混合结构墙体设计.ppt

,§19-1墙体设计的基本原则 §19-2刚性方案房屋 §19-3弹性和刚性方案房屋,第19章混合结构房屋墙体设计,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。,§19-1墙体设计的基本原则,19章,混合结构房屋墙体的结构布置按其竖向荷载传递路线不同，大致分为以下几种类型： 1）横墙承重方案 2）纵墙承重方案 3）纵横墙承重方案 4）内框架承重方案,一、结构的组成及承重墙体的布置,19章,横墙承重方案,竖向荷载主要传递路线是：板横墙基础地基。 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)横墙间距很小(一般在2.74.5m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，材料用量较少；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。,纵墙承重方案,竖向荷载主要传递路线是：板纵墙基础地基；板梁纵墙基础地基。 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)纵墙承重体系楼盖(屋盖)的材料用量较多，而墙体材料用量较少。 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。,纵横墙承重方案,即可保证灵活的房间布置,又具有较大的空间刚度整体性,其荷载传力途径为 梁纵墙纵墙基础 楼屋面板 横墙横墙基础 特点：适用于房间的大小变化较大，平面布置灵活的房屋。,基础,内框架承重方案,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。 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。,19章,二、混合结构房屋的静力计算方案,(一)混合结构房屋的空间工作 混合结构房屋中搞体计算主要包括内力计算和截面承载力计算。进行墒体内力分析首先要确定其计算简图。 图135为一混合结构的单层房屋，外纵墙承重，屋盖为装配式钢筋混凝土楼盖，因作用于房屋的风荷载为均匀分布，则可在其中任意取出一个单元，这个单元受力状态和整个房屋的受力状态一样，这个单元称为计算单元。 图135(a)两端没有设置山墙，荷载作用下的墙顶位移主要取决于纵墒的刚度，而屋盖结构的刚度只是保证传递水平荷载时两边纵墙位移相同。 图135(b)两端设有山墙，纵搞顶部的水平位移不仅与纵墙刚度有关，而民与屋盖结构水平刚度、山墙的刚度有很大关系。出于山墙(横墙)的存在，改变了水平荷载的传递路线，使房屋有了空间作用。,19章,19章,(a)弹性方案 (b)刚弹性方案（01.0） (c)刚性方案,（二）静力计算方案 混合结构房屋的静力计算，按照作用于屋盖(楼盖)平面内的水平荷载传力途径的不同，可划分为弹性方案、刚性方案和刚弹性方案。,19章,（a）刚性方案,如横墙刚度很大(墙顶位移很小)，且间距L不大； 屋盖(楼盖)在自身平面内具有足够刚度(水平挠度f 很小)； 在这种情况下屋盖(楼盖)的总水平位移(+f )很小，可忽略不计，使得R10，R2R，屋盖(楼盖)处水平力R的绝大部分将通过R2传至基础，属空间传力体系，称为刚性方案。,静力计算时，墙、柱可作为以屋盖(楼盖)为不动铰支座的竖向构件计算。,19章,(b) 弹性方案,当无横墙或横墙有很大开洞，其自身平面内刚度很小(墙顶位移较大)；或横墙间距L很大； 屋盖(楼盖)刚度很差(如木屋盖)，屋盖(楼盖)作为水平梁的挠度f 很大； 在这种情况下屋盖(楼盖)的总水平位移(+f )很大，使得R1R，R20，屋盖(楼盖)处水平力R的绝大部分将通过R1传至基础，属平面传力体系，称为弹性方案。,静力计算时不考虑空间作用，按平面排架分析。,19章,(c) 刚弹性方案,介于以上两种情况之间的为刚弹性方案，R1与R2均不容忽略，静力计算时按考虑空间工作的平面排架分析； 设R1=R，R2=(1-)R，称为房屋的空间性能影响系数。 值越大，房屋的空间刚度越小，通过平面传力体系传至基础的水平力R1就越大； 值越小，房屋的空间刚度越大，通过空间传力体系传至基础的水平力R2就越大。,可按屋盖(楼盖)与墙(柱)为铰接的考虑空间工作的平面排架或框架计算。,19章,定义：墙、柱的计算高度H0和墙厚h（或柱边长）的比值 高厚比验算目的 保证构件不致因过于细长而在荷载作用下丧失稳定，在满足强度要求的同时具有足够的稳定性； 通过高厚比控制，使墙、柱有足够刚度，避免出现过大的侧向变形； 保证施工中安全。 1)允许高厚比,三、墙、柱高厚比验算,19章,砌体受压构件的计算高度,19章,表中H为受压构件高度，底层为楼板底到基础顶面(当埋置较深时，取至室内地面或室外地面下300500mm处)的距离；其他层次为楼板(或其他水平支点)间的距离。 s为壁柱或周边拉结墙的间距。 