注冊(cè)結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)砌體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)講義

PAGEPAGE12頁(yè)第六節(jié)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)一、一般規(guī)定(一)抗震設(shè)防的基本原則地震給房屋的震害，直接影響著人們生命和財(cái)產(chǎn)的安全，所以在地震區(qū)建造房屋要進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，事先設(shè)防，使房屋能經(jīng)受住地震作用的破壞。根據(jù)長(zhǎng)期的抗震研究和設(shè)防經(jīng)驗(yàn)，目前我國(guó)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防，提出“小震不壞、中震可修、大震不倒”的基本原則。就是說(shuō)：房屋在經(jīng)受多發(fā)的和常遇性的、低于本地區(qū)設(shè)防烈度的地震，即所謂小震的影響時(shí)，結(jié)構(gòu)一般未遭受損壞，或所受的影響無(wú)需修理即可繼續(xù)正常使用，結(jié)構(gòu)仍處于彈性階段。這里，一個(gè)地區(qū)的設(shè)防烈度即該地區(qū)的基本烈度；小震時(shí)的烈度稱(chēng)中值烈度，它比基本烈度平均約低1．55度。結(jié)構(gòu)在經(jīng)受中震，即相當(dāng)于基本烈度時(shí)，雖有損壞，但修理后仍可以繼續(xù)使用。結(jié)構(gòu)在經(jīng)受大震，即較基本烈度約高1度左右的罕遇地震烈度時(shí)，結(jié)構(gòu)可以有較大的變形，但能控制在一定的范圍內(nèi)，使結(jié)構(gòu)不致倒塌，以保障人身的安全和避免財(cái)產(chǎn)的損失。當(dāng)經(jīng)受相應(yīng)于或高于基本烈度的地震作用時(shí)，結(jié)構(gòu)已進(jìn)入彈塑性階段。有了抗震設(shè)防的基本原則，可使我們?cè)诳拐鹪O(shè)計(jì)中目標(biāo)明確，便于執(zhí)行。這不單是一個(gè)政策性很強(qiáng)的問(wèn)題，也是一個(gè)與投資、造價(jià)等密切相關(guān)的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。我國(guó)對(duì)房屋建筑根據(jù)其使用功能的重要性劃分為甲類(lèi)、乙類(lèi)、丙類(lèi)、丁類(lèi)四個(gè)抗震設(shè)防類(lèi)別，各類(lèi)別的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)都訂有具體的要求。(二)砌體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本要求合理的抗震設(shè)計(jì)需要各方面的配合，其具體的基本要求如下：1．房屋的平、立面布置(1)房屋的平、立面布置宜規(guī)則、對(duì)稱(chēng)，房屋的質(zhì)量分布和剛度變化宜均勻，樓層不宜錯(cuò)層。(2)房屋的防震縫可按實(shí)際需要設(shè)置。當(dāng)房屋體型復(fù)雜不設(shè)防震縫時(shí)，應(yīng)選用符合實(shí)際的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，進(jìn)行較精細(xì)的抗震分析，采取措施提高抗震能力。當(dāng)設(shè)置防震縫時(shí)，應(yīng)將房屋分成規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元，留有足夠的寬度，使兩側(cè)的上部結(jié)構(gòu)應(yīng)完全分開(kāi)。伸縫、沉降縫應(yīng)符合防震縫的要求。2．抗震結(jié)構(gòu)體系(1)抗震結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)符合下列各項(xiàng)要求：1)計(jì)算簡(jiǎn)圖明確，地震作用傳遞途徑合理；2)宜有多道抗震防線(xiàn)；3)應(yīng)具備必要的強(qiáng)度，良好的變形能力和耗能能力；4)宜具有合理的剛度和強(qiáng)度分布。