量中心應盡量接近 平面布置應避免墻體局部突出和凹進 應盡量避免將大房間布置在單元的兩端房屋的立面布置宜規(guī)則： 房屋的質(zhì)量分布和剛度沿高度方向變化宜均勻 應避免局部的突出 樓層不宜有錯層2樓梯間的布置樓梯間的布置 樓梯間不宜布置在房屋端部的第一開間及轉角處 樓梯間不宜突出或開設過大的窗洞，以免將樓層圈梁切斷 應特別注意樓梯間頂層墻體的穩(wěn)定性Page 13同濟大學砌體結構設計二、結構選型 注: 1.房屋總高度指室外地面到檐口的高度，半地下室可從地下室室內(nèi)地 面算起，全地下室可從室外地面算起

7、； 2.單面走廊房屋的總寬度不包括走廊寬度； 3.對醫(yī)院、教學樓等橫墻較少的房屋的總高度，應比表中的規(guī)定相應 降低3m。 1砌體結構房屋高度、層高、高寬比限制砌體結構房屋高度、層高、高寬比限制 砌體結構房屋總高度砌體結構房屋總高度(m)(m)、層數(shù)和高寬比限值、層數(shù)和高寬比限值 砌體類別最小墻厚(mm)烈度6789高度層數(shù)高度層數(shù)高度層數(shù)高度層數(shù)普通粘土磚24024八21七18六12四混凝土小(中)砌塊19021七21七18六12四多孔磚24021七21六18六12四最大高寬比2.52.52.01.5Page 14同濟大學砌體結構設計2多層砌體結構房屋的結構選型多層砌體結構房屋的結構選型（1）

8、承重方案的選擇 多層磚房應優(yōu)先采用橫墻或縱橫墻承重方案。 縱橫墻的布置應均勻?qū)ΨQ，沿平面宜對齊，沿豎向應上下連續(xù)，同一軸線上的窗間墻宜均勻。 在房屋的一個獨立單元內(nèi)，宜采用相同的結構材料。（2）防震縫的設置）防震縫的設置 要求設置防震縫的房屋要求設置防震縫的房屋 (a)房屋的立面高差在6m以上； (b)房屋有錯層，且樓板高差較大； (c)各部分結構剛度、質(zhì)量截然不同。 防震縫的設置防震縫的設置 防震縫應沿房屋全高設置，基礎可不設防震縫，兩側應布置抗震墻。 防震縫按房屋高度和設防烈度不同，縫寬一般取70mm100mm。Page 15同濟大學砌體結構設計（3）抗震橫墻最大間距限制）抗震橫墻最大間距

9、限制(教材教材 表表8-2) （4）墻體局部尺寸限制（表）墻體局部尺寸限制（表8-3 ）（5）地下室與基礎）地下室與基礎 地下室對上部結構的抗震起有利作用，有條件時，砌體房屋宜結合使用要求或人防需要，建造滿堂地下室。 軟弱地基（包括軟弱粘性土，可液化和嚴重不均勻地基）上的房屋宜沿外墻及所有承重內(nèi)墻增設基礎圈梁一道。 Page 16同濟大學砌體結構設計三、抗震構造措施 1鋼筋混凝土構造柱鋼筋混凝土構造柱 鋼筋混凝土構造柱的作用：鋼筋混凝土構造柱的作用： 可提高墻體抗剪承載力1020%，墻體的剛度增大不多 加強結構的整體性 約束墻體的變形，防止墻體倒塌，提高無筋砌體延性34倍； 建筑抗震設計規(guī)范建

10、筑抗震設計規(guī)范構造柱設置部位的規(guī)定（表構造柱設置部位的規(guī)定（表8-4） 構造柱設置規(guī)定構造柱設置規(guī)定 構造柱最小截面尺寸240mm180mm； 混凝土強度等級不低于C20； 縱筋采用412(角柱用414)，箍筋6250，柱上、 下 端各 700mm(600mm)箍筋加密至100mm 。 構造柱應先砌墻后澆筑混凝土，應砌成馬牙槎； 構造柱沿墻高每隔500mm設26拉結鋼筋，每邊伸入墻內(nèi)不宜小于1000mm。Page 17同濟大學砌體結構設計2鋼筋混凝土圈梁鋼筋混凝土圈梁 圈梁抗震作用：圈梁抗震作用： 增強縱橫墻的連接，加強房屋的整體性和空間剛度 限制墻體平面外的變形； 圈梁與構造柱整體現(xiàn)澆形成約

