砌体结构4章-2015

1、砌体房屋的结构设计步骤：n砌体结构房屋的设计原则和方法n砌体材料选择n砌体房屋的结构设计： a. 选择房屋体系 b. 进行内力分析 c. 构件计算设计 d. 结构构造措施 e. 抗震设计与构造 如前所述，砌体的抗压强度相对较高，而抗拉强度很低，因此在砌体房屋设计时应考虑无论何种情况都应让砌体主要承受压力。当然这就需要有相当的设计技巧，好在我国规范对此做了各种规定来保证砌体主要受压。 砌体房屋设计得好就被称为精致、灵巧、大气，设计得不好就被称为丑陋、笨重、呆板。第第4 4章章 砌体房屋由众多“空心盒子”组合而成，每间房由四面墙和上下楼、屋盖组成，形成空间刚度很大的稳定结构。墙体主要承受竖向荷载和

2、水平荷载，由砖或砌块砌筑而成；楼、屋盖一般采用钢筋混凝土板（在我国已罕见用木楼盖）。墙体中的扶壁柱是为了使墙能承受较大的荷载，并不至于出现超过允许的拉应力。 垂直活荷载由楼板或梁传递至墙，墙再传递至基础。水平荷载由与之对应的平面内的墙承受，再传递至基础。第第4 4章章横墙承重体系(一般是预制楼板)纵墙承重体系(一般是预制楼板)纵、横墙混合承重体系（预制板或现浇板）底部框架，上部砌体承重体系内框架承重体系剪力墙承重体系（配筋混凝土小砌块砌体） 每种结构布置方式意味着竖向荷载的传递方式不同。第第4 4章章4.2.1 4.2.1 横墙承重体系横墙承重体系 楼、屋盖一般是钢筋混凝土预制板第第4 4章章

3、 横墙为主要承重构件，而纵墙是自承重，并为横墙提供侧向支撑。特点：房屋横向一般较短，较多横墙可以加强房屋的横向刚度和抗侧能力，而房屋纵向高长比较小，因此横墙承重体系房屋整体刚度好，抵抗荷载和偶然破坏能力强；经济性能较好；建筑立面容易处理；但开间不容易做大，横墙不能拆除。第第4 4章章4.2.2 4.2.2 纵墙承重体系纵墙承重体系 楼、屋盖一般是钢筋混凝土预制板第第4 4章章 纵墙为主要承重构件，横墙提供侧向支撑。特点：房屋建筑平面布置相对比较灵活，适用于有较大空间要求；纵墙数量较少，房屋整体刚度较差。第第4 4章章4.2.3 4.2.3 纵、横墙混合承重体系纵、横墙混合承重体系 楼、屋盖是现

4、浇板或钢筋混凝土预制板第第4 4章章 纵、横墙均为承重构件，互相提供侧向支撑。特点：兼顾了横墙承重和纵墙承重的优点，设计和构造相对比较麻烦一些。第第4 4章章4.2.4 4.2.4 底部框架承重体系底部框架承重体系 底部钢筋混凝土框架承重，上部砌体结构第第4 4章章特点：底部框架结构建筑布置灵活，上部砌体结构能满足一般使用要求；经济性、舒适性好；我国大部分城市和城镇都有广泛使用。 上下结构形式不同，抗侧刚度、变形能力不同，容易产生震害。第第4 4章章4.2.5 4.2.5 内框架承重体系内框架承重体系 由外砌体墙和内部的混凝土框架共同承重第第4 4章章特点：可以有大空间；纵、横墙都较少，空间刚

5、度和整体性差；混凝土框架和砌体墙的变形不协调，抗震性能很差。 现行规范已不提倡采用，在抗震规范条文中也不再给出相应的条文规定。第第4 4章章4.2.6 4.2.6 配筋砌块砌配筋砌块砌体结构体结构第第4 4章章特点：具有类似钢筋混凝土剪力墙的承载能力（约60%70%）和变形能力（约1.5倍），抗震性能较好。 配筋砌块砌体适用于多层至小高层住宅房屋，具有一定预制装配式建筑的概念，属绿色环保建筑之一。第第4 4章章4.2.7 4.2.7 竖向荷载的传递竖向荷载的传递竖向荷载传递路线： 楼屋盖砌体墙或柱基础传至墙上荷载的两种方式： 梁下墙体承受集中荷载 板下墙体承受均布荷载（沿墙长方向）梁荷载传递给

