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1、第四章第四章 混合结构房屋墙体设计混合结构房屋墙体设计l混合结构房屋的设计包括的内容混合结构房屋的设计包括的内容: 1)结构的布置和承重墙体系的选择；结构的布置和承重墙体系的选择； 2)结构的静力计算方案结构的静力计算方案和和计算简图的确定计算简图的确定； 3)墙柱承载力验算墙柱承载力验算和和高厚比验算高厚比验算； 4)房屋整体及各部件的构造设计。房屋整体及各部件的构造设计。l其中内容其中内容2)、3)需着重解决本章将对以下问题需着重解决本章将对以下问题做系统论述做系统论述: (方案方案简图简图内力内力)a) 空间受力性能空间受力性能；b) 静力计算方案静力计算方案；c) 结构计算简图结构计算
2、简图；d) 内力计算方法内力计算方法。e)墙柱高厚比的验算方法墙柱高厚比的验算方法。一、混合结构房屋的组成及结构布置方案混合结构房屋的组成及结构布置方案1.混合结构房屋的组成混合结构房屋的组成l混合结构：混合结构：砌体；钢筋混凝土砌体；钢筋混凝土l墙体：墙体：承重与非承重；纵横墙；内外墙承重与非承重；纵横墙；内外墙l承重体系：承重体系：水平承重构件水平承重构件(楼屋盖楼屋盖)与竖向承重与竖向承重构件构件(墙柱墙柱) +地基基础地基基础+附加构件附加构件(楼梯等楼梯等)l空间结构：空间结构：含建筑、结构功能及经济要求含建筑、结构功能及经济要求一、混合结构房屋的组成及结构布置方案混合结构房屋的组成
3、及结构布置方案(续续1).混合结构房屋的结构布置方案混合结构房屋的结构布置方案 按竖向荷载的传递路线划分为按竖向荷载的传递路线划分为:(1)横墙承重横墙承重方案方案(图图4.1)：整体性差：整体性差(2)纵墙承重纵墙承重方案方案(图图4.2)：可调整地基不均匀沉降：可调整地基不均匀沉降(3)纵横墙承重纵横墙承重方案方案(图图4.3)：整体性好，空间刚度大：整体性好，空间刚度大(4)内框架承重内框架承重方案方案(图图4.4)：基础沉降不均匀：基础沉降不均匀 (5)底层框架承重底层框架承重方案方案(新规范不再推荐采用新规范不再推荐采用)l结构选型是设计的基础，关系到建筑、结构、施工与造结构选型是设
4、计的基础，关系到建筑、结构、施工与造价，应多做比较后确定。价，应多做比较后确定。二、混合结构房屋的静力计算方案混合结构房屋的静力计算方案1.房屋的整体空间作用房屋的整体空间作用(1)空间作用的基本概念空间作用的基本概念竖向荷载下竖向荷载下，为偏压构件；，为偏压构件；水平荷载下水平荷载下(如作用于纵墙如作用于纵墙)，纵墙纵墙为为平面外的受弯构件；平面外的受弯构件；楼屋盖楼屋盖为平面内弯剪为平面内弯剪构件构件(深梁深梁)；横墙横墙为嵌固于基础的竖向悬为嵌固于基础的竖向悬臂弯剪构件，且在自身平面内有很大的抗臂弯剪构件，且在自身平面内有很大的抗侧刚度侧刚度横墙承重体系横墙承重体系水平荷载主要由楼屋盖水
5、平荷载主要由楼屋盖传递给横墙承担，纵墙四边具有可靠的支传递给横墙承担，纵墙四边具有可靠的支承，故弯距甚小；而承，故弯距甚小；而纵墙承重体系纵墙承重体系水平荷水平荷载则主要由纵墙承担，底层纵墙底部的弯载则主要由纵墙承担，底层纵墙底部的弯距甚大距甚大空间整体受力空间整体受力荷载传递路线荷载传递路线二、混合结构房屋的静力计算方案混合结构房屋的静力计算方案 1.房屋的整体空间作用房屋的整体空间作用(1)基本概念基本概念(续续1)pp1)两端没有山墙两端没有山墙变形特点变形特点：由于没有山墙，单元之间：由于没有山墙，单元之间没有相互制约作用，每开间受力相同，没有相互制约作用，每开间受力相同，墙顶水平位移