(2)抗震砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)按規(guī)定設(shè)置鋼筋混凝土圈梁和構(gòu)造柱、芯柱，或采用配筋砌體和組合砌體柱等，以改善結(jié)構(gòu)的變形能力。(3)結(jié)構(gòu)的連接，應(yīng)能保證結(jié)構(gòu)的整體性。(4)抗震支撐系統(tǒng)，應(yīng)能保證地震時(shí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。3．非結(jié)構(gòu)構(gòu)件(1)附屬構(gòu)件應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)有可靠的連接或錨固，避免倒塌傷人或砸壞設(shè)備。(2)避免不合理地設(shè)置圍護(hù)墻和隔墻而導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)的破壞。(3)裝飾貼面與主體結(jié)構(gòu)應(yīng)有可靠連接，應(yīng)避免吊頂塌落傷人。4．材料砌體材料應(yīng)符合下列最低要求：(1)燒結(jié)普通粘土磚和燒結(jié)多孔粘土磚的強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于MUl0，其砌筑砂漿的強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于M5。(2)混凝土砌塊的強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于MU7．5，其砌筑砂漿的強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于M7．5。(3)構(gòu)造柱、芯柱和圈梁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C20，縱向鋼筋和箍筋可采用延性、韌性和可焊性較好的熱軋鋼筋。5．施工(1)構(gòu)造柱、芯柱的施工，應(yīng)先砌墻后澆混凝土柱，以確保砌體墻與柱的連接，提高抗側(cè)力砌體墻的變形能力。(2)縱墻和橫墻的交接處應(yīng)同時(shí)咬槎砌筑或采取拉結(jié)措施。(3)施工質(zhì)量的檢查和驗(yàn)收，應(yīng)符合現(xiàn)行有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。二、砌體結(jié)構(gòu)房屋的抗震構(gòu)造措施由于砌體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低、受力復(fù)雜、材料抗震性能差，加以結(jié)構(gòu)計(jì)算還不能滿(mǎn)足多方面的設(shè)計(jì)內(nèi)容，砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震性能較差。但是，根據(jù)工程抗震的長(zhǎng)期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和對(duì)震害的研究，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011--2001對(duì)砌體結(jié)構(gòu)總結(jié)了許多彌補(bǔ)上述不足的構(gòu)造措施，以保證砌體結(jié)構(gòu)在地震時(shí)的安全性。本節(jié)歸納的只是一些主要的措施。1．多層砌體房屋的一般規(guī)定(1)多層砌體房屋的總高度和層數(shù)的規(guī)定多層砌體房屋的抗震性能，除與橫墻的間距、結(jié)構(gòu)的整體性、磚和砂漿的強(qiáng)度等級(jí)，以及施工質(zhì)量等因素有關(guān)外，還與房屋的總高度和層高密切相關(guān)。根據(jù)歷次的震害調(diào)查，在不同烈度的地區(qū)，四、五層的磚砌體房屋比二、三層的破壞嚴(yán)重，倒塌率要高得多，六層及六層以上的磚砌體房屋則震害明顯加重。同樣，層高高的房屋較層高低的房屋的破壞情況也與上述相同，顯得更加嚴(yán)重。為了保證地震時(shí)砌體結(jié)構(gòu)的安全，特別是大震時(shí)防止砌體結(jié)構(gòu)房屋突然倒塌，甚至一塌到底，遂對(duì)房屋的屋數(shù)和層高兩個(gè)方面都作了限制；這是一個(gè)很方便而又行之有效的抗震措施。