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1、,混合结构房屋的组成及结构布置方案 混合结构房屋的静力计算方案 墙柱高厚比验算 单层房屋的墙体计算 多层房屋的墙体计算 地下室墙的计算,本章内容,5.1 混合结构房屋组成及结构布置,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。如房屋的楼(屋)盖采用钢筋混凝土结构、轻钢结构或木结构，而墙体、柱、基础等竖向承重构件采用砌体（砖、石、砌块）材料。 一般情况下，混合结构房屋的墙、柱占房屋总重的60%左右，其造价约占40%。 由于混合结构房屋的墙体材料通常就地取材，因此混合结构房屋具有造价低的优点，被广泛应用于多层住宅、宿舍、办公楼、中小学教学楼、商店、酒店、食堂等民用建筑中；同时还大量应用
2、于中小型单层及多层工业厂房、仓库等工业建筑中。 过去我国混合结构房屋的墙体材料大多数采用粘土砖，由于粘土砖的烧制要占用大量农田，破坏环境资源，近年来国家已经限制了粘土实心砖的使用，主要采用粘土空心砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖等墙体材料。,在砌体结构房屋的设计中，承重墙、柱的布置十分重要。因为承重墙、柱的布置直接影响到房屋的平面划分、空间大小，荷载传递，结构强度、刚度、稳定、造价及施工的难易。通常将平行于房屋长向布置的墙体称为纵墙；平行于房屋短向布置的墙体称为横墙；房屋四周与外界隔离的墙体称外墙；外横墙又称为山墙；其余墙体称为内墙。 砌体结构房屋中的屋盖、楼盖、内外纵墙、横墙、柱和基础等是主要承
3、重构件，它们互相连接，共同构成承重体系。根据结构的承重体系和荷载的传递路线，房屋的结构布置可分为以下几种方案: 一、纵墙承重方案 纵墙承重方案是指纵墙直接承受屋面、楼面荷载的结构方案。对于要求有较大空间的房屋(如单层工业厂房、仓库等)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或屋面荷载，从而形成纵墙承重方案(如图5.1所示)。这种方案房屋的竖向荷载的主要传递路线为：板梁(屋架)纵向承重墙基础地基。,图5.1 纵墙承重方案,纵墙承重体系的特点如下： (1) 纵墙是主要的承重墙。横墙的设置主要是为了满足房间的使用要求，保证纵墙的侧向稳定和房屋的整体刚度，因而房屋的
4、划分比较灵活。,2. 点一面接触单元用于某一点和任意形状的面的接触 可使用多个点面接触单元模拟棱边和面的接触； 不必事先知道接触的准确位置； 两个面可以具有不同的网格； 支持大的相对滑动； 支持大应变和大转动。 例：点面接触可以模拟棱边和面之间的接触,3. 点点接触单元用于模拟单点和另一个确定点之间的接触。 建立模型时必须事先知道确切的接触位置； 多个点点接触单元可以模拟两个具有多个单元表面间的接触； 每个表面的网格必须是相同的； 相对滑动必须很小； 只对小的转动响应有效。 例如: 点一点接触可以模拟一些面的接触。如地基和土壤的接触,二、横墙承重方案 房屋的每个开间都设置横墙，楼板和屋面板沿房
5、屋纵向搁置在墙上。板传来的竖向荷载全部由横墙承受，并由横墙传至基础和地基，纵墙仅承受墙体自重。因此这类房屋称为横墙承重方案(如图5.2所示)。这种方案房屋的竖向荷载的主要传递路线为：楼(屋)面板横墙基础地基。,图5.2 横墙承重方案,横墙承重方案的特点如下： (1) 横墙是主要的承重墙。纵墙的作用主要是围护、隔断以及与横墙拉结 在一起，保证横墙的侧向稳定。由于纵墙是非承重墙，对纵墙上设置 门、窗洞口的限制较少，外纵墙的立面处理比较灵活。 (2) 横墙间距较小，一般为34.5m，同时又有纵向拉结，形成良好的空 间受力体系，刚度大，整体性好。对抵抗沿横墙方向作用的风力、地震 作用以及调整地基的不均
