层房屋墙体计算PPT课件

1.单层刚性方案房屋承重纵墙的计算单层刚性方案房屋承重纵墙的计算(1)基本假定基本假定静力分析时，纵墙顶端的水平位移由屋盖结构承受静力分析时，纵墙顶端的水平位移由屋盖结构承受(不动不动铰支座铰支座)，其值认为为零。假定为：，其值认为为零。假定为：1)1)纵墙下端在基础顶面处固接，上端与屋架或屋面梁铰接。纵墙下端在基础顶面处固接，上端与屋架或屋面梁铰接。下端固接：下端固接：单层房屋高度较大，需考虑水平风荷载的作用，单层房屋高度较大，需考虑水平风荷载的作用，墙底部截面的弯距和轴力都较大，弯距作用不可忽略。墙底部截面的弯距和轴力都较大，弯距作用不可忽略。上端铰接：上端铰接：反映两构件实际存在的非整体特点。反映两构件实际存在的非整体特点。2)2)屋盖结构可作为纵墙上端的不动铰支座。屋盖结构可作为纵墙上端的不动铰支座。刚性方案房屋空间性能显著，荷载作用下排架的柱顶水平刚性方案房屋空间性能显著，荷载作用下排架的柱顶水平位移可以被忽略，位移可以被忽略，屋盖结构可作为墙体的不动铰支座屋盖结构可作为墙体的不动铰支座。+=(2)(2)计算简图计算简图规范：规范：单层房屋在荷载作用下，墙柱可视为上端单层房屋在荷载作用下，墙柱可视为上端不动铰支承于屋盖，下端嵌固于基础的竖向构件。不动铰支承于屋盖，下端嵌固于基础的竖向构件。即：每片纵墙均可按上端支承在不动铰，下端支承在固即：每片纵墙均可按上端支承在不动铰，下端支承在固定支座上的竖向构件，单独进行计算定支座上的竖向构件，单独进行计算(由计算简图作简化由计算简图作简化)。单层刚性方案纵墙计算简图单层刚性方案纵墙计算简图(3)(3)作用荷载作用荷载1)水平荷载水平荷载(风荷载风荷载)：作用于作用于屋面上屋面上与与墙面上墙面上两部分。两部分。屋面屋面(包括女儿墙包括女儿墙)上的风荷载：上的风荷载：一般简化为作用在屋架一般简化为作用在屋架(或屋面梁或屋面梁)与墙体连接处与墙体连接处(即墙顶处即墙顶处)的集中力的集中力W。屋面屋面集中力集中力WW。墙面墙面 上的风荷载：上的风荷载：均作为均布荷载，迎风面上为压力均作为均布荷载，迎风面上为压力q1，背风面上为吸力，背风面上为吸力q2。墙面均布荷载墙面均布荷载q q。设计中为了组合不利内力，墙面风荷载应考虑左风和设计中为了组合不利内力，墙面风荷载应考虑左风和右风两个方向。右风两个方向。对于屋面集中力对于屋面集中力WW，由于刚性方案房屋空间作用显著，由于刚性方案房屋空间作用显著，可由不动铰支座承担而不作考虑。可由不动铰支座承担而不作考虑。=abq1q2ABABabW+风荷载作用下风荷载作用下单层刚性方案纵墙计算简图单层刚性方案纵墙计算简图q1q2H屋面集中力屋面集中力W由不动铰由不动铰支座承担而不作考虑。支座承担而不作考虑。墙顶无水平位移，墙顶无水平位移，按单个排架柱计算按单个排架柱计算屋面集中力屋面集中力W墙面均布荷载墙面均布荷载q(3)(3)作用荷载作用荷载2)竖向荷载竖向荷载(屋面荷载和墙体自重屋面荷载和墙体自重)：屋面荷载：屋面荷载：包括屋盖恒载、屋面活载或雪荷载。这包括屋盖恒载、屋面活载或雪荷载。这些荷载通过屋架或屋面梁，以集中力形式作用于墙顶。些荷载通过屋架或屋面梁，以集中力形式作用于墙顶。墙体自重：墙体自重：注意变截面墙柱，上阶柱自重将对下阶注意变截面墙柱，上阶柱自重将对下阶柱截面产生弯距。柱截面产生弯距。abNLga NLqa GANLgb NLqbGBeeabeLeLabq1q2ABWHNLMNLM=ABab+q1q2NLMNLM(4)(4)内力计算内力计算墙顶无水平位移，按单个排架计算。墙顶无水平位移，按单个排架计算。每片纵墙均可每片纵墙均可按上端由不动铰支承，下端嵌固于基础的竖向构件，单按上端由不动铰支承，下端嵌固于基础的竖向构件，单独进行计算。独进行计算。