中华人民共和国国家标准建筑抗震设计规范GB 50011-2001 12
6.2.4、6.2.5、6.2.8 防止梁、柱和抗震墙底部在弯曲屈服前出现剪切破坏是抗震概念设计的要求,它意味着构件的受剪承载力要大于构件弯曲时实际达到的剪力,即按实际配筋面积和材料强度标准值计算的承载力之间满足下列不等式:
规范在超配钢筋不超过计算配筋10%的前提下,将承载力不等式转为内力设计表达式,仍采用不同的剪力增大系数,使"强剪弱弯"的程度有所差别。该系数同样考虑了材料实际强度和钢筋实际面积这两个因素的影响,对柱和墙还考虑了轴向力的影响,并简化计算。
一级的剪力增大系数,需从上述不等式中导出。直接取实配钢筋面积Aas与计算实配筋面积Acs之比λs的1.1倍,是ηv最简单的近似,对梁和节点的"强剪"能满足工程的要求,对柱和墙偏于保守。89规范在条文说明中给出较为复杂的近似计算公式如下:
式中,λN为轴压比,λsw为墙体实际受拉钢筋(分布筋和集中筋)截面面积与计算面积之比,ζ为考虑墙体边缘构件影响的系数, ρtw为墙体受拉钢筋配筋率。
当柱λs≤1.8、λN≥0.2且ρt=0.5%~2.5%,墙λsw≤1.8、λN≤0.3且ρtw=0.4%~1.2%时,通过数百个算例的统计分析,能满足工程要求的剪力增大系数ηv的进一步简化计算公式如下:
本次修订,框架柱、抗震墙的剪力增大系数ηvc、ηvw,即参考上述近似公式确定。
注意:柱和抗震墙的弯矩设计值系经本节有关规定调整后的取值;梁端、柱端弯矩设计值之和须取顺时针方向之和以及反时针方向之和两者的较大值;梁端纵向受拉钢筋也按顺时针及反时针方向考虑。
6.2.7 对一级抗震墙规定调整各截面的组合弯矩设计值,目的是通过配筋方式迫使塑性铰区位于墙肢的底部加强部位。89规范要求底部加强部位以上的组合弯矩设计值按线性变化,对于较高的房屋,会导致弯矩取值过大。为简化设计,本次修订改为:底部加强部位的弯矩设计值均取墙底部截面的组合弯矩设计值,底部加强部位以上,均采用各墙肢截面的组合弯矩设计值乘以增大系数。
底部加强部位的纵向钢筋宜延伸到相邻上层的顶板处,以满足锚固要求并保证加强部位以上墙肢截面的受弯承载力不低于加强部位顶截面的受弯承载力。
双肢抗震墙的某个墙肢一旦出现全截面受拉开裂,则其刚度退化严重,大部分地震作用将转移到受压墙肢,因此,受压肢需适当增加弯矩和剪力。注意到地震是往复的作用,实际上双肢墙的每个墙肢,都可能要按增大后的内力配筋。
6.2.9 框架柱和抗震墙的剪跨比可按图6.2.9及公式进行计算。
6.2.11 框支结构落地墙,在转换层以下的部位是保证框支结构抗震性能的关键部位,这部位的剪力传递还存在矮墙效应。为了保证抗震墙在大震时的受剪承载力,只考虑有拉筋约束部分的混凝土受剪承载力。
无地下室的单层框支结构的落地墙,特别是联肢或双肢墙,当考虑不利荷载组合出现偏心受拉时,为了防止墙与基础交接处产生滑移,除满足本规范(6.2.14)公式的要求外,宜按总剪力的30%设置45°交叉防滑斜筋,斜筋可按单排设在墙截面中部并应满足锚固要求。
6.2.13 本条规定了在结构整体分析中的内力调整:
1 框架-抗震墙结构在强烈地震中,墙体开裂而刚度退化,引起框架和抗震墙之间塑性内力重分布,需调整框架部分承担的地震剪力。调整后,框架部分各层的剪力设计值均相同。其取值既体现了多道抗震设防的原则,又考虑了当前的经济条件。