根據(jù)震害調(diào)查、計(jì)算分析以及足尺的模型試驗(yàn)結(jié)果，定出了多層砌體房屋的總高度、層數(shù)和層高的限值如表，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按照?qǐng)?zhí)行。房屋類(lèi)別最小墻厚度(mmm)烈度6789高度(m)層數(shù)高度(m)層數(shù)高度(m)層數(shù)高度(m)層數(shù)多層砌體普通磚240248217186124多孔磚240217217186124多孔磚190217186155小砌塊190217217186底部框架-抗震震墻多排柱柱內(nèi)框架240227227196240165165134注：1．房屋的總高度指室外地面到主要屋面板扳頂或幅口的高度，半地下室從地下室內(nèi)地面算起，全地下室和嵌固條件好的半地下室應(yīng)允許從室外地面算起；對(duì)帶閣樓的坡屋面應(yīng)算到山尖墻的1/2高度處；2．室內(nèi)外高差大于0.6m時(shí)，房屋總高度應(yīng)允許比表中數(shù)據(jù)適當(dāng)增加，但不應(yīng)多于1m；3．本表小砌塊砌體房屋不包括配筋混凝上小型空心砌塊砌體房屋。4．普通磚、多孔磚和小砌塊砌體承重房屋的層高，不應(yīng)超過(guò)3.6叫底部框架-抗震墻房屋的底部和內(nèi)框架房屋的層高，不應(yīng)超過(guò)4．5m。(2)多層砌體房屋總高度與總寬度的最大比值在上表中，雖然對(duì)砌體房屋的總高度作了規(guī)定，但是如果房屋的寬度過(guò)窄，則也會(huì)形成不利的房型，有時(shí)連靜力驗(yàn)算也滿(mǎn)足不了。為了保證房屋的穩(wěn)定性，避免房屋發(fā)生整體彎曲破壞，不使地震作用傾覆力矩引起的彎曲應(yīng)力超過(guò)砌體的抗拉強(qiáng)度而導(dǎo)致墻體出現(xiàn)水平裂縫等，所以對(duì)多層砌體房屋總高度與總寬度的比值作了限制，見(jiàn)表16-6-2表16-6-2烈度6789最大高寬比2.52.52.01.5注：1．單面走廊房屋的總寬度不包括走廊寬度。2．建筑平面接近正方形時(shí)，其高寬比宜適當(dāng)減小(3)多層砌體房屋的結(jié)構(gòu)體系多層砌體房屋的結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)符合下列要求：1)承重結(jié)構(gòu)體系。震害表明，縱墻承重的結(jié)構(gòu)體系，其橫向的支承和連系較少，地震時(shí)縱墻容易受彎曲破壞而導(dǎo)致房屋倒塌，所以應(yīng)優(yōu)先采用抗震效果好的橫墻承重體系，或縱、橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系。2)墻體的布置。為了使各個(gè)墻垛所承受的地震作用大體相同，防止個(gè)別墻垛受力過(guò)大和薄弱部位的率先破壞，縱橫墻的布置宜均勻?qū)ΨQ(chēng)，沿平面內(nèi)宜對(duì)齊，沿豎向應(yīng)上下連續(xù)；同一軸線(xiàn)上的窗間墻也宜布置均勻。3)防震縫。震害表明，沒(méi)有設(shè)置防震縫的砌體房屋，遭受震害的破壞一般是局部性的。在烈度為7、8度的地區(qū)，平面規(guī)則的與平面復(fù)雜的一、二層砌體房屋，其震害相差不大，加以防震縫的設(shè)置費(fèi)工、費(fèi)料和增加造價(jià)，所以在這種情況下也可以不設(shè)置防震縫。至于在烈度為8度和9度的地區(qū)，如果房屋立面的高差在6m以上，或房屋有錯(cuò)層且樓板高差較大，或者房屋各部分結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量截然不同，則均宜設(shè)置防震縫，否則害較重。防震縫的兩側(cè)都要設(shè)置墻體，縫寬可采用50～100mm。4)樓梯間。樓梯間不宜設(shè)置在房屋的盡端和轉(zhuǎn)角處，否則要對(duì)設(shè)置樓梯的盡端開(kāi)間采取特殊措施。5)煙道、風(fēng)道、垃圾道。在墻壁中設(shè)置煙道、風(fēng)道、垃圾道等洞口，每每削弱或減薄墻身，使墻體的剛度突變，成為薄弱部位，一旦地震，應(yīng)力集中，首先遭到破壞。所以，這些洞道不應(yīng)削弱墻體。如果墻體受到削弱，則應(yīng)在砌體中配筋，或采用預(yù)制管道構(gòu)件等加強(qiáng)措施。