11、束框架，共同發(fā)揮對墻體的約束作用。 建筑抗震設計規(guī)范建筑抗震設計規(guī)范圈梁設置部位的規(guī)定（表圈梁設置部位的規(guī)定（表8-5） 圈梁設置規(guī)定圈梁設置規(guī)定 圈梁高度不應小于120mm； 圈梁在平面上應封閉，當遇有洞口被切斷時應上下搭接； 圈梁應先砌墻后與構造柱一起現(xiàn)澆成整體Page 18同濟大學砌體結構設計3墻體間的拉結墻體間的拉結 大房間的外墻轉角及內(nèi)外墻交接處，均應沿墻高每隔500mm配置26拉結鋼筋，并伸入墻內(nèi)不宜小于1m。墻體間的拉結墻體間的拉結 Page 19同濟大學砌體結構設計 后砌的自承重隔墻應沿墻高每隔500mm配置26拉結鋼筋與承重墻或柱連接，每邊伸入墻內(nèi)不小于500mm。 當設防烈

12、度為8、9度時，長度大于5.1m的后砌非承重砌體隔墻的墻頂尚應與樓板或梁拉結。梁板與墻柱間的拉結梁板與墻柱間的拉結 Page 20同濟大學砌體結構設計4樓樓(屋屋)蓋梁板與墻柱間的連接蓋梁板與墻柱間的連接 現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板或屋面板伸進縱橫墻內(nèi)的長度，均不宜小于120mm； 裝配式鋼筋混凝土樓板或屋面板，當圈梁未設在板同一標高時，板端伸進外墻的長度不應小于120mm，伸進內(nèi)墻的長度不宜小于100mm，且不應小于80mm，在梁上不應小于80mm； 當板的跨度大于4.8m并與外墻平行時，靠外墻的預制板側邊應與墻或圈梁拉結。樓(屋)蓋的鋼筋混凝土梁或屋架，應與墻、柱（包括構造柱）或圈梁有可靠的連接。

13、梁與磚柱的連接不應削弱磚柱截面，獨立磚柱頂部應在兩個方向均有可靠連接。Page 21同濟大學砌體結構設計二階段設計二階段設計: 按地區(qū)設防烈度進行構件截面抗震承載力計算 彈性分析 按高于本地區(qū)設防烈度的預估罕遇地震作用驗算構件彈塑性變形 概念設計構造措施Page 22同濟大學砌體結構設計一、水平地震作用的計算 1基本假定基本假定 一般情況僅計算水平地震作用下結構構件的內(nèi)力 水平地震作用應分別沿房屋的兩個主軸方向進行，每個方向的水平地震作用全部由平行于地震作用方向的墻體承受 2水平地震作用下砌體房屋抗震計算簡圖水平地震作用下砌體房屋抗震計算簡圖 計算簡圖可將各層樓蓋及頂層屋蓋簡化多質(zhì)點受力體系：

14、 其中，樓蓋處質(zhì)點的重力荷載代表值取樓蓋自重、作用于樓面上的可變荷載以及相鄰上、下層墻體自重的一半。 當房屋高度不超過40m，結構以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻時，計算方法可采用底部剪力法計算沿高度方向水平地震作用分布值。Page 23同濟大學砌體結構設計3水平地震作用水平地震作用 結構的總水平地震作用標準值FEK按下式確定：FEK=1Geq底部剪力法可確定質(zhì)點i的水平地震作用標準值為: 突出屋頂附加質(zhì)點所承擔的水平地震作用為:Fn=n=FEK式中，1相應于結構基本自振周期的水平地震影響系數(shù)值， 多層砌體房屋、多層內(nèi)框架磚房取1=max；6 度時max=0.04，7度時max=0

15、.08，8度時 max=0.16。Geq結構等效總重力荷載，多質(zhì)點體系取總重力代表 值的85%； Hi、Hj、Gi、Gj質(zhì)點i、j的計算高度和集中于i、j的重力荷載代表值 ，后者取100%恒載，50% (書庫80%)樓面活載，50%雪載；n頂部附加地震作用系數(shù)，多層內(nèi)框架磚房可采用 0.2，其他磚房取0。nEKnjjjiiiFHGHGF11n. . .21，iPage 24同濟大學砌體結構設計 第i樓層的水平地震剪力標準值: 對于突出屋面的附屬物，抗震驗算時可將突出部分的頂蓋作為一個質(zhì)點，與其他各質(zhì)點一起按底部剪力法求Fi。在驗算突出屋面附屬物的墻體時，需將求得的水平地震作用效應Fn乘以增大系