此项规定不适用于部分框架柱不到顶,使上部框架柱数量较少的楼层。
2 抗震墙连梁内力由风荷载控制时,连梁刚度不宜折减。地震作用控制时,抗震墙的连梁考虑刚度折减后,如部分连梁尚不能满足剪压比限值,可按剪压比要求降低连梁剪力设计值及弯矩,并相应调整抗震墙的墙肢内力。
3 对翼墙有效宽度,89规范规定不大于抗震墙总高度的1/10,这一规定低估了有效长度,特别是对于较低房屋,本次修订,参考UBC97的有关规定,改为抗震墙总高度的15%。
6.2.14 抗震墙的水平施工缝处,由于混凝土结合不良,可能形成抗震薄弱部位。故规定一级抗震墙要进行水平施工缝处的受剪承载力验算。
验算公式依据于试验资料,忽略了混凝土的作用,但考虑轴向压力的摩擦作用和轴向拉力的不利影响。穿过施工缝处的钢筋处于复合受力状态,其强度采用0.6的折减系数。还需注意,在轴向力设计值计算中,重力荷载的分项系数,受压时为有利,取1.0;受拉时取1.2。
6.2.15 节点核芯区是保证框架承载力和延性的关键部位,为避免三级到二级承载力的突然变化,三级框架高度接近二级框架高度下限时,明显不规则或场地、地基条件不利时,可采用二级并进行节点核芯区受剪承载力的验算。
本次修订,增加了梁宽大于柱宽的框架和圆柱框架的节点核芯区验算方法。梁宽大于柱宽时,按柱宽范围内外分别计算。圆柱的计算公式依据国外资料和国内试验结果提出:
上式中Aj为圆柱截面面积,Ash为核芯区环形箍筋的单根截面面积。去掉γRE及ηi附加系数,上式可写为:
上式中最后一项系参考ACI Structural Journal Jan-Feb.1989 Priestley and Paulay 的文章:Seismic strength of Circular Reinforced Concrete Columns。
圆形截面柱受剪,环形箍筋所承受的剪力可用下式表达:
式中 Ash--环形箍单肢截面面积;
D'--纵向钢筋所在圆周的直径;
hb0--框架梁截面有效高度;
s--环形箍筋间距。
根据重庆建筑大学2000年完成的4个圆柱梁柱节点试验,对比了计算和试验的节点核芯区受剪承载力,计算值与试验之比约为85%,说明此计算公式的可靠性有一定保证。
6.3 框架结构抗震构造要求
6.3.2 为了避免或减小扭转的不利影响,宽扁梁框架的梁柱中线宜重合,并应采用整体现浇楼盖。为了使宽扁梁端部在柱外的纵向钢筋有足够的锚固,应在两个主轴方向都设置宽扁梁。
6.3.3~6.3.5 梁的变形能力主要取决于梁端的塑性转动量,而梁的塑性转动量与截面混凝土受压区相对高度有关。当相对受压区高度为0.25至0.35范围时,梁的位移延性系数可到达3~4。计算梁端受拉钢筋时宜考虑梁端受压钢筋的作用,计算梁端受压区高度时宜按梁端截面实际受拉和受压钢筋面积进行计算。
梁端底面和顶面纵向钢筋的比值,同样对梁的变形能力有较大影响。梁底面的钢筋可增加负弯矩时的塑性转动能力,还能防止在地震中梁底出现正弯矩时过早屈服或破坏过重,从而影响承载力和变形能力的正常发挥。
根据试验和震害经验,随着剪跨比的不同,梁端的破坏主要集中于1.5~2.0倍梁高的长度范围内,当箍筋间距小于6d~8d(d为纵筋直径)时,混凝土压溃前受压钢筋一般不致压屈,延性较好。因此规定了箍筋加密范围,限制了箍筋最大肢距;当纵向受拉钢筋的配筋率超过2%时,箍筋的要求相应提高。