另外，對(duì)于附墻煙囪以及高出屋面的煙囪，也宜采用豎向配筋加強(qiáng)。6)懸挑構(gòu)件。例如，鋼筋混凝土預(yù)制挑檐，若未采取可靠錨固措施，則不宜采用。(4)多層砌體房屋抗震橫墻的間距多層砌體房屋的橫向水平地震力主要由樓蓋傳遞，由橫墻承擔(dān)。在房屋中，樓蓋與縱、橫墻共同構(gòu)成了房屋的空間剛度，房屋的空間剛度即由樓蓋的類(lèi)別以及縱、橫墻的布置而定。樓蓋的水平剛度大(例如現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓蓋)，以及橫墻布置密(房間的開(kāi)間小)，則房屋的空間剛度大，抗震性能就好。所以，橫墻不但本身必須具備承受橫向水平地震力的能力，還必須限制其間距，使得樓蓋具有足夠的水平剛度以傳遞橫向地震水平力。也可以這樣理解，即如果樓蓋的水平剛度大，則橫墻的間距就可以大些，反之則橫墻的間距就必須減小，才能滿(mǎn)足樓蓋對(duì)傳遞水平地震力所必需的剛度要求。按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011--2001規(guī)定，多層砌體房屋抗震橫墻的間距，不應(yīng)超過(guò)表16-6-3的要求。表16-6-3房屋類(lèi)別烈度6789多層砌體現(xiàn)澆或裝配整體體式鋼筋混混凝土樓、屋屋蓋裝配式式鋼筋混凝凝土樓、屋屋蓋木樓、屋屋蓋181815111515117111174底部框架-抗震震墻上部各層同多層砌體房屋屋——底部或底部?jī)蓪訉?11815——多排柱內(nèi)框架252118——注：1．多層砌體房屋的頂層，最大橫墻間距應(yīng)允許適當(dāng)放寬；2．表中木樓、屋蓋的規(guī)定，不適用于小砌塊砌體房屋。(5)多層砌體房屋的局部尺寸限值設(shè)計(jì)時(shí)，還要注意房屋的一些局部部位，有些局部部位往往會(huì)成為薄弱環(huán)節(jié)，地震時(shí)首先失效，引起整棟房屋破壞、甚至倒塌。例如窗間墻，其布置宜均勻，寬度最好相同，且不宜小于表16-6-4規(guī)定的數(shù)值；墻的端部至窗邊的盡端墻，其尺寸不能太小，否則在水平剪力作用下，容易產(chǎn)生從窗角向上、下方外延的斜裂縫。若盡端墻失效并連同窗口上方的砌體一起塌落，就會(huì)導(dǎo)致樓板傾毀。其他如懸臂的、懸挑的構(gòu)件，都要注意其尺度或加以錨固。多層砌體房屋的局部尺寸限值，宜符合表16-6-4的要求。表16-6-4部位烈度6789承重窗間墻最小小寬度1.01.01.21.5承重外墻盡端至至門(mén)窗洞邊邊的最小距距離1.01.01.21.5非承重外墻盡端端至門(mén)窗洞洞邊的最小小距離1.01.01.01.0內(nèi)墻陽(yáng)角至門(mén)窗窗洞邊的最最小距離1.01.01.52.0無(wú)錨固女兒墻（非非出入口處處）的最大大高度0.50.50.50.0注：1．局部尺寸不足時(shí)應(yīng)采取局那加強(qiáng)措施彌補(bǔ)；2．出入口處的女兒墻應(yīng)有錨固；3．多層多排柱內(nèi)框架房屋的縱向窗間墻寬度，不應(yīng)小于1.5m。2．多層磚房的構(gòu)造措施（1)鋼筋混凝土構(gòu)造柱(簡(jiǎn)稱(chēng)構(gòu)造柱)在多層砌體結(jié)構(gòu)房屋中設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱是一項(xiàng)非常有效的抗震措施。構(gòu)造柱不但使砌體結(jié)構(gòu)房屋承受變形的性能大為改善，而且使已開(kāi)裂的墻體的位移受到限制，從而提高房屋的抗震性能。墻砌體是脆性材料，震害和試驗(yàn)都表明，在水平地震剪力作用下，通常墻面的中部會(huì)突然出現(xiàn)裂縫，隨著地震作用的加大，裂縫快速沿灰縫呈階梯形斜向延伸，直至貫通整個(gè)墻體，交叉的裂縫將墻面分割成上下左右四塊對(duì)頂?shù)娜切螇K體。在反復(fù)的水平力作用下，兩側(cè)的三角形塊體不斷地左右晃動(dòng)，并受到上、下塊體的擠壓，逐漸向外推移而傾塌。當(dāng)在墻砌體的左右兩側(cè)設(shè)置有鋼筋混凝土構(gòu)造柱、上下兩邊設(shè)置有鋼筋混凝土圈梁時(shí)，雖然其破壞過(guò)程和上述的墻體類(lèi)似(即墻體中部先出現(xiàn)裂縫，然后裂縫沿對(duì)角線(xiàn)伸展，最后是柱端混凝土被斜向剪斷而破壞)，但由構(gòu)造柱與圈梁形成的閉合框架，猶如對(duì)墻體加一豎向和橫向形成的箍一樣，對(duì)破裂后的墻體起約束作用，使墻體不致散落解體，仍然具有相當(dāng)?shù)某惺茇Q向荷載的能力和承受水平地震作用的抗震能力。