《混合结构房屋设计》PPT课件.ppt

砌体结构 第5章混合结构房屋墙体设计 砌体结构 提要1 叙述了混合结构房屋的组成 2 详细讨论了混合结构房屋的结构布置方案 3 重点阐述混合结构房屋的几种静力计算方案 4 掌握混合结构房屋墙柱高厚比的验算方法 5 分析了单层 多层房屋在不同静力计算方案时的计算简图 内力计算方法 控制截面的选取 5 1混合结构房屋的结构布置和静力计算方案 砌体结构 第5章砌体结构房屋的墙体体系及静力计算方案 混合结构 砖混结构 砖木结构 竖向承重构件 楼盖 钢筋混凝土 木材 墙 柱 基础 砌体材料 水平承重构件 屋盖 混合结构房屋中水平承重结构 板 梁 屋架等构件组成的楼 屋 盖竖向承重结构 墙体 柱 基础 混合结构房屋中的楼盖 屋盖 纵墙 横墙 柱 基础及楼梯等主要承重构件互相连接共同构成承重体系 组成空间结构 因此墙 柱 梁 板等构件的结构布置应满足建筑功能 使用及结构合理 经济的要求 所以房屋结构布置方案的选择 则成为整个结构设计的关键 第5章砌体结构房屋的墙体体系及静力计算方案 5 1 1结构布置体系 纵墙承重体系 横墙承重体系 纵横墙承重体系 内框架承重体系 第5章砌体结构房屋的墙体体系及静力计算方案 板 纵墙承重方案 竖向荷载传递路线为 梁或屋架 纵向承重墙 基础 地基 特点 纵墙为主要承重墙 横墙间距大 故空间较大 纵墙荷载大 其门窗洞口大小和位置受限 横墙间距大 横墙数量少 所以横向刚度小 整体性差 厂房 图书馆 适用范围 大空间房屋 第5章砌体结构房屋的墙体体系及静力计算方案 横墙承重方案 竖向荷载的传递路线为 板 横墙 基础 地基 适用范围 如 住宅楼 宿舍楼 旅馆 招待所等 小开间房屋 特点 横墙为主承重 纵墙拉结横墙形成整体 故纵墙洞口大小开设自由 横墙多 空间小 刚度大 整体性好 抗震性好 结构简单 施工方便 墙体用料多 房屋大小较固定 第5章砌体结构房屋的墙体体系及静力计算方案 纵横墙承重方案 适用范围 竖向荷载传递路线为 特点 楼盖布置灵活 空间大小均衡 空间刚度较好 墙体用料多 教学楼 教学楼 办公楼 医院楼 实验楼等 办公楼 第5章砌体结构房屋的墙体体系及静力计算方案 内框架承重方案 适用于 1 多层厂房 2 底层商店 上层住宅 外墙和柱为竖向承重构件 空间大 平面布置灵活 竖向承重材料不同 基础形式亦不同 施工复杂 引起基础不均匀沉降 横墙较少 空间刚度较差 竖向荷载传递路线为 特点 底层商店上层住宅 第5章砌体结构房屋的墙体体系及静力计算方案 5 1 2混合结构房屋的静力计算方案 1 混合结构房屋的空间工作性能 概念 计算单元 第5章砌体结构房屋的墙体体系及静力计算方案 无山墙 有山墙 风荷载 纵墙 纵墙基础 地基 风荷载 纵墙 纵墙基础 屋盖结构 山墙 山墙基础 地基 平面受力体系 空间受力体系 upus u1 u2 概念 空间性能影响系数 的含义 2 房屋静力计算方案的分类 房屋空间性能影响的两个主要因素 屋盖刚度和横墙间距 第5章砌体结构房屋的墙体体系及静力计算方案 刚性方案 弹性方案 刚弹性方案 屋盖或楼盖作为墙体的不动铰支座 屋盖或楼盖作为墙体的滚动铰支座 屋盖或楼盖作为墙体的弹性支座 刚性方案 刚弹性方案 弹性方案 例 第一类屋盖 实用中 在一定范围内即认为是某一种方案 规范 表5 2房屋的静力计算方案 注 表中s为横墙间距 单位 米 对于无山墙或伸缩缝处无横墙的房屋 均按弹性方案考虑 刚性和刚弹性方案房屋的横墙 应符合下列要求 洞口截面积 