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。底部框架-抗震墙房屋属于竖向不规则结构,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。
    自承重墙体(如横墙承重方案中的纵墙等),如按常规方法进行抗震验算,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。

7.2.2 根据一般的设计经验,抗震验算时,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;②竖向压应力较小的;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。
    砌体的墙段按门窗洞口划分、小开口墙等效刚度的计算方法等内容同2001规范。
    本次修订明确,关于开洞率的定义及适用范围,系参照原行业标准《设置钢筋混凝土构造柱多层砖房抗震技术规程》JGJ/T 13的相关内容得到的,该表仅适用于带构造柱的小开口墙段。当本层门窗过梁及以上墙体的合计高度小于层高的20%时,洞口两侧应分为不同的墙段。

7.2.4、7.2.5 底部框架-抗震墙砌体房屋是我国现阶段经济条件下特有的一种结构。强烈地震的震害表明,这类房屋设计不合理时,其底部可能发生变形集中,出现较大的侧移而破坏,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。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2001规范对底层框架-抗震墙砌体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。通常,增大系数可依据刚度比用线性插值法近似确定。
    底层框架-抗震墙砌体房屋,二层以上全部为砌体墙承重结构,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有效侧移刚度比例分配。需注意,框架部分的倾覆力矩近似按有效侧向刚度分配计算,所承担的倾覆力矩略偏少。
    2 底部两层框架-抗震墙砌体房屋的地震作用效应调整原则,同底层框架-抗震墙砌体房屋。
    3 该类房屋底部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两端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。
    4 本次修订,增加考虑楼盖平面内变形影响的要求。

7.2.6 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。
    关于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形式,将两种方法用同样的表达方式给出。
    对砖砌体,此系数与89规范相同,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:

    本次修订,根据砌体规范fv取值的变化,对表内数据作了调整,使fvE与σ0的函数关系基本不变。根据有关试验资料,当σ0/fv≥16时,小砌块砌体的正应力影响系数如仍按剪摩公式线性增加,则其值偏高,偏于不安全。因此当σ0/fv大于16时,小砌块砌体的正应力影响系数都按σ0/fv=16时取3.92。

7.2.7 继续沿用了2001规范关于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。有关构造柱规程、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。
    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根构造柱及开洞砖墙体,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系数及构造柱对墙体的约束修正系数,本次修订时该系数取1.1时的构造柱间距由2001规范的不大于2.8m调整为3.0m,以和7.3.14条的构造措施相对应。
        (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。
        (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,供必要时利用。
    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,抗震承载力可有所提高。
    砖砌体横向配筋的抗剪验算公式是根据试验资料得到的。钢筋的效应系数随墙段高宽比在0.07~0.15之间变化,水平配筋的适用范围是0.07%~0.17%。
    本次修订,增加了同时考虑水平钢筋和中部构造柱对墙体受剪承载力贡献的简化计算方法。

7.2.8 混凝土小砌块的验算公式,系根据混凝土小砌块技术规程的基础资料,无芯柱时取γRE=1.0和ζc=0.0,有芯柱时取γRE=0.9,按《统一标准》的原则要求分析得到的。
    2001规范修订时进行了同时设置芯柱和构造柱的墙片试验。结果发现,只要把式(7.2.8)的芯柱截面(120mm×120mm)用构造柱截面(如180mm×240mm)替代,芯柱钢筋截面(如112)用构造柱钢筋(如412)替代,则计算结果与试验结果基本一致。于是,2001规范对式(7.2.8)的适用范围作了调整,也适用于同时设置芯柱和构造柱的情况。

7.2.9 底层框架-抗震墙房屋中采用砖砌体作为抗震墙时,砖墙和框架成为组合的抗侧力构件,直接引用89规范在试验和震害调查基础上提出的抗侧力砖填充墙的承载力计算方法。由砖抗震墙-周边框架所承担的地震作用,将通过周边框架向下传递,故底层砖抗震墙周边的框架柱还需考虑砖墙的附加轴向力和附加剪力。
    本次修订,比2001版增加了底框房屋采用混凝土小砌块的约束砌体抗震墙承载力验算的内容。这类由混凝土边框与约束砌体墙组成的抗震构件,在满足上下层刚度比2.5的前提下,数量较少而需承担全楼层100%的地震剪力(6度时约为全楼总重力的4%)。因此,虽然仅适用于6度设防,为判断其安全性,仍应进行抗震验算。