理论教育 楼层地震剪力分配-建筑结构抗震设计

楼层地震剪力分配-建筑结构抗震设计

时间:2023-09-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:在多层砌体房屋中,墙体是主要抗侧力构件,楼层地震剪力通过楼、屋盖传给各墙体。但是楼层地震剪力在各墙体间的分配与楼盖的水平刚度以及各墙体的抗侧刚度等因素有关。因此,不论是何种楼盖,在纵向分配地震剪力时都按刚性楼盖考虑,也即按纵墙的侧移刚度比例进行分配。4)在同一道墙上各墙段间地震剪力的分配同一道墙上,门窗洞口之间墙段所承担的地震剪力可按墙段的侧移刚度比例进行分配。

楼层地震剪力分配-建筑结构抗震设计

在多层砌体房屋中,墙体是主要抗侧力构件,楼层地震剪力通过楼、屋盖传给各墙体。由于墙体在平面外的抗侧刚度很小,所以假定沿某一水平方向作用的楼层地震剪力全部由同一层墙体中与该方向平行的各墙体共同承担。即横向地震剪力全部由横墙承担,纵向地震剪力全部由纵墙承担。但是楼层地震剪力在各墙体间的分配与楼盖的水平刚度以及各墙体的抗侧刚度等因素有关。

1)墙体侧移刚度

假定墙体下端固定,上端嵌固,在墙体顶端施加一单位力,则墙体在单位力作用下产生的侧移为墙体的侧移柔度。侧移柔度的倒数即为墙体的侧移刚度。

图6-8 墙体的侧移柔度

墙体在侧向力作用下的变形一般包括弯曲变形和剪切变形两部分。

式中:h——墙体高度;

A——墙体的水平截面积,A=bt;

b、t——墙体的宽度和厚度;

I——墙体的水平截面惯性矩

E——砌体弹性模量

G——砌体剪切模量,一般取G=0.4E;

ξ——截面剪应力不均匀系数,对矩形截面取ξ=1.2。墙体的总变形为弯曲变形和剪切变形之和,即δ=δb+δs。因此墙体的侧移刚度为

随着墙体高宽比的不同,弯曲变形和剪切变形在总变形中所占的比例也不同。

当高宽比时,可只考虑剪切变形,则

当高宽比时,同时考虑弯曲变形和剪切变形,则

当高宽比时,由于侧移柔度值很大,可不考虑墙体侧移刚度,即取K=0。

在计算高宽比时,一般取层高与墙长之比,对门窗洞边的小墙段取洞净高与洞侧墙宽之比。

2)横向楼层地震剪力的分配

横向楼层地震剪力的分配要考虑楼盖的刚度,下面分刚性楼盖、柔性楼盖和中等刚性楼盖3种情况讨论。

(1)刚性楼盖

现浇和装配整体式钢筋混凝土楼盖可视为刚性楼盖。刚性楼盖认为楼盖在平面内刚度为无穷大,在自身平面内无变形。忽略扭转效应时,楼盖在水平地震剪力作用下做平动,各点的变形均一致。将楼盖视为其在平面内为绝对刚性的连续梁,而将各横墙看成是该梁的弹性支座,各支座反力即为各横墙所承受的地震剪力,而且各横墙的侧移均相等。

图6-9 刚性楼盖计算简图

对于刚性楼盖,各道横墙所承担的地震剪力可按照各道横墙的侧移刚度比例来分配,即

式中:Vij——第i层第j道墙体分配到的地震剪力;

Vi——第i楼层的地震剪力;

Kij——第i层第j道墙体的侧移刚度(第i层共m道横墙)。(www.daowen.com)

当同一层墙体材料及高度均相同时,可按各墙体的横截面面积比例进行分配:

式中:Aij——第i层第j道墙体的净横截面面积。

(2)柔性楼盖

木楼盖、轻钢楼盖等可视为柔性楼盖。柔性楼盖即楼盖在自身平面内刚度很小,在水平地震剪力作用下,楼盖变形除平移外还有弯曲变形。楼盖在各处的变形不一致,变形曲线也不连续,可近似地认为整个楼盖为分段简支于各片横墙的多跨简支梁,各片横墙可独立变形。

图6-10 柔性楼盖计算简图

此时,各横墙所承担的地震作用,可按照该墙所承担的重力荷载代表值的比例进行分配,即

式中:Gij——第i层第j道墙与左右两侧相邻横墙之间各一半楼盖面积上所承担的重力荷载代表值之和;

Gi——第i层楼盖上所承担的总重力荷载代表值。

当楼盖上重力荷载分布均匀时,上述计算可简化为按各墙与两侧横墙之间各一半楼盖面积比例进行分配,即

式中:Sij——第i层第j道墙与左右两侧相邻横墙之间各一半楼盖面积之和;

Si——第i层楼盖的总面积。

(3)中等刚性楼盖

装配式钢筋混凝土楼盖属于中等刚性楼盖,楼盖刚度介于刚性与柔性之间。对这种楼盖,可采用前述两种分配方法的平均值,即

当墙高相同,所用材料相同,且楼盖上重力荷载均匀分布时,可简化为

3)纵向楼层地震剪力的分配

房屋的纵向长度一般都比较大,所以无论何种类型的楼盖,纵向水平刚度都很大。因此,不论是何种楼盖,在纵向分配地震剪力时都按刚性楼盖考虑,也即按纵墙的侧移刚度比例进行分配。

4)在同一道墙上各墙段间地震剪力的分配

同一道墙上,门窗洞口之间墙段所承担的地震剪力可按墙段的侧移刚度比例进行分配。

当墙体上同时开有门洞和窗洞时,墙段的高宽比h/b为洞净高与洞侧墙宽之比。由于各墙段的高宽比不同,因此其侧移刚度也不同。洞高的取法为:窗间墙取窗洞高;门间墙取门洞高;门窗之间的墙段取窗洞高;尽端墙取紧靠尽端的门洞或窗洞高。如图6-11所示。

图6-11 开洞时墙段高度的取值

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6-5的洞口影响系数。

表6-5 墙段洞口影响系数

注:(1)开洞率为洞口水平截面积与墙段水平毛截面积之比,相邻洞口之间净宽小于500mm的墙段视为洞口。
(2)洞口中线偏离墙段中线大于墙段长度的1/4时,表中影响系数值折减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50%层高时,按门洞对待。

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