第5章混合结构房屋墙体设计

第5章混合结构房屋墙体设计5.1混合结构房屋的组成及结构布置方案5.1.1混合结构房屋的组成混合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。墙、柱等竖向承重构件采用砖、石、砌块砌体建造，楼盖(屋盖)等水平承重构件采用钢筋混凝土或木材等其它材料建造的房屋称为混合结构房屋。混合结构房屋的优点：取材容易，造价低，应用范围广泛。混合结构房屋的缺点：抗震性能差，高度（层数）受限制。墙体砌块材料的问题：粘土砖建设部已下文禁止使用。应尽量采用其他的墙体材料。5.1.2混合结构房屋的结构布置方案1．纵墙承重方案竖向荷载主要传递路线是：板→梁→纵墙→基础→地基。纵墙承重体系的特点：(1)纵墙是房屋的主要承重墙，横墙的间距可以相当大。这种体系室内空间较大，有利于使用上灵活隔断和布置。(2)由于纵墙承受的荷载较大，因此纵墙上门窗的位置和大小要受到一定限制。(3)房屋的横向刚度较小，整体性较差。纵墙承重体系适用于使用上要求有较大室内空间的房屋，或室内隔断墙位置有灵活变动要求的房屋。如教学楼、办公楼、图书馆、实验楼、食堂、中小型工业厂房等。2．横墙承重方案竖向荷载主要传递路线是：板→横墙→基础→地基。横墙承重体系的特点：(1)横墙是主要承重墙。此种体系对纵墙上门窗位置、大小等的限制较少。(2)横墙间距较小(一般在3～4.5m之间)，房屋的空间刚度大，整体性好。这种体系对抵抗风、地震等水平作用和调整地基不均匀沉降等方面，较纵墙承重体系有利得多。(3)这种体系房屋的楼盖(或屋盖)结构比较简单，施工方便；但墙体的材料用量较多。横墙承重体系由于横墙间距小，房间大小固定，故适用于宿舍、住宅等居住建筑。3、纵横墙承重方案竖向荷载主要传递路线是：板→（梁）→纵墙（横墙）→基础→地基。纵横墙承重体系的特点：房间布置灵活，房屋的空间刚度和整体性好，适用于教学楼、办公室、医院、图书馆、住宅等建筑。4．内框架承重体系这种体系房屋内部的钢筋混凝土柱与楼盖(或屋盖)梁组成内框架，与外墙共同承重，因此称为内框架承重体系。竖向荷载的主要传递路线是：板→梁→外纵墙→外纵墙基础→地基；板→梁→柱→柱基础→地基。内框架承重体系的特点：(1)外墙和柱都是主要承重构件，以柱代替承重内墙，取得较大的室内空间而不增加梁的跨度。(2)由于主要承重构件材料性质不同，墙和柱的压缩性不同；基础形式不同易产生不均匀沉降。若设计处理不当，会使构件产生较大的附加内力。(3)由于横墙较少，房屋的空间刚度较差，因而抗震性能也较差。内框架承重体系可用于旅馆、商店和多层工业建筑，某些建筑(如底层为商店的住宅)的底层也采用。5.2混合结构房屋的静力计算方案5.2.1混合结构房屋的空间工作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。——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；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5-1查用。与横墙间距s和屋（楼）盖类别有关。pu1spuusu5.2.2房屋静力计算方案的分类1、刚性方案当山墙（横墙）间距更短时，由于房屋的空间刚度很大，可以认为屋面没有水平位移。2、弹性方案当山墙（横墙）间距很大时，房屋的空间刚度刚度较小，属平面传力体系。可按屋架或大梁与墙(柱)为铰接的、不考虑空间工作的平面排架或框架计算。0su0.770.33spuu3、刚弹性方案当山墙（横墙）间距比较小时，屋面的跨度相对短一些，相应的水平刚度相对较大。楼板处的相对位移比弹性方案小一些。可按屋架、大梁与墙(柱)铰接并考虑空间工作的平面排架或框架计算。房屋各层的空间性能影响系数见P121表5－1。