16、數(shù)3，所增大部分不往下層傳遞。女兒墻可假設在其高度1/2處作為一個質(zhì)點按底部剪力法求Fn，其余同上。 njjiFV1Page 25同濟大學砌體結構設計二、樓層水平地震剪力在本層墻體間的分配 1橫向水平地震作用下層間剪力分配橫向水平地震作用下層間剪力分配 橫向水平地震作用由該驗算方向橫墻單獨承受 第i層層間水平地震剪力為Vi按三種情況分配到該層第m道橫墻上： 剛性樓蓋剛性樓蓋 適用樓蓋適用樓蓋：現(xiàn)澆或裝配整體式鋼筋混凝土樓（屋）蓋 計算模型計算模型：樓（屋）蓋可視作支承在橫墻上的多跨連續(xù)梁 分配方法分配方法：各橫墻所承受的水平地震剪力按其等效剛度的比 例分配Page 26同濟大學砌體結構設計 考

17、慮橫墻彎曲變形和剪切變形，層間各橫墻的抗側移剛度: 式中，E 砌體彈性模量；t 墻體厚度； 墻片高寬比，=h/b;h 墻片高度；b 墻片寬度； 當4時，可認為該橫墻的抗側移剛度可略去不計。 根據(jù)側向位移協(xié)調(diào)條件，第i層第m道抗側移剛度為Dim橫墻的所承擔的水平地震剪力: 式中，Dim第i層第m道橫墻的抗側移剛度;Di第i層全部橫墻的總抗側移剛度; r 第i層橫墻的總數(shù)。43EtDiiimirjijimimVDDVDDV1Page 27同濟大學砌體結構設計 若房屋某層間各橫墻都屬只考慮剪切變形的情況，且墻體材料、厚度、層高都相同時，第i層第m道橫墻的所承擔的水平地震剪力:式中，Aim 第i層第m

18、橫墻的凈截面面積;Ai 第i層全部橫墻的總凈截面面積 。iiimirjijimimVAAVAAV1Page 28同濟大學砌體結構設計 不同樓蓋剛度水平變形圖不同樓蓋剛度水平變形圖（a）剛性樓蓋）剛性樓蓋 （b）柔性樓蓋）柔性樓蓋 Page 29同濟大學砌體結構設計 柔性樓蓋柔性樓蓋 n適用樓蓋：木樓(屋)蓋n計算模型：樓(屋)蓋視作支承在橫墻上的多跨簡支梁n分配方法：按本橫墻從屬面積上重力荷載代表值的比例分配 按從屬面積上重力荷載代表值比例，i層第m道橫墻所承擔水平地震剪力：式中，Gim第i層第m橫墻所承擔的重力荷載代表值； Gi第i層所有橫墻所承擔的重力荷載代表值 。iiimirjijimi

19、mVGGVGGV1Page 30同濟大學砌體結構設計 如樓(屋)蓋重力荷載為均勻分布，按從屬面積的比例，第i層第m道橫墻所承擔的水平地震剪力：式中，Zim第i層第m橫墻的從屬面積；Zi第i層所有橫墻的總面積。iiimirjijimimVZZVZZV1Page 31同濟大學砌體結構設計 中等剛度樓蓋中等剛度樓蓋 n適用樓蓋：普通預制板的裝配式鋼筋混凝土樓(屋)蓋n計算模型：樓(屋)蓋視作支承在橫墻上的多跨簡支梁n分配方法：取剛性、柔性樓蓋分配比例的平均值 第i層第m道橫墻所承擔的水平地震剪力：iiimiimimiiimiimimVGGDDVVZZAAV2121或Page 32同濟大學砌體結構設計

20、2縱向水平地震作用下層間剪力分配縱向水平地震作用下層間剪力分配 計算方法同橫墻，由于縱向墻體的間距較小，水平剛度較大，往往可按縱墻凈截面面積與全部縱墻總凈截面面積的比值Aim/Ai進行分配。 Page 33同濟大學砌體結構設計三、墻體截面抗震承載力驗算 1無筋墻體截面抗震承載力驗算無筋墻體截面抗震承載力驗算 式中，V 墻體剪力設計值； RE墻體抗震受剪承載力調(diào)整系數(shù)，（無筋磚砌體 墻取RE =1.0，當墻體兩端均有鋼筋混凝土構 造柱時取RE =0.9；自承重墻取RE =0.75）； fVE砌體沿階梯形截面破損的抗震抗剪強度設計值； A 墻體橫截面面積（多孔磚取毛截面面積）； fV砌體抗剪強度設計值； N砌體抗