第5章 混合结构房屋墙体设计.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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。,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。,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。,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,S32,32S72,2,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,S20,20S48,3,瓦材屋面的木屋盖和轻钢屋盖,S16,16S36,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,u,max,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,值,砂浆强度等级,墙,柱,M7.5,26,17,M5.0,24,16,M2.5,22,15,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,5,4,5.3.2,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,H,0,-,墙、柱的计算高度，应按表,5,4,采用；,h,-,墙厚或矩形柱与,H,0,相对应的边长；,1,-,自承重墙允许高厚比的修正系数；,2,-,有门窗洞口墙允许高厚比的修正系数；,-,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,1,2,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。,H,0,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,2H,2Hs,H,sH,有吊车的单层房屋,变截面柱上段,弹性方案,2.5Hu,1.25Hu,2.5Hu,刚性、刚弹性方案,2.0Hu,1.25Hu,2.0Hu,变截面柱下段,1.0H,0.8H,1.0H,无吊车的单层和多层房屋,单跨,弹性方案,1.5H,1.0H,1.5H,刚弹性方案,1.2H,1.0H,1.2H,多跨,弹性方案,1.25H,1.0H,1.25H,刚弹性方案,1.10H,1.0H,1.1H,刚性方案,1.0H,1.0H,1.0H,0.4s+0.2H,0.6s,1,表中,H,u,为变截面柱的上段高度；,H,为变截面柱的下段高度；,2,对于上端为自由端的构件，,H,0,=2H,；,3,独立砖柱，当无柱间支撑时，柱在垂直排架方向的,H,0,应按表中数值乘以,1.25,后采用；,4 s-,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,H,0,，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,H,u,/,H,1/3,时，取无吊车房屋的,H,0,；,2,、当,1/3,H,u,/,H,1/2,时，取无吊车房屋的,H,0,乘以修正系数,。,=1.3-0.3,u,/,u,为变截面柱上段的惯性矩，,为变截面柱下段的惯性矩；,3,、当,H,u,/,H,1/2,时，取无吊车房屋的,H,0,。但在确定,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,1,应按下列规定采用：,1,、,h,=240mm,1,=1.2,；,2,、,h,=90mm,1,=1.5,；,3,、,240mm,h,90mm,1,可按插入法取值。注：,（,承重墙的,1,=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,2,应按下式计算：应按下式计算：,2,=1-0.4,b,s,/,s,(5,5),式中,b,s,-,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,2,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,2,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,=3.63=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,=24,；非承重墙砂浆为,M2.5,，,=22,；非承重墙,h=120mm,，用插入法得,1,=1.44,；承重横,1,=1.0,。