墙截面面积一半 墙厚 180mm 单层 横墙长度 横墙高度 多层 横墙长度 横墙总高度的一半 当不能 同时符合 时 应对横墙刚度验算 满足下式尚可 H max P1 刚性方案和刚弹性方案的横墙 单层 H P1 max max计算 多层 5 2 5 3 5 2墙柱高厚比验算 混合结构中的墙体 仅满足抗压承载力是不够的 还应满足稳定性要求 采用高厚比验算的办法 是一种简便的 间接解决稳定问题的办法 常遇的两种情况计算 1 一般墙 2 带壁柱墙 1 高厚比验算 1 允许高厚比的限值 P90表5 4 2 墙 柱实际高厚比的确定 2 允许高厚比及影响高厚比的因素 墙 柱允许高厚比见表4 3 影响高厚比的因素 1 砂浆的强度等级 2 砌体截面刚度 3 砌体类别 4 构件重要性和房屋使用情况 5 构造柱间距及截面 6 横墙间距s 7 支承条件 满足下式 则墙 柱不会失稳 式中 1 一般墙柱的高厚比验算 5 4 5 2 3高厚比验算 S bs 5 5 当与墙连接的相邻两横墙的距离S 1 2 h时 墙的高度不再受下式限制 对于变截面柱的高厚比 可按上 下截面分别验算 2 带壁柱墙高厚比验算 整片墙高厚比验算 计算单元取整片墙体sw 满足下式 整片墙不会失稳 注意 计算截面回转半径i时 取整片墙的代表性区段即可 如图示 bf bf取值 A 多层厂房 有窗洞口 取窗间墙宽度 无窗洞口 每侧翼墙宽度可取壁柱高度的1 3 B 单层厂房 5 6 C 计算带壁柱墙的条形基础时 可取相邻壁柱间的距离 壁柱间墙的高厚比验算 两壁柱之间的墙 满足下式 则壁柱间墙不会失稳 注意 不管该房屋属于何种计算方案 H0查表5 3时均按刚性方案查用 3 带构造柱墙高厚比验算 整片墙高厚比验算 式中 c 带构造柱墙允许高厚比 提高系数 按下式计算 系数 对细料石 半细料石砌体 0 对混凝土砌体 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 构造柱间距 此时s取相邻构造柱间距 5 7 5 8 构造柱间墙的高厚比验算 设有钢筋混凝土圈梁的带壁柱墙或带构造柱墙 满足下式 则壁柱间墙不会失稳 注意 不管该房屋属于何种计算方案 H0查表5 3时均按刚性方案查用 例5 1某混合结构办公楼底层平面图如图5 11所示 采用装配式钢筋混凝土楼 屋 盖 外墙厚370mm 内纵墙与横墙厚240mm 隔墙厚120mm 底层墙高H 4 5m 从基础顶面算起 隔墙高H 3 5m 承重墙采用M5混合砂浆 隔墙采用M2 5混合砂浆 试验算底层墙的高厚比 解 1 确定静力计算方案最大横墙间距s 3 6 3 10 8m 32m 查表5 2属于刚性方案 2 纵墙高厚比验算 s 3 6 3 10 8m 2H 2 4 5 9m 查表5 3 计算高度H0 1 0H 4 5m砂浆强度等级M5 查表5 4得 允许高厚比 24 外墙为承重墙 故 1 1 0 满足要求 3 内纵墙高厚比验算内纵墙为承重墙 故 1 1 0 满足要求 4 内横墙高厚比验算纵墙间距s 5 7m H 4 5m 所以H s 2H查表5 3 计算高度H0 0 4s 0 2H 0 4 5 7 0 2 4 5 3 18m内纵墙为承重墙且无洞口 故 1 1 0 2 1 0 满足要求 如隔墙为后砌墙 与两端纵墙无拉结作用 可按s 2H查表5 3求计算高度 此时H0 1 0H 3 5m满足要求 例5 2某单层无吊车厂房 全长42m 宽12m 层高4 5m 如图5 12所示 