第5章混合结构房屋墙、柱设计

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,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,*,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,*,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,*,1.了解房屋空间工作性能的概念及影响因素；,2.理解房屋静力计算方案的种类及确定方法。,3、,掌握,单、多,层刚性方案房屋计算方法,4、掌握墙柱高厚比验算,第五章 混合结构房屋墙、柱设计,教学目标：,房屋静力计算方案的种类及确定方法、,单层、多层刚性方案房屋计算方法,墙柱高厚比验算,。,重 点,难 点,房屋空间工作性能的概念及影响因素。,第5章 混合结构房屋墙体设计,本章重点：房屋的静力计算方案、墙柱高厚比验算、多层房屋墙体计算,5.1,概述,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。,5-2、混合结构房屋的结构布置,1、纵墙承重方案,板,梁（或屋架）,纵墙,基础,地基,2、横墙承重方案,楼（屋）面板,横墙,基础,地基,3、纵横墙承重方案,楼（屋）面板,梁,纵墙,横墙,基础地基,纵墙承重方案,纵横墙承重方案,横墙承重方案,第5章 混合结构房屋墙体设计,5.1 混合结构房屋的结构布置,5.2.1 墙体承重体系,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。,第5章 混合结构房屋墙体设计,5.1 混合结构房屋的结构布置,5-1,第5章 混合结构房屋墙体设计,5.1 混合结构房屋的结构布置,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。,第5章 混合结构房屋墙体设计,5.1 混合结构房屋的结构布置,第5章 混合结构房屋墙体设计,5.1 混合结构房屋的结构布置,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。,第5章 混合结构房屋墙体设计,5.1 混合结构房屋的结构布置,4、内框架纵墙承重方案,外纵墙,外纵墙基础,楼(屋)面板,梁,柱,柱基础,地基,5、底部框架承重方案,梁板荷载在上部通过内外墙体向下传递，在结构转换层部位，通过钢筋混凝土梁传给柱，再传给基础。,第5章 混合结构房屋墙体设计,5.1 混合结构房屋的结构布置,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。,第5章 混合结构房屋墙体设计,5.1 混合结构房屋的结构布置,第5章 混合结构房屋墙体设计,5.1 混合结构房屋的结构布置,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。,第5章 混合结构房屋墙体设计,5.1 混合结构房屋的结构布置,第5章 混合结构房屋墙体设计,5.1 混合结构房屋的结构布置,2.墙体布置一般原则,1）尽可能采用横墙承重体系，尽量减少横墙间的距离，以增加房屋的整体刚度。,2）承重墙布置力求简单、规则，纵墙亦拉通，避免断开和转折，每隔一定距离设一道横墙，将内外纵墙拉结在一起，形成空间受力体系，增加房屋的空间刚度和增强调整地基不均匀沉降的能力。,3）承重墙所承受的荷载力求明确，荷载传递的途径应简捷、直接。开洞时应使各层洞口上下对齐。,4）结合楼盖、屋盖的布置，使墙体避免承受偏心距过大的荷载或过大的弯矩。,第5章 混合结构房屋墙体设计,5.3 混合结构房屋空间刚度和静力计算方案,5,.3 混合结构房屋空间刚度分类,5.3.1 房屋的受力分析与空间刚度,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5章 混合结构房屋墙体设计,风荷载纵墙纵墙基础地基。,计算单元单跨平面排架,第一种情况：,图,5-7,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：,5.3 混合结构房屋空间刚度和静力计算方案,第5章 混合结构房屋墙体设计,第二种情况：,如图5-8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。