混凝土与砌体结构设计讲义.ppt

混凝土与砌体结构设计,河 海 大 学,主要内容,砌体结构设计,单层厂房设计,钢筋混凝土框架结构,混凝土结构设计,第三章 砌体结构,本章主要内容 # 砌体材料及砌体力学性能 # 砌体结构设计方法 # 砌体结构构件承载力的计算 # 混合结构房屋墙体设计 # 过梁、挑梁等的设计 # 配筋砌体结构设计,3.1绪论,砌体结构：块材（砖、石、砌块）和砂浆建造墙、 柱作为主要受力构件的结构（砌体混合结构）。,长城,3.1绪论,一、砌体结构发展简史 中国古代砌体结构： 秦砖汉瓦 古代建筑以砖木结构为主，墙作填充、防护之用（木框架结构） 近代建筑受欧洲建筑影响，开始采用砖墙承重,赵洲桥,3.1绪论,结构：敞肩式单孔圆弧弓形石拱桥 尺寸：全长50.82米， 桥面宽约10米， 跨度37.02米， 拱圈矢高7.32米， 组成： 28条并列的石条砌成拱圈 地位： 材料使用、结构受力、 艺术造型、经济 都达到极高成就， 世界上最早的敞肩式拱桥 。,公元1055年建成 高84.2米 砖砌双层筒体结构,3.1绪论,河南登封嵩岳寺塔（公元386-534）： 砖砌单筒体，12边形，15层，高43.5米。,3.1绪论,外国古代砌体结构,金字塔,3.1绪论,巴比伦的伊什塔尔城门 （公元前606年公元前562年 ）,3.1绪论,3.1绪论,雅典卫城 （公元前480年 ）,巴台农神庙,厄瑞克忒翁神庙,3.1绪论,古代欧洲建筑物多为石砌,古罗马角斗场（公元72年） 5万人,3.1绪论,罗马的万神庙（43米） （公元120-124年）,3.1绪论,圣彼得大教堂,3.1绪论,巴黎圣母院,（公元1180年）,3.1绪论,3.1绪论,高16层 带有电梯,莫纳得洛克大楼(芝加哥) 1891年,3.1绪论,自50年代，我国多层住宅多为砌体结构房屋 近些年，我国砖的年产量达到世界其他各国砖年产量的总和。,3.1绪论,现代砌体结构,3.1绪论,配筋混凝土砌块砌体 （剪力墙结构）,砌块有120年历史 配筋混凝土砌块砌体可达到近三十层,砌体结构施工现场,3.1绪论,二、砌体结构优缺点 优点：就地取材； 造价低； 耐热耐久性好；保温隔热性能好； 施工简便、连续 缺点：强度低；自重大； 整体性差； 施工劳动力大； 采用粘土砖占用农田、耕地；,3.1绪论,三、砌体结构应用范围 民用建筑：墙、柱、过梁、基础等 工业建筑：围护墙、烟囱、水池、水塔等 其它：桥梁、隧道、挡土墙、大坝、渡槽等,3.1绪论,3.2 砌体材料及砌体的力学性能,一、材料及其强度等级,二、砌体结构的种类,三、砌体的受压性能,四、砌体的局部受压性能,五、砌体的受拉、受弯、受剪性能,六、砌体的变形和其它性能,3.2 砌体材料及砌体的力学性能,一、材料及其强度等级 （一）砖 1、 砖的分类 烧结砖 a、烧结普通砖：以粘土、煤矸石、页岩或粉煤灰为主要原料 24011553mm b、烧结多孔砖：孔洞率15%（kp和km） kp砖： 24011590mm km砖：19019090mm,（一）砖 1、 砖的分类 蒸压砖：以石灰和砂或粉煤灰为主要原料 压制成型、蒸压养护 a、蒸压灰砂砖：以石灰和砂为主要原料 b、蒸压粉煤灰砖：以石灰和粉煤灰为主要原料,3.2 砌体材料及砌体的力学性能,2、砖强度等级（用mu表示，单位：mpa） 由标准实验方法得到砖的极限抗压强度的平均值来划分 烧结砖强度等级： mu30、 mu25、 mu20、 mu15、 mu10 蒸压砖强度等级： mu25、 mu20、 mu15、 mu10 砖强度等级,3.2 砌体材料及砌体的力学性能,（二）砌块 1、砌块的分类 材料：混凝土、工业废料（粉煤灰、煤矸石等） 普通混凝土小型空心砌块：39019090mm 轻集料混凝土小型空心砌块 ：39019090mm 常用：混凝土小型空心砌块,3.2 砌体材料及砌体的力学性能,2、砌块的强度等级 按毛截面面积计算的极限抗压强度来划分 砌块强度等级：mu20、 mu15、 mu10、 mu7.5、 mu5 表1-2：普通混凝土小型空心砌块强度等级 