,办公楼平面图,2,.,确定计算高度,承重墙,H,=4.6m,，,S,=10.8m,2,H,=24.6=9.2m,，由表,5-4,查得计算高度,H,0,=1.0,H,=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,H,0,=1.0H=3.6m,。,3.,纵墙高厚比验算,（,1,）外纵墙（,h,=370,）,S,=3.6m,，,b,s,=1.8m,2,=1-0.4,b,s,/,S,=0.8,外纵墙高厚比,=,H,0,/,h,=4.6/0.37=12.4,1,2,=1.00.824=19.2,满足要求。,（,2,）内纵墙（,h,=240,）,S,=10.8m,，,b,s,=1.0m,2,=1-0.4,b,s,/,S,=0.96,内纵墙高厚比,=,H,0,/,h,=4.6/0.24=19.2,1,2,=1.00.9624=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,=,H,0,/,h,=3.6/0.12=30,1,2,=1.441.022=31.68,满足要求,2,、带壁柱墙和带构造柱墙的高厚比验算,h,t,带壁柱墙截面的折算厚度，,h,T,=3.5,i,，,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,H,0,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,b,f,，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。,（,1,）整片墙,1,）带壁柱墙,（,5,7,）,2,）带构造柱墙,当构造柱截面宽度不小于墙厚时，可按公式,(5,7),验算带构,造柱墙的高厚比，此时公式中,h,取墙厚；当确定墙的计算高度,时，,s,应取相邻横墙间的距离；墙的允许高厚比,可乘以提高,系数,c,：,c,=1+,b,c,/,(5,6),（,P127,）,式中：,-,系数。对细料石、半细料石砌体，,=0,；对混凝土砌块、粗料石、毛料石及毛石砌体，,=1.0,；其他砌体，,=1.5,；,b,c,-,构造柱沿墙长方向的宽度；,-,构造柱的间距。当,b,c,/,0.25,时取,b,c,/,=0.25,，当,b,c,/,0.05,时取,b,c,/,=0,。（,P125,）注：,考虑构造柱有利作用的高厚比验算不适用于施工阶段。,（,2,）壁柱间墙或构造柱间墙的高厚比,按公式,(5,4),验算壁柱间,墙或构造柱间墙的高厚比，此,时,s,应取相邻壁柱间或相邻构,造柱间的距离。,H,0,一律按刚性,方案考虑,。设有钢筋混凝土圈,梁的带壁柱墙或带构造柱墙，,当,b/s1/30,时，圈梁可视作壁,柱间墙或构造间墙的不动铰支点,(b,为圈梁宽度,),。,5.4,刚性方案房屋墙柱计算,5.4.1,承重纵墙的计算,1,、单层刚性方案承重纵墙的计算（计算模型）,（,1,）屋面荷载作用,（,2,）风荷载,（,3,）墙体自重,（,4,）控制截面及荷载组合,计算截面宽度,:,取窗间墙宽度,，控制截面：,：偏压验算、梁下局部受压验算,、,：偏压验算,2,、多层刚性方案房屋承重纵墙的计算,（,1,）计算单元,设计时取一段具有代表性的一段墙（一个开间）进行计算。,计算截面宽度：,有门窗洞口：,取门（窗）间墙的宽度,无门窗洞口：取计算单元的宽度,（,2,）竖向荷载作用下的计算：,计算简图：,最不利截面的位置及内力计算,I-I,截面，楼盖大梁的底面，该处的弯矩最大；,如果上下墙体的厚度相同，则,竖向力设计值,II-II,截面处，该处截面面积较小。,该处的弯矩：,该截面竖向力设计值：,截面处：,IV-IV,截面：,对于梁跨度大于,9m,的墙承重的多层房屋，除按上述方法计算墙体承载力外，宜再按梁两端固结计算梁端弯矩，再将其乘以修正系数,后，按墙体线性刚度分到上层墙底部和下层墙顶部，修正系数,可按下式计算：,=0.2,式中,a-,梁端实际支承长度；,h-,支承墙体的墙厚，当上下墙厚不同时取下部墙厚，当有壁柱时取,h,T,。,当必须考虑风荷载时，风荷载引起的弯矩,M,，,可按下式计算：,(5,18),式中,-,沿楼层高均布风荷载设计,值,(,kN/m,),；,H,i,-,层高,(m),。