6、与房屋长度无关，沿纵墙顶水平位移与房屋长度无关，沿纵向处处相等向处处相等传力路径传力路径：风载：风载纵墙纵墙纵墙基础纵墙基础地基地基计算简图计算简图：纵墙排架柱纵墙排架柱上端与屋盖梁上端与屋盖梁铰接，下端嵌固于基础的平面排架铰接，下端嵌固于基础的平面排架平面排架平面排架二、混合结构房屋的静力计算方案混合结构房屋的静力计算方案 1.房屋的整体空间作用房屋的整体空间作用(1)基本概念(续续2)sp2,max 12)两端有山墙，但相距甚远变形特点：纵墙顶端的水平位移与屋盖的刚度、长度，以及山墙的刚度密切相关，其大小等于山墙的侧移1和屋盖梁水平挠度2的总和，且中间计算单元最大，近山墙处最小s，max1
7、2,maxp传力路径：风载纵墙纵墙基础屋盖梁山墙山墙基础地基计算简图：具空间工作特征，计算单元可视作具弹性支柱的平面排架弹性支柱的刚度反映了房屋的空间刚度具弹性支座的具弹性支座的平面排架平面排架二、混合结构房屋的静力计算方案混合结构房屋的静力计算方案 1.房屋的整体空间作用房屋的整体空间作用(1)基本概念基本概念(续续3)2，max3) 山墙相距较近或横墙承重山墙相距较近或横墙承重变形特点变形特点：横墙较多，屋盖梁跨度：横墙较多，屋盖梁跨度甚小，虽有变形但其值很小，甚小，虽有变形但其值很小，可假可假定横墙的侧移定横墙的侧移1=0 ，且屋盖梁的，且屋盖梁的变形变形值值2,max甚小甚小传力路径传
8、力路径：风载：风载纵墙纵墙纵墙基纵墙基础屋盖梁础屋盖梁横墙横墙横墙基础横墙基础地基地基计算简图计算简图：可视作可视作上端为不动铰支上端为不动铰支承，下端嵌固于基础的竖向构件承，下端嵌固于基础的竖向构件具不动铰支承的具不动铰支承的平面排架平面排架二、混合结构房屋的静力计算方案混合结构房屋的静力计算方案 1.房屋的整体空间作用房屋的整体空间作用(2)房屋的空间性能影响系数房屋的空间性能影响系数1)1)物理意义物理意义=s,max/p1反映房屋反映房屋结构的空构的空间作用，作用，实现将空将空间结构构转化化为平面平面结构的构的计算算 ，房屋，房屋结结构的空构的空间间作用作用s,max=p反映房屋反映房
9、屋结构考构考虑空空间工作后的工作后的侧移折减移折减二、混合结构房屋的静力计算方案混合结构房屋的静力计算方案1.1.房屋的整体空间作用房屋的整体空间作用房屋的整体空间作用房屋的整体空间作用(2)(2)空间性能影响系数空间性能影响系数空间性能影响系数空间性能影响系数 ( (续续续续1)1)2)的影响因素的影响因素 a)a)楼屋盖的水平刚度楼屋盖的水平刚度：取决于其整体性、截面：取决于其整体性、截面宽度和厚度宽度和厚度(P87(P87表表4.14.1与与P88P88表表4.24.2，分三类，分三类) ) b)b)横墙的刚度和间距横墙的刚度和间距s s：1和和2,max c)c)房屋的跨度房屋的跨度(
10、 (经试验，可忽略经试验，可忽略) ) d)d)排架的刚度排架的刚度( (实测表明其影响不明显实测表明其影响不明显) ) e)e)纵墙的刚度纵墙的刚度：提高综合剪切刚度：提高综合剪切刚度P87P87表表4.14.1中中的的值虽用值虽用a)a)、b)b)因素反映，但其中已考虑因素反映，但其中已考虑e)e)二、混合结构房屋的静力计算方案混合结构房屋的静力计算方案1.房屋的整体空间作用房屋的整体空间作用(3)多层砌体房屋结构的空间性能影响系数多层砌体房屋结构的空间性能影响系数im21R1m22R2m11R1m12R2V21V22V11V12多层房屋的空间作用强于单层多层房屋的空间作用强于单层房屋，其
