砌体结构第5章.

第5章墙梁、挑梁及过梁的设计5.1墙梁墙梁＝托梁+以上的一定计算高度的墙体。托梁→特殊的过梁→组合(复合)构件→梁、墙一起工作，类似于受弯构件。应用于:承载墙体没有落地的底层或某层需要大空间的房屋，如底商住宅等。特点：节省钢材、模版、水泥，降低造价，施工速度快等。分类：按支承分：简支墙梁、连续墙梁、框支墙梁；按是否承受梁、板荷载分为承重墙梁自承重墙梁（仅承受自重及上部墙体重）。按墙上有、无洞口分为无洞墙梁、有洞墙梁。5.1.1墙梁的受力性能1.无洞口简支墙梁试验及有限元分析结论：墙梁的受力性能→钢筋混凝土深梁，其应力分布与托梁、墙体的刚度有关；托梁刚度无限大时，竖向应力均匀分布；托梁刚度不大时→卸荷拱(带拉杆），主压应力迹线向支座传递；水平截面的竖向应力向两端集中；yy从竖向截面的水平应力分布知，墙体大部受压，托梁大部受拉；托梁与墙体交界面处变化大，且支座处明显应力集中；墙体→受压，托梁→小偏心受拉。墙梁的破坏形态（1）弯曲破坏当托梁配筋少而砌体强度高，墙体高跨比较小时；托梁跨中垂直裂缝，随荷载增加，裂缝进入墙体；托梁纵筋屈服，墙体裂缝扩展而破坏。xxy0lhw（2）托梁配筋多而墙体强度低，适中时发生。支座上方砌体产生裂缝，引起墙体剪切破坏。斜拉破坏当＜0.40或集中荷载作用下的剪跨比较大时。砌体沿齿缝的抗拉强度不足，主拉应力过大而发生比较平缓的斜裂缝。开裂荷载和破坏荷载较接近，脆性破坏。斜压破坏0lhw0lhw0la当＞0.40或较小时发生。组合拱肋处砌体主压应力超过其斜向抗压强度而斜向破坏→斜裂缝陡峭（倾角55°～60°）→裂缝多且穿过砖和灰缝→砖被压碎→开裂荷载和受剪承载力均较大。托梁由于抗剪承载力高而不会发生剪切破坏。（3）局部受压破坏当托梁配筋多而砌体强度低，且墙体的高跨比较大，即＞0.75~0.80时发生。支座处砌体因应力集中而产生微小裂缝，局部受压破坏。托梁纵筋锚固不足，支座垫板或加载垫板的尺寸或刚度较小→托梁支座处砌体的局压破坏。0la0lhw0lhw2.有洞口墙梁（1）洞口居中时洞口居中布置时，洞口处于低应力区，不影响受力拱→同无洞墙梁；破坏形态→同无洞墙梁。（2）偏开洞口时对于有偏洞口的墙梁：主压应力迹线除呈拱形指向两端支座处，在大墙肢内还存在一个小拱，分别指向洞口边沿和支座；托梁顶面除在支座两端承受较大竖向压力和剪力外，在大墙肢洞口边沿也承受较大的竖向压力。→梁拱组合受力机构。随着洞口向跨中移动，小墙肢不断加强，大拱作用提高，小拱作用降低，最后至零。（3）破坏过程当荷载约为破坏荷载的30％～60％时，洞口外侧沿界面→水平裂缝①,随之洞口内侧上角→阶梯形裂缝②,随荷载增加→洞口侧墙外侧→水平裂缝③,当为破坏荷载的60%~80%时,托梁在洞口内侧截面→垂直裂缝④,同时界面处→水平裂缝⑤。（4）破坏形态弯曲破坏当＜0.25时，托梁由于裂缝④扩展→底部纵筋屈服→大偏心受拉破坏；当＞0.25时，裂缝④处全截面受拉→纵筋屈服→小偏心受拉破坏。剪切破坏由于裂缝①③扩展墙体剪切破坏→缝较陡→穿过灰缝及块体；当洞距较小时→托梁偏心受拉且洞口处有较大剪应力→洞口处受剪破坏。局部受压破坏0la0la托梁支座上方及侧墙洞顶处存在应力集中，超过局压强度时破坏。3.连续墙梁(1)有限元分析结论随高跨比的增大→边支座反力增大、中间支座降低→跨中弯矩增大，支座弯矩降低。托梁大部分区段→偏心受拉，托梁中间支座附近小区段→偏心受压。（2）破坏过程随荷载增大→托梁跨中竖向裂缝①且向上延伸至墙体，随之→中间支座顶梁贯通裂缝②亦向下延伸至墙体。边支座或中间支座上方砌体→斜裂缝③④并延伸至托梁→连续组合拱机构。临近破坏时→界面处→水平裂缝⑤。（3）破坏形态弯曲破坏裂缝①②扩展引起→托梁跨中下部、上部纵筋屈服→顶梁钢筋受拉屈服→跨中、支座塑性铰。