6.3.7 限制框架柱的轴压比主要为了保证框架结构的延性要求。抗震设计时,除了预计不可能进入屈服的柱外,通常希望柱子处于大偏心受压的弯曲破坏状态。由于柱轴压比直接影响柱的截面设计,本次修订仍以89规范的限值为依据,根据不同情况进行适当调整,同时控制轴压比最大值。在框架-抗震墙、板柱-抗震墙及筒体结构中,框架属于第二道防线,其中框架的柱与框架结构的柱相比,所承受的地震作用也相对较低,为此可以适当增大轴压比限值。利用箍筋对柱加强约束可以提高柱的混凝土抗压强度,从而降低轴压比要求。早在1928年美国 F.E.Richart 通过试验提出混凝土在三向受压状态下的抗压强度表达式,从而得出混凝土柱在箍筋约束条件下的混凝土抗压强度。
我国清华大学研究成果和日本AIJ钢筋混凝土房屋设计指南都提出考虑箍筋提高混凝土强度作用时,复合箍筋肢距不宜大于200mm,箍筋间距不宜大于100mm,箍筋直径不宜小于ф10mm的构造要求。参考美国ACI资料,考虑螺旋箍筋提高混凝土强度作用时,箍筋直径不宜小于ф10mm,净螺距不宜大于75mm。考虑便于施工,采用螺旋间距不大于100mm,箍筋直径不小于ф12mm。矩形截面柱采用连续矩形复合螺旋箍是一种非常有效的提高延性措施,这已被西安建筑科技大学的试验研究所证实。根据日本川铁株式会社1998年发表的试验报告,相同柱截面、相同配筋、配箍率、箍距及箍筋肢距,采用连续复合螺旋箍比一般复合箍筋可提高柱的极限变形角25%。采用连续复合矩形螺旋箍可按圆形复合螺旋箍对待。用上述方法提高柱的轴压比后,应按增大的轴压比由表6.3.12确定配箍量,且沿柱全高采用相同的配箍特征值。
试验研究和工程经验都证明在矩形或圆形截面柱内设置矩形核芯柱,不但可似提高柱的受压承载力,还可以提高柱的变形能力。在压、弯、剪作用下,当柱出现弯、剪裂缝,在大变形情况下芯柱可以有效地减小柱的压缩,保持柱的外形和截面承载力,特别对于承受高轴压的短柱,更有利于提高变形能力,延缓倒塌。
为了便于梁筋通过,芯柱边长不宜小于柱边长或直径的1/3,且不宜小于250mm。
6.3.8 试验表明,柱的屈服位移角主要受纵向受拉钢筋配筋率支配,并大致随拉筋配筋率的增大呈线性增大。89规范的柱截面最小总配筋率比78规范有所提高,但仍偏低,很多情况小于非抗震配筋率,本次修订再次适当调整。
当柱子在地震作用组合时处于全截面受拉状态,规定柱纵筋总截面面积计算值增加25%,是为了避免柱的受拉纵筋屈服后再受压时,由于包兴格效应,导致纵筋压屈。
6.3.9~6.3.12 柱箍筋的约束作用,与柱轴压比、配箍量、箍筋形式、箍筋肢距,以及混凝土强度与箍筋强度的比值等因素有关。
89规范的体积配箍率,是在配箍特征值基础上,对箍筋屈服强度和混凝土轴心抗压强度的关系做了一定简化得到的,仅适用于混凝土强度在C35以下和HPB235级钢箍筋。本次修订直接给出配箍特征值,能够经济合理地反映箍筋对混凝土的约束作用。为了避免配箍率过小还规定了最小体积配箍率。
箍筋类别参见图6.3.12:
6.3.13 考虑到柱子在层高范围内剪力不变及可能的扭转影响,为避免柱子非加密区的受剪能力突然降低很多,导致柱子中段破坏,对非加密区的最小箍筋量也做了规定。
6.3.14 为使框架的梁柱纵向钢筋有可靠的锚固条件,框架梁柱节点核芯区的混凝土要具有良好的约束。考虑到核芯区内箍筋的作用与柱端有所不同,其构造要求与柱端有所区别。
6.4 抗震墙结构构造措施
