砌体结构第5章-混合结构房屋墙体的设计-98页PPT文档

第5章混合结构房屋墙体设计教学提示：本章叙述了混合结构房屋的结构布置方案及特点；详细讨论了不同空间作用程度的房屋采用的静力计算方案；给出了混合结构房屋墙柱高厚比验算方法；分析了单层、多层房屋在不同静力计算方案时的计算简图，内力计算方法、控制截面的选取，以及进行墙体截面承载力的验算。教学要求：本章在让学生了解混合结构房屋的结构布置方案及特点的基础上，学会确定房屋静力计算方案，熟练掌握混合结构刚性方案房屋墙体设计计算方法、构造要求、墙柱高厚比验算。砌体结构房屋通常是指主要承重构件由不同的材料组成的房屋房屋的楼（屋）盖钢筋混凝土结构轻钢结构木结构墙体、柱、基础等承重构件砖石砌块砌体结构房屋中水平承重结构：由板、梁、屋架等构件组成的楼（屋）盖。竖向承重结构：由墙体、柱、基础组成。房屋四周与外界隔离的墙体又称为外墙，其余的墙称为内墙，内墙中仅起隔断作用而不承受楼板荷载的墙称作隔墙，其墙厚可适当减小。纵墙：沿房屋长方向布置的墙横墙：沿房屋短方向布置的墙砌体结构房屋墙体的设计主要包括结构布置方案、计算简图、荷载统计、内力计算、内力组合、构件截面承载力验算。相应的构造措施。根据竖向荷载的传递路线不同，房屋的结构布置方案可分为下列四种：1.纵墙承重方案；2.横墙承重方案；3.纵横墙混合承重方案；4.内框架承重方案。5.1.1砌体结构房屋的结构布置方案5.1混合结构房屋的结构布置和静力计算方案竖向荷载传递路线为：特点：①纵墙为主要承重墙，横墙间距大，故空间较大。②纵墙荷载大，其门窗洞口大小和位置受限。③横墙间距大，横墙数量少，所以横向刚度小，整体性差。适用范围：要求大空间房屋：如：单层厂房；仓库；酒店；食堂；车间等。1.纵墙承重方案板梁（屋架）纵墙基础地基①横墙为主承重，纵墙拉结横墙形成整体，故纵墙洞口大小开设自由。②横墙多、空间小，刚度大，整体性好，抗震性好。③结构简单，施工方便，墙体用料多。④房屋大小较固定。小开间房屋如：住宅楼；宿舍楼；旅馆、招待所等。竖向荷载传递路线为：2.横墙承重方案特点：楼（屋）面板横墙基础地基适用范围：①楼盖布置灵活，空间大小均衡。②空间刚度较好。③墙体用料多。教学楼；办公楼；医院楼；实验楼等。竖向荷载传递路线为：3.纵横墙混合承重方案特点：楼（屋）面板横墙或纵墙基础地基梁纵墙适用范围：①外墙和柱为竖向承重构件，空间大，平面布置灵活；②竖向承重材料不同，基础形式亦不同，施工复杂，引起基础不均匀沉降；③横墙较少，空间刚度较差。多层厂房；底层商店、上层住宅。竖向荷载传递路线为：4.内框架承重方案特点：楼（屋）面板柱柱基础梁外纵墙外纵墙基础适用范围：地基5.1.2混合结构房屋的静力计算方案确定房屋的静力计算方案，实际上就是通过对房屋空间工作情况进行分析，根据房屋空间刚度的大小确定墙、柱设计时的结构计算简图。1.房屋的空间工作情况混合结构房屋中的屋盖、楼盖、墙柱和基础共同组成一个空间结构体系，承受作用在房屋上的竖向荷载和水平荷载。在水平荷载下，房屋空间整体作用的表现最为明显，故分析时常用水平荷载，现以各类单层房屋为例分析其受力特点。如图所示一单层厂房，外纵墙承重，屋盖为装配式钢筋混凝土楼盖，两端没有设置山墙，中间也没设置横墙。水平风荷载传递路线是：风荷载纵墙纵墙基础地基假定外纵墙的窗口是有规律的均匀排列，则在水平均匀风荷载作用下，整个房屋的墙顶水平位移是相同的（用up表示）。从其中任意两个窗口中线取出一个单元，显然这个单元的受力状态和整个房屋的受力状态相同。这个单元的受力状态来代表整个房屋的受力状态，这个单元称为计算单元。荷载作用下的顶点水平位移up主要取决于纵墙刚度，屋盖结构的刚度则保证水平荷载传递时，两侧墙体的位移相同。计算单元可按平面排架计算。纵墙比拟为排架柱，屋盖结构比拟为横梁，基础看作柱的固定支座，屋盖结构和墙顶的连接点可视为铰接。