表1-3： 轻集料混凝土小型空心砌块强度等级,3.2 砌体材料及砌体的力学性能,（三）石材 1、分类 料石 毛石 2、强度等级 mu100、 mu80、 mu 60、mu50、 mu40、 mu 30、mu20,3.2 砌体材料及砌体的力学性能,由标准实验方法得到707070mm石材的抗压强度划分,（四）砂浆 砂浆是由石灰、石膏、水泥等胶凝材料掺砂或矿渣等细骨料加水拌和而成（粘结、衬垫和传递应力） 1、分类 水泥砂浆混合砂浆无水泥砂浆（用m表示，mpa） 混凝土小型空心砌块砂浆（用mb表示，mpa） 掺合料：粉煤灰 外加剂：减水剂、早强剂，缓凝剂，速凝剂等 2、强度等级 有： m15、 m10、 m7.5、 m5、 m2.5，零号砂浆 mb30、 mb20、 mb15、 mb10、 mb7.5、 mb5,3.2 砌体材料及砌体的力学性能,（五）混凝土小型空心砌块灌孔混凝土 高流动性和低收缩的细石混凝土 掺合料：粉煤灰 外加剂：减水剂、早强剂，缓凝剂，速凝剂等 强度等级：用cb表示，单位：mpa 有： cb 40、 cb 35、 cb 30、 cb 25、 cb 20,3.2 砌体材料及砌体的力学性能,（六）材料最低强度等级的选择 1、五层及五层以上房屋的墙，受振动或层高大于6米的墙、柱： 砖：mu10 砌块：mu7.5 石材：mu30 砂浆：m5 2、安全强度等级为一级或使用年限大于50年的房屋， 材料最低强度等级提高一级 3、地面以下或防潮层以下砌体，潮湿房间的墙，材料最低强度 等级满足表1-5（表15-1）的要求,3.2 砌体材料及砌体的力学性能,二、砌体结构的种类 1、无筋砌体结构 （1）砖砌体结构 砌法：实心、空心 实心砖砌体 砌法：顺砌、丁砌,3.2 砌体材料及砌体的力学性能,3.2 砌体材料及砌体的力学性能,砌筑方法：,空心墙 （2）砌块砌体结构 （3）石砌体结构,2、配筋砌体结构 分为：配筋砖砌体构件、配筋砌块砌体构件 （1）配筋砖砌体构件 网状配筋砖砌体构件（水平灰缝处） 组合砖砌体构件（砖砌体+钢筋混凝土或砂浆面层）,3.2 砌体材料及砌体的力学性能,2、配筋砌体结构 （2）配筋混凝土砌块砌体构件 约束配筋砌块砌体构件（墙体转角、洞口处） 均匀配筋砌块砌体构件（剪力墙）,3.2 砌体材料及砌体的力学性能,3、约束砌体结构 圈梁、构造柱,3.2 砌体材料及砌体的力学性能,4、墙板 墙板有：砖（砌块）墙板、预制混凝土空心墙板、 矿渣混凝土墙板、整体现浇混凝土墙板,三、砌体结构发展趋势 新材料 推广配筋砌体 理论研究 施工技术工业化,3.2 砌体材料及砌体的力学性能,1、砌体的受压破坏特征 （1）普通砖砌体 根据实验，砖砌体受轴心压力，从受压开始到破坏，根据裂缝的出现和发展等特点，划分为三个阶段： 阶段i ：单块砖出现裂缝，荷载不增加，裂缝不发展；,p=(5070)%pu,p=(8090)%pu,阶段ii：裂缝发展形成连续，荷载不增加，裂缝发展；,阶段iii：形成小砖柱，小砖柱失稳破坏。,四、砌体的受压性能,（2）多孔砖砌体的受压破坏特征 高度比普通砖高，且存在较薄的孔壁，脆性破坏特征显著。 三个阶段： 阶段i ：单块砖出现裂缝，p= 70%pu； 阶段ii：裂缝发展形成连续，数量不多，裂缝贯通速度快； 阶段iii：形成小砖柱，小砖柱失稳破坏， 砖表面出现大面积剥落。 从阶段ii到阶段iii时间短,三、砌体的受压性能,2、普通砖砌体受压应力分析,三、砌体的受压性能,2、普通砖砌体受压应力分析,三、砌体的受压性能,2、普通砖砌体受压应力分析,三、砌体的受压性能,2、普通砖砌体受压应力分析,三、砌体的受压性能,应力分析？