6.4.1 试验表明,有约束边缘构件的矩形截面抗震墙与无约束边缘构件的矩形截面抗震墙相比,极限承载力约提高40%,极限层间位移角约增加一倍,对地震能量的消耗能力增大20%左右,且有利于墙板的稳定。对一、二级抗震墙底部加强部位,当无端柱或翼墙时,墙厚需适当增加。
6.4.3 为控制墙板因温度收缩或剪力引起的裂缝宽度,二、三、四级抗震墙一般部位分布钢筋的配筋率,比89规范有所增加,与加强部位相同。
6.4.4~6.4.8 抗震墙的塑性变形能力,除了与纵向配筋等有关外,还与截面形状、截面相对受压区高度或轴压比、墙两端的约束范围、约束范围内配箍特征值有关。当截面相对受压区高度或轴压比较小时,即使不设约束边缘构件,抗震墙也具有较好的延性和耗能能力。当截面相对受压区高度或轴压比超过一定值时,就需设较大范围的约束边缘构件,配置较多的箍筋,即使如此,抗震墙不一定具有良好的延性,因此本次修订对设置有抗震墙的各类结构提出了一、二级抗震墙在重力荷载下的轴压比限值。
对于一般抗震墙结构、部分框支抗震墙结构等的开洞抗震墙,以及核心筒和内筒中开洞的抗震墙,地震作用下连梁首先屈服破坏,然后墙肢的底部钢筋屈服、混凝土压碎。因此,规定了一、二级抗震墙的底部加强部位的轴压比超过一定值时,墙的两端及洞口两侧应设置约束边缘构件,使底部加强部位有良好的延性和耗能能力;考虑到底部加强部位以上相邻层的抗震墙,其轴压比可能仍较大,为此,将约束边缘构件向上延伸一层。其他情况,墙的两端及洞口两侧可仅设置构造边缘构件。
为了发挥约束边缘构件的作用,国外规范对约束边缘构件的箍筋设置还作了下列规定:箍筋的长边不大于短边的3倍,且相邻两个箍筋应至少相互搭接1/3长边的距离。
6.4.9 当墙肢长度小于墙厚的三倍时,要求按柱设计,对三级的墙肢也应控制轴压比。
6.4.10 试验表明,配置斜向交叉钢筋的连梁具有更好的抗剪性能。跨高比小于2的连梁,难以满足强剪弱弯的要求。配置斜向交叉钢筋作为改善连梁抗剪性能的构造措施,不计入受剪承载力。
6.5 框架-抗震墙结构抗震构造措施
本节针对框架-抗震墙结构不同于抗震墙结构的特点,补充了作为主要抗侧力构件的抗震墙的一些规定:
抗震墙是框架-抗震墙结构中起第一道防线的主要抗侧力构件,对墙板厚度、最小配筋率和端柱设置等做了较严的规定,以提高其变形和耗能能力。
门洞边的端柱,受力复杂且轴压比大,适当增加其箍筋构造要求。
6.6 板柱-抗震墙结构抗震设计要求
本规范的规定仅限于设置抗震墙的板柱体系。主要规定如下:
按柱纵筋直径16倍控制板厚是为了保证板柱节点的抗弯刚度。
按多道设防的原则,要求板柱结构中的抗震墙承担全部地震作用。
为了防止无柱帽板柱结构的柱边开裂以后楼板脱落,穿过柱截面板底两个方向钢筋的受拉承载力应满足该层柱承担的重力荷载代表值的轴压力设计值。
无柱帽平板在柱上板带中按本规范要求设置构造暗梁时,不可把平板作为有边梁的双向板进行设计。
6.7 筒体结构抗震设计要求
框架-核心筒结构的核心筒、筒中筒结构的内筒,都是由抗震墙组成的,也都是结构的主要抗侧力竖向构件,其抗震构造措施应符合本章第6.4节和第6.5节的规定,包括墙体的厚度、分布钢筋的配筋率、轴压比限值、边缘构件和连梁配置斜交叉暗柱的要求等,以使筒体有良好的抗震性能。