比较以上三种房屋，刚性方案最好，一般应尽量设计成刚性方案，不宜采用弹性方案。0.330.770spuu房屋静力计算方案确定屋盖类别刚性方案刚弹性方案弹性方案1整体式、装配整体式和装配式无檩体系钢筋砼屋盖或钢筋砼楼盖S3232S72S722装配式有檩体系钢筋砼屋盖、轻钢屋盖和有密铺望板的木屋盖或木楼板S2020S48S483瓦材屋面的木屋盖和轻钢屋盖S1616S36S36《规范规定》混合结构房屋静力计算方案划分如下：注：1、表中s为房屋横墙间距，其长度单位为m；2、当屋盖、楼盖类别不同或横墙间距不同时，可按第4.2.7条的规定确定房屋的静力计算方案；3、对无山墙或伸缩缝处无横墙的房屋，应按弹性方案考虑。第4.2.7条计算上柔下刚多层房屋时，顶层可按单层房屋计算，其空间性能影响系数可根据屋盖类别按表5－1采用。5.2.3刚性方案和刚弹性方案房屋的横墙应满足下列要求: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)注：1、当横墙不能同时符合上述要求时，应对横墙的刚度进行验算。如其最大水平位移值umax≤H/4000时，仍可视作刚性或刚弹性方案房屋的横墙；2、凡符合注1刚度要求的一段横墙或其他结构构件(如框架等)，也可视作刚性或刚弹性方案房屋的横墙。5.3墙柱的高厚比验算墙柱的计算高度与厚度之比称为高厚比。在进行墙体设计时除了满足承载力（强度）要求外，还必须限制其高厚比，保证墙体的稳定性。5.3.1允许高厚比及影响高厚比的主要因素：1、影响高厚比的主要因素为：•砂浆的强度等级；•砌体的类型；•横墙的间距；•构造支承条件。如刚性方案允许高厚比可以大一些，弹性和刚弹性方案可以小一些；•砌体的截面形式；墙体有门窗洞口时。•构件的重要性和房屋的使用条件；•构造柱的间距。2、墙、柱的允许高厚比[β]值砂浆强度等级墙柱≥M7.52617M5.02416M2.52215注：1、毛石墙、柱允许高厚比应按表中数值降低20%；2、组合砖砌体构件的允许高厚比，可按表中数值提高20%，但不得大于28；3、验算施工阶段砂浆尚未硬化的新砌砌体高厚比时，允许高厚比对墙取14，对柱取11。表5－45.3.2高厚比的验算1、一般墙柱的高厚比的验算对于矩形截面墙、柱的高厚比应符合下列要求：式中H0----墙、柱的计算高度，应按表5－4采用；h----墙厚或矩形柱与H0相对应的边长；μ1----自承重墙允许高厚比的修正系数；μ2----有门窗洞口墙允许高厚比的修正系数；[β]----墙、柱的允许高厚比，应按表5－3采用。注：1、当与墙连接的相邻两横墙间的距离s≤μ1μ2[β]h时，墙的高度可不受本条限制；2、变截面柱的高厚比可按上、下截面分别验算，其计算高度可按表5－4的规定采用。验算上柱的高厚比时，墙、柱的允许高厚比可按表表5－3的数值乘以1.3后采用。][210hHH0－受压构件的计算高度表5－4房屋类别柱带壁柱墙或周边拉结的墙排架方向垂直排架方向s＞2H2H≥s＞Hs≤H有吊车的单层房屋变截面柱上段弹性方案2.5Hu1.25Hu2.5Hu刚性、刚弹性方案2.0Hu1.25Hu2.0Hu变截面柱下段1.0Hι0.8Hι1.0Hι无吊车的单层和多层房屋单跨弹性方案1.5H1.0H1.5H刚弹性方案1.2H1.0H1.2H多跨弹性方案1.25H1.0H1.25H刚弹性方案1.10H1.0H1.1H刚性方案1.0H1.0H1.0H0.4s+0.2H0.6s1表中Hu为变截面柱的上段高度；Hι为变截面柱的下段高度；2对于上端为自由端的构件，H0=2H；3独立砖柱，当无柱间支撑时，柱在垂直排架方向的H0应按表中数值乘以1.25后采用；4s--房屋横墙间距；5自承重墙的计算高度应根据周边支承或拉接条件确定。受压构件的计算高度H0，应根据房屋类别和构件支承条件等按表5－4采用。