11、空间作用除房屋，其空间作用除同层相互作用同层相互作用外还存在外还存在层间相互作用层间相互作用，可用，可用主副主副空间系数空间系数加以考虑，但用于计算将加以考虑，但用于计算将非常复杂，故偏于结构安全和计算非常复杂，故偏于结构安全和计算方便，作了方便，作了两项简化两项简化：a)不考虑层间相互作用；不考虑层间相互作用；b)第第i i层的层的i取对应单层房屋取对应单层房屋相同的相同的值值多层砌体房屋多层砌体房屋结构的空间作用结构的空间作用21二、混合结构房屋的静力计算方案混合结构房屋的静力计算方案 2.房屋静力计算方案的划分房屋静力计算方案的划分l三种三种静力计算方案及其计算简图静力计算方案及其计算简
12、图弹性方案弹性方案不考虑空间工作的不考虑空间工作的平面排架平面排架p刚弹性方案刚弹性方案具弹性支座的具弹性支座的平面排架平面排架sp刚性方案刚性方案具不动铰支承的具不动铰支承的平面排架平面排架二、混合结构房屋的静力计算方案混合结构房屋的静力计算方案 2.房屋静力计算方案的划分房屋静力计算方案的划分(续续1-3合页合页)l三种静力计算方案确定三种静力计算方案确定：均：均按纵墙承重结构房屋划分按纵墙承重结构房屋划分确确定的，横墙为主要抗侧力构件；定的，横墙为主要抗侧力构件；将屋盖看作排架横梁将屋盖看作排架横梁，忽略其轴向变形忽略其轴向变形；假定假定屋盖和墙顶之间的节点为铰接屋盖和墙顶之间的节点为铰
13、接，即不考虑墙柱对屋盖的约束作用，形成的是即不考虑墙柱对屋盖的约束作用，形成的是平面排架平面排架l划分目的划分目的：按实际情况：按实际情况考虑考虑房屋结构存在的房屋结构存在的空间作用空间作用，并并把空间结构转化成平面结构来计算把空间结构转化成平面结构来计算实现这一转化的实现这一转化的途径，是在途径，是在计算中考虑空间性能影响系数计算中考虑空间性能影响系数l静力计算方案选用静力计算方案选用：横墙间距横墙间距s s的单位为的单位为m m，当计算横墙，当计算横墙内力时，应将内力时，应将纵墙间距纵墙间距代替横墙间距作为划分静力计算代替横墙间距作为划分静力计算方案的依据；方案的依据；无山墙或伸缩缝处无横
14、墙的房屋，按弹性无山墙或伸缩缝处无横墙的房屋，按弹性方案考虑方案考虑；此外还；此外还应考虑刚性与刚弹性方案的横墙应考虑刚性与刚弹性方案的横墙二、混合结构房屋的静力计算方案混合结构房屋的静力计算方案 2.房屋静力计算方案的划分房屋静力计算方案的划分(续续1)l三种静力计算方案的确定三种静力计算方案的确定：假定假定屋盖和墙顶之间的节点为铰接屋盖和墙顶之间的节点为铰接即不考虑墙柱对屋即不考虑墙柱对屋盖的约束作用，形成的是盖的约束作用，形成的是平面排架平面排架将屋盖看作排架横梁将屋盖看作排架横梁，忽略其轴向变形，忽略其轴向变形三种方案均三种方案均按纵墙承重结构房屋划分按纵墙承重结构房屋划分确定的，即是
15、计算确定的，即是计算纵墙内力纵墙内力时所需要的此时时所需要的此时横墙横墙为主要抗侧力构件为主要抗侧力构件当计算当计算山墙内力山墙内力或或横墙承重结构中横墙承重结构中横墙内力横墙内力时，时，纵墙纵墙便便成为主要抗侧力构件此时应成为主要抗侧力构件此时应将纵墙间距代替横墙间距将纵墙间距代替横墙间距作为划分静力计算方案的依据作为划分静力计算方案的依据二、混合结构房屋的静力计算方案混合结构房屋的静力计算方案 2.房屋静力计算方案的划分房屋静力计算方案的划分(续续2)l三种静力计算方案划分的目的三种静力计算方案划分的目的：按实际情况按实际情况考虑考虑房屋结构存在的房屋结构存在的空间作用空间作用，并，并将空
