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1、第十章 混合结构房屋 土木工程学院 王广林 2010.8,第十章 混合结构房屋,第一节 房屋的结构布置和静力计算方案 第二节 墙、柱的高厚比验算和一般构造要求 第三节 刚性方案房屋的墙体计算 第四节 圈梁、过梁和挑梁,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、基础等承重构件采用砌体（砖、石、砌块）材料。 应用 如在一般民用建筑中，可用作多层住宅、宿舍、办公室、中小学教学楼、商店、酒店、食堂等，若采用配筋砌体，还可用于小高层住宅、公寓；在工业建筑中，可用于中小型单层及多层工业厂房、仓库等。 混合结构房屋中，由板、
2、梁、屋架等构件组成的楼（屋）盖是混合结构的水平承重结构；墙、柱和基础组成了混合结构的竖向承重结构。,第十章 混合结构房屋,混合结构房屋的结构布置是指墙体、柱（含构造柱）、梁、楼梯、雨蓬、圈梁、过梁等结构构件的平面布置。 结构布置是在建筑平、立、剖面基础上进行的，与建筑设计紧密相关，混合结构房屋的结构布置方案大致有以下四种： 纵墙承重方案 横墙承重方案 纵横墙承重方案 内框架承重方案,第一节 房屋的结构布置和静力计算方案,一、房屋的结构布置方案,1. 纵墙承重方案,荷载（竖向）传递路线为： 屋面（楼面）板 梁（或屋架） 纵墙 基础 地基,一、房屋的结构布置方案,纵墙承重方案的特点是： （1）主要
3、承重墙为纵墙，横墙间距可根据需求确定，不受限制，因此满足需要有较大空间的房屋，建筑平面布置比较灵活。 （2）纵墙为主要承重墙，设置在纵墙上的门窗洞口大小和位置受到一定限制。 （3）横墙数量少，所以房屋的横向刚度小，整体性差，一般适用于单层厂房、仓库、酒店、食堂等建筑。,1. 纵墙承重方案,一、房屋的结构布置方案,荷载主要传递路线为： 楼（屋）面板 横墙 基础 地基,2. 横墙承重方案,一、房屋的结构布置方案,横墙承重方案的特点是： （1）横墙是主要承重墙。纵墙主要起围护、隔断作用，因此其上开设门窗洞口所受限制较少。 （2）横墙数量多、间距小，又有纵墙拉结，因此房屋的横向空间刚度大，整体性好，有
4、良好的抗风、抗震性能及调整地基不均匀沉降的能力。 （3）横墙承重方案结构较简单、施工方便，但墙体材料用量较多。 （4）房间大小较固定，因而一般适用于宿舍、住宅、寓所类建筑。,2. 横墙承重方案,一、房屋的结构布置方案,其荷载传递路线为：,3. 纵横墙承重方案,一、房屋的结构布置方案,其荷载传递路线为：,3. 纵横墙承重方案,一、房屋的结构布置方案,纵横墙承重方案，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。,3. 纵横墙承重方案,一、房屋的结构布置方案,竖向荷载的传递路线为： 外纵墙外纵墙基础 楼（屋）面板梁 地基 柱柱基础,4. 内框架承重方
5、案,一、房屋的结构布置方案,内框架承重方案特点为： （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。,4. 内框架承重方案,一、房屋的结构布置方案,混合结构房屋的静力计算方案，是指通过对房屋空间受力性能的分析，根据房屋空间刚度的大小确定墙、柱设计时的结构计算简图。计算简图不仅要尽量符合结构实际受力情况，还要使计算尽可能简单。 影响房屋空间受力性能的因素不仅有房屋刚度和横墙间距，还有屋架的跨度、排架的刚度、荷载的类型及多层房屋层与层之间的相互
6、作用等。但砌体结构设计规范为简化计算，忽略其它因素影响，仅按屋（楼）盖刚度和横墙间距两个主要因素，将混合结构房屋静力计算方案分为三种。,二、房屋的静力计算方案,二、房屋的静力计算方案,1. 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、柱设计计算即成为砌体结构设计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
7、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，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。,二、房屋的静力计算方案,1. 房屋的空间工作性能 情况一，如图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,二、房屋的静力计算方案,1. 房屋的空间工作性能 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
8、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。,二、房屋的静力计算方案,1. 房屋的空间工作性能 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。,二、房屋的静力计算方案,1. 房屋的空间工作性能 情况二 如图所示为两端设置山墙的单层房屋。在水平
9、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。屋盖可以看作是水平方向的梁，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。,二、房屋的静力计算方案,1. 房屋的空间工作性能 在水平荷载作用下，将按如下模式传递：,二、房屋的静力计算方案,1. 房屋的空间工作性能 从上面的分析可以清楚地看出，这类带山墙的房屋，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。 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