表中的构件高度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、在房屋其他层次，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。第5.1.4条•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5－4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1/3＜Hu/H＜1/2时，取无吊车房屋的H0乘以修正系数μ。μ=1.3-0.3Ⅰu/ⅠιⅠu为变截面柱上段的惯性矩，Ⅰι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。注：本条规定也适用于无吊车房屋的变截面柱。•自承重墙（非承重墙）允许高厚比的修正系数μ1应按下列规定采用：1、h=240mmμ1=1.2；2、h=90mmμ1=1.5；3、240mm＞h＞90mmμ1可按插入法取值。注：（承重墙的μ1=1.0）1、上端为自由端墙的允许高厚比，除按上述规定提高外，尚可提高30%；2、对厚度小于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。•允许高厚比修正系数μ2应按下式计算：应按下式计算：μ2=1-0.4bs/s(5－5)式中bs----在宽度s范围内的门窗洞口总宽度；s----相邻窗间墙或壁柱之间的距离。当按公式(5－5)算得μ2的值小于0.7时，应采用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。【例15.1】某办公楼平面如图所示，采用预制钢筋混凝土空心板，外墙厚370mm，内纵墙及横墙厚240mm，砂浆为M5，底层墙高4.6m（下端支点取基础顶面）；隔墙厚120mm，高3.6m，用M2.5砂浆；纵墙上窗洞宽1800mm，门洞宽1000mm，试验算各墙的高厚比。【解】1.确定静力计算方案及允许高厚比最大横墙间距S=3.6×3=10.8m，由表5-2，S＜32m，确定为刚性方案。由表5-3，因承重纵横墙砂浆为M5，得［β］=24；非承重墙砂浆为M2.5，［β］=22；非承重墙h=120mm，用插入法得μ1=1.44；承重横μ1=1.0。办公楼平面图2.确定计算高度承重墙H=4.6m，S=10.8m＞2H=2×4.6=9.2m，由表5-4查得计算高度H0=1.0H=4.6m。非承重墙H=3.6m，一般是后砌在地面垫层上，上端用斜放立砖顶住楼面梁砌筑，两侧与纵墙拉结不好，故按两侧无拉结考虑，则计算高度H0=1.0H=3.6m。3.纵墙高厚比验算（1）外纵墙（h=370）S=3.6m，bs=1.8mμ2=1-0.4bs/S=0.8外纵墙高厚比β=H0/h=4.6/0.37=12.4＜μ1μ2［β］=1.0×0.8×24=19.2满足要求。（2）内纵墙（h=240）S=10.8m，bs=1.0mμ2=1-0.4bs/S=0.96内纵墙高厚比β=H0/h=4.6/0.24=19.2＜μ1μ2［β］=1.0×0.96×24=23满足要求。4.横墙高厚比验算由于横墙的厚度、砌筑砂浆、墙体高度均与内纵墙相同，且横墙上无洞口，又比内纵墙短，计算高度也小，故不必进行验算。5.隔墙高厚比验算隔墙高厚比β=H0/h=3.6/0.12=30＜μ1μ2［β］=1.44×1.0×22=31.68满足要求2、带壁柱墙和带构造柱墙的高厚比验算][210ThHht－带壁柱墙截面的折算厚度，hT=3.5i，i为截面的回转半径，i=(I/A)1/2；I、A－分别为带壁柱墙的截面惯性矩和面积。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。带壁柱墙的计算截面翼缘宽度bf，可按下列规定采用：（1）多层房屋，当有门窗洞口时，可取窗间墙宽度；当