第5章混合结构房屋墙、柱设计

1.了解房屋空间工作性能的概念及影响因素；2.理解房屋静力计算方案的种类及确定方法。3、掌握单、多层刚性方案房屋计算方法4、掌握墙柱高厚比验算第五章混合结构房屋墙、柱设计教学目标：房屋静力计算方案的种类及确定方法、单层、多层刚性方案房屋计算方法墙柱高厚比验算。重点难点房屋空间工作性能的概念及影响因素。第5章混合结构房屋墙体设计本章重点：房屋的静力计算方案、墙柱高厚比验算、多层房屋墙体计算5.1概述砌体结构房屋的组成：房屋中墙、柱等竖向承重构件用块体和砂浆砌筑而成的砌体材料，屋盖、楼盖等水平承重构件用钢筋混凝土、轻钢或其他材料建造的房屋称为砌体结构，也可称为混合结构。5-2、混合结构房屋的结构布置1、纵墙承重方案板→梁（或屋架）→纵墙→基础→地基2、横墙承重方案楼（屋）面板→横墙→基础→地基3、纵横墙承重方案楼（屋）面板梁→纵墙横墙→基础→地基纵墙承重方案纵横墙承重方案横墙承重方案第5章混合结构房屋墙体设计5.1混合结构房屋的结构布置5.2.1墙体承重体系1.横墙承重体系当房屋开间不大(一般为3～4.5m)，横墙间距较小，将楼(或屋面)板直接搁置在横墙上的结构布置称为横墙承重方案：房间的楼板支承在横墙上，纵墙仅承受本身自重。横墙承重方案的荷载主要传递路线为：楼（屋）面板→横墙→基础→地基。纵墙门窗开洞受限较少、横向刚度大、抗震性能好。适用于多层宿舍等居住建筑以及由小开间组成的办公楼。第5章混合结构房屋墙体设计5.1混合结构房屋的结构布置5-1第5章混合结构房屋墙体设计5.1混合结构房屋的结构布置2.纵墙承重体系对于要求有较大空间的房屋(如厂房、仓库)或隔墙位置可能变化的房屋，通常无内横墙或横墙间距很大，因而由纵墙直接承受楼面、屋面荷载的结构布置方案即为纵墙承重方案：其屋盖为预制屋面大梁或屋架和屋面板。这类房屋的屋面荷载(竖向)传递路线为：板→梁(或屋架)→纵墙→基础→地基。纵墙门窗开洞受限、整体性差。适用于单层厂房、仓库、食堂。第5章混合结构房屋墙体设计5.1混合结构房屋的结构布置第5章混合结构房屋墙体设计5.1混合结构房屋的结构布置3.纵、横墙承重体系当建筑物的功能要求房间的大小变化较多时，为了结构布置的合理性，通常采用纵横墙布置方案，纵横墙承重方案，既可保证有灵活布置的房间，又具有较大的空间刚度和整体性，所以适用于教学楼、办公楼、多层住宅等建筑。此类房屋的荷载传递路线为：楼(屋)面板→→基础→地基。横墙纵墙梁第5章混合结构房屋墙体设计5.1混合结构房屋的结构布置4、内框架纵墙承重方案外纵墙→外纵墙基础楼(屋)面板→梁→柱→柱基础→地基5、底部框架承重方案梁板荷载在上部通过内外墙体向下传递，在结构转换层部位，通过钢筋混凝土梁传给柱，再传给基础。第5章混合结构房屋墙体设计5.1混合结构房屋的结构布置4.内框架承重体系对于工业厂房的车间、仓库和商店等需要较大空间的建筑，可采用外墙与内柱同时承重的内框架承重方案，该结构布置为楼板铺设在梁上，梁两端支承在外纵墙上，中间支承在柱上。此类房屋的竖向荷载的传递路线为：楼(屋)面板→梁→→地基。平面布置灵活、抗震性能差。应充分注意两种不同结构材料所引起的不利影响。柱基础柱外纵墙基础外纵墙第5章混合结构房屋墙体设计5.1混合结构房屋的结构布置第5章混合结构房屋墙体设计5.1混合结构房屋的结构布置5.底部框架承重体系对于底层为商场、展览厅、食堂等需设置大空间，而上部各层为住宅、宿舍、办公室的建筑，可采用底部框架承重方案。该结构底部以柱代替内外墙，墙和柱都为主要承重构件，上刚下柔，刚度在底层和第二层间发生突变。此类房屋的竖向荷载的传递路线为：上部几层梁板荷载→内外墙体→结构转化层→钢筋混凝土梁→柱→基础→地基。底层平面布置灵活、但刚度突变对抗震性不利，需考虑上、下层抗侧移刚度比。第5章混合结构房屋墙体设计5.1混合结构房屋的结构布置第5章混合结构房屋墙体设计5.1混合结构房屋的结构布置2.墙体布置一般原则1）尽可能采用横墙承重体系，尽量减少横墙间的距离，以增加房屋的整体刚度。