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同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。
③平面轮廊凹凸尺寸不宜过大,当较大时,房屋转角处应采取加强措施。
④当房屋立面高差在6m以上、房屋有错层且楼板高差大于层高的1/4、各部分结构刚度和质量截然不同时,宜设置防震缝,缝两侧均应设置墙体,缝宽应根据烈度和房屋高度确定,可采用70~100mm。
⑤楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处。
⑥教学楼、医院等横墙较少、跨度较大的房屋,宜采用现绕钢筋混凝土楼、屋盖。
⑦不应在房屋转角处设置转角窗。
1>
整体尺寸限定
(1)房屋总高度与层数
多层砌体房屋的抗震能力与房屋的总高度直接相关。
震害调査资料表明:
随层数增多,砌体房尾的破坏稈度也随之加重,倒塌率与房屋的层数近似成正比。
因此,对房屋的高度与层数要给予一定的限制。
《抗震规范》对砌体房的总高度与层数的限值见表6.13。
对医院、教学楼等横墙较少的房屋,总高度应比表6.13的规定相应降低3m,层数应相应减少1层;
对各层横墙很少的房屋,还应再减少1层。
横墙较少指同一楼层内开间大于4.2m的房间占该层总面积的40%以上的横墙很少指同一楼层内开间不大于4.2m的房间占该层总面积不到20%,且开间大于4.8m的房间占该层总面积的30%以上。
采用蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖的砌体房屋,当砌体的抗剪强度仅达到普通黏土砖砌体的70%时,房屋的层数应比普通砖房减少1层,总高度应减少3m。
当砌体的抗剪强度达到普通黏土砖砌体的取值时,房屋层数和总高度要求同普通砖房屋。
6度7度时,横墙较少的两类多层砌体房屋,当按规定采取加强措施并满足抗震承载力要求时,其高度和层数仍应允许按表6.13规定采用。
表6.13房屋的层数和总高度(m)限值
房屋类别
最小厚度
烈度
6
7
8
9
0.05g
0.10g
0.15g
0.20g
0.30g君
0.40g
高
度
层
数
髙
多层砌
体房屋
普通砖
240
21
18
15
5
12
4
多孔砖
3
190
-
—
小砌块
底部框架-抗震墙砌体房
屋
22
19
16
13
注:
①房屋的总高度指室外地面到檐□或主要屋面板板顶的高度,半地下室从地下室室内地面算起,全地下室和嵌固条件好的半地下室可从室外地面箅起;
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0.6m时,房屋总高度可比表中数据适当增加,但增加量不应多于1m。
③乙类的多层砌体房屋仍按本地区设防烈度査表,但层数应减少1层且总高度应降低3m。
不应采用底部框架-抗震墙砌体房屋。
④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。
(2)房屋的高宽比
当房屋的高宽比大时,地震时易发生整体弯曲破坏。
多层砌体房屋不做整体弯曲
验算,但为了保证房屋的稳定性,房屋总高度和总宽度的最大比值应满足表6.14的要求。
表6.14房屋最大高宽比
3>
局部尺寸限定
(1)层高限制
普通砖、多孔砖和小砌块砌体承重房屋的层高,不应超过3.6m。
当使用功能确有需要时,采用约束硬体等加强措施的普通砖砌体的层高不应超过3.9m。
当底层采用约束砌体抗震墙时,底层的层高不应超过4.2m。
(2)抗震横墙的间距
多层砌体房屋的横向地震力主要由横墙承担,抗震横墙数和间距对多层砌体房屋的抗震性能影响很大。
横墙数量多、间距小,结构的空间刚度大,抗震性能好,反之抗震性能差。
