砌体结构第四章混合结构房屋墙体设计

砌体结构MasonryStructure第四章混合结构房屋墙体设计砌体结构4.2房屋的静力计算方案4.3墙柱高厚比验算4.4单层房屋墙体计算第四章4.1混合结构房屋的组成及结构布置方案4.5多层房屋墙体计算4.6地下室墙4.1混合结构房屋的组成及结构布置方案混合结构房屋：—是指屋盖、楼盖等水平构件采用钢筋混凝土、钢材或木材，而墙、柱、基础等竖向构件采用砌体材料的房屋。砖—混凝土结构砖—钢结构砖—木结构工程实例：民用建筑——住宅、宿舍、教学楼、办公楼、商店、酒店、食堂、小高层住宅（配筋砌体）、小高层公寓（配筋砌体）等；工业建筑——中小型厂房、车间、仓库等。一般情况下，混合结构房屋中的墙、柱自重约占房屋总重的60%，其费用约占总造价的40%，作好墙、柱对满足使用要求及确保房屋的安全、可靠具有非常重要的意义。4.1.1混合结构房屋的组成4.1混合结构房屋的组成及结构布置方案混合结构房屋的优点：混合结构房屋的墙体既是承重结构又是围护结构；混合结构房屋的墙体材料具有地方性，造价较低。对混合结构房屋的要求：混合结构房屋应具有足够的承载力、刚度、稳定性和整体性；混合结构房屋在地震区还应有良好的抗震性；混合结构房屋还应有良好的抵抗收缩变形、温度和不均匀沉降的能力。4.1.1混合结构房屋的组成4.1混合结构房屋的组成及结构布置方案基础（墙下刚性基础、条形基础，筏板基础、桩基础）上部结构竖向承重构件——墙、柱水平承重构件——屋盖、楼盖（梁、板、过梁、墙梁、挑梁）楼梯、阳台、雨篷圈梁、构造柱4.1.1混合结构房屋的组成墙承重墙非承重墙（自承重墙）分隔墙（隔墙）墙外纵墙山墙内纵墙内横墙4.1混合结构房屋的组成及结构布置方案混合结构房屋的结构布置方案是整个结构设计的关键。混合结构房屋的结构布置方案应满足：建筑功能及使用（房屋平面的划分、房间的大小）要求；结构合理（荷载的传递、房屋的空间刚度）；经济要求。4.1.2混合结构房屋的结构布置方案混合结构房屋的墙体布置原则：承重墙均匀对称，平面内对齐，竖向连续；总高度、层数和高宽比限值；墙体间距及局部尺寸限值；圈梁、构造柱设置。4.1混合结构房屋的组成及结构布置方案4.1.2混合结构房屋的结构布置方案混合结构房屋的结构布置方案：——横墙承重方案竖向荷载的传递路线为：地基基础横墙屋（楼）盖荷载山墙内纵墙横墙板外纵墙优点：纵墙上开设洞口较灵活；房屋的横向空间刚度大；结构简单、施工方便。缺点：房间大小受限制；墙体材料用量多。4.1混合结构房屋的组成及结构布置方案4.1.2混合结构房屋的结构布置方案混合结构房屋的结构布置方案：——纵墙承重方案竖向荷载的传递路线为：山墙外纵墙板梁地基基础纵墙梁屋（楼）盖荷载纵墙优点：大房间；建筑平面布置较灵活。缺点：纵墙上的洞口大小受限制；纵墙上洞口位置受限制；房屋的横向刚度小。4.1混合结构房屋的组成及结构布置方案混合结构房屋的结构布置方案：——纵横墙承重方案竖向荷载的传递路线为：4.1.2混合结构房屋的结构布置方案内纵墙山墙横墙梁外纵墙基础横墙纵墙梁屋（楼盖）荷载地基优点：房间布置灵活；房屋有较大的空间刚度；结构简单、施工方便。4.1混合结构房屋的组成及结构布置方案混合结构房屋的结构布置方案：——内框架承重方案竖向荷载的传递路线为：4.1.2混合结构房屋的结构布置方案砼柱砼梁山墙砼板外纵墙地基柱基础柱纵墙基础外纵墙梁屋（楼盖）荷载优点：大空间；房间平面布置灵活；缺点：施工较复杂；易引起地基不均匀沉降；房屋的空间刚度较差。4.1混合结构房屋的组成及结构布置方案混合结构房屋的结构布置方案：——底层框架承重方案一般临街的建筑，底层为大空间的商店，采用框架结构；上部则为小开间的由横墙或纵墙承重的住宅。底层刚度很小，往往是薄弱处，设计中需要特别注意。竖向荷载的传递路线为：4.1.2混合结构房屋的结构布置方案横墙纵墙梁屋（楼盖）荷载上层：转换层：框架梁框架柱基础地基横墙纵墙二层梁、柱布置二层墙体布置优点：底层为大空间。