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1、15混合结构房屋墙、柱设计,本章主要介绍混合结构房屋的空间性能及静力计算方案，墙、柱的高厚比验算方法以及单层和多层房屋的墙体承载力计算，过梁和圈梁的设计方法，砌体结构的构造要求等内容。要求了解和建立混合结构房屋空间作用的概念，掌握混合结构房屋静力计算方案，掌握墙柱的高厚比验算方法，能进行刚性方案房屋墙体的计算，了解过梁与圈梁的设计方法，领会砌体结构的一般构造要求。,本章提要,本 章 内 容,15.1 房屋的空间工作和静力计算方案 15.2 墙、柱高厚比验算 15.3 刚性方案房屋的计算 15.4 弹性及刚弹性方案房屋的计算 15.5 砌体结构中的过梁与圈梁 15.6 砌体结构的构造要求,15.
2、1 房屋的空间工作和静力计算方案,在进行墙体的内力计算时，首先要确定计算简图。 如图15.1(a)所示的无山墙和横墙的单层房屋，其屋盖支承在外纵墙上。如果从两个窗口中间截取一个单元，则这个单元的受力状态与整个房屋的受力状态是一样的。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，见图15.1(a)、(b)。沿房屋纵向各个单元之间不存在相互制约的空间作用，这种房屋的计算简图为一单跨平面排架（图15.1（d）。,15.1.1 房屋的空间工作,若在上述单层房屋的两端设置山墙（图15.2（a），则屋盖不仅与纵墙相连，而且也与山墙（横墙）相连。当水平荷载作用于外纵墙面时，屋盖结构
3、如同水平方向的梁而弯曲，其水平位移已不是平移，而是图15.2(b)中所示的曲线，水平位移的大小等于山墙的侧移uw和屋盖梁水平挠度的总和。 根据试验研究，房屋的空间刚度主要取决于屋盖水平刚度和横墙间距的大小。,图15.1无山墙单层房屋在水平力作用下的变形情况,规范规定，在混合结构房屋内力计算中，根据房屋的空间工作性能，分为三种静力计算方案： （1） 刚性方案 房屋横墙间距较小，屋（楼）盖水平刚度较大时，房屋的空间刚度较大，在荷载作用下，房屋的水平位移较小，在确定房屋的计算简图时，可以忽略房屋水平位移，而将屋盖或楼盖视作墙或柱的不动铰支承（图15.3（a），这种房屋称为刚性方案房屋。 一般多层住宅
4、、办公楼、医院往往属于此类方案。,15.1.2 房屋的静力计算方案,（2） 弹性方案 房屋横墙间距较大，屋盖或楼盖的水平刚度较小时，房屋的空间工作性能较差，在荷载作用下，房屋的水平位移较大，在确定房屋的计算简图时，必须考虑水平位移，把屋盖或楼盖与墙、柱的连接处视为铰接，并按不考虑空间工作的平面排架计算（图15.3(c)），这种房屋称为弹性方案房屋。 一般单层厂房、仓库、礼堂、食堂等多属于弹性方案房屋。,（3） 刚弹性方案 房屋的空间刚度介于刚性与弹性方案之间，在荷载作用下，房屋的水平位移较弹性方案小，但又不可忽略不计。这种房屋属于刚弹性方案房屋，其计算简图可用屋盖或楼盖与墙、柱连接处为具有弹性
5、支撑的平面排架（图15.3(b)）。 在计算刚弹性方案的墙、柱内力时，通常引入空间性能影响系数来反映房屋的空间作用，定义为: =us/up,在规范中，将房屋按屋盖或楼盖的刚度划分为三种类型，并按房屋的横墙间距S来确定其静力计算方案，见表15.1。 作为刚性和刚弹性方案静力计算的房屋横墙，应具有足够的刚度，以保证房屋的空间作用，并符合下列要求： 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%； 横墙的厚度不宜小于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其总高度的1/2。,图15.3混合结构房屋的计算简图,(a) 刚性方案；(b) 刚弹性方案；(
