教案及讲义建筑结构抗震第十二讲河北联合大学建筑工程学院
教案及讲义 建筑结构抗震 第十二讲 河北联合大学建筑工程学院
教案12课程名称《建筑结构抗震》授课专业土木工程授课内容第四章多层砌体结构抗震设计4.2砌体结构的抗震计算4.3砌体结构抗震构造措施1、熟悉掌握多层砌体房屋的抗震构造措施；知识2、掌握多层砌体房屋水平地震作用计算：教目标3、理解多层砌体房屋地震剪力在墙体间的分配学4、理解墙体截面抗震承载力验算目能力培养学生进行砌体结构抗震计算和抗震构造措施等方面的设计能力标目标德育密切理论联系实际，提出多种解决问题的思路目标重点多层砌体房屋水平地震作用计算，多层砌体房屋圈梁、构造柱的抗震构造措教材难点多层砌体房屋地震剪力在墙体间的分配分析关键底部剪力法教学设备多媒体、自制教学课件教教法图片展示，结合房屋平面、立面布置，以感观启发，分层次教学学方学法紧扣规范→强调规则→总结→思考法教学环节教学内容时间教师调控学生活动2'组织教学点名师生问好复习多层砌体房屋高度、层数、高宽比、5"导入新课教师提问，学生思考，局部尺寸的限值1、讲述多层砌体房屋水平地震作用计算；教师边讲边启发边归纳边2、讲述多层砌体房屋地震剪力在墙体间的新授分配强调。提出问题，让学生回75"答，之后给出正确答案。3、讲述墙体截面抗震承载力验算；4、讲述多层砖房的构造措施；课堂练习分别让学生回答。10*给出思考题、判断题复习水平地震作用的计算方法，强调截面课后小结学生总结→教师归纳5'抗震承载力验算公式的意义思考题5作业做到作业本上作业3'通过调动了学生学习的积极性，掌握了相关的基本知识，教研室主任签字课堂评价做到结合规范教学，达到了教学目标要求，教学效果较好
教案 12 课程名称 《建筑结构抗震》 授课专业 土木工程 授课内容 第四章 多层砌体结构抗震设计 4.2砌体结构的抗震计算4.3砌体结构抗震构造 措施 教 学 目 标 知识 目标 1、熟悉掌握多层砌体房屋的抗震构造措施； 2、掌握多层砌体房屋水平地震作用计算； 3、理解多层砌体房屋地震剪力在墙体间的分配； 4、理解墙体截面抗震承载力验算 能力 目标 培养学生进行砌体结构抗震计算和抗震构造措施等方面的设计能力 德育 目标 密切理论联系实际，提出多种解决问题的思路 教 材 分 析 重点 多层砌体房屋水平地震作用计算，多层砌体房屋圈梁、构造柱的抗震构造措 难点 多层砌体房屋地震剪力在墙体间的分配 关键 底部剪力法 教学设备 多媒体、自制教学课件 教 学 方 法 教法 图片展示，结合房屋平面、立面布置，以感观启发，分层次教学 学法 紧扣规范→强调规则→总结→思考 教学环节 教学内容 教师调控学生活动 时间 组织教学 点名 师生问好 2` 导入新课 复习多层砌体房屋高度、层数、高宽比、 局部尺寸的限值 教师提问，学生思考， 5’ 新授 1、讲述多层砌体房屋水平地震作用计算； 2、讲述多层砌体房屋地震剪力在墙体间的 分配； 3、讲述墙体截面抗震承载力验算； 4、讲述多层砖房的构造措施； 教师边讲边启发边归纳边 强调。提出问题，让学生回 答，之后给出正确答案。 75’ 课堂练习 给出思考题、判断题 分别让学生回答。 10’ 课后小结 复习水平地震作用的计算方法，强调截面 抗震承载力验算公式的意义 学生总结→教师归纳 5’ 作业 思考题 5 作业做到作业本上 3’ 课堂评价 通过调动了学生学习的积极性，掌握了相关的基本知识， 做到结合规范教学，达到了教学目标要求，教学效果较好。 教研室主任签字