横墙间距的大小还与楼盖传递水平抗震力的需求相联系,过大时,楼盖刚度可能不足以传递水平地震力到相邻墙体。
因此多层砌体房屋的抗震横墙间距不应超过表6.15中的规定值。
«
6.15多层砌体房屋抗震横墙最大间距单位:
m
多层
砌体
现浇和装配整体式钢筋混凝土楼屎盖
11
装配式钢筋混凝土楼屋盖
II
木崖盖
底部框架-抗庚
墙砌体房屋
卜.部各S
同多S®
底部或底部两层
18|15|II
①多层砌体房屋的顶层,除木屋盖外,其最大横墙间距可适当放宽,应采取相应加强措施;
②多孔砖抗震横墙厚度为190mm时,最大横墙间距应比表中数值减少3m,
(3>
房屋的局部尺寸
为避免出现薄弱部位,以防止因局部破坏发展成为整栋房屋的破坏,多层砌体房屋的局部尺寸应符合表6.16要求。
表6.16房屋的局部尺寸限值单位:
部位
承*窗间墙最小宽度
1.0
1.2
1.5
承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离
非承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离
内墙阳角至门窗洞边的最小距离
2.0
无描固女儿墙(非出人口处)的最大高度
0.5
0.0
①局部尺寸不足时,应采取局部加强措*弥补,且S小宽度不宜小T1/4)3高和表列数据的80ft(
②出入口处的女儿墙应有锚固。
6.2.3多层砌体房屋的抗震计算
多层砌体房屋的抗震计算是对墙体抗侧力能力进行验算,具体而言是砌体房屋薄弱层的墙段的抗震验算多层砌体房屋的抗震计算基本步骤包括:
地震作用与楼层剪力计算、墙体(或墙段)地震剪力分配、墙体(或墙段)抗震验算。
地震作用与楼层剪力计算
(1)计算简图
多层砌体房屋地震作用计算时,应以防震缝所划分的结构单元作为计算单元。
在计算单元中各楼层的集中质点设在楼、屋盖标高处。
各楼层质点重力荷载包括:
楼、屋盖上的重力荷载代表值和上、下各半层墙体(含构造柱)的自重。
多层砌体房屋的计算简图如图6.24所示。
计算简图中底部固定端的标髙取值:
当基础埋置较浅时,取基础顶面;
当基础埋置较深时,取室外地坪下0.5m;
当有整体刚度很大的全地下室时,取地下室顶板顶面标高;
当地下室刚度较小或半地下室时,取地下室室内地坪标髙,且地下室顶板算一层楼面。
(b)计算简图(<
0楼层地震剪力
田<
5.24多层砌体房屋的计算简S
(2)楼层水平地震剪力
多层确体房屋层数一般不超过7层,且质量与刚度沿高度分布一般比较均匀,在地震作用下的变形以剪切变形为主。
在抗震计算时一般只考虑单向水平地震作用,采用底部剪力法进行地震作用计爲。
多层砌体房屋纵向或横向承重墙数量较多,房屋的侧向刚度大,其基本周期一般处于设计反应谱的平台段周期范围内,水平地震影响系数取地震影响系数最大值。
则多层砌体房屋所受到的总地震作用标准值为:
(6-44)
由于多层砌体房屋基本周期短,忽略高振型的影响,则任一质点i的水平地震作用标准值
F,为:
(6.45)
作用于第i层的楼层地震剪力标准值K为〖层以上各层所受到的地震作用标准值之和’即:
^=Xf,(6.46)
对于突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱等,鞭梢效应的影响,其地震作用应乘以地震增大系数3。
但增大的2倍不应往下传递,即计算房屋下层层间地震剪力时不考虑上述地震作用增大部分的影响。
【例6.1】如图6.25所示4层砖砌体房屋,横墙承重,楼梯间突出屋顶。
已知抗震设防
【解】
(1)结构底部地震剪力标准值设防烈度为8度,则16
fEk==0.85x0.16x念G;
=2373kN
(2)楼层地震作用标准值和地震剪力标准值
