砌體結(jié)構(gòu) 第4章

1、砌砌 體體 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)4 砌體結(jié)構(gòu)房屋墻體Masonry Structure第第4章章 砌體結(jié)構(gòu)房屋墻體砌體結(jié)構(gòu)房屋墻體學習要點：學習要點： 熟悉混合結(jié)構(gòu)房屋承重體系的類型、特點熟悉混合結(jié)構(gòu)房屋承重體系的類型、特點 及適用范圍；及適用范圍； 了解房屋靜力計算方案的劃分；了解房屋靜力計算方案的劃分； 熟練掌握墻、柱高厚比的驗算方法；熟練掌握墻、柱高厚比的驗算方法； 掌握剛性方案多層混合結(jié)構(gòu)房屋的墻體計算；掌握剛性方案多層混合結(jié)構(gòu)房屋的墻體計算； 了解彈性和剛彈性方案房屋的計算。了解彈性和剛彈性方案房屋的計算。 4.1 概述 混合結(jié)構(gòu)房屋通常是指主要承重構(gòu)件由不同的材料組成的房屋。房屋的豎向承重構(gòu)

2、件（墻、柱、基礎(chǔ)）采用砌體材料，而水平承重構(gòu)件（屋蓋、樓蓋）采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（或鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)）。 一般用于住宅、宿舍、辦公樓、學校、商店、食堂等民用建筑以及中小型工業(yè)建筑。名詞解釋：外墻外墻-位于房屋外圍的墻；內(nèi)墻內(nèi)墻-位于房屋內(nèi)部的墻；橫墻橫墻-布置在房屋平面較短方向的墻；縱墻縱墻-布置在房屋平面較長方向的墻；山墻山墻-房屋兩端的橫墻；承重墻承重墻-除承受墻體自重外還承受屋蓋 和樓蓋傳來荷載的墻； 非承重墻非承重墻-僅僅承受自身重量的墻。 按豎向荷載傳遞路線的不同，結(jié)構(gòu)承重方案可分為四種不同類型： 縱墻承重方案 橫墻承重方案 縱橫墻承重方案 內(nèi)框架承重方案4.2 混合結(jié)構(gòu)房屋的結(jié)構(gòu)布置1

3、.縱墻承重方案板板 梁梁( (或屋架或屋架) ) 縱向承重墻縱向承重墻 基礎(chǔ)基礎(chǔ) 地基地基板板 縱向承重墻縱向承重墻 基礎(chǔ)基礎(chǔ) 地基地基 特點：建筑平面布置靈活；縱墻門窗洞口的大小和位置受限；房屋橫向剛度較小，整體性較差。 適用于使用上要求有較大空間的房屋，如食堂、倉庫或中小型工業(yè)廠房等。2.橫墻承重方案屋面屋面( (樓面樓面) )板板 橫向承重墻橫向承重墻 基礎(chǔ)基礎(chǔ) 地基地基 特點：縱墻門窗開洞靈活；空間剛度大，整體性好；施工方便，但墻體材料用量較多。 適用于宿舍、住宅、旅館等居住建筑和由小房間組成的辦公樓。3.縱橫墻承重方案屋面屋面( (樓面樓面) )板板 基礎(chǔ)基礎(chǔ) 地基地基梁梁 縱墻縱墻

4、 橫墻或縱墻橫墻或縱墻 特點：平面布置靈活，可以有較大的空間；有較大的空間剛度；結(jié)構(gòu)受力較為均勻。 適用于教學樓、辦公樓、醫(yī)院、圖書館等建筑。4.底部框架承重方案柱柱 柱基礎(chǔ)柱基礎(chǔ) 屋面屋面( (樓面樓面) )板板 梁梁 地基地基外縱墻外縱墻 外縱墻基礎(chǔ)外縱墻基礎(chǔ) 特點：可獲得較大空間；橫墻較少，空間剛度較差；墻、柱材料不同，其基礎(chǔ)沉降量不一致，結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)不均勻變形。一般用于多層工業(yè)車間、商店、旅館等建筑。4.3 混合結(jié)構(gòu)房屋按空間剛度的分類 混合結(jié)構(gòu)房屋的空間工作 墻體的計算是混合房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容之一，包括墻體的內(nèi)力計算和截面承載力計算。進行墻體內(nèi)力計算時首先要確定計算簡圖。 根據(jù)房屋

