砌体结构抗震验算调整方案

砌体结构抗震验算调整方案（精选3篇）

砌体结构抗震验算调整方案篇1

出现红字如果有（*+数字）必须改结构构造如果只是数字（数字）最简单的办法就是把这段墙做配筋砖砌体红字是配筋的面积我也刚做了不久下面是网上找的希望能给你点启发

PKPM在计算砖混结构时的抗震验算结果中经常出现红字的问题相关搜索: 砖混, PKPM, 结构, 验算, 抗震

PKPM在计算砖混结构时的抗震验算结果中经常出现红字的问题

关键词：PKPM，砖混结构，抗震抗剪承载力，墙的刚度，配筋砌体钢筋参与工作系数，抗剪承载力与所分得的地震剪力比

在实际工程中运用中国建筑科学研究院开发的建筑结构计算系列软件PKPM计算砖混结构时，如果运行到PMCAD中的第8项“砖混结构抗震及其他计算”对于某些结构可能会出现“红字”的现象。具体地说，在“砖混结构抗震及其他计算”选项时，其结果图中将会出现建筑物的各纵墙和横墙、构造柱以及门窗洞口等图形，还有左下角标注的一些建筑材料等有关参数，另外还有分布在各纵墙和横墙图形中与墙平行或垂直的数字。垂直于墙的数字是该整道墙的沿阶梯形截面破坏的抗震抗剪承载力与所分得的整楼层地震剪力之比，数字为黄色；平行于墙的数字是该整道墙中的由于洞口分割而开的各墙段的沿阶梯形截面破坏的抗震抗剪承载力与所分得的该整道墙地震剪力之比，数字为蓝色；但是无论整道墙或各墙段抗震抗剪承载力与所分得的地震剪力之比小于1时，则平行或垂直于墙的数字呈红色，也就是所谓“红字”现象。

对于“红字”现象，有的工程师没有仔细研究原因，只认为抗力不够，盲目的加构造柱，有的工程师仅从概念上分析上认为纵墙或横墙较少，提出增加墙。总之众说纷纭。如果闲暇之时，认真研究一下会发现，绝大部分红字出现在平行于墙的数字，也即该整道纵墙中的各墙段的抗震抗剪承载力与所分得的地震剪力之比小于1。具体一点就是洞口两侧墙段承载力小于所分得的地震剪力。在这个问题的基础上如果微微调一下洞口的位置，墙承载力与地震剪力之比将会有非常大的令人吃惊的变化。一般0.8以上的红字都会“变色”即大于1。另外如果一道纵墙连续的话，抗力比将有较大增长。对于这些问题不再赘述。通过仔细参阅软件PKPM砖混部分技术条件会发现，其软件的核心是几乎完全按照GB50003—2001即《砌体结构设计规范》编制而成的，而且既然该软件能通过国家建设部的验收，说明软件本身没有问题，那这种现象发生根本必源于规范之中。

说到此必须得明确一点：GB50003—2001中规定 1.墙段承载力设计值为V V=S*fve fve=ζn*fv

其中，S为墙的截面面积，fve为沿阶梯形截面破坏的抗震抗剪承载力，fv为沿阶梯形截面破坏的抗剪承载力，当砂浆大于M10时取0.17Mpa，ζn为砌体强度正应力影响系数，与 σo/fv有关，按GB50011—2001中表7.2.7取用。2.所分得的地震剪力为V 按各墙段的刚度分配，当墙的高宽比h/b<1时仅考虑剪切变形；当墙的高宽比1<4时考虑剪切变形和弯曲变形；当墙的高宽比h/b>4时，可认为该墙刚度为0（事实上应该是仅考虑弯曲变形）下面举例说明：

如附图所示一片墙中间一个洞口，尺寸、位置见图。图一与图二的区别仅在于图一中窗口位置移动100mm。假定墙厚为240mm(实际上同墙厚对计算结果无任何影响)σo/fv=5 ζn=1.5并假定分配到这片墙上的地震剪力为60Kn。砌体弹性模量E, 砌体剪变模量G,且G=0.4E，I为墙段截面惯性距，ζ为剪应变不均匀系数。取1.2。计算结果如下：(1)图一中