四周墙体采用MU15混凝土普通砖和Mb5混合砂浆砌筑 装配式无檩体系钢筋混凝土屋盖 试验算外纵墙和山墙高厚比 解 1 确定静力计算方案该仓库属1类屋盖 两端山墙 横墙 间距s 42m 查表5 2 32m s 72m 属刚弹性方案 壁柱下端嵌固于室内地面以下0 5m处 墙的高度H 4 5 0 5 5m 砂浆强度等级Mb5 查表5 4得 允许高厚比 24 2 带壁柱外纵墙高厚比验算 带壁柱墙截面几何特征的计算截面面积A 240 3000 370 250 8 125 105mm2 形心位置 惯性矩 回转半径 折算厚度hT 3 5i 3 5 104 364mm 整片纵墙的高厚比验算查表5 3 计算高度H0 1 2H 1 2 5 6m 承重墙 故 1 1 0 满足要求 壁柱间墙的高厚比验算s 6m H 5m H s 2H查表5 3 计算高度H0 0 4s 0 2H 0 4 6 0 2 5 3 4m 满足要求 3 山墙高厚比验算 整片墙的高厚比验算纵墙间距s 4 3 12m0 05 s 12m 2H 2 5 10m 查表5 3 计算高度H0 1 0H 5m 满足要求 构造柱间墙的高厚比验算构造柱间距s 4m H 5m 查表5 3 计算高度H0 0 6s 0 6 4 2 4m 满足要求 5 3刚性方案房屋墙体的设计计算 H Nl el 5 3 1单层刚性方案房屋承重纵墙的计算计算单元 具有代表性区段 计算假定 1 纵墙 柱下端与基础顶面固接 上端与屋面大梁 屋架 铰接 2 屋盖结构视为纵墙上端的不动铰支座 1 计算简图 M Nl W q1 q2 M Nl H a b A B Nl Nl M M q1 q2 A B a b 0 33 每片纵墙均可以按上端支承在不动铰支座和下端支承在固定支座上的竖向构件单独进行计算 Ra RA M Ma MA Nl x 2 荷载计算 1 屋面荷载作用 屋盖荷载作用下墙内力图 4 8 A a 注意 排架内侧受拉为负 R a M A R A H x q Mmax 风荷载作用下墙内力图 2 风荷载作用 4 9 a A 3 墙体自重 自重包括砌体 内外粉刷及门窗的自重 墙柱为等截面 轴心受压 墙柱为变截面 偏心受压 施工阶段 屋架尚未架设 按悬臂柱简图计算 M N q I I II II III III 4 控制截面及内力组合 承重墙 柱设计时 1 首先求出各种荷载作用下的内力 2 根据荷载规范考虑多种荷载组合 3 找出墙柱的控制截面 并求出控制截面的内力组合 4 根据各控制截面的最不利内力进行墙柱承载力验算 控制截面 墙柱顶端I I截面 N M 按偏压承载力计算 验算梁下的砌体局部承载力 墙柱下端III III截面 N M 按偏压承载力计算 风荷载作用下的最大弯矩Mmax对应的II II截面 按偏压承载力计算 1 选取计算单元 取一段具有代表性的墙柱 一个开间 作为计算单元 如图示受荷宽度为 5 3 2多层刚性方案房屋承重纵墙的计算 一般属于刚性方案房屋 设计时 既需验算墙体的高厚比 又要验算承重墙的承载力 如果壁柱间的距离较大且层高较小时 按下式取 b 壁柱宽度 2 计算简图及内力分析 简图 视为竖向单跨 铰接 构件高度 一般层 取层高 底层 底层高 底层地面至基础顶面的高度 柱顶荷载 上层墙体传来 Nu 作用点 上部墙重心线 本层楼盖梁 板传来 NP Nl 作用点 距墙内缘0 4a0 偏心距 ep el 本层墙自重 作用点在本层重心线上 竖向荷载时 水平荷载时 计算简图 竖向连续梁 内力计算 风载作用时 近似按下式 式中 q 