砌体结构第四章

第四章墙体的设计4.1房屋墙柱内力分析4.2墙、柱计算高度及计算截面4.3房屋墙柱构造要求4.4刚性方案房屋墙、柱的计算4.5弹性与刚弹性方案房屋墙、柱的计算4.6刚性基础计算4.7计算例题4.1房屋墙柱内力分析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。一、混和结构房屋的结构布置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。横墙承重体系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。纵墙承重体系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。横墙纵墙梁纵横墙承重体系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内框架承重体系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。底部框架承重体系二、房屋的空间受力性能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。第一种情况：右图是一单层房屋，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：风荷载→纵墙→纵墙基础→地基。计算单元→单跨平面排架两端无山墙的单层房屋第二种情况：如图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两端有山墙的单层房屋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；1spuuuu1uuu1usupu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4-1查用(屋盖类别见表4-2)。1spuu三、房屋静力计算方案的划分《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4-2)：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。房屋横墙间距较大，屋盖或楼盖的水平刚度较小时，房屋的空间工作性能较差，在荷载作用下，房屋的水平位移较大，在确定房屋的计算简图时，必须考虑水平位移，把屋盖或楼盖与墙、柱的连接处视为铰接，并按不考虑空间工作的平面排架计算，这种房屋称为弹性方案房屋。一般单层厂房、仓库、礼堂、食堂等多属于弹性方案房屋。2.弹性方案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。混合结构房屋的计算简图(a)刚性方案；(b)刚弹性方案；(c)弹性方案房屋的静力计算方案在《规范》中，将房屋按屋盖或楼盖的刚度划分为三种类型，并按房屋的横墙间距S来确定其静力计算方案。屋盖（楼盖）类别刚性方案刚弹性方案弹性方案整体式、装配整体式和装配式无檩体系钢筋混凝土屋（楼）盖S＜3232≤S≤72S＞72装配式有檩体系钢筋混凝土屋盖、轻钢屋盖和有密铺望板的木屋盖或木楼盖S＜2020≤S≤48S＞48瓦材屋面的木屋盖和轻钢屋盖S＜1616≤S≤36S＞36四、刚性和刚弹性方案房屋的横墙作为刚性和刚弹性方案静力计算的房屋横墙，应具有足够的刚度，以保证房屋的空间作用，并符合下列要求：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180mm③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其总高度的1/2。4.2墙、柱计算高度及计算截面一、墙、柱的计算高度受压构件计算高度H0（无吊车的单层和多层房屋）房屋类别柱带壁柱墙或周边拉结的墙平行排架方向垂直排架方向s＞2H2H≥s＞Hs≤H单跨弹性方案1.50H1.0H1.50H刚弹性方案1.20H1.0H1.20H多跨弹性方案1.25H1.0H1.25H刚弹性方案1.10H1.0H1.10H刚性方案1.00H1.0H1.0H0.4s+0.2H0.6s注：1、s为房屋横墙间距，其长度单位为m；2、自承重墙的计算高度应根据周边支承或拉接条件确定；3、当上端为自由端时，计算高度H0=2H。