对于墙段a，h/b =1500/700=2.14即1<4 同时考虑剪切变形和弯曲变形：

δa=h^3/12*E*I+ζ*h/G*A

=1.5^3/12*1/12*0.24*0.7^3*E+1.2*1.5/0.4*E*0.24*0.7=67.785/E 对于墙段b，h/b =1500/500=3.00即1<4 同时考虑剪切变形和弯曲变形：

δa=h^3/12 *I*E +ζ*h/G*A

=1.5^3/12*1/12*0.24*0.5^3*E+1.2*1.5/0.4*E*0.24*0.5=150.000/E 墙段a的刚度Ka=E/67.785 墙段b的刚度Kb=E/150.000(2)图二中，墙段a与墙段b完全相等，对于墙段（a）（b），h/b =1500/600=2.50即1<4 同时考虑剪切变形和弯曲变形：

δa=h^3/12 *I*E +ζ*h/G*A

=1.5^3/12*1/12*0.24*0.6^3*E+1.2*1.5/0.4*E*0.24*0.6=96.356/E 墙段a的刚度Ka=E/96.356 墙段b的刚度Kb=E/96.356 按国标公式计算：

图一中，墙段a分配得的剪力60*150/（150+67.785）=41.32kN 抗力V=S*fve=1.5*0.17*0.24*0.7=37.8 Kn 承载力与所分得的地震剪力之比37.8/41.3=0.91(红字)墙段b分配得的剪力60*67.785/（150+67.785）=18.68kN 抗力V=S*fve=1.5*0.17*0.24*0.5=27.00 Kn 承载力与所分得的地震剪力之比18.86/27.00=1.45(兰字)图二中，墙段a（b）分配得的剪力60*96.36/（96.36+96.36）=30.00kN 抗力V=S*fve=1.5*0.17*0.24*0.6=32.4 Kn 承载力与所分得的地震剪力之比30.0/32.4=1.08(都为兰字)结论：之所以差距这么大，是因为抗力与墙截面大小成线性关系，而与分配多少剪力有关的刚度却与墙截面大小成超线性关系。因此，当墙截面增大一点儿时，抗力也增大一点儿，而刚度增大很多，地震力也增大很多，因而抗震抗剪承载力与所分得的地震剪力之比相对增大很小。同时如上例所述，图一中总刚度K=Ka+Kb=E/67.785+ E/150= 0.02142E,图二中总刚度K=Ka+Kb=E/96.356+ E/96.356= 0.02076E吸引的地震力也稍小。

下面再讨论点与此有关的几个问题，1.关于“红字”现象，有些工程师们对此深恶痛绝，但上述例子忠实按规范计算，也会有如此大的差距，首先必须认识一点，（1）砌体结构是我国几千年来应用最成熟也最广泛的结构形式之一。计算软件PKPM开发之前，国家规范编制之前，甚至唐山地震之前，可以说即使构造柱在广大的工程师思维里都是个很遥远的概念。更不用说完美的设计理论了。10~20年前的老一辈结构工程师设计的砌体结构如果用PKPM试算一下，可能“万里江山一片红”。然而根据上述例子在建筑布局时移动门窗洞口几公分，就会发生房倒屋塌的事故？（2）GB50003—2001是由中国建筑东北设计研究院苑振芳先生领头编写的，如果参阅苑振芳先生主编的《砌体结构设计手册》其中有一段话“抗震设计在很程度上还是一种经验设计，尤其是对砌体结构而言……抗震构造措施在一定程度上，其重要性甚至超过具体计算。”（3）从建国初期的“规定”到74系列、89系列、2002系列国家规范。对于各地区基本烈度一直有较大的调整，一方面顾计各地经济发展，另者也有科学发展的原因。但对于砌体结构来说基本烈度是对地震作用影响的唯一参数，场地、分组对砌体结构地震作用无丝毫影响，而规范中各地区基本烈度的较大变动也应引起我们的思考。第四点，如果不发生地震的话，任何砌体结构剪力为0，（不计风荷载），更不用说“红字”了，然而发生相当于基本烈度的地震超越概率又是多少呢？