筒体的连梁,跨高比一般较小,墙肢的整体作用较强。因此,筒体角部的抗震构造措施应予以加强,约束边缘构件宜沿全高设置;约束边缘构件沿墙肢的长度适当增大,不小于墙肢截面高度的1/4;在底部加强部位,在约束边缘构件范围内均应采用箍筋;在底部加强部位以上的一般部位,按本规范图6.4.7中L形墙的规定取箍筋约束范围。
框架-核心筒结构的核心筒与周边框架之间采用梁板结构时,各层梁对核心筒有适当的约束,可不设加强层,梁与核心筒连接应避开核心筒的连梁。当楼层采用平板结构且核心筒较柔,在地震作用下不能满足变形要求,或筒体由于受弯产生拉力时,宜设置加强层,其部位应结合建筑功能设置。为了避免加强层周边框架柱在地震作用下由于强梁带来的不利影响,加强层与周边框架不宜刚性连接。9度时不应采用加强层。核心筒的轴向压缩及外框架的竖向温度变形对加强层产生很大的附加内力,在加强层与周边框架柱之间采取必要的后浇连接及有效的外保温措施是必要的。
筒体结构的外筒设计时,可采取提高延性的下列措施:
1 外筒为梁柱式框架或框筒时,宜用非结构幕墙,当采用钢筋混凝土裙墙时,可在裙墙与柱连接处设置受剪控制缝。
2 外筒为壁式筒体时,在裙墙与窗间墙连接处设置受剪控制缝,外筒按联肢抗震墙设计;三级的壁式筒体可按壁式框架设计,但壁式框架柱除满足计算要求外,尚需满足条文第6.4.8条的构造要求;支承大梁的壁式筒体在大梁支座宜设置壁柱,一级时,由壁柱承担大梁传来的全部轴力,但验算轴压比时仍取全部截面。
3 受剪控制缝的构造如下图:
7 多层砌体房屋和底部框架、内框架房屋
7.1 一般规定
7.1.1 本次修订,将89规范的多层砌体房屋与底层框架、内框架砖房合并为一章。
按目前常用砌体房屋的结构类型,增加了烧结多孔粘土砖的内容,删去了混凝土中型砌块和粉煤灰中型砌块房屋的内容。考虑到内框架结构中单排柱内框架的震害较重,取消了有关单排柱内框架房屋的规定。
适应砌体结构发展的需要,增加了其他烧结砖和蒸压砖房屋参照粘土砖房屋抗震设计的条件,并在附录F列入配筋混凝土小型空心砌块抗震墙房屋抗震设计的有关要求。
7.1.2 砌体房屋的高度限制,是十分敏感且深受关注的规定。基于砌体材料的脆性性质和震害经验,限制其层数和高度是主要的抗震措施。
多层砖房的抗震能力,除依赖于横墙间距、砖和砂浆强度等级、结构的整体性和施工质量等因素外,还与房屋的总高度有直接的联系。
历次地震的宏观调查资料说明:二、三层砖房在不同烈度区的震害,比四、五层的震害轻得多,六层及六层以上的砖房在地震时震害明显加重。海城和唐山地震中,相邻的砖房,四、五层的比二、三层的破坏严重,倒塌的百分比亦高得多。
国外在地震区对砖结构房屋的高度限制较严。不少国家在7度及以上地震区不允许用无筋砖结构,前苏联等国对配筋和无筋砖结构的高度和层数作了相应的限制。结合我国具体情况,修订后的高度限制是指设置了构造柱的房屋高度。
多层砌块房屋的总高度限制,主要是依据计算分析、部分震害调查和足尺模型试验,并参照多层砖房确定的。
对各层横墙间距均接近规范最大间距的砌体房屋,其总高尚应比医院、教学楼再适当降低。
本次修订对高度限制的主要变动如下:
1 调整了限制的规定。层数为整数,限制应严格遵守;总高度按有效数字取整控制,当室内外高差大于0.6m时,限值有所松动。
2 半地下室的计算高度按其嵌固条件区别对待,并增加斜屋面的计算高度按阁楼层设置情况区别对待的规定。