4.3房屋墙柱构造要求一、墙、柱高厚比要求混合结构房屋中的墙体是受压构件，除满足强度要求外，还必须有足够的稳定性。高厚比的验算是保证墙体稳定性的一项重要构造措施，以避免墙、柱在施工和使用阶段因偶然的撞击或振动等因素而出现歪斜、膨肚以致倒塌等失稳现象的发生。高厚比系指墙、柱的计算高度H0与墙厚或柱截面边长h的比值H0/h。高厚比验算主要包括两个问题：一是允许高厚比的限值；二是墙、柱实际高厚比的确定。允许高厚比限值是在综合考虑了以往的实践经验和现阶段的材料质量及施工水平的基础上确定的。影响墙、柱容许高厚比的因素很多，如砂浆的强度等级、横墙间距、砌体类型、支承条件、截面形状和承重情况等。矩形截面墙和柱的高厚比应满足下列条件21hHo有门窗洞口墙允许高厚比的修正系数自承重墙允许高厚比的修正系数高厚比：砌体墙或柱计算高度与厚度的比值允许高厚比1－－自承重墙的高厚比的修正系数。可按插入法取值111,240905.1,902.1,240mmhmmmmhmmh2－－有门窗洞口墙允许高厚比修正系数。sbs4.012在宽度Ｓ范围内的门窗洞口总宽度相邻窗间墙、壁柱或构造柱之间的距离取值时应注意：当计算结果小于0.7时，应取0.7，当洞口高度等于或小于墙高的1/5时，可取为1.0。2洞口宽度sbs4.012在宽度Ｓ范围内的门窗洞口总宽度相邻窗间墙、壁柱或构造柱之间的距离门窗洞口宽度示意图应注意的几个问题：（1）允许高厚比墙柱容许高厚比砂浆强度等级墙柱≥M7.526（24）17（15）M524（22）16（14）=01411注：1、毛石墙、柱的容许高厚比应降低20%；2、组合砖砌体构件的容许高厚比，可提高20%，但不得大于28；3、验算施工阶段砂浆尚未结硬的新砌体时，允许高厚比墙取14，柱取11；4、括号内数值为墙体厚度h=190mm时的允许高厚比。1、砂浆强度等级2、砌体截面刚度3、砌体类型4、构件重要性和房屋使用情况5、构造柱间距及截面6、横墙间距7、支承条件影响允许高厚比的几个主要因素：（2）修正系数1带壁柱墙和带构造柱墙的高厚比验算(1)整片墙的高厚比验算按下式进行验算确定带壁柱墙的计算高度H0时，墙长S取相确定截面回转半径i时，带壁柱墙截面的翼缘宽度bf应按下列规定采用：210ThH①对于多层房屋，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1/3②对于单层房屋，取bf=b+2H/3(b为壁柱宽度，H为墙高)，但bf不大于相邻窗间墙宽度和相邻壁柱间的距离。带壁柱墙的验算带构造柱墙高厚比验算chH210①应按附表2确定墙的计算高度H0②按下列公式验算带构造柱墙体的高厚比：③构造柱作为壁柱验算构造柱间墙的高厚比时，构造柱的截面高度应不小于1/30柱高，并不小于墙厚，此时柱间墙的允许高厚比不应再考虑构造柱的有利影响，柱间墙的高厚比验算同壁柱间墙。chH210－－带构造柱墙允许高厚比提高系数，－－系数，对细料石、半细料石砌体，；对混凝土砌块、粗料石、毛料石及毛砌体，；其他砌体，－－构造柱沿墙长方向的宽度。－－构造柱间距，此时s取相邻构造柱间距。clbcc100.15.1cbl带构造柱墙应满足下列要求①构造柱沿墙长方向的宽度不小于180mm，沿墙厚方向的边长不小于墙厚（利用构造柱作壁柱时应当不小于1/30柱高），主筋不少于4φ12，混凝土等级不应低于C15；②构造柱对墙体允许高厚比的提高仅适于正常③(2)壁柱间墙或构造柱间墙的高厚比验算210hH将壁柱视为壁柱间墙的不动铰支座，计算H0时，s取壁柱间距离，不论带壁柱墙体的房屋的静力计算时属何种计算方案，H0均按刚性方案考虑。对于设有钢筋混凝土圈梁的带壁柱墙，当圈梁的宽度b与相邻壁柱间的距离S之比≥1/30时，由于圈梁的水平刚度较大，能限制壁柱间墙体的侧向变形，所以圈梁可视为壁柱间墙的不动铰支座。【例1】某单层房屋层高为4.5m，砖柱截面为490mm×370mm，采用M5.0混合砂浆砌筑，房屋的静力计算方案为刚性方案。试验算此砖柱的高厚比。【解】查表得01.045005005000HH（500为单层砖柱从室内地坪到基础顶面的距离）16][查表得允许高厚比　05000/37013.5[]16Hh高厚比满足要求【例2】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