5、的空間工作性能確定墻體靜力計算簡圖。空間工作：作用在房屋上的水平荷載（或不對稱荷載）不僅沿著屋蓋縱墻傳力系統(tǒng)傳遞，而且沿屋蓋橫墻傳力系統(tǒng)傳遞，將這種工作狀態(tài)稱為空間工作?？臻g剛度：與空間工作對應的房屋整體剛度稱為空間剛度，其取決于屋蓋或樓蓋的類別和房屋中橫墻的間距以及剛度的大小。 現(xiàn)以各類單層房屋為例來分析其受力特點：兩端無山墻的單層房屋兩端無山墻的單層房屋 單跨平面排架(平面受力體系)縱墻縱墻 排架柱排架柱屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu) 橫梁橫梁基礎(chǔ)基礎(chǔ) 柱的固定端支座柱的固定端支座屋蓋結(jié)構(gòu)和墻的連接點屋蓋結(jié)構(gòu)和墻的連接點 鉸結(jié)點鉸結(jié)點房屋墻頂?shù)乃轿灰疲ㄆ矫嫖灰疲┤Q于縱墻剛度兩端有山墻的單層房屋兩端有

6、山墻的單層房屋最大位移(中間排架)：pmaxr,maxw,suuuu縱墻剛度山墻間距山墻剛度屋蓋水平剛度 房屋空間作用的大小可以用空間性能影響系數(shù)h 表示：式中，k屋蓋系統(tǒng)的彈性常數(shù)，取決于屋蓋剛度； s橫墻的間距。sp111chuuksh 第一類房屋: k=0.03第二類房屋: k=0.05 第三類房屋: k=0.065 物理意義：以單層房屋為例，h是指所取單元在水平荷載作用下，考慮空間作用求得的位移us與不考慮空間作用求得的位移up的比值 h h 越小，房屋的空間作用越大；越小，房屋的空間作用越大； h h 越大，房屋的空間作用越?。辉酱?，房屋的空間作用越??；故故h h又稱為考慮空間工作后

7、的側(cè)移折減系數(shù)。又稱為考慮空間工作后的側(cè)移折減系數(shù)。 橫墻間距s是影響房屋剛度或側(cè)移大小的重要因素，不同橫墻間距的各類單層房屋的屋蓋空間性能影響系數(shù)h 可按公式計算或查表得知。多層房屋的空間性能影響系數(shù)比單層的數(shù)值偏小，但為簡便或偏于安全，規(guī)范取多層房屋與單層房屋相同的系數(shù)值。房屋各層的空間性能影響系數(shù)房屋各層的空間性能影響系數(shù)ih屋屋 蓋蓋 或樓蓋或樓蓋類別類別橫橫 墻墻 間間 距距 s (m)16202428323640444852566064687210.330.390.450.500.550.600.640.680.710.740.7720.350.450.540.610.680.73

8、0.780.8230.370.490.600.680.750.81注：注：i 取取1n，n為房屋的層數(shù)。為房屋的層數(shù)。 按照房屋空間作用的大小，在進行混合結(jié)構(gòu)房屋靜力計算時可劃分為三種方案： 剛性方案剛性方案 (rigid analysis scheme) 彈性方案彈性方案 (elastic analysis scheme) 剛彈性方案剛彈性方案 (rigid-elastic analysis scheme) 剛性方案 當房屋的空間剛度很大時，在水平荷載作用下us0，這時屋蓋可視為縱向墻體上端的不動鉸支座，墻柱內(nèi)力可按上端有不動鉸支座支承的豎向構(gòu)件進行計算，這類房屋稱為剛性方案房屋。彈性方案

9、若房屋的空間剛度很小，在水平荷載作用下us up ，這時墻柱內(nèi)力可按不考慮空間作用的平面排架或框架計算，這類房屋稱為彈性方案房屋。剛彈性方案 若房屋的空間剛度介于上述兩種方案之間，在水平荷載作用下0us0.77，按彈性方案計算；h h 0.33，按剛性方案計算；0.33 h h 0.77，按剛彈性方案計算。房屋的靜力計算方案房屋的靜力計算方案屋蓋或樓蓋類別屋蓋或樓蓋類別剛性方案剛性方案剛彈性方案剛彈性方案彈性方案彈性方案1整體式、裝配整體式和裝配式無檁體系整體式、裝配整體式和裝配式無檁體系鋼筋混凝土屋蓋或鋼筋混凝土樓蓋鋼筋混凝土屋蓋或鋼筋混凝土樓蓋s722裝配式有檁體系鋼筋混凝土屋蓋、輕鋼裝配

10、式有檁體系鋼筋混凝土屋蓋、輕鋼屋蓋和有密鋪望板的木屋蓋或木樓蓋屋蓋和有密鋪望板的木屋蓋或木樓蓋s483瓦材屋面的木屋蓋和輕鋼屋蓋瓦材屋面的木屋蓋和輕鋼屋蓋s36 可以看出，對同一種靜力計算方案，屋蓋或樓蓋的剛度越差，可以看出，對同一種靜力計算方案，屋蓋或樓蓋的剛度越差，橫墻間距橫墻間距s的限的限值越小。值越小。 注意：對無山墻或伸縮縫無橫墻的房屋，應按彈性方案考慮。在設(shè)計多層混合結(jié)構(gòu)房屋時，不宜采用彈性方案。當多層房屋的屋蓋、樓蓋類別不同或橫墻間距不同時，可分別確定各層（底層或頂部各層）房屋的靜力計算方案。 規(guī)范規(guī)定，剛性和剛彈性方案房屋的橫墻必須符合如下構(gòu)造要求：橫墻開有洞口時，洞口的水平截