2）承重墙布置力求简单、规则，纵墙亦拉通，避免断开和转折，每隔一定距离设一道横墙，将内外纵墙拉结在一起，形成空间受力体系，增加房屋的空间刚度和增强调整地基不均匀沉降的能力。3）承重墙所承受的荷载力求明确，荷载传递的途径应简捷、直接。开洞时应使各层洞口上下对齐。4）结合楼盖、屋盖的布置，使墙体避免承受偏心距过大的荷载或过大的弯矩。第5章混合结构房屋墙体设计5.3混合结构房屋空间刚度和静力计算方案5.3混合结构房屋空间刚度分类5.3.1房屋的受力分析与空间刚度砌体结构房屋由屋盖、楼盖、墙、柱、基础等主要承重构件组成空间受力体系，共同承担作用在房屋上的各种竖向荷载(结构的自重、楼面和屋面的活荷载)、水平风荷载和地震作用。砌体结构房屋中仅墙、柱为砌体材料，因此墙、柱设计计算为本节的主要内容。墙体计算主要包括内力计算和截面承载力计算。计算墙体内力首先要确定其计算简图。计算简图既要尽量符合结构实际受力情况，又要使计算尽可能简单，现以受风作用的单层房屋为例分析其受力特点。第5章混合结构房屋墙体设计风荷载→纵墙→纵墙基础→地基。计算单元→单跨平面排架第一种情况：图5-7是一单层房屋，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。房屋的水平风荷载传递路线：5.3混合结构房屋空间刚度和静力计算方案第5章混合结构房屋墙体设计第二种情况：如图5-8所示两端有山墙的单层房屋，因山墙的约束，其传力途径发生了变化。整个房屋墙顶的水平位移不再相同。距山墙距离愈远的墙顶水平位移愈大，距山墙距离愈近的墙顶水平位移愈小。房屋的水平风荷载传递路线：风荷载→纵墙→→地基。山墙基础山墙屋盖结构纵墙基础5.3混合结构房屋空间刚度和静力计算方案第5章混合结构房屋墙体设计图5-8两端有山墙的单层房屋5.3混合结构房屋空间刚度和静力计算方案第5章混合结构房屋墙体设计墙顶水平最大侧移可表示为：式中——山墙顶面水平位移，取决于山墙的刚度，山墙刚度大，小：——屋盖平面内产生的弯曲变形，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，愈小。——考虑空间工作时，外荷载作用下房屋排架水平位移的最大值；——在外荷载作用下，平面排架的水平位移；)16(max,max,maxpwruuuu6.2混合结构房屋空间刚度和静力计算方案max,rumax,rumax,wumax,rumaxupu第5章混合结构房屋墙体设计房屋空间作用的大小可以用空间性能影响系数表示。一般通过实测确定。值愈大，表示整体房屋的水平侧移与平面排架的侧移愈接近，即房屋空间作用愈小。反之愈小，房屋的水平侧移愈小，房屋的空间作用愈大。因此，又称为考虑空间工作后的侧移折减系数，可以用弹性地基上的剪切深梁模型来计算。横墙间距s是影响房屋刚度或侧移大小的重要因素。不同横墙间距的房屋各层的空间性能影响系数可按表5-3查用(屋盖类别见表5-1)。5.3混合结构房屋空间刚度和静力计算方案)26(1maxpuu第5章混合结构房屋墙体设计6.2混合结构房屋空间刚度和静力计算方案第5章混合结构房屋墙体设计6.2混合结构房屋空间刚度和静力计算方案第5章混合结构房屋墙体设计6.2混合结构房屋空间刚度和静力计算方案5.3.2房屋的静力计算方案《砌体结构设计规范》考虑屋盖刚度和横墙间距两个主要因素的影响，按房屋空间刚度(作用)大小，将混合结构房屋静力计算方案分为三种(见表5-1)：1.刚性方案房屋的空间刚度大。在荷载作用下，墙、柱顶端的相对位移很小，可视墙、柱顶端水平位移等于零。这类房屋称为刚性方案房屋，其静力计算简图将承重墙视为一根竖向构件，屋盖或桂盖作为墙体的不动铰支座。0.33时可按刚性方案计算。第5章混合结构房屋墙体设计6.2混合结构房屋空间刚度和静力计算方案2.弹性方案房屋的空间刚度较差，在荷载作用下，墙顶的最大水平位移接近于平面结构体系，其墙柱内力计算应按不考虑空间作用的平面排架或框架计算。