（复杂应力状态） 砖受力：压、弯、剪、拉 砌体横向变形时，砖和砂浆交互作用 受力状态：砖：压、弯、剪、拉，抗压强度降低 砂浆：三向受力状态，抗压强度提高 导致：砌体抗压强度低于砖，高于砂浆 砖内产生附加拉应力，加快了砖裂缝出现 砖可视为弹性地基（砂浆）梁 竖向灰缝处的应力集中,三、砌体的受压性能,3、砌体抗压强度强度影响因素 （1）材料本身 块材、砂浆、灌孔混凝土强度等级；块材的高度、长度； 块材表面平整；砂浆和易性；砂浆弹性模量 （2）砌筑质量 水平灰缝砂浆饱满度 灰缝厚度 块体砌筑时的含水率 砌体组砌方法 施工质量控制等级（施工现场质量管理、材料强度、工人技术等级分为a、b、c三级）（表1-6） （3）实验方法,三、砌体的受压性能,（3）实验方法,三、砌体的受压性能,4、砌体抗压强度平均值公式 在实验基础上经统计分析：,三、砌体的受压性能,f 1块体抗压强度平均值 f 2砂浆抗压强度平均值 k1 、与块体类别有关的参数； k2砂浆强度影响的修正系数。 （表1-9）,灌孔砌块砌体抗压强度： fg,m= fm +0.94 ac/a fc,m fm空心砌块砌体抗压强度平均值； f c,m灌孔混凝土抗压强度平均值; ac 灌孔混凝土截面面积； a砌体截面面积。,三、砌体的受压性能,4、砌体抗压强度平均值公式,四、砌体的局部受压性能,1、分类 局部均匀受压 局部不均匀受压,2、砌体局部受压破坏特征 三种破坏形态： 因竖向裂缝的发展破坏（先裂后坏）,四、砌体的局部受压性能,四、砌体的局部受压性能,2、砌体局部受压破坏特征 三种破坏形态：,因竖向裂缝的发展破坏（先裂后坏）,劈裂破坏（一裂即坏）,四、砌体的局部受压性能,2、砌体局部受压破坏特征 三种破坏形态：,局部压碎,四、砌体的局部受压性能,2、砌体局部受压破坏特征 三种破坏形态：,3、局部受压工作机理 沿压力竖向截面应力分布（距钢板数皮砖以下砌体产生 第一批裂缝） 局部砌体三向受压，抗压强度提高（套箍强化） “力的扩散”和侧压力的综合影响（边缘及端部）,四、砌体的局部受压性能,砌体抗压强度大于轴心抗拉、弯曲抗拉及抗剪强度 取决于灰缝强度，竖向灰缝强度一般不考虑,五、砌体的受拉、受弯、受剪性能,（一）轴心受拉性能 1、破坏特征 拉力与水平灰缝平行： 沿齿缝截面破坏（砂浆强度低）, 沿块体与竖向灰缝截面破坏（可避免）,（一）轴心受拉性能 1、破坏特征 拉力与水平灰缝垂直： 沿水平通缝破坏(绝对避免）,2、轴心抗拉强度平均值,五、砌体的受拉、受弯、受剪性能,（表1-10）,（二）弯曲受拉性能 1、破坏特征 沿齿缝截面破坏,五、砌体的受拉、受弯、受剪性能,沿块体与竖向灰缝截面破坏（可避免）,沿水平通缝破坏 砂浆强度低,五、砌体的受拉、受弯、受剪性能,（二）弯曲受拉性能 1、破坏特征,（表1-10）,2、弯曲抗拉强度平均值,五、砌体的受拉、受弯、受剪性能,（二）受弯性能,（三）受剪性能 受剪：纯剪受力、剪-压复合受力 1、破坏特征（脆性破坏） 纯剪受力：沿通缝截面破坏,五、砌体的受拉、受弯、受剪性能,1、破坏特征（脆性破坏） 剪-压复合受力： 剪摩破坏（沿水平通缝截面滑移破坏） 450,五、砌体的受拉、受弯、受剪性能, 剪压破坏（沿齿缝截面由于主拉应力超过 抗拉强度破坏） 450 600 斜压破坏（沿压应力方向破坏） 600 900,（三）受剪性能 2、影响抗剪强度的因素 a、块体（斜压破坏）、砂浆、灌孔混凝土强度 b、垂直压应力（三种破坏形态） c、施工质量 d、试验方法砌体基本力学性能试验方法标准,五、砌体的受拉、受弯、受剪性能,3、抗剪强度表达式 a 、主拉应力破坏理论 剪切破坏由于主拉应力超过砌体的抗主拉应力强度,五、砌体的受拉、受弯、受剪性能,b、库仑破坏理论 砌体抗剪强度与摩擦力有关,c、 剪-压复合受力相关破坏模式 经试验和分析,c、 剪-压复合受力相关破坏模式,五、砌体的受拉、受弯、受剪性能,3、抗剪强度表达式,4、受纯剪作用时抗剪强度,五、砌体的受拉、受弯、受剪性能,1、砌体受压应力-应变关系,曲线无下降段，取,砌体受压应力-应变关系 全曲线试验结果：,六、砌体的变形和其他性能,（上升段、下降段）,2、变形模量 初始弹性模量：,割线模量：,切线模量：,受压弹性模量：,试验研究表明： 时， 经反复加-卸载5次后，应力-应变关系趋于直线，此时，割线模量接近初始弹性模量。 