由式(6.2)和式(6.3)及关于屋顶间的附加规定,计算结果见表6.17。
表6.17楼层地震剪力计算
楼层
/kN
H,
/m
/(kN.m)
GA
ic'
H'
,
屋顶间
250
16.4
4100
0.03
66
66x3=198
3300
13.4
44220
0.30
712
778
4200
10.4
43680
704
14S2
2
7.4
31080
0.21
501
1983
1
5500
4.4
24200
0.16
390
2373
S
17450
147280
2>
墙体(或墙段)地震剪力分配
(1)墙体的侧移刚度
当结构仅发生平移而不发生转动时,可将墙体视作下端固定、上端嵌固的构件。
将下端固定、上端嵌固的墙体在顶端单位力作用下所产生的侧移称为墙体的侧移柔度,其倒数为侧移刚度,如图6.26所示。
墙体在侧向力作用下的变形一般包含弯曲变形与剪切变形两部分,即:
剪切变形:
s-=i=i(6.47)
弯曲变形:
Sb=Y1EI
式中七/—分别为墙体的水。
h、b、t——分别为墙体的髙度、宽度和厚度;
E、G一分别为墙体的弹性模量与剪切模量,一般G-0.4E;
一截面剪应力不均匀系数,对矩形截面取1.2。
墙体在侧向力作用下总变形为:
fi=^[(t)3+3(|)](6'
49)
由式(6.49)可见,墙体在侧向力作用下总变形与墙体的高宽比相关,如图6.27所示。
当h/bC时,墙体变形以剪切变形为主;
当ft/6>
4时,墙体变形以弯曲变形为主;
当I<
h/b^4时,墙体变形中弯曲变形和剪切变形均占相当比例。
当A/6在1时,仅考虑剪切变形,则墙体的侧移刚度为:
El
'
3(h/b)
当1<
A/6S4时,同时考虑弯曲及剪切变形,则墙体的侧移刚度为:
(6.50)
(6.51)
当A/6>
4时,主要为弯曲变形,侧移很大,可不考虑墙体的侧移刚度,取K=0。
对于开有门窗洞口的墙体,不仅应考虑门窗间墙体变形的影响,还应考虑洞口上、下水平墙带变形的影响,如图6.28所示。
因此,对开有洞口的墙体侧移刚度计算时,常根据洞U情况将墙体沿墙高划分为《条墙带,墙体顶端单位力作用下的侧移为各水平墙带侧移之和,即:
(6.52)
则带洞口墙体的侧移刚度为:
(6.53)
对开有规则洞口的墙体(见图6.28(a)),将墙体划分为上、下无洞口的墙带和窗间墙段组成的墙带。
对无洞口墙带,因其高宽比/»
/6«
1时,该墙带的刚度按式(6.50)计算;
窗间墙墙带的刚度&
等于各窗间墙段刚度&
之和,其根据墙段的高宽比确定D
对于开有不规则洞口的墙体(见图6.28(b)在规则洞口墙体划分的墙带基础上,再沿
I——t——;
^——L—>
J.——^i>
、I
(b)不规则洞口图6.28多洞a墙体
墙带的长度方向,根据门洞及窗洞的布置特点,将墙带划分为几个单元墙片,单元墙片的刚度确定方法类似于规则洞口墙体的方法,墙片由墙段组成。
如图6.28(b)所示,将带有窗洞和门洞的墙带再划分为4个墙片,其侧移刚度分别为则墙体刚度为:
K=rJ「(6.54)
【wl++[»
3+尺*4K3式中《W]=~j’^=£
,尺:
j'
#CUK2,+Aj2Ki2A^23+尺24《13K2S+Kx
(2)楼层地震剪力的分配
楼层地S剪力V,—般假定由各层与K,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。
其在各墙体间的分配主要取决于楼盖的刚度(类型)和各墙体的抗侧移刚度。
横向地震剪力分配时,根据楼盖水平刚度将楼盖分为刚性楼盖、中等刚度楼盖和柔性楼盖;
而纵向抗震剪力分配时,由于结构纵向刚度都很大,通常将其视作刚性楼盖。
①刚性楼盖。
刚性楼盖是指抗震横墙间距满足表6.15的现浇钢筋混凝土楼盖或装配整体式钢筋混凝土楼盖。