16、间结构转化成平面结构来计算将空间结构转化成平面结构来计算实现这一实现这一转化的途径，是转化的途径，是在计算中考虑空间性能影响系在计算中考虑空间性能影响系数数二、混合结构房屋的静力计算方案混合结构房屋的静力计算方案 2.房屋静力计算方案的划分房屋静力计算方案的划分(续续3)l静力计算方案选用时注意静力计算方案选用时注意：横墙间距横墙间距s s的单位为的单位为m m无山墙无山墙或或伸缩缝处无横墙伸缩缝处无横墙的房屋，按弹性方的房屋，按弹性方案考虑案考虑此外，还应考虑刚性与刚弹性方案的横墙此外，还应考虑刚性与刚弹性方案的横墙二、混合结构房屋的静力计算方案混合结构房屋的静力计算方案3.刚性与刚弹性方案
17、的横墙刚性与刚弹性方案的横墙(1)刚性与刚弹性方案的横墙应符合的要求刚性与刚弹性方案的横墙应符合的要求 1)横墙中开有洞口时，横墙中开有洞口时，洞口的水平截面面积洞口的水平截面面积不应超过横不应超过横墙截面面积的墙截面面积的50%2)横墙的厚度横墙的厚度不宜小于不宜小于180mm3)单层房屋的横墙长度单层房屋的横墙长度不宜小于其高度，不宜小于其高度，多层房屋的横多层房屋的横墙长度墙长度不宜小于其不宜小于其H/2(H为横墙总高度为横墙总高度)当横墙不能当横墙不能同时符合同时符合上述要求时，应对横墙的刚度进行上述要求时，应对横墙的刚度进行验算验算如其如其最大水平位移值最大水平位移值maxmaxH/
18、4000H/4000时，仍可视作刚性时，仍可视作刚性与刚弹性方案的横墙符合上述刚度要求的一段横墙或其它与刚弹性方案的横墙符合上述刚度要求的一段横墙或其它结构构件结构构件(如框架等如框架等)，也可视作刚性与刚弹性方案的横墙，也可视作刚性与刚弹性方案的横墙二、混合结构房屋的静力计算方案混合结构房屋的静力计算方案3.刚性与刚弹性方案的横墙刚性与刚弹性方案的横墙(续续1)一般框排架横墙侧移max=H/500H/400,如果最大水平位移值maxH/4000,可认为对框排架的内力影响可以忽略.另外据经验,当横墙间距很密,如开间为3.3m或3.6m,也可认为是符合刚性与刚弹性方案要求的横墙.规范中考虑横墙的
19、间距s32m为刚性方案,较3.3m大近10倍.就开间为3.3m或3.6m的房屋来说,由横墙高长比引起的侧移值可能达不到s32m时的侧移值.二、混合结构房屋的静力计算方案混合结构房屋的静力计算方案3.刚性与刚弹性方案的横墙刚性与刚弹性方案的横墙(续续2)(2)横墙顶部最大水平位移横墙顶部最大水平位移max的的计算方法算方法n1n2n=(n1+n2)作用于横墙顶部的作用于横墙顶部的集中力集中力P1=nP/2Hbf0.3H将横墙作为悬臂构件计算，并考将横墙作为悬臂构件计算，并考虑其弯曲变形与剪切变形单层房屋虑其弯曲变形与剪切变形单层房屋的横墙在水平荷载下的最大位移公式的横墙在水平荷载下的最大位移公式
20、为：为： max=P1H3/3EI+P1H/GA(VH/G)=nPH3/6EI+nPH/2GA式中：式中：n=n1+n2，V=P/A，G=0.4E,P1=n(W+R)/2=nP/2W屋面R-均载引起每一开间的柱顶每一开间的柱顶反力反力P=W+R计算简图计算简图n-相邻两相邻两横墙开间数横墙开间数二、混合结构房屋的静力计算方案混合结构房屋的静力计算方案3.刚性与刚弹性方案的横墙刚性与刚弹性方案的横墙(续续3)为计算方便，当门窗洞口的水平截面面积不超过横墙截面面积的为计算方便，当门窗洞口的水平截面面积不超过横墙截面面积的75%时，横墙截面面积和惯性距均可按毛面积计算，洞口对刚度的影时，横墙截面面积