,（,3,）在水平风荷载作用下,当刚性方案多层房屋的外墙符合下列要求时，静力计算可不考虑风荷载的影响：,1,）洞口水平截面面积不超过全截面面积的,2/3,；,2,）层高和总高不超过表,5,5,的规定；,3,）屋面自重不小于,0.8kN/m,2,。,外墙不考虑风荷载影响时的最大高度 表,5,5,基本风压值,(kN/m,2,),层高,(m),总高（,m,）,0.4,4.0,28,0.5,4.0,24,0.6,4.0,18,0.7,3.5,18,注：对于多层砌块房屋,190mm,厚的外墙，当层高不大于,2.8m,，总高不大于,19.6m,，基本风压不大于,0.7kN/m,2,时可不考虑风荷载的影响。,5.4.2,承重横墙计算,刚性构造方案房屋由于横墙间距不大，在水平荷,载作用下，纵墙传给横墙的水平力对横墙的承载力,计算影响很小，因此，横墙只需计算垂直荷载作用,下的承载力。,1,、计算简图,刚性方案的计算简图,通常取,1,米,宽的墙体作为,计算单元。,楼板削弱了墙体，将,连接处视为铰支座。,2,、最不利截面位置及内力计算,轴心受压时，可以取,III,III,处为最不利截面，,该截面处的轴向力为,3,、截面承载力计算,按受压构件计算；,局部受压验算。,横墙上设有洞口时，取洞口中心线之间的墙体作为计算单元；,有楼面大梁作用于横墙时，应取大梁间距作为计算单元；,5.5,弹性和刚弹性方案房屋计算,5.1.1,弹性方案单层房屋计算,计算时采用下列假定：,屋架或屋面梁与墙、柱顶端为铰接，墙、柱下端则嵌固于基础顶面；,把屋架或屋面梁视作一刚度无限大的水平杆件，在荷载作用下无轴向变形，所以排架柱受力后，所有柱顶的水平位移均相等。,弹性方案房屋柱顶水平位移,弹性方案单层房屋计算步骤,5.5.2,刚弹性方案单层房屋计算,房屋各层的空间性能影响系数,i,表,5,1,屋盖或楼盖类别,横墙间距,s(m,),16,20,24,28,32,36,40,44,48,52,56,60,64,68,72,1,0.33,0.39,0.45,0.50,0.55,0.60,0.64,0.68,0.71,0.74,0.77,2,0.35,0.45,0.54,0.61,0.68,0.73,0.78,0.82,3,0.37,0.49,0.60,0.68,0.75,0.81,注：,i,取,1,n,，,n,为房屋的层数。,刚弹性方案房屋墙、柱内力分析步骤,5.5.4,刚弹性方案多层房屋计算,1,、刚弹性方案多层房屋静力计算方法,在水平荷载,(,风荷载,),作用下，刚弹性方案房屋墙、柱内力分析可按如下,两步进行，然后将两步结果叠加，即得最后内力：,1,、在平面计算简图中，各层横梁与柱连接处加水平铰支杆，计算,其在水平荷载,(,风荷载,),作用下无侧移时的内力与各支杆反力,Ri,(,图,b),。,2,、考虑房屋的空间作用，将各支杆反力,Ri,乘以由表,5,1,查得的相应空间性能影响系数,i,，并反向施加于节点上，计算其内力,(,图,c),。,2,、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。下面各层按刚性方案计算。,3,、上刚下柔多层房屋,不可取，刚度突变。,5.6,地下室墙,5.6.1,概述,特点：,（,1,）地下室墙体计算一般为刚性方案；,（,2,）由于地下室墙体较厚，一般可不进行高厚比验算；,（,3,）荷载类别多；,（,4,）当墙下大放脚材料强度较低时，还应验算大放脚顶部的局部受压。,5.6.2,地下室墙体的荷载,取一有代表性的计算单元。,（,1,）上部墙体传来的荷载,N,u,，作用与上层墙体截面的形心上；,（,2,）首层地面梁、板传来的轴向力,N,l,，作用于距墙边内侧面,0.4a,0,处；,（,3,）土的侧压力,q,s,；,有地下水,无地下水,（,4,）室外地面活荷载,5.6.3,地下室墙体的计算简图和截面验算,1,、计算简图,当,D,/,/D,0.7,时，,下端支座弯矩为：,E,砌体的弹模；,C,地基刚度系数,M,0,下支座固定时的固端弯距,2,、内力计算及截面验算,（,1,）地下室上部,截面，,按偏心受压验算，同时验算大,梁底面局部受压；,（,2,）地下室下部,截面，,一般情况按轴心受压验算，当,当,D,/,/D,0.7,时，按偏心受压验,算，当墙下大放脚材料强度较,低时，还应验算大放脚顶部的,局部受压。,（,3,）,截面按最大弯矩及,相应的轴力按偏心受压验算。,3,、施工阶段抗滑移验算,回填土阶段，此时上部结构产生的轴向压力较小，应按下式验算基底的抗滑能力,Q,sk,:,土侧压力（有地下水时应包括地下水）标准值,Q,pk,:,室外地面施工活荷载产生的土侧压力标准值,u:,基础与土的摩擦系数,N,k,：,回填土时基础底面的实际轴向压力标准值,