2.“红字”问题的解决，不论上述讨论如何，我们还是尽量遵守规范来进行设计工作。但红字问题解决有多种方法。

一、建筑专业做方案时应尽量征求结构工程师的意见。

二、传统方法即多加构造柱。

三、在建筑专业同意的前提下修改洞口位置，既能“算得过去”谁都没话说，又能心安理得得到安慰“我干的活很安全”。具体方法是明确有红字的有关墙或墙段（必须确信知道哪道墙或墙段有红字），加大洞口宽度；把洞口往有红字的有关墙或墙段移动；尽量使有关墙或墙段截面减小即可。

四、加筋砌体，一些工程师尤其是资格较老的工程师可能对加筋砌体不太熟悉，因而极不赞成采用加筋砌体。但是如果对软件PKPM十分遵从的话，则应该仔细阅读一下PKPM系列S-1(2)PMCAD用户手册及技术条件（2002.8）第114页20~22行的话“…….此时括号内给出的该墙的层间竖向截面中所需水平钢筋的总截面积，单位mm，用户可根据各墙段的配筋面积进行适当归并后设计配筋砌体”而GB50003-2001和GB50011-2001对此也有十分明确的规定。

GB50003-2001中10.3.1节配筋砌体构件

V<1/γre*(fvE+ζs*fy*ρs)*A(10.3.1)V考虑地震作用组和的墙体剪力设计值，γre承载力抗震调整系数，ζs钢筋参与工作系数按表10.3.1采用，fy钢筋抗拉强度设计值，ρs层间竖向截面中所需水平钢筋配筋率。

GB50011-2001中7.2.9公式（7.2.9）与GB50003-2001中公式(10.3.1)除形式稍有区别外，内容完全一致。ζs钢筋参与工作系数按GB50011-2001中表7.2.9采用 GB50011-2001表7.2.9（GB50003-2001表10.3.1）墙体高宽比 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 ζs 0.10 0.12 0.14 0.16 0.12 对此又派生出两个问题：

1．仔细看一下上表，墙体高宽比为1.2时，ζs值为0.12。为什么当墙体高宽比小于1时，ζs成线性关系增长，而大于1时反而减小？难道墙体高宽比等于1达到最大值。如果这样，其函数图像应是一个有极值的闭区间函数。缘于以下几点对于此问题有待更加深入的研究：（1）规范没有依惯例而明确提出当高宽比介于某数之间时，ζs值按线性插入（2）参阅很多书籍,即使是有关此方面的专题也对此问题都避而不谈（3）89系规范GBJ11-89 5.2.6规定ζs值直接为0.15没有任何关系式。而GBJ3-88对此根本没有记述。GB50003-2001条文说明称详见GB500011-2001，而GB500011-2001称ζs值由试验确定，但根据GBJ129-90《砌体基本力学性能力学方法标准》第四章的沿阶梯形截面破坏的抗剪承载力试验方法，乃用九块砖组成的双剪试件试验，具体请参见GBJ129-90 4.0.1，当试验砌体的沿阶梯形截面破坏的抗震抗剪承载力且需得含墙高厚比这一参数时的实验方法一直没有查询到。（4）从直觉的角度来看，墙体高宽比越小时，钢筋与墙体结合牢固可靠，钢筋参与工作性能应该更趋于稳定。

砌体结构抗震验算调整方案篇2

砖混结构抗震验算应先按底部剪力法计算各层地震力;然后根据楼面结构刚度及墙体侧向刚度将地震剪力分配到每片墙体和每片墙体中每个墙段;再根据导算的楼面荷载及墙体自重计算墙体的平均压应力;最后按墙体截面的抗震受剪承载力计算公式验算各片墙体和墙段的抗震受剪承载力。

采用中国建筑科学研究院研发的PKPM系列软件对砌体结构进行抗震验算与手算相比, 可以省去繁琐的计算过程, 方便简单, 但计算结果与手算值存在偏差。结构设计人员应懂得两者存在差别的原因, 才能给出更加合理准确的计算结果。