6、匀沉降等较为有利。 (3) 由于在横墙上放置预制楼板，结构简单，施工方便，楼盖的材料用量 较少，但墙体的用料较多。 横墙承重方案适用于宿舍、住宅、旅馆等居住建筑和由小房间组成的办 公楼等。横墙承重方案中，横墙较多，承载力及刚度比较容易满足要 求，故可建造较高层的房屋。,图5.3 纵横墙混合承重方案,图5.4 内框架承重方案,内框架承重方案一般适用于多层工业车间、商店等建筑。此外，某些建筑的底层为了获得较大的使用空间，有时也采用这种承重方案。必须指出，对内框架承重房屋应充分注意两种不同结构材料所引起的不利影响，并在设计中选择符合实际受力情况的计算简图，精心地进行承重墙、柱的设计。,五、底部框架承
7、重方案 当沿街住宅底部为公共房时，在底部也可以用钢筋混凝土框架结构同时取代内外承重墙体，相关部位形成结构转换层，成为底部框架承重方案。此时，梁板荷载在上部几层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(如图5.4a所示)。 底部框架承重方案的特点如下： (1) 墙和柱都是主要承重构件。以柱代替内外墙体，在使用上可获得较大的使用空间。 (2) 由于底部结构形式的变化，其抗侧刚度发生了明显的变化，成为上部刚度较大，底部刚度较小的上刚下柔结构房屋。 以上是从大量工程实践中概括出来的几种承重方案。设计时，应根据不同的使用要求，以及地质、材料、施工等条件，按照安全可靠、技
8、术先进、经济合理的原则，正确选用比较合理的承重方案。,图5.4a 底部框架承重方案,5.2 砌体结构房屋的静力计算方案,一、房屋的空间工作性能 砌体结构房屋是由屋盖、楼盖、墙、柱、基础等主要承重构件组成的空间受力体系，共同承担作用在房屋上的各种竖向荷载(结构的自重、屋面、楼面的活荷载)、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、柱设计计算即成为本章的两个主要方面的内容。墙体计算主要包括内力计算和截面承载力计算(或验算)。 计算墙体内力首先要确定其计算简图，也就是如何确定房屋的静力计算方案的问题。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。现以单层房屋为例，
9、说明在竖向荷载(屋盖自重)和水平荷载(风荷载)作用下，房屋的静力计算是如何随房屋空间刚度不同而变化的。 情况一，如图5.5所示为两端没有设置山墙的单层房屋，外纵墙承重，屋盖为装配式钢筋混凝土楼盖。该房屋的水平风荷载传递路线是风荷载纵墙纵墙基础地基；竖向荷载的传递路线是屋面板屋面梁纵墙纵墙基础地基 假定作用于房屋的荷载是均匀分布的，外纵墙的刚度是相等的，因此在水平荷载作用下整个房屋墙顶的水平位移是相同的。如果从其中任意取出一单元，则这个单元的受力状态将和整个房屋的受力状态一样。因此，可以用这个单元的受力状态来代表整个房屋的受力状态，这个单元称为计算单元。 在这类房屋中，荷载作用下的墙顶位移主要取
10、决于纵墙的刚度，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。如果把计算单元的纵墙看作排架柱、屋盖结构看作横梁，把基础看作柱的固定支座，屋盖结构和墙的连接点看作铰结点，则计算单元的受力状态就如同一个单跨平面排架，属于平面受力体系，其静力分析可采用结构力学的分析方法。,图5.5 无山墙单跨房屋的受力状态及计算简图,图5.6 有山墙单跨房屋在水平力作用下的变形情况,可以用空间性能影响系数来表示房屋空间作用的大小。假定屋盖在水平面内是支承于横墙上的剪切型弹性地基梁，纵墙(柱)为弹性地基，由理论分析可以得到空间性能影响系数为：,(5.1),式中： 考虑空间工作时，外荷载作用下房屋排架水平位移
11、的最大值。 外荷载作用下，平面排架的水平位移值。 k屋盖系统的弹性系数，取决于屋盖的刚度。 s横墙的间距。 值越大，表明考虑空间作用后的排架柱顶最大水平位移与平面排架的柱顶位移越接近，房屋的空间作用越小；值越小，则表明房屋的空间作用越大。因此，又称为考虑空间作用后的侧移折减系数。由于按照相关理论来计算弹性系数k是比较困难的，为此，规范采用半经验、半理论的方法来确定弹性系数k：对于第一类屋盖，k=0.03；第二类屋盖，k=0.05；第三类屋盖，k=0.065。,横墙的间距s是影响房屋刚度和侧移大小的重要因素，不同横墙间距房屋的各层空间工作性能影响系数i可按表5-1查得。 此外，为了简便计算，规范