教案124.3体结构的抗震计算一、要点：1、砌体结构所受地震作用包括水平作用、垂直作用和扭转作用，对砌体结构的抗震计算只要求进行水平地震作用下条件的计算。2、只对薄弱区段的墙体进行抗剪强度的复核。二、抗展计算的步骤：确立计算简图一分配地震剪力一对不利墙段进行抗震验算4.3.1计算简图认为砌体房屋在水平地震作用下的变形以层间剪切变形为主。其计算简图可采用工程实践中最为常用的层间剪切型计算简图，如下图所示GnAn7878层CGiP6GiGj/a8Gj三GI8底层G室内地坪TTI兰马(b）计算简图（a）多层砌体结构房屋4.3.2地震剪力的计算与分配一、楼层地震剪力简化：一般按底部剪力法计算地震作用周期：由于砌体房屋的横墙很多，刚度很大，一般T不超过0.25s，所以取α=αmxFek=αmuxGeqG,H,FekF=ZG,H,j=l楼层地震剪力标准值：V-LFij对于突出屋面的屋顶结构的地震作用效应宜乘以增大系数3二、楼层地震剪力的分配横向的地震剪力由横向墙体承担。纵向的地震剪力由纵向墙体承担（1）横向楼层地震剪力的分配：与墙体的刚度和楼盖的刚度有关。1）刚性楼盖（楼盖的平面内刚度为无穷大）现浇钢筋砼楼盖或装配整体式钢筋砼楼盖认为楼盖为刚性，各墙体的侧移均相同
教案 12 4.3 砌体结构的抗震计算 一、要点： 1、砌体结构所受地震作用包括水平作用、垂直作用和扭转作用，对砌体结构的抗震计算只 要求进行水平地震作用下条件的计算。 2、只对薄弱区段的墙体进行抗剪强度的复核。 二、抗震计算的步骤： 确立计算简图——分配地震剪力——对不利墙段进行抗震验算 4.3.1 计算简图 认为砌体房屋在水平地震作用下的变形以层间剪切变形为主。其计算简图可采用工程实践中 最为常用的层间剪切型计算简图，如下图所示 G1 Gj Gi n （a）多层砌体结构房屋 （b）计算简图 n层 i层 j层 室内地坪 底层 Gi Gj G1 Hn Hi Hj H1 Gn 1 j i n 4.3.2 地震剪力的计算与分配 一、楼层地震剪力 简化：一般按底部剪力法计算地震作用 周期：由于砌体房屋的横墙很多，刚度很大，一般 T 不超过 0.25s，所以取 1 = max FEK = max Geq n Ek j j j i i i F G H G H F = = 1 楼层地震剪力标准值: = = n i j Vi Fi 对于突出屋面的屋顶结构的地震作用效应宜乘以增大系数 3 二、楼层地震剪力的分配 横向的地震剪力由横向墙体承担。 纵向的地震剪力由纵向墙体承担。 ⑴ 横向楼层地震剪力的分配：与墙体的刚度和楼盖的刚度有关。 1）刚性楼盖(楼盖的平面内刚度为无穷大 ) 现浇钢筋砼楼盖或装配整体式钢筋砼楼盖认为楼盖为刚性，各墙体的侧移均相同
