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第五章墙梁 挑梁及过梁的设计 第一节墙梁第二节挑梁第三节过梁第四节计算例题 1 第一节墙梁目的 熟悉墙梁的受力特点与破坏特征 掌握墙梁设计总则及构造要求 2 定义 由钢筋混凝土托梁和梁上计算高度范围内的砌体墙组成的组合构件 称为墙梁 其中墙体不仅作为荷载作用在托梁上 而且作为结构的一部分与托梁共同工作 3 1 墙梁适用于 商店 住宅 车库 住宅 小型生产车间2 墙梁分类按受荷性质 承重墙梁 自承重墙梁按结构形式 简支墙梁 连续墙梁 框支墙梁 按开洞类型 无洞口墙梁 有洞口墙梁 4 5 a 无洞口简支墙梁 b 有洞口双跨框支墙梁 6 一 墙梁的受力性能 有关因素 墙梁的受力性能与支撑情况 托梁和墙体的材料 托梁的高跨比 墙体的高跨比 墙体上是否开洞 洞口的大小与位置等因素有关 7 实验研究及有限元分析表明 墙梁的受力性能类似于钢筋混凝土深梁 深梁 跨度与截面高度之比L h 2 受力后截面上弹性弯曲应力不再保持为线性分布的梁 1 无洞口简支墙梁 8 a 轴力图 b 弯矩图 c 剪力图竖向荷载下无洞口简支墙梁托梁内力分布图 弹性计算结果 9 无洞口简支墙梁应力图 弹性计算结果 a 正应力 a b 剪应力 b 10 由此可见 对于无洞口墙梁 墙梁顶部荷载由墙体的内拱作用和托梁的拉杆作用共同承受 即墙体以受压为主 托梁则处于小偏心受拉状态 11 破坏形态 12 2 有洞口简支墙梁 对于有洞口墙梁 洞口的位置对墙梁的应力分布和破坏形态影响较大 1 洞口居中布置 受力性能和破坏形态类都似于无洞口墙梁 2 洞口靠近支座布置 托梁处于大偏心受拉状态 13 a 轴力图 b 弯矩图 c 剪力图竖向荷载下有洞口简支墙梁托梁内力分布图 弹性计算结果 14 破坏形态 1 弯曲破坏 2 剪切破坏 3 局部受压破坏 15 3 连续墙梁 定义 连续墙梁是由钢筋混凝土托梁和支撑于连续托梁上的计算高度范围内的墙体组成的组合构件 构造要求 墙梁顶面出应设置圈梁 并宜在墙梁上拉通从而形成连续墙梁的顶梁 16 破坏形态 1 斜拉破坏 2 斜压破坏 3 剪压 局压破坏 17 4 框支墙梁 定义 框支墙梁是由钢筋混凝土框架和砌筑在框架上的计算高度范围内的墙体组成的组合构件 18 破坏形态 1 弯曲破坏 2 剪切破坏 3 弯剪破坏 4 局压破坏 19 总结 墙梁的破坏形态 1 弯曲破坏 2 剪切破坏 斜拉破坏和斜压破坏 劈裂破坏 3 局压破坏 纵筋锚固长度不足 支座处托梁或砌体的局部受压破坏 20 二 墙梁的一般规定 hw 墙体计算高度 hb 托梁截面高度 Loi 墙梁计算跨度 bh 洞口宽度 hh 洞口高度 对窗洞取洞顶至托梁顶面距离 21 注 采用混凝土小型砌块砌体的墙梁可参照使用 墙体总高度指托梁顶面到檐口的高度 带阁楼的坡屋面应算到山尖墙1 2高度处 对自承重墙梁 洞口至边支座中心的距离不应小于0 15Loi 距中支座不应小于0 07Loi 门窗洞上口至墙顶的距离不应小于0 4m 计算高度范围内一般每跨仅允许设置一个洞口 各层洞口宜设置在相同位置 上下层宜对齐 22 三 墙梁的计算1 计算内容与计算简图 1 墙梁的计算简图 23 各计算参数说明 墙梁计算跨度LO LOi 对简支墙梁和连续墙梁取1 1Ln 1 1Lni 或Lc Lci 两者的较小值 Ln Lni 为净跨 Lc Lci 为支座中心线距离 对框支墙梁 取框架柱中心线间的距离Lc Lci 墙体计算高度hw 