在横向水平地震作用下,刚性楼盖在其水平面内产生的变形很小,将楼盖在其平面内视为绝对刚性的连续梁,各横墙视作梁的弹性支座,如图6.29所示。
当结构和荷载均对称时,各横墙的水平位移相等,即各弹性支座的位移相等t设第i层共有m道横墙,其中第y道横墙承受的地震剪力为V。
,有:
=K(6.55)
式中,&
为第_/道横墙的侧移刚度\与楼i层间侧移4的乘积:
%=M’(6.56)
将式(6.56)代人式(6.55>
有:
次=
将式(6.57)代人式(6.56)有:
(6.58)
即刚性楼盖的各横墙地震剪力按扰震横墙的侧移刚度比例进行分配。
当同层墙体材料及高度均相同,且只考虑剪切变形时,将式(6.50)代人式(6.58)有:
(6.59)
即对刚性楼盖,当各抗震墙的高度、材料均相同时,其楼层地震剪力可按各抗震墙的横截面面积比进行分配。
②柔性楼盖是指木结构楼盖等。
由于柔性楼盖的水平刚度小,在水平地震作用下楼盖平面内变形除平移外还有弯曲变形,楼盖平面内各处水平位移不相等。
可近似将楼盖视作简支于各横墙的一多跨简支梁,如图6.30所示。
各片横墙产生的水平位移取决于其邻近从属面积上楼盖重力荷载代表值所引起的地震作用,则第i层第/道横墙所承相的地震剪力可根据该墙从属面积上重力荷载代表值的比例进行分配,即:
(6.60)
式中——第i层第j道横墙从属面积上的重力荷载代表值;
G,——第t层楼盖总重力荷载代表值。
当楼盖单位面积上的重力荷载代表值相同时,上述计算可进一步简化为按各墙承担的竖向荷载从属面积的比例进行分配,即:
96.30柔性楼盖计算面图
(6.61)
式中<
——第i层第_/道墙体的从属荷载面积,一般等于该墙两侧相邻墙之间各一半建筑面积之和:
A\——第i层楼羞总面积。
③中等刚度楼盖。
装配式钢筋混凝土楼盖属于中等刚度楼盖,其楼盖刚度介于刚件楼盖和柔性楼盖之间。
因而各道横墙所承担的地震作用,不仅与横墙的侧移刚度相关,还与楼盖
的水平变形有关。
一般取刚性楼盖和柔性楼盖两种计算结果的平均值,即
G,1^(6-62)
Ka)
当墙高相同,所用材料相同且楼盖上重力荷载分布均匀时,
(3)墙段间地震剪力的分配
墙段宜按门窗洞口划分。
对设置构造柱的小开口墙段按毛墙面计算的刚度,可根据开洞率乘以表6.18的墙段洞口影响系数来计算。
开洞率为洞口水平截面面积与墙段水平毛截面面积之比,相邻洞口之间净宽小于500mm的墙段视为洞口。
表6.18墙段洞口彩响系数
开洞率
0.10
0.20
影响系数
0.98
0.94
0.8S
洞口中线偏离墙段中线大于墙段长度的1/4时,表中影嘀系数折减0.9:
门洞的洞顶高度大于层高80%时,表中数据不适用:
窗洞高度大于50¾
¾
离B•丨,按I'
J洞对等对待。
当墙体存在规则门窗洞口时(见图6.28(a)),上部墙带为水平实心墙带,在水平地震作用下则洞间墙段产生的侧移值应相等,因此窗洞间各墙段所承担的地震力可按各墙段的侧移刚度&
比例进行分配。
设第y道墙上共有*个墙段,则第r个墙段所分配的地震剪力^为:
当墙体存在不规则门窗洞口时(见图6.28(b)),可以采用两次分配法确定各洞口间墙段的地震剪力,即先确定各单元墙片的地震剪力,再计算单元墙片中各墙肢的地震剪力。
如图
6.28(b)所示,将作用于墙体的地震剪力按单元墙片侧移刚度(式(6.54))进行分配,再将作用于墙片的地震剪力按墙段的侧移刚度分配。
与墙体侧移刚度类似,墙段的侧移刚度根据各墙段的高宽比h/b确定。
墙段的高宽比指层高与墙长之比,对门窗洞边的小墙段指洞净高与洞侧墙宽之比。
计算高宽比A/6时,墙段高度ft取值:
窗间墙取窗洞髙;
门间墙取门洞高;
门窗间墙取窗洞高;
尽端墙取紧靠尽端的门洞或窗洞高,当时,仅考虑剪切变形,按式(6.50)计算;
当1时,同时考虑弯曲及剪切变形,按式(6.51)计算;