单层刚性方案房屋纵墙内力计算简图单层刚性方案房屋纵墙内力计算简图 AAaaRaRaRARANLMMxHxMAMaqMAMaMxH竖向荷载作用下的内力竖向荷载作用下的内力(利用对称性利用对称性)M=N M=NL Le eL L M Ma a=M=M，M MA A=-M/2=-M/2 R Ra a=-R=-RA A=-3M/2H=-3M/2H离上端离上端x x处的弯距：处的弯距：M Mx x=M(2-3x/H)/2=M(2-3x/H)/2水平荷载作用下的内力水平荷载作用下的内力 R Ra a=3qH/8 R=3qH/8 RA A=5qH/8=5qH/8 M Ma a=0 M=0 MA A=qH=qH2 2/8/8离上端离上端x x处的弯距：处的弯距：M Mx x=-qHx(3-4x/H)/8=-qHx(3-4x/H)/8当当x=3H/8x=3H/8时，时，M Mmaxmax=-9qH=-9qH2 2/128/128xMmaxxIIIIIIIIIIII(5)(5)控制截面和内力组合控制截面和内力组合1)墙截面取窗间墙宽度墙截面取窗间墙宽度可简化取为窗间墙截面，对内力计算影响不大。2)三个控制截面：三个控制截面：-，-，-荷载荷载 荷载组合荷载组合 控制截面内力控制截面内力 控制截面内力组合控制截面内力组合 控制截面最不控制截面最不利内力利内力 墙柱承载力计算墙柱承载力计算3)墙柱承载力验算：墙柱承载力验算：-截面：偏压、局压；截面：偏压、局压；-截面：偏截面：偏压；压；-截面：偏压。截面：偏压。(1)(1)基本假定与计算简图基本假定与计算简图 横墙间距大，房屋空间刚度横墙间距大，房屋空间刚度很小，故墙柱内力可按很小，故墙柱内力可按有侧移的有侧移的平面排架平面排架计算。假定为：计算。假定为：1)1)屋架或屋面梁与墙柱顶端屋架或屋面梁与墙柱顶端铰接，下端嵌固于基础顶面。铰接，下端嵌固于基础顶面。2)2)屋架或屋面梁视作刚度无屋架或屋面梁视作刚度无限大的系杆，在轴力作用下无伸限大的系杆，在轴力作用下无伸缩变形，故在荷载作用下，柱顶缩变形，故在荷载作用下，柱顶水平位移处处相等。水平位移处处相等。单层弹性方案房屋单层弹性方案房屋纵墙内力计算简图纵墙内力计算简图abq1q2ABWHNLMNLM(2)(2)内力计算：内力计算：以单跨等截面墙的单层弹性方案房以单跨等截面墙的单层弹性方案房屋为例，取一个开间作为计算单元。屋为例，取一个开间作为计算单元。AaRaRANLMMxHxMAMaabABNLMNLM1)竖向荷载作用下的内力竖向荷载作用下的内力 当屋盖荷载对称时，排当屋盖荷载对称时，排架柱顶将不产生侧移，内架柱顶将不产生侧移，内力计算与刚性方案相同。力计算与刚性方案相同。M=NM=NL Le eL L M Ma a=-M=-Mb b=M=M M MA A=-M=-MB B=-M/2=-M/2 R Ra a=-R=-RA A=-R=-Rb b=R=RB B=-3M/2H=-3M/2H离上端离上端x x处的弯距：处的弯距：M Mx x=M(2-3x/H)/2=M(2-3x/H)/2竖向荷载作用下单层弹性竖向荷载作用下单层弹性方案房屋纵墙内力计算方案房屋纵墙内力计算2)2)水平荷载作用下的内力水平荷载作用下的内力内力计算分三步内力计算分三步(称为二步迭加称为二步迭加)。a)在排架柱顶附加一在排架柱顶附加一不动铰支座不动铰支座，以阻止水平位移，以阻止水平位移，形成无侧移的平面排架形成无侧移的平面排架，求出不动铰支座的水平反力，求出不动铰支座的水平反力R和和杆件内力杆件内力(方法同刚性方案方法同刚性方案)。b)将求出的柱顶反力将求出的柱顶反力R反向作用于排架顶端，求出各反向作用于排架顶端，求出各杆内力。杆内力。c)将上述二种计算结果迭加将上述二种计算结果迭加，抵消附加的柱顶反力，抵消附加的柱顶反力R，仍然形成有侧移的平面排架，即可得弹性方案房屋的内力仍然形成有侧移的平面排架，即可得弹性方案房屋的内力计算结果。计算结果。