均布线荷载 Hi 第i层墙高 即第i层层高 风载计算注意两点 1 有左 右风两种情况 2 刚性多层房屋外墙 洞口截面积 全截面截面2 3 层高和总高不超过表4 5规定 屋面自重 0 8KN m2 可忽略风载的影响 M H1 H2 H3 q 上 下端截面的内力 第二层墙计算简图 上端I I截面内力 下端II II截面内力 式中 本层墙顶楼盖的梁或板传来的荷载即支承力 由上层墙传来的荷载 对本层墙体截面形心线的偏心距 本层墙体自重 包括内外粉刷 门窗自重 值的确定 当梁 板支承在墙体上时 有效支承长度为 由于上部墙体压在梁或板上面阻止其端部上翘 使作用点内移 规范规定这时取作用是在距墙体内边缘0 4处 因此对墙体截面产生的偏心距为 4 19 式中 墙截面形心到受压最大边缘的距离 对矩形截面墙体 为墙厚 图4 26墙厚为 梁 板有效支承长度 按第3章有关规定计算 3 选择控制截面进行内力计算 控制截面位置 每层墙取两个控制截面 I I截面 上截面 取墙体顶部位于大梁 或板 底的砌体截面 承受MI NI 需进行偏心受压承载力和局部受压承力验算 II II截面 下截面 承受最大轴力NII 弯矩为零 按轴向受压计算 底层墙取基础顶面 若需考虑风荷载 则该截面弯矩 因此需按偏心受压承载力计算 注意 若几层墙体相同 只算最下层 若材料强度等级改变 应增算开始降低的层 当梁跨度大于9m的承重的多层房屋 宜再按梁两端固结计算梁端弯矩 乘以修正系数 按墙体线刚度分配到上层墙底部和下层墙顶部 式中a 梁端实际支承长度 h 支承墙体的厚度 当上下墙厚不同时取下部墙厚 当有壁柱时取hT 5 4弹性与刚弹性方案房屋承重纵墙的计算5 4 1单层弹性方案房屋承重纵墙的计算 1 计算假定 1 屋架 或屋面大梁 与墙柱顶端铰接 下端嵌固与基础顶面 2 屋架 或屋面大梁 刚度视为无穷大 柱顶水平位移相等 2 计算单元 取代表性区段 例如一个开间 3 计算简图 按有侧移排架分析内力 4 内力计算 一般存在以下两种情况 1 屋盖竖向荷载对称作用 2 水平风荷载非对称作用 5 计算步骤 W q1 q2 0 77 N N M M 单层弹性方案计算简图 1 在排架上端加一不动水平铰支座 形成无侧移的平面排架 其内力分析同刚性方案 求出支座反力 2 把求出的支座反力反向作用于排架顶端 求出内力 3 将上述两种结果叠加 可得到按弹性方案计算的内力 1 屋盖荷载 荷载对称 理论上墙柱顶不存在水平位移 因此内力计算与刚性方案相同 N Ma A B A B X a b Ma MA 无侧移排架 一次超静定柱 MB 解得 H N Mb MA MB Ma Mb Mb N N Mb Ma a b 4 10 2 风荷载 W q1 q2 H A B W q1 q2 A B B R A R a a a b b b H 假定在排架顶端加一个不动铰支座 图b 与刚性方案相同 a b c 由 b 图可得 4 11 叠加图 b 和 c 可得内力 4 13 弹性方案房屋墙柱控制截面为I I及柱底III III截面 承载力验算与刚性方案相同 将反力R反向作用于排架顶端 由图 c 可得 4 12 5 4 2单层刚弹性方案房屋承重纵墙的计算 1 计算简图 B A R R 水平荷载 X 弹簧支反力 s p p B A p p 无空间作用时的柱顶侧移 有空间作用时的柱顶侧移 设 空间结构时柱顶水平侧移为 s 平面结构时为 p 按定义 W M M Nl Nl A B R x 在x作用下的位移 2 计算方法 叠加法 