当h/b>
4主要为弯曲变形,则侧移刚度取为0。
墙段的抗震验算
当墙段所受的地震剪力确定后,则可进行墙段的抗震验箅。
包括验算墙段的确定、墙段的抗震抗剪承载力计算、墙段截面抗剪验算等。
⑴验算的墙段
理论上所有的墙段都应进行抗震验算。
根据经验,一般只需对纵、横向的不利墙段——含承受地震剪力较大的墙段、竖向压应力较小的墙段、局部截面较小的墙段进行截面验算3
(2)墙段的抗震抗剪承载力
砌体房屋抗震抗剪承载力的计算有两种半理论半经验的方法,即主拉应力强度理论和剪切摩擦强度理论。
主拉应力强度理论将砌体视为各向同性的弹性材料,认为当地震剪应力r与竖向荷载正应力A共同作用在砌体上,当阶梯形截面上产生的主拉应力不大于砌体的抗剪强度/,时,砌体不发生破坏。
即:
=-y+y(-y)+T2^/,(6.65)
由式(6.65)有:
7+Y(6.66)
剪切摩擦强度理论认为,砌体阶梯形截面的地震剪应力r满足式(6.67)时不会发生破坏:
T«
/,+/AO-0(6.67)
从静力试验和计算分析结果看,当砂装强度等级高于M2.5,且1<
*^吳4时,两者结果
相近;
在/,较低且f相对较大时,两者的结果差异较大。
《抗震规范》对砖砌体的抗震抗剪承载力仍采用主拉应力强度公式,但由于砌块砌体房屋的震害经验较少,对砌块砌体则采用基于试验结果的剪切摩擦强度公式。
引人正应力影响系数,将两种方法用统一的表达式给出,即地震作用下砌体沿阶梯截面破坏的抗震强度设计值统一表示为:
/.e=U,(6.68)
式中/,——非抗震设计的砌体抗剪强度设计值,可按《砌体结构设计规范》(GB50003)采用;
“——砌体抗震抗剪强度的正应力影响系数5对砖砌体,根据主拉应力强度理论,砌体强度的正应力影响系数表示为:
^=rV1+0-457;
(6.69>
对于混凝土小砌块砌体,根据剪切摩擦强度理论.砌体强度的正应力影响系数表示为:
[1+0.25爷(令在5)
=A(6.70)
2.25+0.17(f-5)(^->
5)
式(6.69)和式(6.TO)计算的“值列于表6.19中。
砌体类别
3_
3.0
5.0
7.0
10.0
12.0
16.0
普通砖、多孔砖
0.80.
0.99
1.25
1.47
1.65
1.90
2.05
混凝土小砌块
1.23
1.69
2.15
2.57
3.02
3.32
3.92
为对应于重力荷载代表值的®
体截面平均压应力。
(3)墙段截面的抗震抗剪承载力验算
墙段材料不同,墙体构造措施不同,墙段截面的抗剪承载力验算公式不同。
下面分别介绍普通砖(多孔砖)墙段和小砌块墙段的截面抗剪承载力验算。
①普通砖、多孔砖墙体:
V矣^(6.71)
式中V——墙体(或墙段)地震剪力设计值,为地震剪力标准值的1.3倍;
A——墙体(或墙段)横截面面积,多孔砖取毛截面而积;
yKE——承载力抗震调整系数,一般抗震墙=1.0,两端均有构造柱、芯柱约束的抗震墙yBE=0.9,自承重墙体7be=0."
75。
②水平配筋普通砖、多孔砖墙体:
+fs/yh>
llh)(6.72)
式中4——墙体横截面面积,多孔砖取毛截面面积;
U——钢筋抗拉强度设计值;
——层间墙体竖向截面的水平钢筋截面总面积,配筋率应不小于0.07%且不大于0.17%;
一钢筋参与工作系数,可按表6.20采用。
表6.20钢筋参与工作系数
墙体高宽比
0.4
0.6
0.8
{,
0.12
0.14
0.15
当按式(6.72)验算不满足时,可在墙体(或墙段〉中部设置截面不小于240mmx240mm(墙厚190mm时为240mmx190mm)且间距不大于4m的构造柱来提高抗剪承载力,则
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