0.77时可按弹性方案计算。3.刚弹性方案房屋的空间刚度介于上述两种方案之间，在荷载作用下，纵墙顶端水平位移比弹性方案要小，但又不可忽略不计，这类房屋称为刚弹性方案。静力计算时，可根据房屋空间刚度的大小，将其水平荷载作用下的反力进行折减，然后按平面排架或框架进行计算，即计算简图相当于在屋(楼)盖处加一弹性支座。第5章混合结构房屋墙体设计6.2混合结构房屋空间刚度和静力计算方案3、刚性方案和刚弹性方案的横墙1、2、3、4、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%；横墙厚度不宜小于180mm；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）；当横墙不能同时符合上述要求时，应对横墙刚度进行验算，如其最大水平位移umax≤H/4000(H为横墙总高度)时，仍可视为刚性或刚弹性方案房屋的横墙。符合此刚度要求的一段横墙或其他结构构件（如框架等），也可视为刚性或刚弹性方案房屋的横墙。第5章混合结构房屋的墙、柱设计水平承重构件竖向承重构件屋盖楼盖钢筋混凝土、木材墙、柱、基础砌体材料砌体结构（混合结构）1、结构结构布置承重墙体的布置确定墙体承重体系2、确定房屋静力计算方案确定墙、柱的计算模型3、强度计算内力分析截面设计构造处理4、变形（侧移）和稳定计算5、施工图截面尺寸材料选择承载力计算墙、柱设计步骤5-4砌体房屋墙体、柱设计计算5-4、多层刚性方案房屋墙、柱承载力的计算一）、计算单元二）、荷载计算有门窗洞口（如纵墙）：左右开间各一半无门窗洞口（如受均布荷载的横墙和山墙）：取1m长的墙体竖向荷载水平荷载恒载活载风载三）、计算简图1、在竖向荷载作用下，多层房屋的墙体如同一竖向连续梁，屋盖、楼盖及基础顶面均作为连续梁的支点。墙、柱在每层层高范围内被简化为两端铰支的竖向偏心受压构件4)当梁支承于墙上时，梁端支承压力N1到墙内边距离，对屋盖梁应取梁端有效支承长度a0的0.33倍；对楼盖梁应取梁端有效支承长度a0的0.4倍。1)上部各层的荷载（包括墙体重、屋面及楼板重等）沿上一层墙的截面形心传至下层；2)在计算某层墙体弯矩时，要考虑本层梁、板支承压力对本层墙体产生的弯矩，当本层墙与上一层墙形心不重合时，尚应考虑上部传来的竖向荷载对本层墙体产生的弯矩；3)每层墙体的弯矩图按三角形变化，上端弯矩最大，下端为零：计算原则：M=qHi2/12风荷载引起的弯矩按下式计算：q——Hi——第i层墙体的高度，即第i层层高。风荷载可不考虑三个条件（P302）计算单元上沿每米墙高分布的风荷载设计值，kN/m；2、水平荷载作用下，墙体计算简图可简化为一竖向多跨连续梁。四）、内力计算1、纵墙内力①轴力NI=Nl+NuI-I截面（楼盖大梁底面处）NⅡ=NI+Nh3Ⅱ-Ⅱ截面（窗口上边缘处）Ⅲ－Ⅲ截面（窗口下边缘处）NⅢ=NⅡ+Nh2Ⅳ-Ⅳ截面（下层楼盖大梁底面处）NⅣ=NⅢ+Nh1Nu——Nl——本层梁端支承反力Nh3——高为h3宽为b的墙体自重Nh2——高为h2宽为b1的墙体自重Nh1——高为h1宽为b1的墙体自重上部各层传来的竖向荷载。其中包括截面I-I以上全部墙重和上面各层楼面和屋面上的恒载和活载②弯矩MI=Nle1+Nue2I-I截面（楼盖大梁底面处）MⅡ=MI(h1+h2)/HⅡ-Ⅱ截面（窗口上边缘处）Ⅲ－Ⅲ截面（窗口下边缘处）MⅢ=MⅡh1/HⅣ-Ⅳ截面（下层楼盖大梁底面处）MⅣ=0e1——Nl对该层墙的偏心距e1=h/2-0.4a0h——本层墙体厚度a0——梁端有效支承长度e2——上层墙体重心对该层墙体重心的偏心距。如果上下层墙体厚度相同，则e2=02、横墙内力验算横墙两侧楼盖传来的荷载相同轴心受压横墙两侧楼盖传来的荷载不同偏心受压验算横墙的底部截面横墙的底部截面横墙的上部截面五）、强度计算全截面受压承载力验算局部受压承载力验算六）、高厚比验算五、单层刚性方案房屋墙、柱承载力的验算过程纵墙:左右开间各一半横墙：取1m