3 按照国家关于墙体改革和控制粘土砖使用范围的政策,并考虑到居住建筑使用要求的发展趋势,采用烧结普通粘土砖的多层砖房的层数和高度,均不再增加。还需注意,按照国家关于办公建筑和住宅建筑的强制性标准的要求,超过规定的层数和高度时,必须设置电梯,采用砌体结构也必须遵守有关规定。
4 烧结多孔粘土砖房屋的高度和层数,在行业标准JGJ68-90规程的基础上,根据墙厚略为调整。
5 混凝土小型空心砌块房屋作为墙体改革的方向之一,根据小砌块生产技术发展的情况,其高度和层数的限制,参照行业标准JGJ/T14-95规程的规定,按本次修订的要求采取加强措施后,基本上可与烧结普通粘土砖房有同样的层数和高度。
6 底层框架房屋的总高度和底框的层数,吸收了经鉴定的主要研究成果,按本次修订采取一系列措施后,底部框架可有两层:总层数和总高度,7、8度时可与普通砌体房屋相当。注意到台湾921大地震中上刚下柔的房屋成片倒塌,对9度设防,本规范规定部分框支的混凝土结构不应采用,底框砖房也需专门研究。
7 明确了横墙较少的多层砌体房屋的定义,并专门提供了横墙较少的住宅不降低总层数和总高度时所需采取的计算方法和抗震措施。
7.1.4 若考虑砌体房屋的整体弯曲验算,目前的方法即使在7度时,超过三层就不满足要求,与大量的地震宏观调查结果不符。实际上,多层砌体房屋一般可以不做整体弯曲验算,但为了保证房屋的稳定性,限制了其高宽比。
7.1.5 多层砌体房屋的横向地震力主要由横墙承担,不仅横墙须具有足够的承载力,而且楼盖须具有传递地震力给横墙的水平刚度,本条规定是为了满足楼盖对传递水平地震力所需的刚度要求。
对于多层砖房,沿用了78规范的规定;对砌块房屋则参照多层砖房给出,且不宜采用木楼屋盖。
纵墙承重的房屋,横墙间距同样应满足本条规定。
7.1.6 砌体房屋局部尺寸的限制,在于防止因这些部位的失效,而造成整栋结构的破坏甚至倒塌,本条系根据地震区的宏观调查资料分析规定的,如采用另增设构造柱等措施,可适当放宽。
7.1.7 本条沿用89规范的规定,是对本规范3章关于建筑结构规则布置的补充。
1 根据邢台、东川、阳江、乌鲁木齐、海城及唐山大地震调查统计,纵墙承重的结构布置方案,因横向支承较少,纵墙较易受弯曲破坏而导致倒塌,为此,要优先采用横墙承重的结构布置方案。
2 纵横墙均匀对称布置,可使各墙垛受力基本相同,避免薄弱部位的破坏。
3 震害调查表明,不设防震缝造成的房屋破坏,一般多只是局部的,在7度和8度地区,一些平面较复杂的一、二层房屋,其震害与平面规则的同类房屋相比,并无明显的差别,同时,考虑到设置防震缝所耗的投资较多,所以89规范对设置防震缝的要求比过去有所放宽。
4 楼梯间墙体缺少各层楼板的侧向支承,有时还因为楼梯踏步削弱楼梯间的墙体,尤其是楼梯间顶层,墙体有一层半楼层的高度,震害加重。因此,在建筑布置时尽量不设在尽端,或对尽端开间采取特殊措施。
5 在墙体内设置烟道、风道、垃圾道等洞口,大多因留洞而减薄了墙体的厚度,往往仅剩120mm,由于墙体刚度变化和应力集中,一旦遇到地震则首先破坏,为此要求这些部位的墙体不应削弱,或采取在砌体中加配筋、预制管道构件等加强措施。
7.1.8 本次修订,允许底部框架房屋的总层数和高度与普通的多层砌体房屋相当。相应的要求是:严格控制相邻层侧移刚度,合理布置上下楼层的墙体,加强托墙梁和过渡楼层的墙体,并提高了底部框架的抗震等级。对底部的抗震墙,一般要求采用钢筋混凝土墙,缩小了6、7度时采用砖抗震墙的范围,并规定底层砖抗震墙的专门构造。