1 工程实例

某中学教学楼于2003年建成, 长40.08 m, 宽16.08 m, 高10.50 m, 建筑面积为1 933.46 m2。该房屋为纵横墙混合承重体系, 开间3.3 m, 层高3.3 m (共3层) , 进深6.6 m, 走道2.4 m。楼盖及屋盖采用现浇钢筋混凝土板 (100 mm厚) 、梁 (截面b×h=200 mm×500 mm) 结构。外墙厚360 mm, 内墙厚240 mm。外墙外面为清水墙, 内面抹灰, 内墙为双面抹灰。墙体用MU15普通烧结砖、M10混合砂浆砌筑。抗震设防烈度为8度, 设计地震分组为第一组, 场地土类别为Ⅱ类。工程地质资料:自然地表下0.3 m内为粘土 (fak=160 kPa) , 其下层为中砂层 (fak=350 kPa) , 标准冻结深度为0.8 m;地下水位较深, 无腐蚀性。施工质量控制等级为B级, 安全等级二级。

2 手算

用手算的方式采用底部剪力法对该房屋进行抗震承载力验算, 仅考虑水平地震作用。结构的总水平地震剪力作用标准值FEK:

FEK=αmaxGeq (1)

其中, αmax 为水平地震影响系数最大值, 查《建筑抗震设计规范》 (以下简称《抗规》) 表5.1.4-1, 得8度区 (地震加速度0.20g) , αmax=0.16;Geq为结构等效总重力荷载代表值, $G_{e q} = 0.85 \sum_{i = 1}^{n} G_{i} ‚ G_{i}$ 为结构重力荷载代表值, 具体计算方法见《抗规》第5.1.3条。

2.1 水平地震作用计算

计算得到的水平地震作用和剪力见表1。

2.2 墙体截面抗震承载力验算

《抗规》第5.2.6条规定:对于现浇和装配式混凝土楼、屋盖等刚性楼盖建筑, 宜按抗侧力构件等效刚度比例分配结构的楼层水平地震剪力。本结构为现浇混凝土楼盖、横纵墙混合承重体系, 可按墙体等效刚度分配地震剪力。

《抗规》第7.2.3条规定:1) 砌体墙段的层间等效侧向刚度的计算应计及高宽比的影响。高宽比小于1时, 可只计算剪切变形;高宽比大于4且不小于1时, 应同时计算弯曲和剪切变形。2) 墙段的高宽比指层高与墙长之比, 对于门窗洞边的小墙段指洞净高与洞侧墙宽之比。

1) 水平地震剪力的分配。

刚性楼 (屋) 盖体系横 (纵) 墙所分配的水平地震剪力Vim按下式计算:

$V_{i m} = \frac{Κ_{i m}}{\sum_{k = 1}^{n} Κ_{i k}} V_{i}$ (2)

其中, Kim, Kik分别为第i层第m、第k片墙体的层间等效侧向刚度;Vi为房屋第i层的横向水平地震剪力。

2) 墙体的侧向刚度。

假定墙体上下端有侧移无转动, 则其在单位水平力作用下由弯曲引起的变形与由剪切引起的变形分别为:

弯曲变形:

$δ_{b} = \frac{h^{3}}{12 E Ι} = \frac{1}{E t} ρ^{3}$ (3)

剪切变形:

$δ_{s} = \frac{ξ h}{A G} = \frac{3 ρ}{E t}$ (4)

其中, h为墙体、门间墙或窗间墙高度;A为墙体、门间墙或窗间墙的水平截面积, A=b·t;I为墙体、门间墙或窗间墙的水平截面惯性矩, $Ι = \frac{b^{3} t}{12}$ ;ξ为截面剪应力分布不均匀系数, 对矩形截面取ξ=1.2;E为砌体弹性模量;G为砌体剪变模量, 取G=0.4E; $ρ = \frac{h}{b}$ 。

墙体顶端在单位水平作用下的总变形为:

$δ = \frac{ρ^{3}}{E t} + \frac{3 ρ}{E t}$ (5)

对需要同时考虑弯曲、剪切变形的墙体, 其侧移刚度Kbs为:

$Κ_{b s} = \frac{1}{δ} = \frac{E t}{ρ^{3} + 3 ρ}$ (6)

对于剪切变形而略去弯曲变形影响的墙体, 其侧移刚度Ks为:

