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1、第5章 砌体结构墙体中过梁、墙梁、挑梁,返回总目录,过梁的设计计算 墙梁的设计计算 挑 梁 本章小结 思考题与习题,本章内容,一、过梁的类型 过梁是砌体结构门窗洞口上常用的构件，主要有钢筋混凝土过梁、钢筋砖过梁、砖砌平拱过梁和砖砌弧拱过梁等几种不同的形式，如图5.1所示。 由于砖砌过梁延性较差，跨度不宜过大，因此对有较大振动荷载或可能产生不均匀沉降的房屋，应采用钢筋混凝土过梁。钢筋混凝土过梁端部支承长度不宜小于240mm。,过梁的设计计算,砖砌过梁的构造要求应符合下列规定。 (1) 砖砌过梁截面计算高度内的砂浆不宜低于M5。 (2) 砖砌平拱用竖砖砌筑部分的高度不应小于240mm。 (3) 钢
2、筋砖过梁底面砂浆层处的钢筋，其直径不应小于5mm，间距不宜大于120mm，钢筋伸入支座砌体内的长度不宜小于240mm，砂浆层的厚度不宜小于30mm。,过梁的设计计算,(a) (b),(a) (b),图5.2 过梁上的墙体荷载,过梁的设计计算,对梁板传来的荷载，试验结果表明，当在砌体高度等于跨度的0.8倍左右的位置施加外荷载时，过梁的挠度变化已很微小。因此可认为，在高度等于跨度的位置上施加外荷载时，荷载将全部通过拱作用传递，而不由过梁承受。对过梁上部梁、板传来的荷载，规范规定：对砖和小型砌块砌体，当梁、板下的墙体高度hwln时，应计入梁、板传来的荷载。当梁、板下的墙体高度hwln时，可不考虑梁、
3、板荷载。,过梁的设计计算,钢筋砖过梁的工作机理类似于带拉杆的三铰拱，有两种可能的破坏形式：正截面受弯破坏和斜截面受剪破坏。当过梁受拉区的拉应力超过砖砌体的抗拉强度时，则在跨中受拉区会出现垂直裂缝；当支座处斜截面的主拉应力超过砖砌体沿齿缝的抗拉强度时，在靠近支座处会出现斜裂缝，在砌体材料中表现为阶梯形斜裂缝，如图5.3(a)所示。 砖砌平拱过梁的工作机理类似于三铰拱，除可能发生受弯破坏和受剪破坏，在跨中开裂后，还会产生水平推力。此水平推力由两端支座处的墙体承受。当此墙体的灰缝抗剪强度不足时，会发生支座滑动而破坏，这种破坏易发生在房屋端部的门窗洞口处墙体上，如图5.3(b)所示。 由过梁的破坏形式
4、可知，应对过梁进行受弯、受剪承载力验算。对砖砌平拱还应按其水平推力验算端部墙体的水平受剪承载力。,过梁的设计计算,三、 过梁的计算,(a)钢筋砖过梁 (b)砖砌平拱过梁 图5.3 过梁的破坏形式,过梁的设计计算,1. 砖砌平拱过梁的承载力计算 (1) 正截面受弯承载力可按下式计算。 (5.1) 式中：M按简支梁并取净跨计算的跨中弯矩设计值。 ftm沿齿缝截面的弯曲抗拉强度设计值。 W截面模量。 过梁的截面计算高度取过梁底面以上的墙体高度，但不大于ln/3。砖砌平拱中由于存在支座水平推力，过梁垂直裂缝的发展得以延缓，受弯承载力得以提高。因此，公式（5.1）的ftm取沿齿缝截面的弯曲抗拉强度设计值
5、。 (2) 斜截面受剪承载力可按下式计算。,过梁的设计计算,式中：V剪力设计值。 fv砌体的抗剪强度设计值。 b截面宽度。 z内力臂，当截面为矩形时取z等于2h3。 I截面惯性矩。 S截面面积矩。 h截面高度。 一般情况下，砖砌平拱的承载力主要由受弯承载力控制。,过梁的设计计算,2. 钢筋砖过梁的承载力计算 (1) 正截面受弯承载力可按下式计算。 M0.85h0 fy A3 (5.4) 式中：M 按简支梁并取净跨计算的跨中弯矩设计值。 fy钢筋的抗拉强度设计值。 As受拉钢筋的截面面积。 ho过梁截面的有效高度，hoh-as。 as受拉钢筋重心至截面下边缘的距离。 h 过梁的截面计算高度，取过