7.1.9 参照抗震设计手册,增加了多排柱内框架房屋布置的规定。
7.1.10 底部框架-抗震墙房屋和多层多排柱内框架房屋的钢筋混凝土结构部分,其抗震要求原则上均应符合本规范6章的要求。考虑到底部框架-抗震墙房屋高度较低,底部的钢筋混凝土抗震墙应按低矮墙或开竖缝墙设计,其抗震等级可比钢筋混凝土抗震墙结构的框支层有所放宽。
7.2 计算要点
7.2.1 砌体房屋层数不多,刚度沿高度分布一般比较均匀,并以剪切变形为主,因此可采用底部剪力法计算。
自承重墙体(如横墙承重方案中的纵墙等),如按常规方法做抗侧力验算,往往比承重墙还要厚,但抗震安全性的要求可以考虑降低,为此,利用γRE适当调整。
底部框架-抗震墙房屋属于上刚下柔结构,层数不多,仍可采用底部剪力法简化计算,但应考虑一系列的地震作用效应调整,使之较符合实际。
内框架房屋的震害表现为上部重下部轻的特点,试验也证实其上部的动力反应较大。因此,采用底部剪力法简化计算时,顶层需附加20%总地震作用的集中地震作用。其余80%仍按倒三角形分布。
7.2.2 根据一般的经验,抗震设计时,只需对纵、横向的不利墙段进行截面验算,不利墙段为①承担地震作用较大的墙段;②竖向压应力较小的墙段;③局部截面较小的墙段。
7.2.3 在楼层各墙段间进行地震剪力的分配和截面验算时,根据层间墙段的不同高宽比(一般墙段和门窗洞边的小墙段,高宽比按本条"注"的方法分别计算),分别按剪切或弯剪变形同时考虑,较符合实际情况。
本次修订明确,砌体的墙段按门窗洞口划分,新增小开口墙等效刚度的计算方法。
7.2.4,7.2.5 底部框架-抗震墙房屋是我国现阶段经济条件下特有的一种结构。大地震的震害表明,底层框架砖房在地震时,底层将发生变形集中,出现过大的侧移而严重破坏,甚至坍塌。近十多年来,各地进行了许多试验研究和分析计算,对这类结构有进一步的认识,本次修订,放宽了89规范的高度限制,当采取相应措施后底部框架可有两层。但总体上仍需持谨慎的态度。其抗震计算上需注意:
1 继续保持89规范对底层框架-抗震墙房屋地震作用效应调整的要求。按第二层与底层侧移刚度的比例相应地增大底层的地震剪力,比例越大,增加越多,以减少底层的薄弱程度;底层框架砖房,二层以上全部为砖墙承重结构,仅底层为框架-抗震墙结构,水平地震剪力要根据对应的单层的框架-抗震墙结构中各构件的侧移刚度比例,并考虑塑性内力重分布来分配;作用于房屋二层以上的各楼层水平地震力对底层引起的倾覆力矩,将使底层抗震墙产生附加弯矩,并使底层框架柱产生附加轴力。倾覆力矩引起构件变形的性质与水平剪力不同,本次修订,考虑实际运算的可操作性,近似地将倾覆力矩在底层框架和抗震墙之间按它们的侧移刚度比例分配。
2 增加了底部两层框架-抗震墙的地震作用效应调整规定。
3 新增了底部框架房屋托墙梁在抗震设计中的组合弯矩计算方法。
考虑到大震时墙体严重开裂,托墙梁与非抗震的墙梁受力状态有所差异,当按静力的方法考虑有框架柱落地的托梁与上部墙体组合作用时,若计算系数不变会导致不安全,应调整计算参数。作为简化计算,偏于安全,在托墙梁上部各层墙体不开洞和跨中1/3范围内开一个洞口的情况,也可采用折减荷载的方法:托墙梁弯矩计算时,由重力荷载代表值产生的弯矩,四层以下全部计入组合,四层以上可有所折减,取不小于四层的数值计入组合;对托墙梁剪力计算时,由重力荷载产生的剪力不折减。