$Κ_{s} = \frac{1}{δ_{s}} = \frac{E t}{3 ρ}$ (7)

3) 墙体侧向刚度比的简化。

对于无门窗洞口的砖横墙, 同一层中各片墙的侧移刚度与层间侧移刚度的比, 在满足:a.无错层 (同一层中各墙高度相同) ;b.砖和砂浆强度等级相同 (砌体的剪切模量相同) ;c.各片墙的高宽比属于同一范围的情况下, 其刚度比可以简化。由于大部分墙体的高宽比小于1, 其弯曲变形小。对于这样的多层砌体房屋, 在计算各道横墙的侧移刚度时, 一般可只考虑剪切变形的影响, 故:

$Κ_{i m} = \frac{A_{i m} G_{i m}}{ξ h_{i m}}$ (8)

其中, Gim为第i层第m道墙砌体的剪切模量;Aim为第i层第m道墙的净横截面面积;him为第i层第m道墙的高度。

若各墙体的高度him相同, 材料相同, 从而Gim相同, 经化简后得:

$V_{i m} = \frac{A_{i m}}{\sum_{m = 1}^{s} A_{i m}} V_{i} = \frac{A_{i m}}{A_{i}} V_{i}$ (9)

其中, Ai为第i层各抗震横墙的净截面面积之和, 即 $A_{i} = \sum_{m = 1}^{s} A_{i m}$ 。

4) 抗力与效应之比。

以上通过对地震剪力的分配求得了各大墙和墙段所分担的水平地震剪力 (称之为荷载效应, 用S表示) , 墙体的抗剪承载力设计值为R=ζnfvAim (ζn为砌体抗震抗剪强度的正应力系数, 由《砌体结构设计规范》表10.2.3可查得;fv为砌体抗剪强度设计值) 。则抗力与效应之比为: $\frac{R}{γ_{R E} S} (γ_{R E}$ 为承载力抗震调整系数, 由《抗规》表5.4.2可查得) 。只有当 $\frac{R}{γ_{R E} S} \geq 1$ 时, 墙体的抗震受剪承载力才满足要求。

应用以上公式, 采用手算的方式对该教学楼进行抗震验算, 计算结果见表2。

3 PKPM计算

采用中国建筑科学研究院PKPM软件 (2008版) PMCAD模块对本教学楼进行抗震承载力验算 (见图1) 。

4 手算及PKPM计算结果比较与分析

由表2计算结果比较分析可知:1) 效应比较:墙段所受地震作用手算结果与PKPM计算结果很接近, 误差多为1%左右, 最大误差值为5%。2) 抗力比较:①轴横墙南段、只受自重的纵墙墙段 (墙段中部含有构造柱) , 抗力PKPM计算值明显大于手算值, 而且墙段面积越小差距越明显;其余墙段 (墙段中部无构造柱) 抗力PKPM计算值与手算值非常接近, 误差不超过3.1%。3) 抗力/效应的比较:总体上, PKPM计算值大于手算值。

5 结语

1) 当所验算的墙段中部含有构造柱时, 由于PKPM计算考虑了构造柱抗震作用而手算没有考虑这一作用, 使得中部含有构造柱的墙段的抗力PKPM计算值大于手算值。2) 构造柱参与抗震, 墙段的抗力会增加, 增加的抗力为 $Δ R / γ_{R E} = \frac{(ζ f_{t} - f_{V E}) A_{c} + 0.08 f_{y} A_{s}}{γ_{R E}} (f_{t}$ 为混凝土的轴心抗拉强度设计值;Ac为参与抗震的中部构造柱的截面总面积;fy为构造柱钢筋抗拉强度设计值;As为中部构造柱纵向钢筋截面总面积;ζ为构造柱参与工作系数) 。3) 当采用PKPM对此砖砌体结构进行抗震验算时, 若不考虑构造柱的抗震作用, 其计算结果与手算结果非常接近, 这说明采用PKPM软件对砌体结构的抗震验算准确可靠。4) 砌体结构采用PKPM软件进行抗震验算时, 考虑了墙段中部构造柱的抗震作用, 科学合理, 因为在实际地震作用下, 构造柱确实参与抗震;但是手算值偏安全因素较多, 具有较大的安全储备。