只要構(gòu)造柱的縱向鋼筋不斷裂，破裂的墻體就依舊能夠在原來(lái)的平面內(nèi)來(lái)回滑移、摩擦、變形，從而耗散大量的地震能量，達(dá)到大震時(shí)保持房屋裂而不倒的目的。在這個(gè)意義上說(shuō)，構(gòu)造柱對(duì)在地震區(qū)建造磚砌體結(jié)構(gòu)房屋所起的作用是重大的。試驗(yàn)和研究表明，構(gòu)造柱對(duì)墻體的開(kāi)裂強(qiáng)度無(wú)明顯的提高，對(duì)墻體的抗剪強(qiáng)度約可提高10％--30％左右(提高幅度與墻體高寬比、豎向壓力和開(kāi)洞情況有關(guān))。但是，直至破壞，構(gòu)造柱始終能與墻體結(jié)合在一起共同工作，對(duì)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性效果很好；同時(shí)，構(gòu)造柱是在墻體破裂之后才能充分發(fā)揮作用的，而當(dāng)墻體破壞之后，水平地震力又將大為降低。因此，構(gòu)造柱也不必使用過(guò)大的截面或配置過(guò)多的鋼筋來(lái)提高它本身的抗剪能力。根據(jù)對(duì)多層砌體磚房抗震實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)和上述的分析，就可以得出：構(gòu)造柱的設(shè)置部位(一般應(yīng)當(dāng)設(shè)置在震害較重、連接構(gòu)造比較薄弱，和易于應(yīng)力集中的部位)，構(gòu)造柱與圈梁、墻體和基礎(chǔ)的連接方法，以及構(gòu)造柱的截面和配筋等設(shè)計(jì)問(wèn)題。(2)現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁(簡(jiǎn)稱(chēng)圈梁)設(shè)置鋼筋混凝土圈梁可以加強(qiáng)多層磚房縱橫各墻體間的連接，增強(qiáng)房屋的整體性和剛度。圈梁形同一個(gè)箍緊樓、屋蓋的水平橫箍；圈梁連同構(gòu)造柱一起，加強(qiáng)了樓屋蓋、墻體的整體性、穩(wěn)定性，以約束墻體裂縫的開(kāi)展，使之有較高的變形能力，有效地提高了房屋的抗震性能。因此設(shè)置圈梁是多層磚砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震的重要措施。圈梁還可以緩解因地震和其他因素引起地基不均勻沉降對(duì)房屋帶來(lái)的破壞。(3)多層粘土磚房樓、屋蓋抗震構(gòu)造(4)樓梯間的構(gòu)造要求樓梯間的震害前已述及，樓梯間由于比較空曠、支承弱，在地震中每每破壞嚴(yán)重，必須采取一系列有效的構(gòu)造措施。至于突出于屋頂?shù)臉翘?、電梯間，由于受到的地震作用較大，所以在構(gòu)造措施上也應(yīng)當(dāng)特別加強(qiáng)。(5)對(duì)地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的要求1）同一結(jié)構(gòu)單元不宜設(shè)置在性質(zhì)截然不同的地基土上；2)同一結(jié)構(gòu)單元宜采用同一類(lèi)型的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底面宜埋置在同一標(biāo)高上，不然因地面運(yùn)動(dòng)傳遞到基礎(chǔ)不同標(biāo)高處而造成震害。如設(shè)置在同一標(biāo)高有困難時(shí)，則應(yīng)設(shè)置基礎(chǔ)圈梁，并應(yīng)按1：2的臺(tái)階逐步放坡過(guò)渡，高差不宜有過(guò)大的突變；3)對(duì)于軟弱地基上的房屋，應(yīng)在外墻及所有承重墻下增設(shè)基礎(chǔ)圈梁，以加強(qiáng)抵抗不均勻沉陷和增強(qiáng)房屋基礎(chǔ)部分的整體性。限于篇幅，本節(jié)只略述了一些抗震設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震設(shè)計(jì)可參照閱讀砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的抗震章節(jié)，不贅述。例：1