情况一 柱顶R作用 B A R p p B A p p B B A R p 可见 求知 弹簧支反力可知 该计算简图可解 p R x a b c d 步骤如下 1 柱顶加不动铰支座 并求出其支反力R及相应内力 2 把附加反力R反向作用于排架顶端 并与柱顶支座反力 1 R进行叠加 即 R以R的反方向作用于柱顶 3 叠加 情况二 任意荷载 MA MB 屋盖荷载与弹性方案的计算方法相同 4 4 4计算例题 例4 3试验算例4 2中仓库纵墙的承载力是否满足要求 施工质量控制等级为B级 已知屋盖恒荷载标准值为2kN m2 水平投影 活荷载标准值为0 7kN m2 组合值系数 c 0 7 基本风压为 0 0 4kN m2 组合值系数 c 0 6 窗高3 2m 仓库剖面图如图所示 解 1 计算简图及荷载由例4 2分析可知 该单层房屋纵墙按刚弹性方案计算 墙体的高厚比满足要求 计算简图计算时取房屋中部一个壁柱间距 6m 作为计算单元 计算截面宽度取窗间墙宽度3m 按等截面排架柱计算 计算简图如图所示 荷载计算A 屋面荷载由屋架传至墙顶的集中力由两部分组成 恒荷载G和活荷载Q B 风荷载 a 风荷载体型系数 s对图4 20所示建筑 由 建筑结构荷载规范 可查得 因此屋盖风荷载作用在两个坡面上水平分量大小基本相等 但方向相反 两者作用基本抵消 屋盖风荷载作用的垂直分量向上 对结构是有利的 且量值较小 内力组合是也可不予考虑 对迎风墙面 s 0 8 压力 对背风墙面 s 0 5 吸力 b 风压高度变化系数 z c 屋面和墙面风荷载 2 内力计算 轴向力 3000 370 240 250 窗间墙自重 包括粉刷层 窗台距室内地坪高度1m 窗宽3m 高3 2m 窗上墙高度为0 3m 本例纵墙采用条形基础 窗自重及窗下墙自重直接传至基础 计算时可不考虑 则在基础顶面由墙自重产生轴向力的标准值为 88 89 4 75 93 64kNB 基础顶面恒荷载产生的轴向力标准值 NGk 93 64 72 165 64kNC 基础顶面活荷载产生的轴向力标准值 NQk 25 2kN 排架内力计算计算简图如图4 21所示 查表4 1 房屋空间性能影响系数 0 39 A 屋盖恒荷载标准值作用下墙柱内力 图4 22b 根据构造要求 屋架支承反力作用点距外墙面150mm 由例4 2可知窗间墙截面形心位置y1 147 9mm 148mm B 屋盖活荷载标准值作用下墙柱内力 图4 22c 4 5 2多层刚性方案房屋承重横墙的计算 1 选取计算单元和计算简图因荷载均布 计算单元宽取1米即可 计算简图 楼盖 铰接 基顶 固定端 2 控制截面的承载力验算II II截面 下截面 I I截面 上截面 当墙体支承梁时 需验算砌体局部受压承载力 4 5 3多层刚性方案房屋计算例题 例4 4试验算例4 1中的各承重墙的承载力 解 1 结构平面布置图4 28为例4 1中办公楼的结构平面布置图 图中 梁L 1截面为250mm 600mm 伸入墙内190mm 墙厚190mm 采用混凝土小型空心砌块 二 三层MU7 5 Mb5混合砂浆 底层MU10 Mb7 5混合砂浆 窗高1500mm 施工质量控制等级为B级 2 荷载计算根据 荷载规范 或98ZJ001确定屋面及楼面做法和相应的荷载 屋面屋面恒载标准值 4 28kN m2屋面活荷载标准值 0 7kN m2 大于雪荷载0 5kN m2 c 0 7 楼面楼面恒载标准值 3 19kN m2楼面活荷载标准值 2 0kN m2 c 0 7 