6、c) 弹性方案,图15.3混合结构房屋的计算简图,(a) 刚性方案；(b) 刚弹性方案；(c) 弹性方案,图15.3混合结构房屋的计算简图,(a) 刚性方案；(b) 刚弹性方案；(c) 弹性方案,表15.1 房屋的静力计算方案,15.2 墙、柱高厚比验算,混合结构房屋中的墙体是受压构件，除满足强度要求外，还必须有足够的稳定性。 高厚比的验算是保证墙体稳定性的一项重要构造措施，以避免墙、柱在施工和使用阶段因偶然的撞击或振动等因素而出现歪斜、膨肚以致倒塌等失稳现象的发生。 高厚比系指墙、柱的计算高度H0与墙厚或柱截面边长h的比值H0/h。,高厚比验算主要包括两个问题：一是允许高厚比的限值；二是墙、
7、柱实际高厚比的确定。 允许高厚比限值是在综合考虑了以往的实践经验和现阶段的材料质量及施工水平的基础上确定的。 影响墙、柱容许高厚比的因素很多，如砂浆的强度等级、横墙间距、砌体类型、支承条件、截面形状和承重情况等。,矩形截面墙和柱的高厚比应满足下列条件 = H0/h12 其中，自承重墙允许高厚比的修正系数1，对承重墙,1=1.0；对自承重墙，1值可按下列规定采用： 当h=240mm时，1=1.2 当h=90mm时，1=1.5 240mmh90mm时，1可按插入法取值;,15.2.1 一般墙、柱高厚比的验算,有门窗洞口墙允许高厚比的修正系数2按下式确定： 2=1-0.4bs/S bs在宽度S范围内
8、的门窗洞口宽度(图15.4)； S相邻窗间墙或壁柱间距离（图15.4）； 墙、柱的允许高厚比，见表15.2。,图15.4 洞口宽度,表15.2 墙、柱的允许高厚比值,(1) 整片墙的高厚比验算 按下式进行验算 =H0/hT12 确定带壁柱墙的计算高度H0时，墙长S取相邻横墙的距离。 确定截面回转半径i时，带壁柱墙截面的翼缘宽度bf(图15.5（a）)应按下列规定采用：,15.2.2 带壁柱墙和带构造柱墙的高厚比验算,15.2.2.1 带壁柱墙, 对于多层房屋，当有门窗洞口时，可取窗间墙宽度；当无门窗洞口时，每侧翼墙宽度可取壁柱高度的1/3。 对于单层房屋，取bf=b+2H/3 (b为壁柱宽度，
9、H为墙高)，但bf不大于相邻窗间墙宽度和相邻壁柱间的距离。,(2) 壁柱间墙的高厚比 计算H时，S取相邻壁柱间的距离。不论带壁柱墙的静力计算采用何种方案，带壁柱墙H的计算可一律按刚性方案考虑。 壁柱间墙的高厚比可按无壁柱墙公式（15.1）进行验算。 对于设有钢筋混凝土圈梁的带壁柱墙，当圈梁的宽度b与相邻壁柱间的距离S之比1/30时，由于圈梁的水平刚度较大，能限制壁柱间墙体的侧向变形，所以圈梁可视为壁柱间墙的不动铰支座(图15.5(b)。,图15.5,(1) 带构造柱墙的高厚比验算 应按附表2确定墙的计算高度H0。 按下列公式验算带构造柱墙体的高厚比： =H0/hc12 c=1+bc/l 构造柱
10、作为壁柱验算构造柱间墙的高厚比时，构造柱的截面高度应不小于1/30柱高，并不小于墙厚，此时柱间墙的允许高厚比不应再考虑构造柱的有利影响，柱间墙的高厚比验算同壁柱间墙。,15.2.2.2 带构造柱墙,(2) 带构造柱墙应满足下列要求 构造柱沿墙长方向的宽度不小于180mm，沿墙厚方向的边长不小于墙厚（利用构造柱作壁柱时应当不小于1/30柱高），主筋不少于412，混凝土等级不应低于C15； 构造柱对墙体允许高厚比的提高仅适于正常使用阶段； 构造柱与墙应有可靠的连接。,【例15.1】某办公楼平面如图15.6所示，采用预制钢筋混凝土空心板，外墙厚370mm，内纵墙及横墙厚240mm，砂浆为M5，底层墙
11、高4.6m（下端支点取基础顶面）；隔墙厚120mm，高3.6m，用M2.5砂浆；纵墙上窗洞宽1800mm，门洞宽1000mm，试验算各墙的高厚比。 【解】1.确定静力计算方案及求允许高厚比 最大横墙间距S=3.63=10.8m，由表15.1,S32m，确定为刚性方案。 由表15.2，因承重纵横墙砂浆为M5，得=24；非承重墙砂浆为M2.5,=22，非承重墙h=120mm，用插入法得1=1.44，1=1.4422=31.68。,2.确定计算高度 承重墙H=4.6m,S=10.8m2H=24.6=9.2m，由附表2查得计算高度H0=1.0H=4.6m。 非承重墙H=3.6m，一般是后砌在地面垫层上