6、梁底面以上的墙体高度，但 不大于 ln/3；当考虑梁、板传来的荷载时，则按梁、板下的高度采用。 (2) 钢筋砖过梁的受剪承载力计算与砖砌平拱过梁相同。,过梁的设计计算,3. 钢筋混凝土过梁的承载力计算 钢筋混凝土过梁的承载力应按钢筋混凝土受弯构件计算。过梁的弯矩按简支梁计算，计算跨度取(ln+a)和1.05ln二者中的较小值，其中a为过梁在支座上的支承长度。在验算过梁下砌体局部受压承载力时，可不考虑上部荷载的影响，即取=0。由于过梁与其上砌体共同工作，构成刚度很大的组合深梁，其变形非常小，故其有效支承长度可取过梁的实际支承长度，并取应力图形完整系数=1。 砌有一定高度墙体的钢筋混凝土过梁按受弯
7、构件计算严格地说是不合理的。试验表明过梁也是偏拉构件。过梁与墙梁并无明确分界定义，主要差别在于过梁支承于平行的墙体上，且支承长度较长；一般跨度较小，承受的梁、板荷载较小。当过梁跨度较大或承受较大梁、板荷载时，应按墙梁设计。 【例5.1】 已知砖砌平拱过梁净跨ln=1.2m，墙厚240mm，过梁构造高度为240mm，采用MUl0普通烧结砖和M7.5混合砂浆砌筑而成，求该过梁所能承受的均布荷载设计值。 解：查表3-11得： ftm=0.29 N/mm2，fv=0.14N/mm2,过梁的设计计算,平拱过梁计算高度： 受弯承载力(由式5.1)为： 平拱的允许均布荷载设计值： 受剪承载力(由式5.2)为
8、 其允许均布荷载设计值 取q1和q2中的较小值，则q=8.18kN/m。,过梁的设计计算,【例5.2】 一钢筋砖过梁，其净跨ln=1.5m，墙厚为240mm(过梁的宽度与墙厚相同)，采用MUl0烧结粘土砖和M7.5混合砂浆砌筑而成。在离洞口顶面600mm处作用有楼板传来的均布恒荷载标准值gk1=6kNm，活荷载标准值qk =4kNm。砖墙自重gk2 =5.24kNm2。采用HPB235级钢筋。试设计该钢筋砖过梁。 解：查表3-11得fv=0.14N/mm2；钢筋的抗拉强度设计值 fy=210N/mm2。 1) 荷载计算 楼板下的墙体高度hw=600mm 梁的净跨ln=1500mm，故应考虑梁板
9、荷载。则作用在过梁上的均布荷载设计值为：,过梁的设计计算,2) 受弯承载力计算 由于考虑梁板传来的荷载，故取梁高hb为梁板以下的墙体高度，即取hb600mm。按砂浆层厚度为30mm，则有as=15mm。从而截面有效高度hohb-as=600-15=585mm。按式(5.4)计算。 选用26(57mm2)，满足要求。 3) 受剪承载力计算 ，由公式(5.2)： 受剪承载力满足要求。,过梁的设计计算,【例5.3】 已知钢筋混凝土过梁净跨ln2400mm，在墙上的支承长度a=240mm。砖墙厚度h240mm，双面粉刷(2mm厚水泥石灰砂浆，容重为17kN/m3)，墙体自重为5.24kN/m3(包括抹
10、灰)。采用MU10烧结普通砖、M5混合砂浆砌筑而成。在窗口上方1500mm处作用有楼板传来的均布竖向荷载，其恒荷载标准值为10kNm、活载标准值为3kNm。混凝土质量密度取25kNm3。纵筋采用HRB335级钢筋，箍筋采用HPB235级钢筋。混凝土采用C20。试设计该钢筋混凝土过梁。 解：考虑过梁跨度及荷载等情况，过梁截面取bhb240mm x 300mm。 1) 荷载计算 过梁上的墙体高度为hw=1500-300=1100mmln，故要考虑梁、板传来的均布荷载；因hw大于ln/3=800mm，所以应考虑800mm高的墙体自重。从而得作用在过梁上的均布荷载设计值为 由可变荷载控制的组合：,过梁
11、的设计计算,由永久荷载控制的组合： 故取q=24.9kN/m。 2) 钢筋混凝土过梁的计算 过梁的计算跨度： ，取正截面受弯 承载力计算： 受压区高度：,过梁的设计计算,纵筋面积 纵筋选用214(As=308mm2)。 斜截面受剪承载力计算： 箍筋按构造配置，通长采用6200。 3) 过梁梁端支承处局部抗压承载力验算查得砌体抗压强度设计值 f=1.5N/mm2。 过梁的有效支承长度 承压面积： 影响面积：,过梁的设计计算,由于 故取局部承压强度提高系数=1.25，并取压应力图形完整系数=1.0。 不考虑上部荷载影响，取=0。则局部压力为 故过梁支座处砌体局部受压是安全的。,过梁的设计计算,一、