规范： （表1-11） 按砂浆强度等级，与砌体抗压强度成正比来确定（石材例外）,六、砌体的变形和其他性能,3、泊松比：0.10.2 剪变模量g：0.4e 4、干缩变形：收缩率 温度变形：线膨胀系数（表1-12） 5、摩擦系数（表1-13）,六、砌体的变形和其他性能,3.3 砌体结构设计方法,一、砌体结构的设计原则 1、砌体结构采用以概率理论为基础的极限状态设计 方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用 分项系数的设计表达式进行计算。 2、砌体结构应按承载能力极限状态设计，并满足正 常使用极限状态的要求（一般可由相应的构造措 施保证）。,3、砌体结构和结构构件在设计使用年限内，在正常 维护下，必须保持适合，而不需大修加固。设计 使用年限按国家标准建筑结构可靠度设计统一 标准确定。 4、根据建筑结构破坏可能产生的后果（危及人的生 命、造成经济损失、产生社会影响等）的严重性， 建筑结构划分为三个安全等级，设计时根据具体 情况适当选用。,5、设计表达式 砌体结构应按承载能力极限状态设计时，应按最不利组合 进行计算：,当砌体结构作为一个刚体，需要验算整体稳定性（如倾覆、 滑移、漂浮等）时，按下式验算：,二、砌体强度的标准值（ ）和设计值( ) 1、砌体强度标准值 (具有不小于95%的保证率）,式中：,2、砌体强度设计值,式中：,c级施工质量控制等级，乘以调整系数：,a级施工质量控制等级，乘以调整系数：,3、砌体强度标准值、设计值与平均值的关系,4、灌孔混凝土砌块砌体强度设计值,抗压强度设计值：,式中：,抗剪强度设计值：,（表2-6）,5、砌体强度设计值调整系数 有吊车、跨度 不小于9米的梁下烧结普通砖砌体，跨度 不小 于7.5米的梁下烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖砌体 和混凝土砌块砌体， 为0.9； 对无筋砌体构件，其截面面积小于0.3时， 对配筋砌体构件，其截面面积小于0.2时， 采用水泥砂浆时，对表2-4至表2-9， 为0.9； 对表2-10， 为0.8。 c、 a级施工质量控制等级， 分别为 0.89和1.05 当验算施工中房屋构件时， 为1.1,3.4 无筋 砌体结构构件的设计计算,一、受压构件设计计算 1、受压短柱的受力分析,截面较大受压边缘的应力为：,式中：,在e较小，全截面受压或受拉边缘未开裂的情况下，当受压 边缘的应力达到砌体的抗压强度 时，该短柱所能承受的压力为：,式中：,在e较大，截面受拉边缘拉应力超过砌体的抗拉强度时，产生水平裂缝，该短柱截面部分受拉，部分受压，不考虑截面受拉所应力部分，矩形截面受力的有效高度为：,n,e,h,则：,讨论： 按上述材料力学公式计算的砌体偏心影响系数，短柱的承载能力远低于试验结果? 其原因为： 随偏心距增大，由于砌体的弹塑性性质，应力为曲线分布； 受压面积减小，荷载对实际受压面积的偏心距逐渐变小， 在剩余受压面积和减小的偏心距的作用下达到新的平衡，砌 体所受的压应力不断增大； 受压部分砌体具有局部受压性质，强度提高。,解决办法： 在材料力学公式基础上，根据试验结果，规定：,矩形截面：,t形、十字形截面：,式中：,2、轴心受压长柱的受力分析 讨论： a 、轴心受压长柱比短柱受压承载力低： 侧向变形产生纵向弯曲破坏； b 、纵向弯曲现象比钢筋混凝土构件更明显： 水平砂浆缝削弱了砌体的整体性。 轴心受压长柱的承载力计算采用稳定系数考虑纵向弯曲的影响。,根据欧拉公式，长柱发生纵向弯曲破坏的临界应力：,h0柱的计算高度,式中：,临界应力处的切线模量：,代入上式：,稳定系数：,令：,，则：,矩形截面：,因此：,轴心受压长柱的稳定系数（规范）：, 构件的高厚比，,矩形截面：,t形、十字形截面：, 只与砂浆强度有关的系数，,式中：,3、偏心受压长柱的受力分析 讨论： 偏心受压长柱比轴心受压长柱受压承载力低： 偏心距: a、 轴向压力产生偏心距 e b、侧向变形产生附加偏心距 ei 轴心受压长柱的承载力计算采用偏心影响系数考虑 纵向弯曲和偏心距的影响。