砌体结构 第5章墙梁、挑梁及过梁的设计

第5章墙梁、挑梁及过梁的设计5.1墙梁墙梁托梁+以上的一定计算高度的墙体。托梁特殊的过梁组合(复合)构件梁、墙一起工作，类似于受弯构件。应用于:承载墙体没有落地的底层或某层需要大空间的房屋，如底商住宅等。特点：节省钢材、模版、水泥，降低造价，施工速度快等。分类：按支承分：简支墙梁、连续墙梁、框支墙梁；,按是否承受梁、板荷载分为承重墙梁自承重墙梁（仅承受自重及上部墙体重）。按墙上有、无洞口分为无洞墙梁、有洞墙梁。5.1.1墙梁的受力性能1.无洞口简支墙梁,试验及有限元分析结论：墙梁的受力性能钢筋混凝土深梁，其应力分布与托梁、墙体的刚度有关；托梁刚度无限大时，竖向应力均匀分布；托梁刚度不大时卸荷拱(带拉杆），主压应力迹线向支座传递；水平截面的竖向应力向两端集中；,从竖向截面的水平应力分布知，墙体大部受压，托梁大部受拉；托梁与墙体交界面处变化大，且支座处明显应力集中；墙体受压，托梁小偏心受拉。墙梁的破坏形态（1）弯曲破坏当托梁配筋少而砌体强度高，墙体高跨比较小时；托梁跨中垂直裂缝，随荷载增加，裂缝进入墙体；托梁纵筋屈服，墙体裂缝扩展而破坏。,（2）托梁配筋多而墙体强度低，适中时发生。支座上方砌体产生裂缝，引起墙体剪切破坏。斜拉破坏当0.40或集中荷载作用下的剪跨比较大时。砌体沿齿缝的抗拉强度不足，主拉应力过大而发生比较平缓的斜裂缝。开裂荷载和破坏荷载较接近，脆性破坏。斜压破坏,当0.40或较小时发生。组合拱肋处砌体主压应力超过其斜向抗压强度而斜向破坏斜裂缝陡峭（倾角5560）裂缝多且穿过砖和灰缝砖被压碎开裂荷载和受剪承载力均较大。托梁由于抗剪承载力高而不会发生剪切破坏。（3）局部受压破坏当托梁配筋多而砌体强度低，且墙体的高跨比较大，即0.750.80时发生。支座处砌体因应力集中而产生微小裂缝，局部受压破坏。托梁纵筋锚固不足，支座垫板或加载垫板的尺寸或刚度较小托梁支座处砌体的局压破坏。,2.有洞口墙梁（1）洞口居中时洞口居中布置时，洞口处于低应力区，不影响受力拱同无洞墙梁；破坏形态同无洞墙梁。（2）偏开洞口时,对于有偏洞口的墙梁：主压应力迹线除呈拱形指向两端支座处，在大墙肢内还存在一个小拱，分别指向洞口边沿和支座；托梁顶面除在支座两端承受较大竖向压力和剪力外，在大墙肢洞口边沿也承受较大的竖向压力。梁拱组合受力机构。随着洞口向跨中移动，小墙肢不断加强，大拱作用提高，小拱作用降低，最后至零。,（3）破坏过程当荷载约为破坏荷载的3060时，洞口外侧沿界面水平裂缝,随之洞口内侧上角阶梯形裂缝,随荷载增加洞口侧墙外侧水平裂缝,当为破坏荷载的60%80%时,托梁在洞口内侧截面垂直裂缝,同时界面处水平裂缝。（4）破坏形态,弯曲破坏当0.25时，托梁由于裂缝扩展底部纵筋屈服大偏心受拉破坏；当0.25时，裂缝处全截面受拉纵筋屈服小偏心受拉破坏。剪切破坏由于裂缝扩展墙体剪切破坏缝较陡穿过灰缝及块体；当洞距较小时托梁偏心受拉且洞口处有较大剪应力洞口处受剪破坏。局部受压破坏,托梁支座上方及侧墙洞顶处存在应力集中，超过局压强度时破坏。3.连续墙梁(1)有限元分析结论,随高跨比的增大边支座反力增大、中间支座降低跨中弯矩增大，支座弯矩降低。托梁大部分区段偏心受拉，托梁中间支座附近小区段偏心受压。（2）破坏过程随荷载增大托梁跨中竖向裂缝且向上延伸至墙体，随之中间支座顶梁贯通裂缝亦向下延伸至墙体。边支座或中间支座上方砌体斜裂缝并延伸至托梁连续组合拱机构。