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1、第22卷第3期昆明理工大学学报Vol.22No.31997年6月JOURNALOFKUNMINGUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGYJun.1997砌体结构房屋在水平地震⒇作用下的受力分析李崇仁(昆明理工大学建工及力学系,昆明650093)摘要砌体结构房屋在竖向荷载作用下的受力分析,不少资料中已有详细论述,而砌体结构房屋在水平地震作用下的受力情况,目前的资料及规范中只有抗震抗剪计算,而没有进行全面的受力分析.为了弄清砌体房屋在水平地震作用下各抗侧力构件的工作机理及破坏形式,本文应用高层建筑结构设计的原理及方法,进行砌体结构房屋在水平地震作
2、用下的受力分析,为砌体结构房屋的整体弯曲等计算,提供受力分析及内力计算的方法关键词总半边结构;楼层弯矩;总墙肢;整体弯曲中图分类号TU31理论研究及实践都证明,砖砌体和砌块砌体是建造价廉物美的各种建筑的良好材料.它经济,迅速,施工简单,耐气候影响,且易于就地取材.然而,按目前国内的设计及施工方法,砌体结构属刚性结构,其刚度大,强度低延性差,自振周期短,震害严重.因而使砌体结构房屋在总高、层数、高宽比等诸多方面受到较大限制.一些多层及中高层建筑不得不更多地使用钢筋混凝土结构或钢结构,乡镇民居建筑则不得不更多地使用土木或砖木结构.这不仅耗用了大量的钢筋、混凝土及木材;而
3、砌体材料的潜力又没有得到充分的发挥.砌体具有较高的抗压强度而抗拉能力很弱.与混凝土相似,在砌体内配筋或采取其它措施可以使其承受拉力,从而使其结构性能得到较大改善.即使使用配筋砌体及组合砌体,其造价也仍比钢筋混凝土结构及钢结构低,且结构性能的改善将弥补造价的增加.随着工业建筑的发展,民用建筑也会相应得到较大发展.民用建筑中,除少数高层和低层外,80%以上仍将是多层及中高层建筑.因而,挖掘砌体材料的潜力,不断改善其结构性能,使砌体结构房屋能适应多层及中高层建筑的需要.这不仅具有十分重要的意义而且具有广阔的应用前景.为了寻求提高砌体结构房屋结构性能的途径,有必要对其受力情
4、况进行分析和探讨.砌体结构房屋在竖向荷载作用下的内力计算,不少资料已有较详细的论述,本文主要探讨砌体结构房屋在水平地震作用下的受力分析.⒇收稿日期:1995-10-24·108·昆明理工大学学报1997年1水平地震作用下砌体房屋的受力分析为了满足使用要求,砌体结构房屋的纵向及横向都开设有一定数量的门窗洞口.如将窗间墙视为墙肢,窗肚墙视为连接墙肢的连系梁(简称连梁).则在水平地震作用下,其纵向及横向墙片可视为双肢或多肢剪力墙进行受力分析(见图1a,图1b).连梁两端嵌入墙体部hb分可作为刚域处理.刚域长度一般取墙肢轴线至边缘距离减去,hb为连梁非刚性段梁高4'(图2)
5、.图中2l0为连梁净跨(即洞口宽度),2l0为非刚性段的计算长度.图1墙片计算简图图2窗肚墙计算图连梁考虑剪切变形及刚域影响的折算线刚度如下计算-11ib=3ib(1)(1-λ1-λ2)(1+Ub)EIbib=(2)2l12_EIbUb='2(3)GAb(2l0)3b0hb式中:Ib——连梁非刚性段横截面惯性矩,Ib=.12Ab——连梁非刚性段横截面面积Ab=b0hb._——剪应力分布不均匀系数.E,G——分别为拉压及剪切弹性模量.第3期李崇仁:砌体结构房屋在水平地震作用下的受力分析·109·Ub——连梁线刚度考虑剪切变形影响系数.-各层墙肢(柱)考虑剪切变形影响的
6、折算线刚度ic如下计算-1ic=ic(4)1+UcEIcic=(5)hc12_EIcUc=2(6)GAchc3tb式中:Ic——墙肢截面的惯性矩,Ic=,b为墙肢宽度,t为墙厚12hc——层高Ac——墙肢截面积.Ac=bt-梁柱折算线刚度的比值K如下:--ib11+UcibK==3(7)ic(1-λ1-λ2)1+Ubic1令a1=3(8)(1-λ1-λ2)1+Uca2=(9)1+Ub-ib则K=a1a2(10)ic式中:a1——为考虑连梁刚域影响的梁柱线刚度比的提高系数.a2——为剪切变形的影响系数.砌体结构房屋λ1与λ2的取值一般在0.2～0.35之间,相应的a1
7、的取值范围约为5～--ib37.a2的取值一般在1附近.故砌体结构房屋一般均能满足K=-≥5的要求.ic砌体结构房屋在水平荷载作用下的内力计算,可采用如下基本假定:1)楼板在其自身平面内刚度很大,可视为刚度无穷大的刚性楼板,而出平面的刚度很小,可忽略不计.2)各墙片(或墙肢)在其自身平面内的刚度很大;相对而言,其出平面的刚度很小,可忽略不计,各墙片、墙肢只承受在其自身平面内的水平力.这样,可以把不同方向的墙片分开,作为平面结构计算.3)各中间刚结处转角位移为零,且各层连梁的反弯点在连梁中点.在上述假定下,各墙片、墙肢在同一楼层标高处的水平位移相同.且在水平地震作