墙体荷载190mm混凝土砌块双面粉刷 2 08kN m2铝合金窗 0 25kN m2 L 1自重 0 2 5 0 6 25 3 75kN m 3 静力计算方案 根据楼盖 屋盖 类型及横墙间距 查表4 2 该房屋属于刚性方案房屋 因风荷载较小 本例不考虑风荷载的影响 墙体高厚比验算见例4 1 4 纵墙内力计算和截面承载力验算 计算单元外纵墙取一个开间为计算单元 根据图4 28a 取图中斜虚线部分为纵墙计算单元的受荷面积 窗间墙为计算截面 纵墙承载力由外纵墙 A D轴线 控制 内纵墙由于洞口的面积较小 不起控制作用 因而不必计算 控制截面由于底层和二 三层砂浆等级不同 需验算底层及二层墙体承载力 每层墙取两个控制截面I I II II 图4 28b 二 三层墙体强度 1 71MPa 底层墙体强度 2 5MPa 每层墙的计算截面面积为 A1 A2 A3 190 1800 342000mm2各层墙体内力标准值计算女儿墙及顶层梁高范围墙重女儿墙采用240mm砖墙 高度为600 120 板厚 720mmGk 0 72 3 6 5 24 0 6 3 6 2 08 18 07kN2 3层墙重 G2k G3k 3 6 3 6 1 8 1 5 2 08 1 8 1 5 0 25 22 02kN1层墙重 大梁以下部分 G1k 3 6 3 68 1 8 1 5 2 08 1 8 1 5 0 25 22 61kN 屋面梁支座反力 楼面梁支座反力 内力组合A 二层墙I I截面a 第一种组合 G 1 2 Q 1 4 b 第二种组合 G 1 35 Q 1 4 c 0 7 B 二层墙II II截面a 第一种组合 b 第二种组合 C 一层墙I I截面 考虑2 3层楼面活荷载折减系数0 85 a 第一种组合 b 第二种组合 D 一层墙II II截面a 第一种组合 b 第二种组合 截面承载力验算A 二层墙体I I截面a 第一种组合A 342000mm2 1 71MPaH0 3600mm b 第二种组合 B 二层墙体II II截面 e 0 C 一层墙体I I截面 2 5MPaH0 1 0H 4400mma 第一种组合 b 第二种组合 D 一层墙体II II截面 e 0 大梁下局部受压承载力验算 仅验算底层 其余可参照进行 5 横墙内力计算和截面承载力验算取1m宽墙体作为计算单元 沿纵墙取3 6m为受荷宽度 计算截面面积Ah 0 190 1 0 19m2 由于房屋开间 荷载均相同 因此近似按轴压验算 第2层墙体II II截面 如图4 28b A 第一种组合N2II 1 2 1 3 6 2 08 2 1 3 6 4 28 1 3 6 3 19 1 4 1 3 6 0 7 1 3 6 2 0 63 85kNB 第二种组合N2II 66 05kN取N 66 05kN 第1层墙体II II截面 考虑2 3层楼面活荷载折减系数0 85 A 第一种组合N1II 1 2 1 3 6 2 08 2 1 4 28 2 08 1 3 6 4 28 1 3 6 3 19 2 1 4 1 3 6 0 7 0 85 1 3 6 2 2 74 71 20 66 95 37kNB 第二种组合N1II 98 51kN取N 98 51kNe 0 底层H 4 4m 算至基础顶面 纵墙间距s 6 3mH0 0 4s 0 2H 3 4m 4 5 4多层刚弹性方案房屋的计算 6 计算结果该办公楼承重墙一层墙采用MU10砌块 Mb7 5砂浆 二 三层墙采用MU7 5砌块 Mb5砂浆 4 6地下室墙 4 6 1概述 地下