剪切破坏裂缝③扩展→斜压破坏或集中荷载下劈裂破坏。局部受压破坏中间支座上方砌体裂缝④扩展→局压破坏。4.框支墙梁（1）有限元分析结论由于墙体与框架间存在组合作用：①托梁跨中区段属偏心受拉构件；②框架边柱为偏心受压构件，柱反弯点距柱底约0.37倍柱的净高；③由于大拱效应，边柱轴力比一般框架边柱要大；④混凝土顶梁为偏心受压构件；⑤构造柱可改善墙梁界面墙体竖向压应力集中现象；⑥开洞可使结构的组合作用受到影响（跨中开洞影响较小，偏开洞影响较大）。（2）破坏过程达破坏荷载的40％时→托梁跨中垂直裂缝→并向上延伸至墙体；达破坏荷载的70％～80％时→砌体、托梁端部产生斜裂缝并扩展；接近破坏时→截面处→水平裂缝→框架－拱组合机构。（3）破坏特征abcde弯曲破坏当托梁或柱配筋较少而墙体强度高且稍小时，托梁或柱中纵筋屈服→弯曲破坏机构。托梁端支座负弯矩→上部纵筋屈服形成塑性铰→托梁弯曲机构→图b托梁跨中纵筋屈服→拉弯塑性铰，随后框架柱上截面外侧纵筋屈服→达偏心受压破坏→压弯塑性铰→托梁一柱弯曲机构→图a。剪切破坏当托梁或柱配筋多而墙体强度低且适中时，梁、柱钢筋未屈服，墙体斜裂缝扩展而剪切破坏。0lhw0lhw斜拉破坏→阶梯形截面；斜压破坏→裂缝陡峭，产国块体及灰缝。弯剪破坏属于弯曲荷剪切破坏之间的界限破坏，当托梁的抗弯承载力与砌体的抗剪承载力相当时发生。托梁跨中纵筋屈服的同时或稍后，墙体发生斜压破坏。随之托梁支座上部钢筋屈服或柱顶截面外侧纵筋屈服而形成。局部受压破坏框架柱上方砌体局部应力材料局部受压强度，发生砌体局部受压破坏。5.1.2墙梁的一般规定1.墙体总高度和墙梁跨度→表5－1。2.墙体高跨比和托梁高跨比墙体高跨比→过低宜斜拉破坏。托梁高跨比≥1/10→过小刚度低→对砌体抗剪及局压不利。但不能太大→过大时竖向荷载向跨中分布而不是向支座集聚，影响墙－梁的组合作用。3.洞口的设置墙开洞，影响墙梁的组合作用，机构有无洞时的拉杆拱→梁－拱组合机构；4.00iwlhiblh0洞的宽跨比→过大降低墙梁的组合作用。洞口高度→洞顶砌体宜剪切破坏，且洞口顶面至墙顶面应有一定的距离，不小于0.4m；洞口边至支座中心的距离距边支座距中支座；墙体计算高度范围内每跨允许设置一个洞口，对多层房屋，各层洞口宜设置在相同位置，并上下对齐。3.00ihlb65whhhiaiila015.0iila007.05.1.3墙梁设计总则1.计算简图墙梁应取一层层高即按单层取计算简图。（1）墙梁计算跨度→简支墙梁和连续墙梁取或中较小值，其中为净跨，为支座中心间的距离。→对框支墙梁，取框架柱中心轴线间的距离（2）墙体计算高度→取托梁顶面一层墙体高度，当＞时，取＝。（3）墙梁跨中截面计算高度取。（4）翼墙计算宽度ill00ninll1.11.1cicllcicllnnll0cicllwhwh0lwh0l0HbwhhH5.00fb取窗间墙宽度或横墙间距的2/3，且每边不大于和。（5）框架柱计算高度取。为框架柱净高，即基础顶面至托梁底面的距离。2.墙梁的计算荷载（1）使用阶段墙梁上的荷载①承重墙梁托梁顶面荷载设计值Q1,F1→分别取托梁自重及本层楼盖的恒载和活载。墙梁顶面的荷载设计值Q2→取托梁上各层墙体自h5.360lcHbcnchHH5.0cnH重，墙梁顶面以上各层楼（屋）盖的恒载和活载集中荷载可沿作用的跨度近似化为均布荷载。②自承重墙梁墙梁顶面的荷载设计值Q2→取托梁自重及托梁以上墙体自重。2.施工阶段托梁上的荷载施工阶段，墙梁组合作用无法形成，应考虑：（1）托梁自重及本层楼盖恒荷载；（2）本层楼盖的施工荷载；（3）墙体自重，可取高度为的墙重，开洞时尚应按洞顶以下实际分布的墙体自重复核。3max0l3.承载力计算的项目使用阶段：混凝土托梁正截面、斜截面计算、墙体受剪承载力验算、托梁支座上部砌体局部受压承载力验算。