21、和惯性距均可按毛面积计算，洞口对刚度的影响在响在取值中反映取值中反映(取剪应力分布不均匀系数取剪应力分布不均匀系数=2.0). max=nPH3/6EI+2.5nPH/EA对于多层房屋的横墙，也可按上述原则计算，但此时横墙承受的对于多层房屋的横墙，也可按上述原则计算，但此时横墙承受的水平荷载作用于各楼层处水平荷载作用于各楼层处对于刚弹性方案房屋，对于刚弹性方案房屋，P1=n(1-)P，故，故 max=npH3(1-)/6EI+2.5nPH(1-)/EA三、墙、柱高厚比验算墙、柱高厚比验算l高厚比高厚比：墙、柱的：墙、柱的计算高度计算高度H H0 0与与墙的厚度墙的厚度t t或或矩形柱矩形柱截面
22、边长截面边长h h(或或b)的比值，用的比值，用表示表示l为为保证墙、柱保证墙、柱施工与使用过程中的施工与使用过程中的稳定性稳定性，以，以及在使用阶段不致发生过大变形而应具有的及在使用阶段不致发生过大变形而应具有的刚刚度度，规范所规定的，规范所规定的重要构造措施重要构造措施l高厚比高厚比验算通常在验算通常在墙、柱承载力计算之前进墙、柱承载力计算之前进行，含有两方面的内容：行，含有两方面的内容：允许高厚比允许高厚比的限值；的限值；墙、柱高厚比墙、柱高厚比的确定的确定三、墙、柱高厚比验算墙、柱高厚比验算1.1.墙、柱的允许高厚比墙、柱的允许高厚比(1)墙、柱高厚比的验算公式墙、柱高厚比的验算公式:
23、=H0/h12式中: : 1- -非承重墙非承重墙允许允许高厚比的修正系数高厚比的修正系数2- -有门窗洞口有门窗洞口允许允许高厚比的修正系数高厚比的修正系数 -墙、柱的允、柱的允许高厚比限高厚比限值墙、柱的允、柱的允许高厚比限高厚比限值与墙柱的承载力计算无关与墙柱的承载力计算无关，而是而是从构造上给予的规定限值从构造上给予的规定限值主要是根据主要是根据实践经验实践经验、现阶段的段的材料质量材料质量以及以及施工技术水平施工技术水平综合研究而确定的合研究而确定的三、墙、柱高厚比验算墙、柱高厚比验算1.1.墙、柱的允许高厚比墙、柱的允许高厚比(续续1)(2)墙、柱的允许高厚比限值墙、柱的允许高厚比
24、限值(参见参见P92表表4.4)(3)影响墙、柱允许高厚比的因素影响墙、柱允许高厚比的因素1)M(f2)：f2EEI侧移侧移 稳定性，规范按稳定性，规范按f2规定规定2)横墙间距横墙间距：s，EI，以，以H0考虑考虑3)构造的支承条件构造的支承条件：与侧移有关：与侧移有关(不动铰，弹性支座等不动铰，弹性支座等)稳定性，以稳定性，以H0考虑考虑4)截面型式截面型式：I，EI，以洞口修正系数，以洞口修正系数2考考虑5)构件的重要性和房屋使用情况构件的重要性和房屋使用情况：非承重墙，：非承重墙，放宽；放宽；有振动房屋，有振动房屋，降低降低6)构造柱间距及其截面构造柱间距及其截面：l与与Ac，对墙体的
25、约束，对墙体的约束，稳稳定性定性以以c修正修正7)砌体砌体类型型：组合砌体合砌体放宽，毛石砌体放宽，毛石砌体降低降低三、墙、柱高厚比验算墙、柱高厚比验算2.2.矩形截面墙、柱高厚比验算矩形截面墙、柱高厚比验算=H0/h12(1)厚度厚度h240的的自承重墙自承重墙，允允许高厚比高厚比的的修正系数修正系数1 1应按下列按下列规定采用：定采用：a) h=240mm 1=1.2b) h=90mm 1=1.5c) 90mmh0.250.25时，取，取b bc c/L=0.25/L=0.25；当；当b bc c/L/L0.050.05时，取，取b bc c/L=0/L=0(2)构造柱间墙构造柱间墙构造柱可视为墙的侧向不动铰支点，按刚性方案，构造柱可视为墙的侧向不动铰支点，按刚性方案，以相以相邻构造柱构造柱间的距离的距离s确定确定H0(3)注意施工阶段带构造柱墙的稳定性注意施工阶段带构造柱墙的稳定性三、墙、柱高厚比验算墙、柱高厚比验算L=(LL=(L1 1+L+L1 1)/2)/2b bc cA As s L L1 1L L2 2AnAc砖砌体和构造柱组合墙截面砖砌体和构造柱组合墙截面
