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1、1,第三章 混合结构房屋 墙体设计,第一节 墙体结构布置 第二节 墙、柱内力分析 第三节 墙体构造要求 第四节 刚性方案房屋墙、柱计算 第五节 弹性和刚弹性方案房屋墙、柱计算 第六节 墙、柱基础计算,2,第一节 墙体结构布置,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。,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。,3,一 结构布置,砌体结构房屋中的屋盖、楼盖、内外纵墙、横墙、柱和基础
2、等是主要承重构件，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。 1、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。,4,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,5,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，因而房屋的划分比较灵活。 (2)
3、 由于纵墙承受的荷载较大，在纵墙上设置的门、窗洞口的大小及位置都受到一定的限制。 (3) 纵墙间距一般比较大，横墙数量相对较少，房屋的空间刚度不如横墙承重体系。 (4) 与横墙承重体系相比，楼盖材料用量相对较多，墙体的材料用量较少。,6,纵墙承重方案适用于： 使用上要求有较大空间的房屋(如教学楼、图书馆)以及常见的单层及多层空旷砌体结构房屋(如食堂、俱乐部、中小型工业厂房)等。 纵墙承重的多层房屋，特别是空旷的多层房屋，层数不宜过多，因纵墙承受的竖向荷载较大，若层数较多，需显著增加纵墙厚度或采用大截面尺寸的壁柱，这从经济上或适用性上都不合理。因此，当层数较多、楼面荷载较大时，宜选用钢筋混凝土框
4、架结构。,7,2 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。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,8,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
5、力、地震作用以及调整地基的不均匀沉降等较为有利。 (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。,9,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。,10,3、纵横墙混合承重方案,当建筑物的功能要求房间的大小变化较多时，为了结构布置的合理性，通常采用纵横墙混合承重方案。这种方案房屋的竖向荷载的主要传递路线为：,梁纵墙 楼(屋)面板 基础地基 横墙或纵墙,11,纵横墙混合承重方案的特点如下： (1) 纵横墙均作为承重构件，使得结构受力较为均匀，
6、能避免局部墙体承载过大。 (2) 由于钢筋混凝土楼板(及屋面板)可以依据建筑设计的使用功能灵活布置，较好的满足使用要求，结构的整体性较好。 (3) 在占地面积相同的条件下，外墙面积较小。 纵横墙混合承重方案，既可保证有灵活布置的房间，又具有较大的空间刚度和整体性，所以适用于教学楼、办公楼、医院等建筑。,12,4、内框架承重方案,当房屋需要较大空间，且允许中间设柱时，可取消房屋的内承重墙而用钢筋混凝土柱代替，由钢筋混凝土柱及楼盖组成钢筋混凝土内框架。楼盖及屋盖梁在外墙处仍然支承在砌体墙或壁柱上。这种由内框架柱和外承重墙共同承担竖向荷载的承重体系称为内框架承重体系。这种方案房屋的竖向荷载的主要传递
7、路线为：,外纵墙外纵墙基础 板梁 地基 柱柱基础,13,内框架承重方案的特点如下： (1) 外墙和柱为竖向承重构件，内墙可取消，因此有较大的使用空间，平面布置灵活。 (2) 由于竖向承重构件材料不同，基础形式亦不同，因此施工较复杂，易引起地基不均匀沉降。 (3) 横墙较少，房屋的空间刚度较差。 内框架承重方案一般用于多层工业车间、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。,14,5、底部框架承重方案,当沿街住宅底部为公
8、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。,15,16,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。,17,一、房屋的空间受力性能,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、
9、屋面、楼面的活荷载)、水平风荷载和地震作用。 混合结构房屋的空间工作主要取决于横墙间距和楼（屋）盖的类别。 现以单层房屋为例，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。,第二节 墙、柱内力分析,18,1、情况一：平面受力体系,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。,19,20,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
10、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。,21,在这类房屋中，荷载作用下的墙顶位移主要取决于纵墙的刚度，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。,22,2、情况二：空间受力体系,为两端设置山墙的单层房屋。在水平荷载作用下，屋盖的水平位移受到山墙的约束，水平荷载的传递路线发生了变化。屋盖
11、可以看作是水平方向的梁(跨度为房屋长度，梁高为屋盖结构沿房屋横向的跨度)，两端弹性支承在山墙上，而山墙可以看作竖向悬臂梁支承在基础上。,23,因此，该房屋的水平风荷载传递路线是：,24,房屋自由侧移变形up；房屋约束侧移变形us；空间性能影响系数。,25,屋面承受荷载R后分成两部分：一部分R1通过屋面水平梁传给山墙；另一部分R2通过平面排架直接传给外墙的基础。,26,从上面的分析可以清楚地看出，这类房屋，风荷载的传递体系已经不是平面受力体系，而是空间受力体系。此时，墙体顶部的水平位移不仅与纵墙自身刚度有关，而且与屋盖结构水平刚度和山墙顶部水平方向的位移有关。,27,房屋各层的空间性能影响系数i
12、,结论：若横墙间距小、楼（屋）盖水平刚度较大 则侧移us小房屋空间刚度较大空间工作性能好。反之亦然。,28,二、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。,29,30,1. 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
13、房屋称为刚性方案房屋。,31,2. 弹性方案,房屋的空间刚度很小，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。,32,3. 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、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。,33,（a）刚性方案（b）刚弹性方案（c）弹性方案,计算简图：墙柱按有侧向不动铰支承的竖向构件计算,计算简图：按平面排架计算,计算简图：按有弹性
14、支承的平面排架计算,34,三、刚性和刚弹性方案房屋的横墙,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。 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%。 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H/2( H 为横墙总高度)。,35,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 umax H/4000(H为横墙总高度)时
15、，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。,36,四、墙、柱的计算高度,37,表注：1 表中Hu为变截面柱的上段高度；Hl为变截面柱的下段高度；2 对于上端为自由端的构件，H02H；3 独立砖柱，当无柱间支撑时，柱在垂直排架方向的H0应按表中数值乘以1.25后采用；4 s-房屋横墙间距；5 自承重墙的计算高度应根据周边支承或拉接条件确定。,38,表中的构件高度H应按下列规定采用：1 在房屋底层，为楼板顶面到构件下端支点的距离。下端支点的位置，可取在基础顶面。当埋置较深且有刚性地坪时，可取室外地面下500mm
16、处；2 在房屋其他层次，为楼板或其他水平支点间的距离；3 对于无壁柱的山墙，可取层高加山墙尖高度的1/2；对于带壁柱的山墙可取壁柱处的山墙高度。,39,五、墙柱的计算截面,带壁柱墙的计算截面翼缘宽度bf，可按下列规定采用：1 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；2 单层房屋，可取壁柱宽加2/3墙高，但不大于窗间墙宽度和相邻壁柱间距离；3 计算带壁柱墙的条形基础时，可取相邻壁柱间的距离。,40,第三节 房屋墙体构造要求,一、墙、柱高厚比验算 砌体结构房屋中的墙、柱均是受压构件，除了应满足承载力的要求外，还必须保证其稳定性，规范规定：用验算墙、柱高厚比的方法来保证墙、柱的稳定性。 1、高厚比的影响因素 影响墙、柱允许高厚比的因素比较复杂，难以用理论推导的公式来计算，规范规定的限值是综合考虑以下各种因素确定的。,41,(1) 砂浆强度等级 砂浆强度直接影响砌体的弹性模量，而砌体弹性模量的大小又直接影响砌体的刚度。所以砂浆强度