房屋两端有山墙：水平风荷载的传力途径：纵墙和屋盖组成的平面排架内传递，还通过屋盖平面和山墙平面进行传递。整个房屋墙顶的水平位移：沿房屋纵向发生变化。组成：空间受力体系。风荷载的传递路线为：山墙基础山墙屋盖结构纵墙基础风荷载→纵墙→→地基纵墙顶部水平位移usus=u1+u2≤up式中u1——山墙顶面水平位移，其大小取决于山墙刚度，山墙刚度愈大，u1愈小；u2——屋盖平面内产生的弯曲变形，其大小取决于屋盖刚度及横（山）墙间距，屋盖刚度愈大，横（山）墙间距愈小，u2愈小。空间性能影响系数≤1chksuups11k——弹性系数，取决于屋盖刚度，与屋（楼）盖类别有关。psη又称为考虑空间作用后的位移折减系数。2.房屋的静力计算方案根据房屋空间刚度的大小分为：（1）刚性方案当横墙间距小、楼屋盖水平刚度较大时，房屋的空间刚度也较大，在水平荷载作用下，房屋的水平位移很小。在确定墙柱的计算简图时，可以忽略房屋的水平位移，将楼屋盖视为墙柱的不动铰支承，则墙柱的内力可按不动铰支承的竖向构件计算。η0.33（2）弹性方案当房屋的横墙间距较大，楼屋盖水平刚度较小，则在水平荷载作用下，房屋的水平位移很大，不可以忽略。故在确定墙柱的计算简图时，就不能把楼屋盖视为墙柱的不动铰支承，而应视为可以自由位移的悬臂端，按平面排架计算墙柱的内力。（3）刚弹性方案这是介于“刚性”和“弹性”两种方案之间的房屋。刚弹性方案房屋的墙柱内力计算应按屋盖或楼盖处具有弹性支承的平面排架计算。η0.770.33≤η≤0.77《规范》提出更实用查表法影响房屋空间性能的因素很多，除上述的屋盖刚度和横墙间距外，还有屋架的跨度、排架的刚度、荷载类型及多层房屋层与层之间的相互作用等。刚性和刚弹性方案房屋的横墙应符合下列要求：（1）横墙中开有洞口时，洞口的水平截面面积不应超过横墙截面面积的50%。（2）横墙的厚度不宜小于180mm；（3）单层房屋的横墙长度不宜小于其高度，多层房屋的横墙长度不宜小于H/2（H为横墙总高度）。当横墙不能符合上述要求时，应对横墙的刚度进行验算。如其最大水平位移值μmax≤H/4000时，仍可视作刚性或刚弹性方案房屋的横墙。HmaxP1max计算：EAnPHEInPHHGEIHPu5.263331maxmiiiimiiHPEAnHPEInu131max5.26图5-8单层房屋横墙计算简图单层房屋多层房屋常遇的计算：1.一般墙柱；2.带壁柱墙；3.带构造柱墙。高厚比验算：1.允许高厚比的限值；2.墙、柱实际高厚比的确定。混合结构房屋中的墙、柱均是受压构件，除了应满足承载力的要求外，还必须保证其稳定性，《规范》规定，用验算墙、柱高厚比的方法来保证墙、柱的稳定性。5.2墙柱高厚比验算对墙、柱进行承载力计算或验算高厚比时所采用的高度，称为计算高度。5.2.1墙柱的计算高度表5-3中的构件高度H应按下列规定采用：（1）在房屋底层，为楼板顶面到构件下端支点的距离。下端支点的位置，可取在基础顶面。当埋置较深且有刚性地坪时，可取室外地面下500mm处；（2）在房屋其他层，为楼板或其他水平支点间的距离；（3）对于无壁柱的山墙，可取层高加山墙尖高度的1/2；对于带壁柱的山墙可取壁柱处的山墙高度。对有吊车的房屋，当荷载组合不考虑吊车作用时，变截面柱上段的计算高度可按表5-3规定采用；变截面柱下段的计算高度可按下列规定采用：（1）当Hu/H≤1/3时，取无吊车房屋的H0；（2）当1/3Hu/H1/2时，取无吊车房屋的H0乘以修正系数μ；其中μ=1.3-0.3Iu/Il,Iu为变截面柱上段的惯性矩，Il为变截面柱下段的惯性矩；（3）当Hu/H≥1/2时，取无吊车房屋的H0；但在确定β值时，应采用上柱截面。对于变截面柱的高厚比，可按上、下截面分别验算。5.2.2允许高厚比及影响高厚比的因素1墙柱的允许高厚比墙、柱高厚比的限值称允许高厚比，用[β]表示。《规范》按砂浆强度等级的大小规定了无洞口的承重墙、柱的允许高厚比[β]。