临近破坏时界面处水平裂缝。,（3）破坏形态弯曲破坏裂缝扩展引起托梁跨中下部、上部纵筋屈服顶梁钢筋受拉屈服跨中、支座塑性铰。剪切破坏裂缝扩展斜压破坏或集中荷载下劈裂破坏。,局部受压破坏中间支座上方砌体裂缝扩展局压破坏。4.框支墙梁（1）有限元分析结论,由于墙体与框架间存在组合作用：托梁跨中区段属偏心受拉构件；框架边柱为偏心受压构件，柱反弯点距柱底约0.37倍柱的净高；由于大拱效应，边柱轴力比一般框架边柱要大；混凝土顶梁为偏心受压构件；构造柱可改善墙梁界面墙体竖向压应力集中现象；开洞可使结构的组合作用受到影响（跨中开洞影响较小，偏开洞影响较大）。（2）破坏过程达破坏荷载的40时托梁跨中垂直裂缝并向上,延伸至墙体；达破坏荷载的7080时砌体、托梁端部产生斜裂缝并扩展；接近破坏时截面处水平裂缝框架拱组合机构。（3）破坏特征abcde,弯曲破坏当托梁或柱配筋较少而墙体强度高且稍小时，托梁或柱中纵筋屈服弯曲破坏机构。托梁端支座负弯矩上部纵筋屈服形成塑性铰托梁弯曲机构图b托梁跨中纵筋屈服拉弯塑性铰，随后框架柱上截面外侧纵筋屈服达偏心受压破坏压弯塑性铰托梁一柱弯曲机构图a。剪切破坏当托梁或柱配筋多而墙体强度低且适中时，梁、柱钢筋未屈服，墙体斜裂缝扩展而剪切破坏。,斜拉破坏阶梯形截面；斜压破坏裂缝陡峭，产国块体及灰缝。弯剪破坏属于弯曲荷剪切破坏之间的界限破坏，当托梁的抗弯承载力与砌体的抗剪承载力相当时发生。托梁跨中纵筋屈服的同时或稍后，墙体发生斜压破坏。随之托梁支座上部钢筋屈服或柱顶截面外侧纵筋屈服而形成。局部受压破坏框架柱上方砌体局部应力材料局部受压强度，发生砌体局部受压破坏。,5.1.2墙梁的一般规定1.墙体总高度和墙梁跨度表51。2.墙体高跨比和托梁高跨比墙体高跨比过低宜斜拉破坏。托梁高跨比1/10过小刚度低对砌体抗剪及局压不利。但不能太大过大时竖向荷载向跨中分布而不是向支座集聚，影响墙梁的组合作用。3.洞口的设置墙开洞，影响墙梁的组合作用，机构有无洞时的拉杆拱梁拱组合机构；,洞的宽跨比过大降低墙梁的组合作用。洞口高度洞顶砌体宜剪切破坏，且洞口顶面至墙顶面应有一定的距离，不小于0.4m；洞口边至支座中心的距离距边支座距中支座；墙体计算高度范围内每跨允许设置一个洞口，对多层房屋，各层洞口宜设置在相同位置，并上下对齐。,5.1.3墙梁设计总则1.计算简图墙梁应取一层层高即按单层取计算简图。,（1）墙梁计算跨度简支墙梁和连续墙梁取或中较小值，其中为净跨，为支座中心间的距离。对框支墙梁，取框架柱中心轴线间的距离（2）墙体计算高度取托梁顶面一层墙体高度，当时，取。（3）墙梁跨中截面计算高度取。（4）翼墙计算宽度,取窗间墙宽度或横墙间距的2/3，且每边不大于和。（5）框架柱计算高度取。为框架柱净高，即基础顶面至托梁底面的距离。2.墙梁的计算荷载（1）使用阶段墙梁上的荷载承重墙梁托梁顶面荷载设计值Q1,F1分别取托梁自重及本层楼盖的恒载和活载。墙梁顶面的荷载设计值Q2取托梁上各层墙体自,重，墙梁顶面以上各层楼（屋）盖的恒载和活载集中荷载可沿作用的跨度近似化为均布荷载。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。2.施工阶段托梁上的荷载施工阶段，墙梁组合作用无法形成，应考虑：（1）托梁自重及本层楼盖恒荷载；（2）本层楼盖的施工荷载；（3）墙体自重，可取高度为的墙重，开洞时尚应按洞顶以下实际分布的墙体自重复核。