取托梁顶面上一层墙体高度 当hw LO时 取hw LO 对连续墙梁和多跨框支墙梁 LO取各跨的平均值 24 各计算参数说明 墙梁跨中截面计算高度Ho 取H0 hw 0 5hb 翼墙计算宽度bf 取窗间墙宽度或横墙间距的2 3 且每边不大于3 5h h为墙体厚度 和L0 6 框架柱计算高度Hc 取Hc Hcn 0 5hb Hcn为框架柱的净高 取基础顶面至托梁底面的距离 25 2 墙梁的计算内容考虑托梁与墙体的组合作用 墙梁应分别进行 a 使用阶段正截面受弯承载力 b 使用阶段斜截面受剪承载力 c 使用阶段托梁支座上部砌体局部受压承载力计算 d 施工阶段托梁承载力验算 自承重墙梁可不验算墙体受剪承载力和砌体局部受压承载力 26 2 墙梁荷载计算 使用阶段墙梁上的荷载 1 承重墙梁1 托梁顶面的荷载设计值Q1 F1取托梁自重及本层楼盖的恒荷载和活荷载 2 墙梁顶面的荷载设计值Q2取托梁以上各层墙体自重 墙梁顶面以上各层楼 屋 盖的恒荷载和活荷载 集中荷载可沿作用的跨度近似化为均布荷载 2 自承重墙梁墙梁顶面的荷载设计值Q2取托梁自重及托梁以上墙体自重 如前图示 27 施工阶段托梁上的荷载 1 托梁自重及本层楼盖的恒荷载2 本层楼盖的施工荷载3 墙体自重可取为l0max 3的墙体自重 l0max为各计算跨度的最大值 开洞时应按洞顶以下实际分布的墙体自重复核 28 3 墙梁的托梁正截面承载力计算 1 托梁跨中截面应按钢筋混凝土偏心受拉构件计算 其弯矩Mbi及轴心拉力Nbti可按下列公式计算 Mbi M1i MM2iNbti NM2i H0对简支墙梁 M M 1 7hb l0 0 03 M 4 5 10a l0 N 0 44 2 1hw l0对连续墙梁和框支墙梁 M N 2 7hb l0i 0 08 M 3 8 8a l0i N 0 8 2 6hw l0i 29 式中 M1i 荷载设计值Q1 F1作用下的简支梁跨中弯矩或按连续梁或框架分析的托梁各跨跨中最大弯矩 M2i 荷载设计值Q2作用下的简支梁跨中弯矩或按连续梁或框架分析的托梁各跨跨中弯矩中的最大值 M 考虑墙梁组合作用的托梁跨中弯矩系数 可按公式计算 但对自承重简支墙梁应乘以0 8 简支墙梁中的hb l0 1 6时 取hb l0 1 6 连续墙梁和框支墙梁中的hb l0 1 7时 取hb l0 1 7 Mbi M1i MM2iNbti NM2i H0简支墙梁 M M 1 7hb l0 0 03 M 4 5 10a l0 N 0 44 2 1hw l0连续墙梁 M N 2 7hb l0i 0 08 M 3 8 8a l0i N 0 8 2 6hw l0i 30 式中 N 考虑墙梁组合作用的托梁跨中轴力系数 可按公式计算 但对自承重简支墙梁应乘以0 8 式中 当hw l0i 1时 取hw l0i 1 M 洞口对托梁弯矩的影响系数 对无洞口墙梁取1 0 对有洞口墙梁可按公式计算 ai 洞口边至墙梁最近支座的距离 当ai 0 35l0i时 取ai 0 35l0i Mbi M1i MM2iNbti NM2i H0简支墙梁 M M 1 7hb l0 0 03 M 4 5 10a l0 N 0 44 2 1hw l0连续墙梁 M N 2 7hb l0i 0 08 M 3 8 8a l0i N 0 8 2 6hw l0i 31 2 托梁支座截面 应按钢筋混凝土受弯构件计算 其弯矩Mbj可按下列公式计算 Mbj M1j MM2j M 0 75 ai l0i式中M1j 荷载设计值Q1 F1作用下按连续梁或框架分析的托梁支座弯矩 