缺点：施工较复杂；底层刚度很小。4.1混合结构房屋的组成及结构布置方案混合结构房屋结构布置方案横墙承重方案纵墙承重方案纵横墙承重方案内框架承重方案底层框架承重方案根据结构的承重体系及竖向荷载的传递路线，混合结构房屋结构布置方案可分为：4.1混合结构房屋的组成及结构布置方案在实际工程中，一般情况下没有绝对的横墙承重体系或绝对的纵墙承重体系，当房屋的平面形状复杂时，在不同的区段可以采用不同的承重体系，如：在办公楼的门厅等较空旷部分采用内框架承重体系，而其他部分采用纵横墙承重体系。根据不同的使用要求、以及地质、材料、施工等条件，按照安全可靠、技术先进、经济合理的原则，对几种可能的承重方案进行经济技术比较，正确选用比较合理的承重体系。4.2房屋的静力计算方案混合结构房屋由屋盖、楼盖与墙体的连接以及纵、横墙的相互拉结而形成一个空间结构体系（能承受空间力系的结构体系），此空间结构体系承受各种竖向荷载（结构自重、屋面和楼面的活荷载）和水平荷载（风荷载和地震荷载）。在荷载作用下房屋的抗变形能力称为房屋的空间刚度。4.2.1混合结构房屋的空间工作4.2房屋的静力计算方案4.2.1混合结构房屋的空间工作情况一：单层房屋，外纵墙承重，两端没有设置山墙，屋盖为装配式钢筋混凝土楼盖。竖向荷载的传递路线：水平荷载的传递路线：确定计算单元计算单元计算单元地基基础纵墙风荷载屋盖结构另一面纵墙地基基础地基基础屋面大梁屋盖荷载纵墙4.2房屋的静力计算方案计算简图upupq1q2q1q2纵墙顶的水平位移（up）主要取决于纵墙的刚度，而屋盖结构的水平刚度只是保证传递水平荷载时两边纵墙位移的相同。upup计算单元的受力——单跨平面排架——平面受力体系荷载是均匀分布，纵墙的刚度是相等的，则在水平荷载作用下整个房屋墙顶的水平位移（up）相同。4.2房屋的静力计算方案4.2.1混合结构房屋的空间工作情况二：单层房屋，外纵墙承重，两端有山墙，屋盖为装配式钢筋混凝土楼盖。竖向荷载的传递路线：水平荷载的传递路线：确定计算单元计算单元地基基础屋面大梁屋盖荷载纵墙u1uq地基纵墙基础纵墙风荷载屋盖结构山墙地基山墙基础主要山墙4.2房屋的静力计算方案有了山墙后风荷载不只是在纵墙和屋盖组成的平面排架内传递，而是在屋盖和山墙组成的空间结构中传递，结构存在空间作用。u—山墙顶面水平位移，与山墙的刚度有关；u1—屋盖平面内产生的弯曲变形，与屋盖的刚度及横（山）墙间距有关。Puu1uq4.2房屋的静力计算方案up—按平面计算模型算出的水平位移；us—实际结构中的水平位移；则由于存在空间作用，us=u1+u≦up，两者的差异反映了空间作用的程度。1psη—空间性能影响系数，又可称为房屋考虑空间工作后的侧移折减系数。房屋的空间刚度取决于横（山）墙的刚度、横（山）墙的间距及屋（楼）盖的水平刚度（与屋盖类型有关）。η越大(接近于1)说明空间作用越弱；反之说明空间作用越强。根据空间作用的强弱（即η的大小）对平面排架的计算模型进行修正。4.2房屋的静力计算方案屋盖或楼盖类别横墙间距s(m)1620242832364044485256606468721————0.330.390.450.500.550.600.640.680.710.740.772—0.350.450.540.610.680.730.780.82——————30.370.49.0.600.680.750.81—————————房屋各层的空间性能影响系数ηi注：i=1～n，n为房屋的层数。屋盖或楼盖类别中，1类为：整体式，装配整体式和装配式无檩体系钢筋混凝土屋盖或钢筋混凝土楼盖，2类为：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，3类为：瓦材屋面的木屋盖和轻钢屋盖。