,3.承载力计算的项目使用阶段：混凝土托梁正截面、斜截面计算、墙体受剪承载力验算、托梁支座上部砌体局部受压承载力验算。施工阶段：托梁受弯、受剪承载力验算。自承重墙梁在满足墙梁一般要求前提下可不验算墙体受剪承载力和砌体局部受压。5.1.4墙梁的托梁正截面承载力计算1.托梁跨中截面托梁正截面按钢筋混凝土偏心受拉构件计算。其弯矩和轴心拉力为：,对简支墙梁：对连续、框支墙梁式中荷载设计值Q1、F1作用下的简支梁跨中弯矩或按连续梁或框架结构分析的托梁第i跨跨中最大弯矩；,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结构分析的托梁第i跨跨中弯矩中最大值；考虑墙梁组合作用的托梁跨中弯矩系数；对自承重简支墙梁乘以0.8；1/6时取1/6；当1/7时，取1/7；考虑墙梁组合作用的托梁跨中轴力系数；对自承重简支墙梁乘以0.8；当1时，取1。洞口对托梁弯矩的影响系数，对无洞口墙梁取1.0；洞口边至墙梁最近支座中心的距离,当时，取。2.托梁支座截面连续、框支墙梁的托梁支座截面大偏心受压状态简化时不考虑轴压力受弯构件设计。支座弯矩为：式中荷载设计值Q1,F1作用下，按连续梁或框架分析的托梁支座M；荷载设计值Q2作用下，按连续梁或框架分析的托梁支座M；考虑组合作用的托梁支座M系数。无,洞口墙梁取0.4有洞口墙梁，按公式510计算。当支座两边的墙体均有洞口时，取较小值。对多跨框支墙梁边柱大拱效应边柱轴力而中柱轴力，故在Q2作用下当边柱轴力不利时乘1.2系数。5.1.5墙梁的托梁斜截面受剪承载力计算一般墙体的剪切破坏先于托梁的剪切破坏。托梁的斜截面受剪承载力钢筋混凝土受弯构件。其剪力设计值为：,式中荷载设计值Q1,F1作用下，按连续梁或框架分析的托梁支座边剪力或简支梁支座边剪力；荷载设计值Q2作用下，按连续梁或框架分析的托梁支座边剪力或简支梁支座边剪力；考虑组合作用的托梁剪力系数，无洞口的墙梁边支座0.6，中支座0.7;有洞口的墙梁边支座0.7，中支座0.8，对自承重墙梁，无洞口取0.45,有洞口取0.50。5.1.6墙梁的墙体受剪承载力计算当满足表51时可避免承载力低的斜拉破坏。,影响墙体抗剪能力的因素：砌体强度、墙厚、墙高、是否开洞、有无翼墙、构造柱及圈梁等。为防止斜压破坏，应满足：式中在荷载设计值Q2作用下，墙梁支座边剪力的最大值；翼墙或构造柱影响系数。对单层墙梁取1.0，当时取1.3，当时取1.5，当时，按直线内插取值；,洞口影响系数，无洞口取1.0，多层有洞口取0.9，单层有洞口取0.6；墙梁顶面圈梁截面高度。5.1.7托梁支座上部砌体局压承载力计算计算公式局压系数，。当或墙梁支座处设置上下贯通的落地构造柱时，可不验算局压承载力。5.1.8墙梁在施工阶段的承载力验算不能考虑墙梁组合作用，对托梁按普通混凝土受弯构件进行弯、剪承载力验算。,5.1.9墙梁的构造要求1.材料托梁用砼C30。托梁用筋宜用HRB335、HRB400或RRB400级。承重墙梁用块材MU10。计算高度范围内墙体砂浆M7.5。2.墙体上部房屋应为刚性方案房屋。计算高度范围内的砖墙体厚度240，砌块厚度190。,洞口上设GL，两端入墙长240。洞口宽度范围内不应施加集中荷载。支座处应设落地翼墙，翼墙宽度墙梁厚度的3倍，并与墙梁同时砌筑，当无翼墙时，应设GZ落地且上下贯通。