7.2.6 多排柱内框架房屋的内力调整,继续保持89规范的规定。
内框架房屋的抗侧力构件有砖墙及钢筋混凝土柱与砖柱组合的混合框架两类构件。砖墙弹性极限变形较小,在水平力作用下,随着墙面裂缝的发展,侧移刚度迅速降低;框架则具有相当大的延性,在较大变形情况下侧移刚度才开始下降,而且下降的速度较缓。
混合框架各种柱子承担的地震剪力公式,是考虑楼盖水平变形、高阶空间振型及砖墙刚度退化的影响,对不同横墙间距、不同层数的大量算例进行统计得到的。
7.2.7 砌体材料抗震强度设计值的计算,继续保持89规范的规定。
地震作用下砌体材料的强度指标,因不同于静力,宜单独给出。其中砖砌体强度是按震害调查资料综合估算并参照部分试验给出的,砌块砌体强度则依据试验。为了方便,当前仍继续沿用静力指标。但是,强度设计值和标准值的关系则是针对抗震设计的特点按《统一标准》可靠度分析得到的,并采用调整静强度设计值的形式。
当前砌体结构抗剪承载力的计算,有两种半理论半经验的方法--主拉和剪摩。在砂浆等级>M2.5且在1<σ0/fv≤4时,两种方法结果相近。本规范采用正应力影响系数的统一表达形式。
对砖砌体,此系数继续沿用78规范的方法,采用在震害统计基础上的主拉公式得到,以保持规范的延续性:
对于混凝土小砌块砌体,其fv较低,σ0/fv相对较大,两种方法差异也大,震害经验又较少,根据试验资料,正应力影响系数由剪摩公式得到:
7.2.8 本次修订,部分修改了设置构造柱墙段抗震承载力验算方法:
一般情况下,构造柱仍不以显式计入受剪承载力计算中,抗震承载力验算的公式与89规范完全相同。
当构造柱的截面和配筋满足一定要求后,必要时可采用显式计入墙段中部位置处构造柱对抗震承载力的提高作用。现行构造柱规程、地方规程和有关的资料,对计入构造柱承载力的计算方法有三种:其一,换算截面法,根据混凝土和砌体的弹性模量比折算,刚度和承载力均按同一比例换算,并忽略钢筋的作用;其二,并联叠加法,构造柱和砌体分别计算刚度和承载力,再将二者相加,构造柱的受剪承载力分别考虑了混凝土和钢筋的承载力,砌体的受剪承载力还考虑了小间距构造柱的约束提高作用;其三,混合法,构造柱混凝土的承载力以换算截面并入砌体截面计算受剪承载力,钢筋的作用单独计算后再叠加。在三种方法中,对承载力抗震调整系数γRE的取值各有不同。由于不同的方法均根据试验成果引入不同的经验修正系数,使计算结果彼此相差不大,但计算基本假定和概念在理论上不够理想。
本次修订,收集了国内许多单位所进行的一系列两端设置、中间设置1~3根及开洞砖墙体并有不同截面、不同配筋、不同材料强度的试验成果,通过累计百余个试验结果的统计分析,结合混凝土构件抗剪计算方法,提出了新的抗震承载力简化计算公式。此简化公式的主要特点是:
(1)墙段两端的构造柱对承载力的影响,仍按89规范仅采用承载力抗震调整系数γRE反映其约束作用,忽略构造柱对墙段刚度的影响,仍按门窗洞口划分墙段,使之与现行国家标准的方法有延续性;
(2)引入中部构造柱参与工作及构造柱间距不大于2.8m的墙体约束修正系数;
(3)构造柱的承载力分别考虑了混凝土和钢筋的抗剪作用,但不能随意加大混凝土的截面和钢筋的用量,还根据修订中的混凝土规范,对混凝土的受剪承载力改用抗拉强度表示。
(4)该公式是简化方法,计算的结果与试验结果相比偏于保守,在必要时才可利用。横墙较少房屋及外纵墙的墙段计入其中部构造柱参与工作,抗震验算问题有所改善。