设第i层共有m道横墙，其中第j道横墙承受的地震剪力为，则2y=Vi=lA24j=l第i道墙所承担的剪力为M2）柔性楼盖木结构楼盖等，视结构为分段独立的简支梁，其各自的变形与产生其地震剪力的重力荷载代表值有关。GuV,ViG当楼层上重力荷载均匀分布时，上述计算可进步简化为：4fVV,=AL上式各符号具体含义详见教材P105。>3）中性楼盖介于刚性楼盖和柔性楼盖之间。工程实践中，近似地取刚性血的合逍墙的地辰男力和柔性楼盖时各道墙的地震剪力的平均值，即取KjOi1V.E2EKGj=l(2)纵向楼层地震剪力的分配房屋纵向较横向长度大几倍，且纵墙间距小。在纵向地震作用下，楼盖可认为在平面内无变形。因而在纵向地震作用下，纵墙所承担的地震剪力，不论哪种楼盖，均可按刚性楼盖考虑，即纵向地震剪力可按纵墙的刚度比例进行分配(3)在同一道墙上各墙肢地震剪力的分配K
设第 i 层共有 m 道横墙，其中第 j 道横墙承受的地震剪力为 Vij ，则 = = m j Vij Vi 1 第 j 道墙所承担的剪力为 = = m j ij ij ij A A V 1 2）柔性楼盖 木结构楼盖等，视结构为分段独立的简支梁，其各自的变形与产生其地震剪力的重力荷载代 表值有关。 i i ij ij V G G V = 当楼层上重力荷载均匀分布时，上述计算可进步简化为: i f i f ij ij V A A V = 上式各符号具体含义详见教材 P105。 3）中性楼盖 介于刚性楼盖和柔性楼盖之间。工程实践中，近似地取刚性楼盖的各道墙的地震剪力和柔性 楼盖时各道墙的地震剪力的平均值，即取 i i ij m j ij ij ij V G G K K V = + =1 2 1 (2)纵向楼层地震剪力的分配 房屋纵向较横向长度大几倍，且纵墙间距小。在纵向地震作用下，楼盖可认为在平面内无变 形。因而在纵向地震作用下，纵墙所承担的地震剪力，不论哪种楼盖，均可按刚性楼盖考虑， 即纵向地震剪力可按纵墙的刚度比例进行分配 (3)在同一道墙上各墙肢地震剪力的分配 s ij r jr jr jr V K K V = = 1
4.3.3砌体结构抗震强度验算1、砌体抗剪强度理论主拉应力理论：即当砌体在正应力和剪力T共同作用下使主拉应力超过砌体的抗剪强度时，则开裂破坏。剪切摩擦强度理论：砌体的抗剪强度由砌体本身的抗剪强度和由正应力产生的摩擦力组成。我国抗规范对砌体的抗剪强度规定采用：fVe=Snf5n一正应力影响系数2、砌体截面抗震强度验算对于非配筋砌体，截面的抗震承载力应满足VsIEAYRE对于横向配筋砌体，应按照下式计算V≤二(Jve +5.J,p,)AYRE对于混凝土小型砌块墙体，应按照下式计算1V≤-[A+(0.3f,A +0.05f,A,)5.]YRE4.4砌体结构抗囊构造措施结构抗震构造措施的主要目的在于加强结构的整体性、保证抗震计算目的的实现，弥补抗震计算的不足。尤其对于砌体结构，采取合理的构造措施显的尤为重要。常常包括以下几个方面：.?加强结构的连接.设置钢筋混凝土构造柱..合理布置圈梁..重视楼梯间的设置4.4.1加强结构的连接1、纵横墙的连接当未设构造柱时，应沿墙高每隔0.5m配置2g6拉结钢筋2、楼板搁置长度现浇楼板≥120mm预制楼板：外墙≥120mm内墙≥100mm梁上≥80mm3、楼板与圈梁、墙体的拉结4、屋架（屋面梁）与墙柱的锚拉4.4.2设置钢筋混凝土构造柱1、构造柱的作用构造柱可以部分提高墙体的抗剪强度，可以大大增强房屋的变形能力。墙体开裂后，构造柱