当墙梁墙体在靠近支座1/3范围内开洞时，支座处应设落地且上下贯通的GZ,并应与每层QL连接;。每天可砌高度1.5m，否则应设临时支撑。3.托梁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钢筋混凝土楼盖，其厚120mm,当厚150mm时，宜采用双层双向钢筋网,楼板上少,开洞，开小洞，尺寸800mm时，应设洞边梁.托梁每跨底纵筋应通长设置，不得在跨中弯起或截断。钢筋接长应采用机械连接或焊接。为防止脆性破坏，托梁跨中截面纵向受力钢筋总配筋率不应小于0.6。托梁在距边支座边范围内，上部纵筋面积不应小于下部纵筋面积的1/3。连续墙梁或多跨框支墙梁的托梁中支座上部附加纵筋从支座边算起每边不少于。承重墙梁的托梁两端支承长度350mm。纵向受力筋伸入支座应符合受拉筋的锚固长度要求。,当托梁高度大于500mm时，应通长设置水平腰筋，直径不小于12mm，间距不大于200mm。墙梁偏开洞口的宽度及两侧各一个梁高范围内直至靠近洞口的支座边的托梁箍筋直径不应小于8mm，间距不应大于100mm。,5.2挑梁5.2.1挑梁的受力性能弹性挑梁：挑梁刚度小且埋入墙体的长度较大，埋入部分的变形以弯曲变形为主。刚性挑梁：挑梁刚度大且埋入长度小，埋入部分的变形以转动变形为主。受力阶段：弹性带裂缝工作破坏阶段。,1.破坏过程随荷载增加至破坏荷载的2030，界面A处水平裂缝出现；随之界面B处水平裂缝出现；达80破坏荷载时，挑梁尾部上方阶梯形裂缝出现。2.破坏形态倾覆破坏裂缝急剧扩展，斜裂缝角度57.1最后绕O点倾覆。局压破坏裂缝扩展,受压区减小,应力集中增大,砌体局部压碎。,5.2.2挑梁的抗倾覆验算1.计算倾覆点弹性挑梁，取且不大于刚性挑梁，取式中埋入长度；挑梁截面高度；计算倾覆点至墙外边缘的距离。计算公式,分项系数,式中挑梁的荷载设计值对计算倾覆点产生的倾覆力矩；挑梁的抗倾覆力矩设计值；挑梁的抗倾覆荷载，见图，为挑梁尾端上部45扩散角的阴影范围（其水平长度为）内本层的砌体与楼面恒荷载标准值之和；作用点至墙外边缘的距离。,雨蓬的抗倾覆验算刚性挑梁；。,5.2.3挑梁下砌体局压承载力验算计算公式式中挑梁下的支承压力，可取，为挑梁的倾覆荷载设计值；梁端底面压应力图形的完整系数，可取0.7；砌体局部抗压强度提高系数，对图(a)可取1.25；对图(b)可取1.5；挑梁下砌体局部受压面积，取为挑梁的截面宽度，为挑梁的截面高度；砌体抗压强度设计值。,5.2.4钢筋混凝土挑梁承载力计算按一般钢筋混凝土梁计算；即为墙外边缘截面剪力。5.2.5挑梁构造要求纵向受力钢筋至少应有1/2的钢筋面积伸入梁尾,端，且不少于。其余钢筋伸入支座的长度不应小于；挑梁埋入砌体长度与挑出长度之比宜大于1.2当挑梁上无砌体时，宜大于2。,如屋面,5.3过梁5.3.1过梁类型1.砖砌平拱上口灰缝15mm下口5mm拱脚入墙23cm砖为奇数支模后起拱由中间对称向两边砌筑高240mm砖MU10、砂浆M5。,净跨1.2m。2.砖砌弧拱砖竖立或侧立成弧形过梁当矢高=(1/81/12)时，=(2.53.0)m；矢高=(1/51/6)时，=(3.04.0)m。3.钢筋砖过梁支模起拱铺13水泥砂浆30mm埋筋（计算）钢筋尾端90直弯钩并钩住砖竖缝钢筋伸入支座每边240mm钢筋直径58mm第一皮砌丁砖后一顺一丁砌筑净跨不大于1.5m。4.钢筋混凝土过梁支座的支承长度不小于240mm。,当房屋有较大振动荷载或