10、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：,s 考虑空间工作时，外荷载作用下房屋排架水平位移的最大值。 p 外荷载作用下，平面排架的水平位移值。,二、房屋的静力计算方案,房屋的空间工作性能 值愈大，房屋空间受力性能越差； 值愈小，房屋空间受力性能越好，房屋的空间受力性能主要取决于楼盖或屋盖的水平刚度和横墙间距，可按下表查用。,二、房屋的静力计算方案,2. 房屋的静力计算方案分类 若us很小， 接近于0，这类房屋的空间刚度很好，屋盖可以看作是墙、柱上端的不动铰支座。在荷载作用下，墙柱内力按下端固定，上端有不动铰支座的竖向构件来进行分析。以此模型计算，称为刚性方案房屋。 若u
11、sup， 接近于1，这类房屋的空间刚度很小。虽然两端也设有山墙，但由于山墙距离太大，或山墙本身刚度很差。屋盖的水平刚度很差，墙顶最大水平位移接近于平面受力结构。在荷载作用下，墙柱内力分析仍按不考虑空间作用的平面结构来分析。以此模型计算，称为弹性方案房屋。 若介于二者之间，即0usup， 0 1，这类房屋的受力状态既不同于弹性方案，又不同于刚性方案，规范中引入空间性能影响系数来考虑此类房屋的整体作用。称为刚弹性方案。,二、房屋的静力计算方案,2. 房屋的静力计算方案分类,规范规定，刚性和刚弹性方案房屋的横墙应符合下列要求： 横墙中开有洞口时，洞口的水平截面面积不应超过横墙截面面积的50%。 横墙
12、厚度不宜小于180。 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）。 此外，横墙应与纵墙同时砌筑，如不能同时砌筑时，应采取其他措施以保证房屋的整体刚度。,二、房屋的静力计算方案,2. 房屋的静力计算方案分类,第二节 墙、柱的高厚比验算和一般构造要求,砌体结构除了承受荷载以外，还要承受因温度变化、砌体的收缩变形、地基的不均匀沉降等非荷载作用带来的应力和变形，这种情况在结构和构件的承载力计算中并没有考虑进来，因此为了保证房屋具有良好的工作性能和足够的耐久性，以及考虑其它非荷载因素对结构和构件造成的影响， 规范规定砌体结构除了要进行承载力计算以外，还要满足构
13、造要求。砌体结构的构造措施主要包括三个方面： （1）墙、柱高厚比的要求。 （2）墙、柱的一般构造要求。 （3）防止或减轻墙体开裂的主要措施。,一、墙、柱高厚比验算,高厚比的概念： 墙、柱高厚比是指墙、柱某一方向的计算高度与相应方向边长的比值。 设计要求： 砌体结构设计规范中规定用验算墙、柱高厚比的方法进行墙、柱稳定性的验算，即使所设计墙、柱的高厚比小于等于允许高厚比，这是保证砌体结构在施工阶段和使用阶段稳定性的一项重要构造措施。 分类： 墙、柱高厚比的验算根据截面形状不同分为矩形截面墙、柱高厚比的验算，带壁柱墙高厚比验算，带构造柱墙的高厚比验算三种情况。,第二节 墙、柱的高厚比验算和一般构造要
14、求,式中： H0墙、柱计算高度，见前述章节表格； h墙厚或矩形柱与相对应的边长；,一、墙、柱高厚比验算,1矩形截面墙、柱高厚比的验算,1自承重墙允许高厚比的修正系数，可按下列规定采用： h=240 1 =1.2 h90 1 =1.5 90h240 1可按插入法取值 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%，工程实践表明，对于厚度小于90的墙，当双面用不低于M10的水泥砂浆抹面，包括抹面层的墙厚不小于90时，可按墙厚等于90验算高厚比。,1矩形截面墙、柱高厚比的验算,一、墙、柱高厚比验算,2有门窗洞口墙允许高厚比修正系数，可按下式计算： 式中 bs在宽度范围内的门窗洞口总宽
15、度； s相邻窗间墙、壁柱之间或构造柱之间的距离。 当按上式算得的值小于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。 当与墙连接的相邻两横墙的距离s12h时，墙的高度可不受上式限制。,一、墙、柱高厚比验算,2. 带壁柱墙的高厚比验算 1) 整片墙高厚比验算。 式中： 带壁柱墙截面的折算厚度， =3.5i； i带壁柱墙截面的回转半径，i= ；I、A分别为带壁柱墙截面的惯性矩和截面面积。,H0带壁柱墙的计算高度，取相邻横墙间的距离。,一、墙、柱高厚比验算,2. 带壁柱墙的高厚比验算 2) 壁柱间墙的高厚比验算 壁柱间墙的高厚比可按无壁柱墙公式进行验算。此时可将壁柱视
16、为壁柱间墙的不动铰支座。因此计算H0时，s应取相邻壁柱间距离，而且不论带壁柱墙体的房屋的静力计算采用何种计算方案， H0一律按表中的刚性方案取用。,一、墙、柱高厚比验算,3. 带构造柱墙高厚比验算 墙中设钢筋混凝土构造柱时，可提高墙体使用阶段的稳定性和刚度，高厚比验算时可考虑构造柱的有利作用。可采用统一公式验算。计算H0时，s应取横墙间距。h取墙的厚度。墙的允许高厚比可以乘以提高系数c。 =H0/h12c,一、墙、柱高厚比验算,式中 系数，对细料石、半细料石砌体，=0； 对混凝土砌块、粗料石、毛料石及毛砌 体，=1.0； 其他砌体， =1.5； bc构造柱沿墙长方向的宽度； l构造柱间距，此时取相