11、面面積不應超過橫墻截面面積的50%；橫墻厚度不宜小于180mm；單層房屋橫墻長度不宜小于其高度，多層房屋的橫墻長度不宜小于橫墻總高度的1/2； 橫墻應與縱墻同時砌筑，以確保房屋整體性。當橫墻不能同時滿足這些要求時，應對橫墻的側(cè)移剛度進行驗算。4.4 砌體房屋墻柱設(shè)計1.單層剛性方案房屋承重縱墻的計算 假定每片縱墻按上端支承在不動鉸支座和下端支承在固定支座上的豎向構(gòu)件單獨計算。4.4.1剛性方案房屋承重縱墻的計算（1）豎向荷載 屋面荷載 縱墻墻體自重（包括女兒墻）和門窗重 作用于墻體的軸線上 屋蓋構(gòu)件自重屋面活荷載或雪荷載集中荷載傳遞到承重墻頂部豎向荷載作用下內(nèi)力圖豎向荷載作用下內(nèi)力圖 （2）風

12、荷載屋面上（包括女兒墻上）的風荷載可簡化為作用于墻、柱頂端的集中力，并通過屋蓋直接傳給橫墻經(jīng)基礎(chǔ)傳給地基，在縱墻中不引起內(nèi)力。墻面上的風荷載為均布荷載，應考慮兩種風向，迎風面為壓力，背風面為吸力。風荷載作用下內(nèi)力圖風荷載作用下內(nèi)力圖 （3）控制截面及內(nèi)力組合 墻柱頂端-截面 墻柱下端- 截面 風荷載作用下最大 彎矩對應的-截面偏壓驗算梁端局壓驗算偏壓驗算偏壓驗算2.多層剛性方案房屋承重縱墻的計算（1）計算單元的選取 混合結(jié)構(gòu)房屋的承重縱墻一般比較長，設(shè)計時可僅取其中有代表性的一段作為計算單元。有門窗洞口時，內(nèi)外縱墻的計算截面寬度B一般取一個開間的門間墻或窗間墻的寬度；無門窗洞口時，計算截面寬度

13、 122llB 多層房屋的墻、柱在每層高度范圍內(nèi)，可近似的視為兩端鉸支的豎向構(gòu)件。（2）豎向荷載作用下的計算墻體計算簡圖墻體計算簡圖 按照假定，多層房屋上下層墻體在樓蓋支承處均為鉸接。在計算某層墻體時，以上各層荷載傳至該層墻體頂端支承截面處的彎矩為零；而在所計算層墻體頂端截面處，由樓蓋傳來的豎向力則應考慮其偏心距。實踐證明，這種假定既偏于安全，又基本符合實際。以第二層墻為例上端截面：下端截面：IulNNNIIulNNNGIIllMN eII0M y-0.4a0 規(guī)范規(guī)定，對于梁跨度大于9m的墻承重的多層房屋，除按上述方法計算墻體承載力外，宜按兩端固結(jié)計算梁端彎矩，再將其乘以修正系數(shù)g g 后，

14、按墻體線剛度分到上層墻底部和下層墻頂部。此時墻柱下端截面彎矩不為零時，也應按偏心受壓截面計算。式中，a梁端實際支承長度； h支承墻體的墻厚，當上下墻厚不同時 取下部墻厚，當有壁柱時取hT。0.2ahg（3）水平荷載作用下的計算墻柱可視作豎向連續(xù)梁2112iMwH 風荷載設(shè)計值風荷載設(shè)計值第第i 層層高層層高 當剛性方案多層房屋的外墻符合下列要求時，靜力計算可不考慮風荷載的影響：1）當洞口水平截面面積不超過全截面面積的2/3；2）屋面自重不小于0.8N/m2；3）層高和總高不超過規(guī)定限制。外墻不考慮風荷載影響時的最大高度外墻不考慮風荷載影響時的最大高度 基本風壓值（基本風壓值（kN/m2）層高（