对上端为自由端的构件，取H0=2H ； 独立砖柱(无柱间支撑)，柱在垂直排架方向的H0应取表中数值乘以1.25后采用,19章,2）无壁柱墙和矩形柱截面高厚比验算,式中H0 墙、柱的计算高度； h 墙厚或矩形柱与H0相对应的边长； 1 非承重墙允许高厚比的修正系数，根据墙厚按下列数值采用： h=240mm，1=1.2； h=90mm，1=1.5；240mmh90mm，1可按插入法取值。(对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 有门窗洞口墙允许高厚比的修正系数，可按下式计算2=1-0.4bs/s 若算得的2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=1.0。 bs 在宽度s范围内的门窗洞口宽度； s 相邻窗间墙或壁柱之间的距离。 当墙高H大于或等于相邻横墙或壁柱间的距离s时，应按计算高度H0=0.6s验算高厚比；当与墙连接的相邻两横墙间的距离s12h时，墙的高度可不受高厚比验算式限制。,19章,3）带壁柱墙高厚比验算（整体）,T形截面的计算翼缘宽度bf： 多层有门窗洞口墙段取窗间墙宽度； 多层无门窗洞口每侧翼缘可取壁柱高度的1/3； 单层房屋中可取壁柱宽加2/3墙高，且不大于窗间墙宽度和相邻壁柱间距离； 带壁柱墙的计算高度H0应取s为相邻横墙间的距离；,19章,3）带壁柱墙高厚比验算（局部）,此时壁柱间墙的计算高度H0取法可查表，其中s应取相邻壁柱间的距离。 如高厚比验算不能满足要求时，可在墙中设置钢筋混凝土圈梁。对于设有钢筋混凝土圈梁的带壁柱墙，当b/s1/30时，圈梁可视作壁柱间墙的不动铰支点(b为圈梁宽度)。如相邻壁柱间的距离s极大，圈梁宽度b=s/30墙厚h，不允许增加圈梁宽度时，可按等刚度原则(墙体平面外刚度相等)增加圈梁高度，以满足壁柱间墙不动铰支点的要求。,19章,4）设构造柱墙高厚比验算,确定设构造柱墙的计算高度H0，应取s为相邻横墙间的距离； 考虑 设构造柱的有利作用，允许高厚比可提高，乘提高系数,19章,§19-2刚性方案房屋,一、刚性方案房屋承重纵墙计算 计算内容有： (1)验算墙体的高厚比； (2)逐层选取对承载力可能起控制作用的截面对墙体按受压构件公式进行验算； (3)逐层验算大梁支座下的砌体局部受压强度。,19章,单层刚性方案房屋承重纵墙的计算 刚性方案的单层房屋，其纵墙顶端的水平位移很小，在静力分析时可以按下列假定进行内力分析； (1)墙、柱上端与屋架(屋面梁)铰接，视为不动铰支座； (2)墙、柱下端在基础顶面处固接。 根据上述假定，单层刚性方案房屋的承重纵墙可按上端支承在个动铰支座和下端支承在固定支座上的竖向构件计算，如图138(a)所示。,19章,作用于纵墙上的荷载及内力计算 A屋面荷载 包括屋盖恒载、屋面活荷载或雪荷载。这些荷载通过屋架或屋面梁以集中力形式作用于墙体顶部。由于屋架支承反力在墙顶常为偏心作用，所以墙体顶端的屋面荷载由轴心压力N和弯矩组成，其内力见图138(b)。 B风荷载 包括作用于屋面上和墒面上的风荷载。屋面上的风荷载简化为作用于墙、柱顶的集中力评，通过屋盖传给横墒再经基础传至地基；墒面风荷载为均布荷载，按迎风面(压力)、背风面(吸力)分别考虑，其内力见图138(c)。,19章,19章,二、刚性方案房屋承重横墙计算,（一）计算简图 1.不计算风荷载 2.上部竖向荷载Nu作用于截面重心处本层竖向荷载N作用于离墙边0.4a0处；由于偏心较小,可按轴心受压构件计算。 （二）最不利截面位置及内力计算 1.最不利截面位置：在每层根部。 2.内力计算：仅竖向荷载。 （三）截面位置承载力计算： 1.受压强度 2.局部受压强度,19章,刚性方案多层房屋承重横墙计算简图,一、单层弹性方案房屋 单层排架结构：计算同单层工业厂房，墙柱为铰接排架柱。 1）计算简图,§19-3弹性和刚弹性方案房屋,19章,2)计算方法 排架内力分析可按以下方法进行(与钢筋混凝土单层厂房类似)： (1)在排架柱顶附加一水平不动铰支座，以阻止排架侧移，求出排架在荷载作用下的支座反力R和相应的各柱内力值。 (2)撤除不动铰支座，恢复排架的实际受力情况，亦即将只反向作用于排架柱顶，用剪力分配法求出各柱的内力值。 (3)将上述两种情况的内力叠加，即得排架柱的实际内力。,二、单层刚弹性方案房屋 1）计算简图,2)计算方法 内力分析可按以下步骤进行。 (1)在排架柱顶附加一个水平不动铰支座，以完全阻止排架的侧移力尺以及相应各柱的内力。 (2)撤除水平铰支座的影响，将支座反力只反向作用于排架柱顶，与弹性支座反力R 的作用进行叠加，按平面排架求内力。因为R-RR-(1-)RR，所以在实际计算时，只要将第一步求出的不动铰支座反力R乘以 ，反向作用于排架柱顶，就可用剪力分配法求出各柱的内力。 (3)将上面两步计算的结果叠加，即可得到刚弹性方案房屋墙、柱的最后内力。,三、多层刚弹性方案房屋,19章,1）、计算简图,2）计算方法：同单层。 (1)在楼层处加支座，按无侧移铰接排架计算，求出内力及支座反力R。 (2)将R反向作用于楼层处，求出内力。 (3)将1，2内力叠加。,