12、，上端用斜放立砖顶住楼面梁砌筑，两侧与纵墙拉结不好，故按两侧无拉结考虑，则计算高度H0=1.0H=3.6m。 3.纵墙高厚比验算 （1）外纵墙 S=3.6m,bs=1.8m 2=1-0.4bs/S=0.8,外纵墙高厚比 =H0/h=12.42=0.824=19.2满足要求 （2） 内纵墙 S=10.8m,bs=1.0m 2=1-0.4bs/S=0.96 内纵墙高厚比 =H0/h=19.22=0.9624=23满足要求,4.横墙高厚比验算 由于横墙的厚度、砌筑砂浆、墙体高度均与内纵墙相同，且横墙上无洞口，又比内纵墙短，计算高度也小，故不必进行验算。 5.隔墙高厚比验算 隔墙高厚比 =H0/h=3
13、01=31.68满足要求,【例15.2】某单层单跨无吊车的厂房，采用装配式有檩体系钢筋混凝土屋盖，带壁柱砖墙承重。厂房跨度为15m，全长64=24m，如图15.7所示。墙体采用MU10砖和M5砂浆砌筑。试验算带壁柱纵墙和山墙的高厚比。 【解】该房屋的屋盖类别为1类，两端山墙（横墙）间的距离S=24m，由表15.1，S32m，确定为刚性方案。 1.纵墙高厚比验算 （1） 整片墙高厚比验算 带壁柱截面几何特征（图15.8） 截面面积,A=8.125105mm2 形心位置 y1=148mm y2=240+250-148=342mm 惯性矩 I=8.86109mm4 回转半径 i104mm 折算厚度
14、hT=3.5i=364mm,壁柱下端嵌固于室内地面以下0.5m处，柱高H=4.2+0.5=4.7m，S=24m2H=9.4m，由附表2查得壁柱的计算高度 H0=1.0H=4.7m 由表15.2，当砂浆为M5时，得=24，承重墙1=1.0，洞口宽bs=3m，壁柱间距S=6m，故考虑洞口的修正系数2为： 2=0.8 纵墙整片墙高厚比 =12.9112=1.00.824=19.2满足要求,（2） 壁柱间墙的高厚比验算 H=4.7mS=6m2H=9.4m，由附表2得壁柱间墙的计算高度 H0=0.4S+0.2H=3.34m 纵墙柱间墙的高厚比 =H0/h=13.9212=19.2满足要求 2.开门洞山墙
15、的高厚比验算 （1） 整片墙的高厚比验算 带壁柱截面的几何特征（图15.9） 截面面积A=9.325105mm2 ,形心位置y1=144mm,y2=346mm 惯性矩I=9.503109mm4 回转半径i=101mm 折算厚度hT=354mm 计算高度 H=6.37m(取山墙壁柱高度) S=15m32m，属刚性方案 S2H=12.7m,得H0=1.0H=6.37m 考虑洞口的修正系数 2=0.88,=H0/hT=1812=1.00.8824=21.22满足要求 （2） 壁柱间墙的高厚比验算 墙高取两壁柱间山墙平均高度6.79m,S=5mH,由附表2查得壁柱间墙的计算高度 H0=0.6S=0.6
16、5=3.0m 考虑洞口的修正系数 2=0.76 =H0/h=12.512=1.00.7624=18.24满足要求,图15.6 例15.1办公楼平面图,图15.7例15.2单层厂房平面、侧立面图,图15.8 带壁柱墙截面,图15.9 带壁柱开门洞山墙的计算截面,15.3 刚性方案房屋的计算,刚性方案的单层房屋，纵墙顶端的水平位移很小，静力分析时可以认为水平位移为零，计算时采用下列假定（图15.10）： 纵墙、柱下端在基础顶面处固结，上端与屋架（或屋面梁）铰接； 屋盖结构可作为纵墙上端的不动铰支座。 按照上述假定，每片纵墙就可以按上端支承在不动铰支座和下端支承在固定支座上的竖向构件单独进行计算。 ,15.3.1 单层刚性方案房屋承重纵墙的计算,（1） 竖向荷载作用下墙体的内力计算 竖向荷载包括屋面荷载和墙体自重。屋面荷载包括屋盖构件自重和屋面活荷载或雪荷载，这些荷载通过屋架或屋面梁作用于墙体顶部。 作用于纵墙顶端的屋面荷载常用轴心压力Nl和弯矩M=Nlel组成（图15.10(b)）。 墙体自重作用墙体轴线上。,（2） 风荷载作用下墙体的内力计算 风荷载包括作用于屋面上和墙面上的风荷