4.3.3 砌体结构抗震强度验算 1、 砌体抗剪强度理论 主拉应力理论：即当砌体在正应力 0 和剪力 共同作用下使主拉应力超过砌体的抗剪强度 时，则开裂破坏。 剪切摩擦强度理论：砌体的抗剪强度由砌体本身的抗剪强度和由正应力产生的摩擦力组成。 我国抗震规范对砌体的抗剪强度规定采用： VE n v f = f n —正应力影响系数 2、砌体截面抗震强度验算 对于非配筋砌体，截面的抗震承载力应满足: RE fVE A V 对于横向配筋砌体，应按照下式计算: V fVE s f y v A RE ( ) 1 + 对于混凝土小型砌块墙体，应按照下式计算: ve t c y s c RE V f A f A f A (0.3 0.05 ) 1 + + 4.4 砌体结构抗震构造措施 结构抗震构造措施的主要目的在于加强结构的整体性、保证抗震计算目的的实现，弥补抗震 计算的不足。尤其对于砌体结构，采取合理的构造措施显的尤为重要。常常包括以下几个方 面： ⚫ ⚫ 加强结构的连接 ⚫ ⚫ 设置钢筋混凝土构造柱 ⚫ ⚫ 合理布置圈梁 ⚫ ⚫ 重视楼梯间的设置 4.4.1 加强结构的连接 1、纵横墙的连接 当未设构造柱时，应沿墙高每隔 0.5m 配置 26 拉结钢筋 2、楼板搁置长度 现浇楼板 120mm 预制楼板:外墙 120mm 内墙 100mm 梁上 80mm 3、楼板与圈梁、墙体的拉结 4、屋架（屋面梁）与墙柱的锚拉 4.4.2 设置钢筋混凝土构造柱 1、构造柱的作用 构造柱可以部分提高墙体的抗剪强度，可以大大增强房屋的变形能力。墙体开裂后，构造柱
与圈梁形成的约束体系可以有效的限制墙体散落，使墙体以滑移等方式大量消耗地震能量，保证房屋不致倒塌。2、构造柱和芯柱的设置要求(1)钢筋混凝土构造柱(2)钢筋混凝土芯柱表4.5砖房构造柱设置要求房屋层数各种层数和烈度均设置随层数或烈度变化而设置6度7度8度19度的部位的部位7~8度时，楼电梯间四角：四、五三、四每隔15m左右的横墙或单二、三外墙四角元横墙与外墙交接处隔开间横墙（轴线）与外错层部位横墙与外纵墙墙交接处，山墙与内纵墙五四六、七二交接处交接处：e7~9度时，楼电梯间四角较大洞口两侧内墙（轴线）与外墙交接处，内墙的局部较小墙垛八六、七五、六三、四大房间内外墙交接处处；7~9度时，楼电梯间的四角：9度时内纵墙与横墙（轴线）交接处表4.6混凝土小块房屋芯柱设置要求房屋层数设置部位设置数量6度7度8度外墙四角，楼梯间四角；大房间内外墙交接处：每隔15m四、五三、四二、三左右的横墙或单元横墙与外墙交接处外墙转角，灌实3个孔；内外墙四角，楼梯间四角，大外墙交接处，灌实4个孔房间内外墙交接处，山墙与内五六四纵墙交接处，隔开间横墙（轴线）与外纵墙交接处外墙四角，楼梯间四角：各外墙转角，灌实5个孔：内内墙（轴线）与外墙交接处：8外墙交接处，灌实4个孔：内七六五度时，内纵墙与横墙（轴线）墙交接处，灌实4~5个孔：洞口两侧，各灌实1个孔交接处和门洞两侧外墙转角，灌实7个孔；内同上；外墙交接处，灌实5个孔；内六七横墙内芯柱间距不宜大于2m墙交接处，灌实4~5个孔；洞口两侧各灌实1个孔4.4.3合理布置圈梁作用：与构造柱整浇在一起，形成钢筋砼框架，共同约束墙体，提高房屋的整体性及延性