,偏心影响系数:,矩形截面：,（表3-1、表3-2和表3-3）：高厚比、偏心距、砂浆强度等级,4、受压构件的承载力计算 公式,式中：,说明：,a、高厚比,b、当偏心距方向边长大于另一方向边长，尚需进行较小 方向的轴压验算； c、适用条件：,5、双向偏心受压长柱的承载力计算,式中：,适用条件：,二、砌体局部受压设计计算 （一）概述 （二）砌体局部均匀受压 1、砌体局部抗压强度提高系数 ,式中：,2、影响砌体局部抗压强度的计算面积,h1,(a),(b),(d),3、砌体局部均匀受压的承载力计算,为避免劈裂破坏，局部抗压强度提高系数 要符合： （1）图a情况： （2）图b情况： （3）图c情况： （4）图d情况： （5）多孔砖、混凝土砌块灌孔砌体，尚满足 未灌孔砌块砌体，,（三）梁端支承处砌体局部非均匀受压,1、上部荷载对砌体局压强度的影响（上部荷载的折减）,不大：砌体与梁顶逐渐脱开，砌体形成内拱来传递上部荷载，砌体内内力重分布， 的存在和扩散对下部砌体有横向约束作用，提高砌体局部抗压强度,较大：砌体与梁顶接触面增大，内拱作用减小。,分析：,上部荷载的折减系数：,2、梁端有效支承长度,nl,a,砌体局压面积：,(b:梁宽),假定：梁端砌体变形和压应力线性分布 砌体边缘：位移：,压应力：,k：梁端砌体的压缩刚度系数; :压应力图形的完整系数 平均压应力：,根据试验结果，取：,对承受均布荷载的钢筋混凝土简支梁：,式中：,要求：,规范采用,2、梁端有效支承长度,3、梁端砌体局部受压的承载力计算,式中：,问题？ 砌体局部受压承载力不足，如何解决？,（四）梁端下设有刚性垫块时砌体的局部受压,1、刚性垫块 伸入墙长度： ，宽度： 高度: 自梁边挑出长度,2、梁端下设有刚性垫块时砌体的局部受压承载力计算,式中：,试验表明：采用偏心受压公式,3、垫块上梁端有效支承长度,式中：,4、,（五）梁下设有钢筋混凝土垫梁（长度h0)时 砌体的局部受压,1、垫梁 如：当梁或屋架端部支承处的砖墙上设有连续的钢筋 混凝土梁（圈梁）时，起垫梁作用。 相当于弹性地基上的无限长梁,梁下应力用三角形压应力代替，折算的应力长度为h0,最大压应力：,则垫梁的折算高度：,规范规定：,则：,考虑荷载沿墙方向分布不均匀的影响：,2、梁下设有钢筋混凝土垫梁（长度h0)时砌体的局部受压 承载力计算公式,式中：,三、受剪构件设计计算,1、砌体抗剪强度设计值（剪-压）,2、受剪砌体构件承载力计算,四、受拉、受弯构件设计计算,1、轴心受拉砌体构件承载力计算,2、受弯砌体构件承载力计算 包括： 受弯承载力计算 支座受剪承载力计算,w 截面抵抗矩，矩形截面 z-内力臂，矩形截面取=2z/3,3.4 混合结构房屋墙体设计,一、房屋组成及结构布置方案,1、组成： 水平承重结构：板、梁、屋架 竖向承重结构：墙、柱、基础,步骤： 确定房屋结构布置方案； 确定房屋的静力计算方案（计算简图）； 进行墙、柱的内力分析； 验算墙、柱的承载力并采取相应的构造措施。,2、结构布置方案 四种布置方案（按楼板荷载传递路线）：,适用于开间小的住宅、宿舍、旅馆及办公楼建筑等,横墙承重方案： 屋（楼）面荷载 横墙 基础 地基,纵墙承重方案： 纵墙 基础 地基 屋（楼）面荷载 梁 纵墙 基础 地基,适用于开间大的教学楼、医院、食堂、仓库建筑等,纵横墙承重方案： 屋（楼）面荷载 纵、横墙 基础 地基,适用于开间大的教学楼、医院、办公楼建筑等,内框架承重方案： 屋（楼）面荷载 梁 柱、纵墙 基础 地基,适用于工业厂房、商场、餐厅、底层商店上部住宅建筑等,二、房屋静力计算方案,1、房屋的空间工作受力性能分析 (1)平面排架（无山墙）：风荷载 纵墙 基础,(2)空间排架（有山墙、横墙）： 墙顶水平位移： 不仅与纵墙本身刚度有关，而且与屋盖结构水平刚度和山墙的刚度有关。 纵墙基础 风荷载 纵墙 屋盖 山墙 山墙基础,水平荷载作用下，中间计算单元墙柱顶水平位移：,式中：,(3)空间性能影响系数（侧移折减系数）：,式中：,见表4-1。