（1）砂浆的强度等级；（2）砌体类型；（3）砌体截面刚度；（4）横墙间距s；（5）构造柱间距及截面；（6）构件重要性和房屋使用情况；（7）支承条件。2影响高厚比的因素5.2.3墙、柱的高厚比验算1一般墙、柱的高厚比验算自承重墙是房屋中的次要构件，仅承受自重作用。表5-4中的[β]值可乘以大于1的系数予以提高。《规范》规定，厚度h≤240mm的自承重墙，允许高厚比修正系数μ1应按下表规定采用：h(mm)12401.2240h90内插901.5上端为自由端墙，除按上述规定提高外，尚可提高30%；工程实践表明，对于厚度小于90mm的墙，当双面用不低于M10的水泥砂浆抹面，包括抹面层的墙厚不小于90mm时，可按墙厚等于90mm验算高厚比。hH021≤对有门窗洞口的墙，其刚度因开洞而降低，其允许高厚比[β]值乘以降低系数μ2，μ2应按下式计算：sbs4.012bs——在宽度s范围内的门窗洞口总宽度；s——相邻横墙或壁柱之间的距离。当μ2小于0.7时，取μ2等于0.7；当洞口高度等于或小于墙高的1/5时，可取μ2等于1.0。式中图5-9门窗洞口宽度示意图当与墙连接的相邻两横墙的距离S≤1·2·[]·h时，墙的高度不再受上式限制。（1）整片墙的高厚比验算2.带壁柱墙的高厚比验算式中hT——带壁柱墙截面的折算厚度，hT=3.5i；i——带壁柱墙截面的回转半径；I、A——分别为带壁柱墙截面的惯性矩和截面面积。210ThH当确定带壁柱墙的计算高度H0时，s应取相邻横墙间的距离sw。在确定截面回转半径i时，带壁柱墙的计算截面翼缘宽度bf可按下列规定采用：图5-10带壁柱墙验算图①多层房屋，当有门窗洞口时，可取窗间墙宽度；当无门窗洞口时，每侧翼墙宽度可取壁柱高度的1/3；②单层房屋，可取壁柱宽加2/3墙高，但不大于窗间墙宽度和相邻壁柱间距离；③计算带壁柱墙的条形基础时，可取相邻壁柱间的距离。满足下式，则壁柱间墙不会失稳。210hH注意：计算H0时，s应取相邻壁柱间的距离，不管该房屋属于何种计算方案，H0查表5-3时均按刚性方案查用。（2）壁柱间墙的高厚比验算式中μc——带构造柱墙允许高厚比提高系数，按下式计算lbcc1γ——系数，对细料石砌体，γ=0；对混凝土砌体、混凝土多孔砖、粗料石、毛料石及毛石砌体，γ=1.0；其他砌体，γ=1.5；bc——构造柱沿墙长方向的宽度；l——构造柱间距，此时s取相邻构造柱间距。（1）整片墙的高厚比验算3.带构造柱墙的高厚比验算cThH210当bc/l0.25时，取bc/l=0.25；当bc/l0.05时，取bc/l=0。满足下式，则构造柱间墙不会失稳。210hH注意：计算H0时，s应取相邻壁柱间的距离，不管该房屋属于何种计算方案，H0查表5-3时均按刚性方案查用。应当注意，考虑构造柱有利作用的高厚比验算不适用于施工阶段。由于在施工过程中大多是先砌筑墙后浇注构造柱，应注意采取措施保证带构造柱墙在施工阶段的稳定性。（2）构造柱间墙的高厚比验算设有钢筋混凝土圈梁的带壁柱墙或带构造柱墙，当b/s≥1/30时，圈梁可视作壁柱间墙或构造柱间墙的不动铰支点（b为圈梁宽度）。例5-1某混合结构办公楼底层平面图如图5-11所示，采用装配式钢筋混凝土楼（屋）盖，外墙厚370mm，内纵墙与横墙厚240mm，隔墙厚120mm，底层墙高H=4.5m（从基础顶面算起），隔墙高H=3.5m。承重墙采用M5砂浆；隔墙采用M2.5砂浆。试验算底层墙的高厚比。图5-11办公楼底层平面图解（1）确定静力计算方案最大横墙间距s=3.6×3=10.8m32m，查表5-2属于刚性方案。（2）外纵墙高厚比验算s=3.6×3=10.8m2H=2×4.5=9m，查表5-3，计算高度H0=1.0H=4.5m。砂浆强度等级M5，表5-4得允许高厚比[β]=24。外墙为承重墙，故μ1=1.07.0833.06.35.14.014.012sbs99.1924833