与圈梁形成的约束体系可以有效的限制墙体散落，使墙体以滑移等方式大量消耗地震能量， 保证房屋不致倒塌。 2、构造柱和芯柱的设置要求 (1)钢筋混凝土构造柱 (2)钢筋混凝土芯柱 表 4.5 砖房构造柱设置要求 房 屋 层 数 各种层数和烈度均设置 的部位 随层数或烈度变化而设置 6 度 7 度 8 度 9 度 的部位 四、五 三、四 二、三 外墙四角 错层部位横墙与外纵墙 交接处 较大洞口两侧 大房间内外墙交接处 7~8 度时，楼电梯间四角； 每隔 15m 左右的横墙或单 元横墙与外墙交接处 六、七 五 四 二 隔开间横墙（轴线）与外 墙交接处，山墙与内纵墙 交接处；e7~9 度时，楼电 梯间四角 八 六、七 五、六 三、四 内墙（轴线）与外墙交接 处，内墙的局部较小墙垛 处；7~9 度时，楼电梯间的 四角；9 度时内纵墙与横墙 （轴线）交接处 表 4.6 混凝土小砌块房屋芯柱设置要求 房 屋 层 数 设 置 部 位 设 置 数 量 6 度 7 度 8 度 四、五 三、四 二、三 外墙四角，楼梯间四角；大 房间内外墙交接处；每隔 15m 左右的横墙或单元横墙与外墙 交接处 外墙转角，灌实 3 个孔；内 外墙交接处，灌实 4 个孔 六 五 四 外墙四角，楼梯间四角，大 房间内外墙交接处，山墙与内 纵墙交接处，隔开间横墙（轴 线）与外纵墙交接处 七 六 五 外墙四角，楼梯间四角；各 内墙（轴线）与外墙交接处；8 度时，内纵墙与横墙（轴线） 交接处和门洞两侧 外墙转角，灌实 5 个孔；内 外墙交接处，灌实 4 个孔；内 墙交接处，灌实 4~5 个孔；洞 口两侧，各灌实 1 个孔 七 六 同上； 横墙内芯柱间距不宜大于 2m 外墙转角，灌实 7 个孔；内 外墙交接处，灌实 5 个孔；内 墙交接处，灌实 4~5 个孔；洞 口两侧各灌实 1 个孔 4.4.3 合理布置圈梁 作用：与构造柱整浇在一起，形成钢筋砼框架，共同约束墙体，提高房屋的整体性及延性
增强房屋的抗倒塌能力。表4.7砖房现浇钢筋混凝土圈梁设置要求烈度墙类896、7外墙及内纵墙屋盖处及每层楼盖处屋盖处及每层楼盖处屋盖处及每层楼盖处同上：屋盖处沿所有同上；屋盖处间距不横墙，且间距不应大于应大于7m：楼盖处间内横墙7m；楼盖处间距不应1同上；各层所有横墙距不应大于15m：构大于7m：构造柱对应造柱对应部位部位4.4.4重视楼梯设计8度和9度时，顶层楼梯间横墙和外墙宜沿墙高每隔0.5m设2§6通长钢筋。8度和9度时，楼梯间及门厅内墙阳角处的大梁支承长度不应小于0.5m，并应与圈梁连接。装配式楼梯段应与平台板的梁可靠连接。本章小结本章介绍了多层砌体结构的分类，分析了结构发生破坏的原困与破坏特征，提出了进行建筑布置及结构造型应注意的问题，给出了对多层砌体结构房屋进行抗震计算应选取的计算简图，地震作用的计算方法和步骤，楼层地震剪力在各墙体问的分配方法以及墙体抗震承载力验算的方法和步骤，同时着重介绍了各类多层砌体结构房屋的抗震构造措施，具体包括：（1）多层砌体结构房屋包括：由粘土砖、粉煤灰中型实心砌块和混凝土中、小型砌块砌体承重的多层房屋，以及底层框架和多层内框架砖房。（2）砖房的震害现象大体分为：房屋倒塌：墙体裂缝、破坏：墙角破坏；纵、横墙连接破坏：楼梯间破坏：楼盖与屋盖破坏：附属构件破坏等，设计时应避免相应破坏的发生。