作为衡量房屋空间刚度大小的尺度， 也是确定房屋静力计算方案的依据。,2、房屋静力计算方案分类,影响因素：屋盖或楼盖的类别 横墙间距,刚性方案,弹性方案,刚弹性方案,房屋静力计算方案划分为三类（表4-2）： 刚性方案： 屋盖刚度大，横墙间距小（ 0.330.37）,弹性方案（多层砌体房屋不采用）： 屋盖刚度小，横墙间距大（ 0.770.82）,刚弹性方案： 介于两者之间,3、刚性方案、刚弹性方案房屋条件 满足条件：表4-2（屋盖或楼盖的类别 ；横墙间距） 刚性方案、刚弹性方案房屋的横墙 （厚度、长度、洞口） a、横墙的厚度不宜小于180mm； b、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%； c、单层房屋的横墙长度不宜小于其高度，多层房屋的 横墙长度不宜小于总高度的一半。,不满足要求时，验算横墙刚度： 验算横墙顶最大水平位移：,此时，可视为刚性方案、刚弹性方案房屋,三、房屋墙柱构造要求,构造要求包括： 墙、柱高厚比要求 墙、柱的一般构造要求； 圈梁的设置及构造要求 防止或减轻墙体开裂的主要措施,（一）墙、柱高厚比验算 1、概念 高厚比：墙柱计算高度和墙厚或矩形柱边长的比值， 用 表示 验算目的：使墙柱在正常使用极限状态具有足够的 稳定性，保证房屋的耐久性，提高空间 刚度和整体工作性能。,受压构件的计算高度h0 ：（表4-3）,s 房屋横墙或纵墙间距 h 墙、柱的高度,h0墙、柱计算高度（表4-3）； h墙厚或矩形柱与h0 相应边长；,2、矩形截面墙、柱高厚比验算,式中：,允许高厚比（表4-4），与砂浆强度相关； 注意：变截面柱要验算上、下截面，验算上柱时， 乘以1.3,3、带壁柱墙高厚比验算,整片墙高厚比验算,壁柱间墙高厚比验算（同矩形截面墙）,其中：,h0墙计算高度（刚性方案）,确定截面翼缘宽度bf ：书90页 a 、单层房屋：取壁柱宽加2/3墙高，且不大于窗间墙宽度和 相邻壁柱间距离。 b、多层房屋：有门窗洞口时，取窗间墙宽度； 无门窗洞口时，取壁柱高度的1/3。,4、带构造柱墙高厚比验算,整片墙高厚比验算,构造柱间墙高厚比验算（同矩形截面墙）,其中：,h0墙计算高度（刚性方案）,5、影响墙、柱高厚比的因素 砂浆强度等级；砌体类型； 砌体截面刚度； 构件重要性； 构造柱间距及截面； 横墙间距；支承条件。,(允许高厚比）,计算高度h0,（二）墙、柱的一般构造要求,1、砌体材料的最低强度等级 2、墙、柱的截面、支承及连接构造要求 （ 截面尺寸、垫块、壁柱设置） 3、混凝土砌块墙体的构造要求 （错缝搭砌、可靠连接、灌孔） 4、砌体中留槽洞及埋设管道时的构造要求 5、夹心墙的构造要求,（三）圈梁的设置及构造要求,1、圈梁的设置 檐口、窗顶、楼层、吊车梁顶、基础顶面处设置 单层房屋、多层房屋 2、圈梁的构造要求 （1）连续封闭；（附加圈梁） （2）圈梁交接处可靠连接； （3）宜于墙等厚，宽度不小于墙厚的2/3；高度不小于120mm； 纵筋不少于410，箍筋间距不大于300mm； （4）兼作过梁时，过梁部分的钢筋按计算另行增配。,（四）防止或减轻墙体开裂的主要措施,内因：砌体材料和混凝土材料物理力学特性和刚度的差异 外因：温度变化、地基不均匀沉降、构件之间的相互约束等 主要措施： 1、防止或减轻房屋顶层墙体的裂缝（原因、形式） 措施：减小屋盖与墙体温差、选择整体性和刚度小的屋盖、 减小屋盖与墙体间约束、提高墙体强度 2、防止或减轻由温差和砌体干缩引起的墙体中部竖向裂缝 措施：设置伸缩缝,3、防止或减轻房屋底层墙体的裂缝 措施：增大基础圈梁刚度、底层窗台下墙体刚度 4、防止墙体交接处的开裂 5、对非烧结块材墙体防裂的加强措施 6、防止或减轻混凝土砌块房屋顶层两端和底层第一、第二开 间门窗洞口处的裂缝 7、防止地基不均匀沉降引起的墙体裂缝,四、单层房屋墙体计算,（一）单层刚性方案房屋承重纵墙的计算,1.计算假设 纵墙、柱下端与基础固接，上端与屋面梁铰接 屋盖结构作为纵墙上端的不动铰支座 （纵墙顶部水平位移为0）,2.