12、 概述 由支承墙体的钢筋混凝土梁及其上计算高度范围内墙体所组成的能共同工作的组合构件称为墙梁。其中的钢筋混凝土梁称为托梁。 在多层砌体结构房屋中，为了满足使用要求，往往要求底层有较大的空间，如底层为商店、饭店等，而上层为住宅、办公室、宿舍等小房间的多层房屋，可用托梁承托以上各层的墙体，组成墙梁结构，上部各层的楼面及屋面荷载将通过砖墙及支撑在砖墙上的钢筋混凝土楼面梁或框架梁(托梁)传递给底层的承重墙或柱。此外，单层工业厂房中外纵墙与基础梁、承台梁与其上墙体等也构成墙梁。与多层钢筋混凝土框架结构相比，墙梁节省钢材和水泥，造价低，因此应用广泛。 墙梁按支承情况分为简支墙梁、连续墙梁和框支墙梁(如图5
13、.4所示)；按墙梁承受荷载情况可分为承重墙梁和自承重墙梁。承重墙梁除了承受托梁和托梁以上的墙体自重外，还承受由屋盖或楼盖传来的荷载。自承重墙梁仅承受托梁和托梁以上的墙体自重。 底层大空间房屋结构其墙梁不仅承受墙梁(托梁与墙体)的自重，,墙梁的设计计算,单层工业厂房中承托围护墙体的基础梁、承台梁等与其上墙体构成的墙梁一般仅 承受自重作用，为自承重墙梁(如图5.5所示)。,还承受托梁及以上各层楼盖和屋盖荷载，因而属于承重墙梁(如图5.4所示)。,图5.5 自承重墙梁,墙梁的设计计算,墙梁在工程中被广泛应用，但是长期以来墙梁却没有统一、合理的设计方法。过去应用较多的方法有以下两种。 1. 全荷载法
14、即将支撑墙体的托梁视为一个普通的钢筋混凝土梁，托梁上的全部墙体自重和楼面、屋面荷载均由托梁承受，完全没有考虑托梁与其上墙体的组合作用，致使托梁的截面尺寸大，耗用钢材多。在长期应用过程中人们逐渐认识到这种方法的不合理性。 2. 弹性地基梁法 20世纪30年代，前苏联日莫契金教授提出的弹性地基梁法在墙梁计算中得到广泛应用。这种方法的基本概念是将托梁上的墙体视为托梁的半无限弹性地基，托梁是在支座反力作用下的弹性地基梁。按弹性理论平面应力问题，解得墙体与托梁界面上的竖向压应力，并将其简化为三角形分布，作为作用在托梁上的荷载(如图5.6所示)，然后求得托梁的弯矩和剪力，按钢筋混凝土受弯构件计算托梁截面，
15、使托梁的截面和配筋明显减小。但是这种方法由于没有很好地反映墙体与托梁的组合作用，因此计算结果与试验结果相差较大。,墙梁的设计计算,(a) (b) (c)(d),图5.6 简支墙梁在弹性阶段应力分布,墙梁的设计计算,1975年以来，我国砌体结构设计规范墙梁专题组对墙梁进行了系统的试验 研究，先后完成了258个简支墙梁(无洞159个，有洞99个)构件试验，两栋墙梁房屋实 测和近千个构件的弹性有限元分析和15个构件的非线性有限元分析。提出考虑墙梁组 合作用的极限状态设计方法。在砌体结构设计规范(GBJ 388)中，首次列入我 国自行研究的考虑墙体与托梁组合作用的单跨简支墙梁设计方法。但仍存在一些问题
16、， 主要是： (1) 主要针对简支墙梁设计，未包括连续墙梁设计。 (2) 简单涉及单跨框支墙梁设计，未包括多跨框支墙梁设计。 (3) 主要针对墙梁的非抗震设计，未包括设置墙梁的房屋的抗震设计。 (4) 简支墙梁设计方法也较繁琐，有待简化。 (5) 虽进行可靠度校准，但作为墙梁的关键构件托梁的纵筋用量仍偏少。剪力估 计偏低，箍筋配置偏少。 经过近年的研究，我国新颁布的砌体结构设计规范(GB 500032001)又提出了 包括简支墙梁、连续墙梁和(多跨)框支墙梁的设计方法。其修订内容包括：简化了简支 墙梁的托梁计算，适当提高了托梁作为混凝土偏心受拉构件的承载力的可靠度；简化了 托梁斜截面受剪承载力计算，增大了托梁剪力取值，从而较大幅度提高了托梁受剪可靠度；,墙梁的设计计算