（3）多层砌体结构房屋在强烈地震下易发生倒塌，防止砌体结构房屋的倒塌主要不是依靠罕遍地震作用下的变形验算保证，而主要是从总体布置和细部构造措施等抗震措施方面着手，以搞好结构的抗震概念设计加以解决，内容主要包括为：①房屋体型的设计与变形缝的设置：②房屋总高度与最大高宽比的限制：③抗震横墙的最大间距限制：④钢筋混凝土构造柱和芯程设置：③房屋局部尺寸限值：③圈梁的布置：③楼梯间的布置：连接的要求等。（4）多层砌体结构房屋抗震计算一般只考虑水平方向地震作用，确定结构计算简图时，将水平方向地震作用在建筑物两个主轴方向分别进行抗震验算。地震作用下结构的变形为剪切型，地震作用的确定用底部剪力法，αi=αmx。（5）楼层地震剪力根据楼盖的水平刚度及各墙体的侧移刚度分配。（6）对多层砌体结构房屋，可只选择承担地震作用较大的，或竖向压应力较小的，或局部截面较小的墙段进行截面抗剪验算
增强房屋的抗倒塌能力。 表 4.7 砖房现浇钢筋混凝土圈梁设置要求 墙 类 烈 度 6、7 8 9 外 墙 及 内 纵 墙 屋盖处及每层楼盖处 屋盖处及每层楼盖处 屋盖处及每层楼盖处 内 横 墙 同上；屋盖处间距不 应大于 7m；楼盖处间 距不应大于 15m；构 造柱对应部位 同上；屋盖处沿所有 横墙，且间距不应大于 7m；楼盖处间距不应 大于 7m；构造柱对应 部位 同上；各层所有横墙 4.4.4 重视楼梯设计 8 度和 9 度时，顶层楼梯间横墙和外墙宜沿墙高每隔 0.5m 设 26 通长钢筋。 8 度和 9 度时，楼梯间及门厅内墙阳角处的大梁支承长度不应小于 0.5m ，并应与圈梁连接。 装配式楼梯段应与平台板的梁可靠连接。 本章小结 本章介绍了多层砌体结构的分类，分析了结构发生破坏的原困与破坏特征，提出了进行 建筑布置及结构造型应注意的问题，给出了对多层砌体结构房屋进行抗震计算应选取的计算 简图，地震作用的计算方法和步骤，楼层地震剪力在各墙体问的分配方法以及墙体抗震承载 力验算的方法和步骤，同时着重介绍了各类多层砌体结构房屋的抗震构造措施，具体包括： （1）多层砌体结构房屋包括：由粘土砖、粉煤灰中型实心砌块和混凝土中、小型砌块砌体 承重的多层房屋，以及底层框架和多层内框架砖房。 （2）砖房的震害现象大体分为：房屋倒塌；墙体裂缝、破坏；墙角破坏；纵、横墙连接破 坏；楼梯间破坏；楼盖与屋盖破坏；附属构件破坏等，设计时应避免相应破坏的发生。 （3）多层砌体结构房屋在强烈地震下易发生倒塌，防止砌体结构房屋的倒塌主要不是依靠 罕遍地震作用下的变形验算保证，而主要是从总体布置和细部构造措施等抗震措施方面着 手，以搞好结构的抗震概念设计加以解决，内容主要包括为：①房屋体型的设计与变形缝的 设置；②房屋总高度与最大高宽比的限制；③抗震横墙的最大间距限制；④钢筋混凝土构造 柱和芯柱设置；⑤房屋局部尺寸限值；⑥圈梁的布置；⑦楼梯间的布置；⑧连接的要求等。 （4）多层砌体结构房屋抗震计算一般只考虑水平方向地震作用，确定结构计算简图时，将 水平方向地震作用在建筑物两个主轴方向分别进行抗震验算。地震作用下结构的变形为剪切 型，地震作用的确定用底部剪力法， 1 = max 。 （5）楼层地震剪力根据楼盖的水平刚度及各墙体的侧移刚度分配。 （6）对多层砌体结构房屋，可只选择承担地震作用较大的，或竖向压应力较小的，或局部 截面较小的墙段进行截面抗剪验算