计算单元 计算单元： 取一个开间（有代表性）的墙， 其承受荷载范围为 宽度s=(s1+s2)/2,3.荷载,屋面恒载+屋面活载或雪载：集中力nl，m=nlel 作用点 风载：w（墙柱顶部），q1（迎风面），q2（背风面）,等截面：无 m 墙体自重： 变截面：上阶柱自重 对下阶柱产生 m=g1 e1,nl作用点,屋架： 距墙、柱外缘150mm处,屋面梁：,el=y-0.4a0,4、计算简图,5.求解内力,分别计算各种荷载作用下内力 求支座反力ra、rb (可利用单阶柱顶反力附表求支座反力),内力公式（4.9）、（4.10）,竖向荷载下内力,水平荷载下内力,6控制截面和承载力计算,（1）控制截面,i-i截面：墙柱顶端 ii-ii截面： 风荷载作用下最大弯矩mmax处 iii-iii截面：墙柱下端,i-i截面：偏压承载力验算； 梁下砌体局压承载力验算 ii-ii截面：偏压承载力验算 iii-iii截面：偏压承载力验算,（3）墙柱承载力验算,（2）内力组合 对控制截面分别求出恒荷载、活荷载、风荷载作用下内力，进行内力组合,（二）单层弹性方案承重纵墙计算,1、计算简图和计算步骤 同排架（剪力分配法）,（1）屋盖荷载下，不产生侧移 va =ra（即第步求得分担剪力为0） 同刚性方案 （2）风荷载作用下，剪力分配法,2、控制截面、内力组合及承载力计算,i-i截面（墙柱顶端）： 偏压承载力验算； 梁下砌体局压承载力验算 iii-iii截面（墙柱底端）：偏压承载力验算,（三）单层刚弹性方案房屋承重纵墙计算,墙顶产生水平位移， 但侧移值比弹性方案房屋小 1、计算简图,2、计算步骤,（1）屋盖荷载下内力计算同前两种方案： （2）风荷载下内力计算类似弹性方案（考虑）,弹性支座刚度： 用空间性能影响系数反映，求弹性支座反力x us=up up-us=(1-)up up:(1-)up=r:x x=(1-)r,加不动铰支座，求r 在顶部加反力r- (1-)r=r， 求每片墙承担的剪力r/2 以上两结果叠加,风荷载下内力计算步骤：,2、控制截面、内力组合及承载力计算 承载力验算同弹性方案,i-i截面（墙柱顶端）： 偏压承载力验算； 梁下砌体局压承载力验算 iii-iii截面（墙柱底端）：偏压承载力验算,五、多层房屋墙体计算,（一）多层刚性方案承重纵墙计算,多层民用房屋，横墙间距较小， 一般属于刚性方案,1计算单元 （受荷范围；开间宽度）,计算截面： 无门窗洞口： 取开间宽度范围，墙宽度b=(l1+l2)/2 （l1，l2相邻两开间距离） 有门窗洞口： 取窗间墙宽度宽度范围，b=窗间宽度 壁柱间距大且层高h较小： b=(b+2h/3)(l1+l2)/2 b壁柱宽度,2计算简图（与单层刚性方案的区别？）,竖向荷载作用下 屋盖、楼盖、梁、板伸入墙内，使墙 的连续性受到削弱，截面上能传递的弯 矩很小， 为简化计算，屋盖、楼盖处视为 不连续的铰支撑,承重墙如同竖向连续梁，屋盖、楼盖及基础顶面为支撑点,基础顶面n远大于m，亦假定墙铰接于基础顶面（e=m/n很小，n大m小）,墙、柱：每层高度范围内，简化为两端铰接的竖向偏心受压构件,风荷载作用下,仍为一竖向连续梁 弯矩： mqhi2/12（hi第i层墙高） 内力很小 不用计算风荷载的条件： 洞口水平截面面积不超过全截面面积的2/3； 层高和总高不超过表4-6的规定； 屋面自重不小于0.8kn/m2,（1）控制截面（每层取两个控制界面 ）： i-i截面： （墙顶部大梁（板）底面） ni=nu+nl，mi=nlel ii-ii截面:轴力最大 (墙体下部梁（板）底稍向上砌体) nii=nu+nl+ g，mii=,3.