,5.3 混合结构房屋空间刚度和静力计算方案,第5章 混合结构房屋墙体设计,图5-8 两端有山墙的单层房屋,5.3 混合结构房屋空间刚度和静力计算方案,第5章 混合结构房屋墙体设计,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；,6.2 混合结构房屋空间刚度和静力计算方案,第5章 混合结构房屋墙体设计,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5-3查用(屋盖类别见表5-1)。,5.3 混合结构房屋空间刚度和静力计算方案,第5章 混合结构房屋墙体设计,6.2 混合结构房屋空间刚度和静力计算方案,第5章 混合结构房屋墙体设计,6.2 混合结构房屋空间刚度和静力计算方案,第5章 混合结构房屋墙体设计,6.2 混合结构房屋空间刚度和静力计算方案,5.3.2 房屋的静力计算方案,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5-1)：,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。0.77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。,第5章 混合结构房屋墙体设计,6.2 混合结构房屋空间刚度和静力计算方案,3、刚性方案和刚弹性方案的横墙,1、,2、,3、,4、,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%；,横墙厚度不宜小于180mm；,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）；,当横墙不能同时符合上述要求时，应对横墙刚度进行验算，如其最大水平位移u,max,H/4000(H为横墙总高度)时，仍可视为刚性或刚弹性方案房屋的横墙。符合此刚度要求的一段横墙或其他结构构件（如框架等），也可视为刚性或刚弹性方案房屋的横墙。,第5章 混合结构房屋的墙、柱设计,水平承重构件,竖向承重构件,屋盖,楼盖,钢筋混凝土、木材,墙、柱、基础,砌体材料,砌体结构,（混合结构）,1、结构结构布置,承重墙体的布置,确定墙体承重体系,2、确定房屋静力计算方案,确定墙、柱的计算模型,3、强度计算,内力分析,截面设计,构造处理,4、变形（侧移）和稳定计算,5、施工图,截面尺寸,材料选择,承载力计算,墙、柱设计步骤,5-4 砌体房屋墙体、柱设计计算,5-4、,多层刚性方案房屋墙、柱承载力的计算,一）、计算单元,二）、荷载计算,有门窗洞口（如纵墙）：,左右开间各一半,无门窗洞口（如受均布荷载的横墙和山墙）：,取1m长的墙体,竖向荷载,水平荷载,恒载,活载,风载,三）、计算简图,1、在竖向荷载作用下，多层房屋的墙体如同一竖向连续梁，屋盖、楼盖及基础顶面均作为连续梁的支点。,墙、柱在每层层高范围内被简化为两端铰支的竖向偏心受压构件,4)当梁支承于墙上时，梁端支承压力N,1,到墙内边距离，对屋盖梁应取梁端有效支承长度a,0,的0.33倍；对楼盖梁应取梁端有效支承长度a,0,的0.4倍。,1)上部各层的荷载（包括墙体重、屋面及楼板重等）沿上一层墙的截面形心传至下层；,2)在计算某层墙体弯矩时，要考虑本层梁、板支承压力对本层墙体产生的弯矩，当本层墙与上一层墙形心不重合时，尚应考虑上部传来的竖向荷载对本层墙体产生的弯矩；,3)每层墙体的弯矩图按三角形变化，上端弯矩最大，下端为零：,计算原则：,M=qH,i,2,/12,风荷载引起的弯矩按下式计算：,q,H,i,第i层墙体的高度，即第i层层高。,风荷载,可不考虑,三个条件,（P,302,）,计算单元上沿每米墙高分布的风荷载设计值，kN/m；,2、水平荷载作用下，墙体计算简图可简化为一竖向多跨连续梁。,四）、内力计算,1、纵墙内力,轴力,N,I,=N,l,+N,u,I-I截面（楼盖大梁底面处）,N,=N,I,+N,h3,-截面（窗口上边缘处）,截面（窗口下边缘处）,N,=N,+N,h2,-截面（下层楼盖大梁底面处）,N,=N,+N,h1,N,u,N,l,本层梁端支承反力,N,h3,高为h,3,宽为b的墙体自重,N,h2,高为h,2,宽为b,1,的墙体自重,N,h1,高为h,1,宽为b,1,的墙体自重,上部各层传来的竖向荷载。其中包括截面I-I以上全部墙重和上面各层楼面和屋面上的恒载和活载,弯矩,M,I,=N,l