M2j 荷载设计值Q2作用下按连续梁或框架分析的托梁支座弯矩 M 考虑组合作用的托梁支座弯矩系数 无洞口墙梁取0 4 有洞口墙梁可按公式计算 当支座两边的墙体均有洞口时 ai取较小值 32 4 墙梁的托梁斜截面受剪承载力计算 托梁的剪切破坏一般都发生在墙体剪切破坏之后 仅当托梁混凝土强度等级较低 箍筋较少时才先于墙体发生剪切破坏 应按钢筋混凝土受弯构件计算 其剪力Vbj可按下式计算 Vbj V1j VV2j 33 Vbj V1j VV2j 34 5 墙梁的墙体受剪承载力计算 墙梁的墙体剪切破坏发生于hW lo 0 75 0 80 托梁较强 砌体相对较弱的情况下 当hW lo 0 35 0 40时发生承载力较低的斜拉破坏 否则 将发生斜压破坏 墙梁的墙体受剪承载力 应按下列公式计算 V2 1 2 0 2 hb l0i ht l0i fhhw 35 V2 1 2 0 2 hb l0i ht l0i fhhw 36 6 托梁支座上部砌体局部受压承载力计算 试验表明 当hW l0 0 75 0 80 且无翼墙 砌体强度较低时 易发生托梁支座上方因竖向正应力集中而引起的砌体局部受压破坏 为保证砌体局部受压承载力 托梁支座上部砌体局部受压承载力应按下列公式计算Q2 fh 0 25 0 08bf h式中 为局压系数 当 0 81 取 0 81当bf h 5或墙梁支座处设置上 下贯通的落地构造柱时可不验算局部受压承载力 37 7 托梁在施工阶段的承载力验算 墙梁是在托梁上砌筑墙体而逐渐形成的 除应限制计算高度范围内墙体每天的可砌高度 严格进行施工质量控制外 尚应进行托梁在施工荷载作用下的承载力验算 以确保施工安全 梁应按混凝土受弯构件进行施工阶段的受弯 受剪承载力验算 作用在托梁上的荷载可按前述规定采用 38 四 墙梁的构造要求 墙梁除应符合本规范和现行国家标准 混凝土结构设计规范 GB50010的有关构造规定外 尚应符合下列构造要求 1 材料1 托梁的混凝土强度等级不应低于C30 2 纵向钢筋宜采用HRB335 HRB400或RRB400级钢筋 3 承重墙梁的块体强度等级不应低于MU10 计算高度范围内墙体的砂浆强度等级不应低于M10 前图所示 39 四 墙梁的构造要求 2 墙体1 框支墙梁的上部砌体房屋 以及设有承重的简支墙梁或连续墙梁的房屋 应满足刚性方案房屋的要求 2 墙梁的计算高度范围内的墙体厚度 对砖砌体不应小于240mm 对混凝土小型砌块砌体不应小于190mm 3 墙梁洞口上方应设置混凝土过梁 其支承长度不应小于240mm 洞口范围内不应施加集中荷载 前图所示 40 2 墙体 前图所示 4 承重墙梁的支座处应设置落地翼墙 翼墙厚度 对砖砌体不应小于240mm 对混凝土砌块砌体不应小于190mm 翼墙宽度不应小于墙梁墙体厚度的3倍 并与墙梁墙体同时砌筑 当不能设置翼墙时 应设置落地且上 下贯通的构造柱 5 当墙梁墙体在靠近支座1 3跨度范围内开洞时 支座处应设置落地且上 下贯通的构造柱 并应与每层圈梁连接 6 墙梁计算高度范围内的墙体 每天可砌高度不应超过1 5m 否则 应加设临时支撑 41 3 托梁 前图所示 1 有墙梁的房屋的托梁两边各一个开间及相邻开间处应采用现浇混凝土楼盖 楼板厚度不宜小于120mm 当楼板厚度大于150mm时 宜采用双层双向钢筋网 楼板上应少开洞 洞口尺寸大于800mm时应设洞边梁 2 托梁每跨底部的纵向受力钢筋应通长设置 不得在跨中段弯起或截断 钢筋接长应采用机械连接或焊接 3 墙梁的托