4.2房屋的静力计算方案4.2.2混合结构房屋静力计算方案的分类确定静力计算方案的目的：确定混合结构房屋中墙、柱的计算简图（支承条件、计算长度、荷载）；混合结构房屋的静力计算方案的确定：如何考虑荷载作用下房屋的侧移？在荷载作用下，房屋的水平位移很小，可以忽略不计——刚性方案；在荷载作用下，房屋的水平位移较大，不能忽略不计——弹性方案；在荷载作用下，房屋的水平位移介于上述二者之间——刚弹性方案；4.2房屋的静力计算方案4.2.2混合结构房屋静力计算方案的分类空间性能影响系数η在一定范围内即认为是某一种方案。例如：第一类屋盖η0.33属刚性方案；η0.77属弹性方案；0.33≦η≦0.77属刚弹性方案。0ps刚性方案0su刚弹性方案10Psuu0弹性方案1Psuu屋盖或楼盖类别刚性方案刚弹性方案弹性方案1整体式，装配整体和装配式无檩体系钢筋混凝土屋盖或钢筋混凝土楼盖s＜3232≤s≤72s＞722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＞483瓦材屋面的木屋盖和轻钢屋盖s＜1616≤s≤36s＞36注：①表中s为房屋横墙间距，其长度单位为m;②当多层房屋屋盖，楼盖类别不同或横墙间距不同时，可按本表的规定分别确定各层(底层或顶部各层)房屋的静力计算方案；③对无山墙或伸缩逢处无横墙的房屋，应按弹性方案考虑。房屋的静力计算方案4.2房屋的静力计算方案4.2房屋的静力计算方案4.2.3刚性方案和刚弹性方案的横墙房屋的空间刚度取决于横（山）墙的刚度、横（山）墙的间距及屋（楼）盖的水平刚度（与屋盖类型有关）。屋（楼）盖类型一定后房屋的空间刚度主要取决于横墙。按刚性方案和刚弹性方案计算时对房屋的整体空间刚度有要求，因而对横墙提出要求。①横墙中洞口的水平截面积不超过全截面的50%；②横墙厚度不宜小于180mm；③横墙长度不宜小于高度（单层）或总高度的一半（多层）；④纵横墙应同时砌筑，如不满足应采取其他措施。4.2房屋的静力计算方案4.2.3刚性方案和刚弹性方案的横墙如果①、②、③条不能同时满足，要求对横墙的刚度进行验算：331max2.5364000PHHnPHnPHHEIGEIEA3max112.564000mmiiiiiinnHPHPHEIEA单层房屋最大水平位移的计算：多层房屋最大水平位移的计算：符合刚度要求的一段横墙或其他结构件（如框架等）也可视作刚性或刚弹性方案房屋的横墙。4.3墙柱高厚比验算将一块块的砖从地面往上叠砌，当砌到一定的高度时，即使不受外力作用这样的砖墩也将倾倒。若砖墩的截面尺寸加大，则其不致倾倒的高度显然也要加大。若砖墩上下或四周边的支承情况不同，则其不致倾倒的高度也将不同。混合结构房屋中，砌体结构及其构件必须满足承载力计算的要求外，还必须保证其稳定性。在《砌体结构设计规范》中规定，用验算墙、柱高厚比的方法来进行墙、柱稳定性的验算。为什么要验算墙、柱的高厚比？4.3墙柱高厚比验算墙柱的高厚比过大,虽然强度计算满足要求,但可能在施工砌筑阶段因过度的偏差倾斜鼓肚等现象以及施工和使用过程中出现的偶然撞击、振动等因素造成丧失稳定。同时还考虑到使用阶段在荷载作用下墙柱应具有的刚度，不应发生影响正常使用的过大变形。验算墙、柱高厚比是保证墙、柱在使用阶段和施工阶段的稳定性必须采取的一项构造措施。4.3墙柱高厚比验算高厚比验算主要包括三个问题:一是允许高厚比的限制；二是墙、柱实际高厚比的确定;三是哪些墙需要验算高厚比。4.3墙柱高厚比验算4.3.1允许高厚比及影响高厚比的因素砂浆的强度等级墙柱M2.52215M5.02416≥M7.52617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体高厚比时，允许高厚比对墙取14，对柱取11。根据工程实践经验，经过大量调查研究及理论校核得到墙、柱允许高厚比值，墙、柱允许高厚比，应按《砌体结构设计规范》表6.1.1采用表6.1.1墙、柱允许高厚比[b]值这是在特定条件下规定的允许