施工阶段：托梁受弯、受剪承载力验算。自承重墙梁在满足墙梁一般要求前提下可不验算墙体受剪承载力和砌体局部受压。5.1.4墙梁的托梁正截面承载力计算1.托梁跨中截面托梁正截面按钢筋混凝土偏心受拉构件计算。其弯矩和轴心拉力为：biMbtiN对简支墙梁：对连续、框支墙梁式中——荷载设计值Q1、F1作用下的简支梁跨中弯矩或按连续梁或框架结构分析的托梁第i跨跨中最大弯矩；iMibiMMM2102HMNiNbti03.07.10lhbMM0105.4laM01.244.0lhwN08.07.20ibNMlhiiMla088.3iwNlh06.28.0iM1——荷载设计值Q2作用下的简支梁跨中弯矩或按连续梁或框架结构分析的托梁第i跨跨中弯矩中最大值；——考虑墙梁组合作用的托梁跨中弯矩系数；对自承重简支墙梁乘以0.8；＞1/6时取＝1/6；当＞1/7时，取＝1/7；——考虑墙梁组合作用的托梁跨中轴力系数；对自承重简支墙梁乘以0.8；当＞1时，取＝1。——洞口对托梁弯矩的影响系数，对无洞口墙梁取1.0；——洞口边至墙梁最近支座中心的距离iM2M0lhb0lhbiblh0iblh0Niwlh0iwlh0Mia当＞时，取。2.托梁支座截面连续、框支墙梁的托梁支座截面→大偏心受压状态→简化时不考虑轴压力→受弯构件设计。支座弯矩为：式中——荷载设计值Q1,F1作用下，按连续梁或框架分析的托梁支座M；——荷载设计值Q2作用下，按连续梁或框架分析的托梁支座M；——考虑组合作用的托梁支座M系数。无iail035.0iila035.0jMjbjMMM21iiMla075.0jM1jM2M洞口墙梁取0.4有洞口墙梁，按公式5－10计算。当支座两边的墙体均有洞口时，取较小值。对多跨框支墙梁→边柱大拱效应→边柱轴力↑而中柱轴力↓，故在Q2作用下当边柱轴力不利时→乘1.2系数。5.1.5墙梁的托梁斜截面受剪承载力计算一般墙体的剪切破坏先于托梁的剪切破坏。托梁的斜截面受剪承载力→钢筋混凝土受弯构件。其剪力设计值为：MjVjbjVVV21式中——荷载设计值Q1,F1作用下，按连续梁或框架分析的托梁支座边剪力或简支梁支座边剪力；——荷载设计值Q2作用下，按连续梁或框架分析的托梁支座边剪力或简支梁支座边剪力；——考虑组合作用的托梁剪力系数，无洞口的墙梁边支座0.6，中支座0.7;有洞口的墙梁边支座0.7，中支座0.8，对自承重墙梁，无洞口取0.45,有洞口取0.50。5.1.6墙梁的墙体受剪承载力计算当满足表5－1时→可避免承载力低的斜拉破坏。jV1jV2V影响墙体抗剪能力的因素：砌体强度、墙厚、墙高、是否开洞、有无翼墙、构造柱及圈梁等。为防止斜压破坏，应满足：式中——在荷载设计值Q2作用下，墙梁支座边剪力的最大值；——翼墙或构造柱影响系数。对单层墙梁取1.0，当时取1.3，当时取1.5，当时，按直线内插取值；witibfhhlhlhV002122.02V10.3hbf7hbf7hbf73hbf——洞口影响系数，无洞口取1.0，多层有洞口取0.9，单层有洞口取0.6；——墙梁顶面圈梁截面高度。5.1.7托梁支座上部砌体局压承载力计算计算公式——局压系数，。当或墙梁支座处设置上下贯通的落地构造柱时，可不验算局压承载力。5.1.8墙梁在施工阶段的承载力验算不能考虑墙梁组合作用，对托梁按普通混凝土受弯构件进行弯、剪承载力验算。22thfhQ2hbf08.025.081.05hbf5.1.9墙梁的构造要求1.材料托梁用砼≥C30。托梁用筋宜用HRB335、HRB400或RRB400级。承重墙梁用块材≥MU10。计算高度范围内墙体砂浆≥M7.5。2.墙体上部房屋应为刚性方案房屋。计算高度范围内的砖墙体厚度≥240，砌块厚度≥190。洞口上设GL，两端入墙长≥240。洞口宽度范围内不应施加集中荷载。支座处应设落