竖向荷载下控制截面及内力计算,（2）荷载 nu上面楼层传来恒、活载及墙 体自重合力； 作用点：上一层墙柱形心处 当上下层墙厚不同时，上层荷载对本层墙柱d产生偏心 nl 本层楼盖传来荷载 偏心距：el gl 本层墙自重（包括窗重等）,承载力验算 i-i：偏心受压、梁下砌体局压承载力验算 ii-ii：轴压承载力验算（若有风载按偏压计算） 若每层墙体截面及材料强度相同，只验算最下一层 当梁跨度大于9米，梁端上下墙体对梁端转动约束弯矩不可忽略，在梁端上下墙体内产生弯矩，弯矩乘以修正系数，按墙体线刚度分到上层墙底部和下层墙底部 此时，ii-ii按偏压承载力,（二）多层刚性方案承重横墙计算,（1）计算单元 取宽度b=1m的横墙计算 （为相邻两侧开间各1/2的墙体上的受荷范围） （2）计算简图 每层横墙视为两端铰支的竖直构件， 构件高为层高,1、计算单元及计算简图,控制界面及承载力计算,当nl1=nl2，整个墙体承受轴心压力n 取该层墙底截面ii-ii 当nl1nl2， 顶部i-i截面：n、m 偏心受压承载力， 梁下砌体局压承载力验算,（三）多层刚弹性房屋计算,纵向各开间、多层之间的空间作用,分析表明：不考虑上下楼层之间的空间作用是安全的。 因此，内力分析方法与单层刚弹性方案的分析方法类似,六、地下室墙的计算,横墙较密，墙体比首层墙体要厚，因此： 按刚性方案进行内力计算 地下室墙体较厚，一般不进行高厚比验算,一、计算简图及荷载统计,1计算单元 ：取一个开间宽度b,简化为两端铰接的竖向偏心受压构件 上端：铰支于0.000处室内地面 下端：铰支于底板顶面 若条基宽度较大，有阻止墙体转动能力，下端按部分固定考虑,2计算简图,上部砌体传来荷载nu 第一层梁板传来荷载nl 室外地面活载p=10kn/m2，换算 成当量土层，按土压力计算 土重度1820kn/m3 h当量土厚度 土的内摩擦角，按地质勘察质料取,3荷载统计,土的侧压力 无地下水： 有地下水： 含水时土重度= -w w 地下水重度10kn/m3 h1未浸水填土的厚度 h2浸水填土的厚度,地下室墙体自重,二、控制截面及承载力计算,1控制截面：i-i，ii-ii，iii-iii,2承载力计算,i-i：偏心受压承载力验算 梁下砌体局压承载力验算 ii-ii：偏心受压承载力验算 iii-iii：轴压承载力验算,基础底面的抗滑移验算：,3施工阶段抗滑移验算,qs：土侧压力的合力 qp ：室外地面施工活荷载产生的侧压力的合力 ：基础与土的摩擦系数 n：回填土时实际存在的轴向力（对抗滑移有利）,3.5 过梁、挑梁的设计,1、分类 砖砌平拱：ln1.2m,一、过梁,砖砌弧拱：,矢高,钢筋砖过梁：（过梁底部配纵向受力筋） ln1.5m 受力筋：5120mm ，且伸入墙内240mm ， 并加钩 钢筋混凝土过梁 较大振动或软弱地基， 整体性好,1、分类,2、过梁上的荷载,（1）墙体荷载,hw过梁上墙高，ln静跨,（2）梁板荷载 hw梁板下墙体高度,砖砌和小型砌块以ln为界: hw ln ，计算梁板传来荷载； hw ln，不计算梁板传来荷载,3、钢筋砖过梁的破坏特征,三种破坏类型: 跨中受弯承载力不足破坏； 支座附近因受剪承载力不足产生450阶梯形裂缝； 墙体端部因宽度不够，发生剪切破坏,4、过梁计算,（1）砖砌平拱 跨中正截面：受弯承载力计算 m ftm w 其中： ftm沿齿缝截面弯曲抗拉强度,z内力臂 i惯性矩 s面积矩,支座截面：受剪承载力计算,一般不验算,根据受弯承载力计算 过梁的允许均布荷载设计值（表5-2）,（2）钢筋砖过梁,受弯承载力计算,m跨中弯矩的设计值 ho有效高度 过梁截面计算高度h取过梁底面以上墙体高度,且h ln/3, 当考虑梁板传来荷载，按梁板下高度采用,z内力臂 i惯性矩 s面积矩,受剪承载力计算,(3)钢筋砼过梁,钢筋砼受弯构件,受弯承载力计算,受剪承载力计算,v max 0.7 ft b ho,过梁下砌体局压验算,=0;=1.0,5、过梁的构造要求 （1）砖砌过梁截面计算高度内砂浆强度不低于m5； （2）砖砌平拱竖砖砌筑部分高度不小于240mm； （3）钢筋砖过梁钢筋直径不小于5mm，间距不大于120mm， 伸入 支座砌体长度不小于240mm； 砂浆层厚度不小于30mm。,二、挑梁,分类： 弹性挑梁：梁的刚度小，埋入砌体长度大， 埋入砌体的梁的竖向变形由弯曲 变形引起 刚性挑梁：梁的刚度大，埋入砌