15、層高（m）總高（總高（m）0.40.50.60.74.04.04.03.528241818注：對于多層砌塊房屋注：對于多層砌塊房屋190mm厚的外墻，當層高不大于厚的外墻，當層高不大于2.8m， 總高不大于總高不大于19.6m，基本風壓不大于，基本風壓不大于0.7kN/m2 時，可不考時，可不考 慮風荷載的影響。慮風荷載的影響。 以橫墻承重的房屋中，由于縱墻的間距都不會很大，橫墻承重體系房屋一般都屬于剛性方案房屋，樓(屋)蓋可作為墻體的不動鉸支座。因此承重橫墻的計算簡圖和內(nèi)力分析與剛性方案承重縱墻相同。4.4.2 承重橫墻的計算 若橫墻兩邊樓板的構(gòu)造不同或開間不等，則作用于頂部截面為偏心荷載，

16、應按偏心受壓構(gòu)件驗算截面承載力；當活荷載很大，也應考慮只有一邊作用著活荷載的情況按偏壓驗算截面承載力。4.4.3 彈性方案單層房屋的計算 彈性方案單層房屋的靜力計算，可按屋架或大梁與墻(柱)為鉸接的、不考慮空間作用的平面排架計算。 彈性方案房屋墻柱的控制截面為柱頂I-I截面及柱底II-II截面，其承載力驗算與剛性方案相同。4.4.4 剛彈性方案單層房屋的計算 剛彈性方案單層房屋的靜力計算應考慮房屋的空間作用，平面排架的柱頂上加有一彈性支座，彈性支座的剛度與房屋空間性能影響系數(shù)h 有關(guān)。 剛彈性方案房屋墻柱的控制截面也為柱頂I-I截面及柱底II-II截面，其承載力驗算與剛性方案相同。 在豎向荷載

17、作用下，剛彈性方案多層房屋的內(nèi)力計算方法和剛性方案多層房屋相同；在水平風荷載作用下，剛彈性方案多層房屋墻柱的內(nèi)力分析可仿照單層剛彈性方案房屋進行計算。4.5 墻柱高厚比驗算 規(guī)范中規(guī)定用驗算墻、柱高厚比的方法進行墻、柱穩(wěn)定性的驗算。這是保證砌體結(jié)構(gòu)在施工階段和使用階段穩(wěn)定性的一項重要構(gòu)造措施。 高厚比系指砌體墻、柱的計算高度H0和墻厚或邊長h的比值，其驗算包括兩方面： 允許高厚比的限值 墻、柱實際高厚比的確定4.5.1允許高厚比及影響高厚比的主要因素墻柱的允許高厚比墻柱的允許高厚比b b值值砂漿強度等級砂漿強度等級墻墻柱柱M2.52215M5.02416M7.52617注：1.毛石墻、柱允許高

18、厚比應按表中數(shù)值降低20%； 2.組合磚砌體的允許高厚比，可按表中數(shù)值提高 20%，但不得大于28； 3.驗算施工階段砂漿尚未硬化的新砌砌體高厚比 時，允許高厚比對墻取14，對柱取11。 影響墻、柱高厚比的主要因素：1） 砂漿強度等級2） 砌體類型3） 橫墻間距4） 支承條件5） 墻體截面剛度 6） 構(gòu)件重要性和房屋的使用情況7） 構(gòu)造柱間距 4.5.2 高厚比的驗算1. 一般墻、柱的高厚比驗算210bbhH墻柱計算高度墻厚或矩形柱與H0相對應的邊長自承重墻允許高厚比的修正系數(shù)有門窗洞的墻允許高厚比的修正系數(shù)受壓構(gòu)件的計算高度 H02 . 1,mm2401h5 . 1,mm901h1,mm24

19、0mm90 h線性內(nèi)插 提高系數(shù)提高系數(shù)注意：當計算結(jié)果小于0.7時，應取0.7，當洞口高度等于或小于墻高的1/5時，可取為1.0。s21 0.4bs 在寬度 s 范圍內(nèi)的門窗洞口總寬度 相鄰窗間墻、壁柱或構(gòu)造柱之間的距離 降低系數(shù)降低系數(shù) 上部為自由端墻的允許高厚比，尚可在原有s數(shù)值上提高30%。 當與墻連接的相鄰橫間墻的距離s12b時，墻的高度可不受b 12b的限制。 變截面柱的高厚比可按上、下截面分別驗算。驗算上柱的高厚比時，墻柱的允許高厚比可將數(shù)值乘以1.3后采用。 對厚度小于90mm的墻，當雙面用不低于M10的水泥砂漿抹面，包括抹面層的墻厚小于90mm時，可按墻厚等于90mm驗算高厚比。2.帶壁柱墻或帶構(gòu)造柱墻的高厚比驗算（1）帶壁柱墻沿墻長度方向隔一定距離將墻體局 部加厚形成墻面帶肋的加勁墻體。1）整片墻高厚比驗算012T Hhb b2）壁柱間墻的高厚比驗算210bbhH（2）帶構(gòu)造柱墻 wall with structural concrete column1）整片墻高厚比驗算012c Hhb b修正系數(shù)修