abq1q2ABWH=水平荷载作用下单层弹性方案房屋纵墙内力计算水平荷载作用下单层弹性方案房屋纵墙内力计算 abq1q2ABW+RabABR(a)(b)(c)MAMBMAMB由图由图b)得：得：R=3(qR=3(q1 1+q+q2 2)H/8+W)H/8+W M MA(b)A(b)=q=q1 1H H2 2/8/8，M MB(b)B(b)=q=q2 2H H2 2/8/8由图由图c)得：得：M MA(c)A(c)=RH/2=RH/2 =3(q =3(q1 1+q+q2 2)H/8+WH/2)H/8+WH/2M MB(c)B(c)=-RH/2=-RH/2 =-3(q =-3(q1 1+q+q2 2)H)H2 2/16+WH/2/16+WH/2将上述图将上述图b)、c)二种计算结果迭加，可得图二种计算结果迭加，可得图a)弹性方弹性方案内力计算结果：案内力计算结果：M MA A=M=MA(b)A(b)+M+MA(c)A(c)=5q=5q1 1H H2 2/16+3q/16+3q2 2H H2 2/16+WH/2/16+WH/2M MB B=M=MB(b)B(b)+M+MB(c)B(c)=-3q=-3q1 1H H2 2/16+5q/16+5q2 2H H2 2/16+WH/2/16+WH/2(2)(2)控制截面：控制截面：两个控制截面：柱顶两个控制截面：柱顶I-II-I截面，柱底截面，柱底II-IIII-II截面截面.一般危险截面在柱底一般危险截面在柱底II-II.II-II.柱的计算高度为柱的计算高度为H.H.承载力验算同刚性方案承载力验算同刚性方案:柱顶柱顶-截面：偏压、局压截面：偏压、局压 柱底柱底-截面：偏压截面：偏压(1)(1)计算简图计算简图 考虑房屋空间作用，考虑房屋空间作用，在平面排架的柱顶上加上在平面排架的柱顶上加上一个弹性支座，弹性支座一个弹性支座，弹性支座的刚度用空间性能影响系的刚度用空间性能影响系数数 反映反映。单层刚弹性方案房屋单层刚弹性方案房屋纵墙内力计算简图纵墙内力计算简图abq1q2ABWHNLMNLM(2)(2)内力计算：内力计算：1)1)方法：方法：以柱顶作用一水平集中力以柱顶作用一水平集中力R R为例。为例。侧移折减为：侧移折减为：p-s=(1-)p设弹性设弹性支座反力为支座反力为x，据内力与位移成正比的关系，据内力与位移成正比的关系可得：可得：p:(1-)p=R:x则有：R-x=R 或 x=(1-)R s s=p pRx p p p pRx=+p p s s=(1-)=(1-)p p=R=R-x s s=p p(2)(2)内力计算：内力计算：2)2)计算步骤计算步骤两步迭加：两步迭加：a)在排架柱顶附加一在排架柱顶附加一不动铰支座不动铰支座，以阻止水平位移，以阻止水平位移，形成无侧移的平面排架形成无侧移的平面排架，求出不动铰支座的水平反力，求出不动铰支座的水平反力R和杆件内力和杆件内力(方法同弹性方案方法同弹性方案)。b)将求出的柱顶反力将求出的柱顶反力R，以，以RR反向作用于排架顶端，反向作用于排架顶端，求出各杆内力求出各杆内力。c)将上述二种计算结果迭加将上述二种计算结果迭加，抵消附加的柱顶反力，抵消附加的柱顶反力RR，仍然形成具弹性支座的平面排架，即可得刚弹性，仍然形成具弹性支座的平面排架，即可得刚弹性方案房屋的内力计算结果。方案房屋的内力计算结果。abq1q2ABWH=水平荷载作用下单层刚弹性方案房屋纵墙内力计算水平荷载作用下单层刚弹性方案房屋纵墙内力计算abq1q2ABW+RabABRR(a)(b)(c)MAMMB BMAMB以单层单跨等截面墙柱为例：以单层单跨等截面墙柱为例：屋盖荷载作用下：算法与弹性方案相同屋盖荷载作用下：算法与弹性方案相同.水平风荷载水平风荷载作用下：作用下：MA=WH/2+(1/8+3/16)q1H2+3q2H2/16 MB=-WH/2+(1/8+3/16)q2H2+3q1H2/16(3)(3)控制截面：控制截面：两个控制截面：柱顶两个控制截面：柱顶I-II-I截面，柱底截面，柱底II-IIII-II截面截面.一般危险截面在柱底一般危险截面在柱底II-II.II-II.柱的计算高度为柱的计算高度为H.H.承载力验算同弹性方案承载力验算同弹性方案:柱顶柱顶-截面：偏压、局压截面：偏压、局压 柱底柱底-截面：偏压截面：偏压