12、偏于安全的取多层房屋的空间性能影响系数i与单层房屋相同的数值，即按表5-1取用。,表5-1 房屋各层的空间性能影响系数i,注：i 取1n，n为房屋的层数。,二、房屋的静力计算方案 影响房屋空间性能的因素很多，除上述的屋盖刚度和横墙间距外，还有屋架的跨度、排架的刚度、荷载类型及多层房屋层与层之间的相互作用等。规范为方便计算，仅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，将砌体结构房屋静力计算方案分为三种(如表5-2所示)。,表5-2 房屋的静力计算方案,注： 表中s为房屋横墙间距，其长度单位为m。 当多层房屋的屋盖、楼盖类别不同或横墙间距不同时，可按本表规定分别确定各层
13、(底层或顶 部各层)房屋 的静力计算方案。 对无山墙或伸缩缝无横墙的房屋，应按弹性方案考虑。,1. 刚性方案 房屋的空间刚度很大，在水平风荷载作用下，墙、柱顶端的相对位移us/H0( H为纵墙高度)。此时屋盖可看成纵向墙体上端的不动铰支座，墙柱内力可按上端有不动铰支承的竖向构件进行计算，这类房屋称为刚性方案房屋。 2. 弹性方案 房屋的空间刚度很小，即在水平风荷载作用下 ，墙顶的最大水平位移接近于平面结构体系，其墙柱内力计算应按不考虑空间作用的平面排架或框架计算，这类房屋称为弹性方案房屋。 3. 刚弹性方案 房屋的空间刚度介于上述两种方案之间，在水平风荷载作用下，纵墙顶端水平位移比弹性方案要小
14、、但又不可忽略不计，其受力状态介于刚性方案和弹性方案之间，这时墙柱内力计算应按考虑空间作用的平面排架或框架计算，这类房屋称为刚弹性方案房屋。 有关计算表明，当房屋的空间性能影响系数0.33时，可以近似按刚性方案计算；当0.77时，按弹性方案计算是偏于安全的；当0.330.77时，可按刚弹性方案计算。在设计多层砌体结构房屋时，不宜采用弹性方案，否则会造成房屋的水平位移较大，当房屋高度增大时，可能会因为房屋的位移过大而影响结构的安全。 三、规范对横墙的要求 由上面的分析可知，房屋墙、柱的静力计算方案是根据房屋空间刚度的大小确定的，而房屋的空间刚度则由两个主要因素确定，一是房屋中屋(楼)盖的类别，二
15、是房屋中横墙间距及其刚度的大小。因此作为刚性和刚弹性方案房屋的横墙，规范规定应符合下列要求:,(1) 横墙中开有洞口时，洞口的水平截面面积不应超过横墙水平全截面面积的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)。 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 max H/4000(H为横墙总高度)时，仍可视作刚性和刚弹性方案房屋的横墙；凡符合此刚度要求的一段横墙或其他结构构件(如框架等)，也可以视作刚性或刚弹性方案房屋的横墙。 横墙在水平集中力 作用下产生剪切变形( p
16、 )和弯曲变形( s )，故总水平位移由两部分组成。对于单层单跨房屋，如纵墙受均布风荷载作用，且当横墙上门窗洞口的水平截面面积不超过其水平全截面面积的75% 时，横墙顶点最大水平位移max可按下式计算(如图5.7所示)：,图5.7 单层房屋横墙简图,(5.2),式中： 作用于横墙顶端的水平集中荷载， =nP/2，且P=W+R n 与该横墙相邻的两横墙间的开间数 W 由屋面风荷载折算为每个开间柱顶处的水平集中风荷载 R 假定排架无侧移时作用在纵墙上均布风荷载所求出的每个开间柱顶的反力 H 横墙总高度 E 砌体的弹性模量 I 横墙的惯性矩，考虑转角处有纵墙共同工作时按I型或型截面计算，但从横墙中心线算起的翼 缘宽度每边取 横墙水平截面上的剪