6、墙时的应力分布：梁荷载传递给墙时的应力分布： 即算出梁荷载传递到墙上时的荷载作用点（线），算出作用点后，根据砌体传力特性就可以算出墙上的应力分布。第第4 4章章梁下墙的有效支承长度梁下墙的有效支承长度a0： 压缩位移ymax对应最大压应力max，有max=k ymax，k是砌体压缩刚度系数。 梁端下的墙压缩变形图形（近似三角形） ymax=a0tg 应力图形调整系数为。 Y=0，可以得到书上公式（4-4）第第3 3章章由于梁端转角和砌体受压变形，搁置长度不等于有效支承长度 Nl的单位是N 规范表达方式,Nl的单位是kN 当按C20的简支梁、考虑梁的长期刚度和梁端产生塑性或开裂等近似条件代入公式

7、，可得： 01.206tanlNafb038tanlNafb010chaf第第4 4章章规范公式。与上面公式相比，引入了更多假定，但公式简单，适用于通常受均布荷载的简支梁 荷载作用点，即墙体应力的合力点。 墙体应力图形的等效和合力点的确定应满足两个条件，一是应力的合力应该与Nl大小应相等（在前面已讨论）；二是墙体实际应力至墙边缘的力矩与荷载作用点和Nl的乘积应相等。 在满足上述条件基础上，根据试验结果和计算分析可得合力点据墙边缘约0.4a0。 当板搁置在墙上时，可取板的实际支承长度的0.4倍，即0.4a。第第4 4章章墙内荷载的传递：墙内荷载的传递： 梁下的墙承受梁传来的荷载，然后会按一定的扩

8、散角向四周扩散，扩散角的大小与材料弹性模量有关。根据确定的扩散角就可以很方便算出墙体任一水平截面的应力状况。第第4 4章章 设有一单层房屋如下图，设计时取其中一个单元计算，类似一个平面排架，该单元的相邻单元和两端山墙都可能会对其产生影响，如何考虑这些影响就是如何确定静力计算方案。第第4 4章章 根据砌体房屋的空间刚度的不同，静力计算方案可以划分为三种: 刚性方案、刚弹性方案、弹性方案 由于两端山墙（或横墙）的抗侧刚度很大，影响计算单元侧移的主要因素是山墙（或横墙）的间距以及屋盖复合梁平面内的弯剪刚度。 第第4 4章章第第4 4章章 我国60年代时曾在全国对不同屋盖形式、不同横墙间距、不同使用用

9、途的二十余幢厂房进行过房屋空间作用影响的实测工作。4.3.1 4.3.1 刚弹性方案刚弹性方案木屋盖密铺木望板平瓦（点划线是无屋盖，仅有外纵墙） 空间性能影响系数： 1，是一折减系数。 弹簧的约束反力R =（1-）P 即是相邻单元和两端山墙（或横墙）对计算单元的约束作用。弹簧的刚度系数是单元顶部实际发生的位移独立单元顶部的位移ek1（-1）第第4 4章章ke是排架的抗侧刚度 显然由于弹簧反力的作用，计算单元的实际发生的变形要小于独立单元的变形，其影响程度与屋盖的种类和山墙（或横墙）的间距有关。规范给出了3类屋盖形式和不同横墙间距时的房屋空间性能影响系数（表4-1）。 理论上可按将山墙（或横墙）

10、等效为不动铰支点、屋盖等效为弹性地基剪切梁，建立微分方程求解，但显然比较麻烦。 第第4 4章章第第4 4章章4.3.2 4.3.2 刚性方案刚性方案 认为计算单元的顶点没有侧移，即 =0，连接弹簧的刚度无穷大。 计算模型：下端固端，上端不动铰支端。 实际结构中，在水平侧向力作用下不发生侧移是不可能的，但如侧移小到可以忽略或对结构内力不会产生明显影响时，可以近似理想化，以方便设计计算。如屋盖复合梁平面内刚度很大或横墙间距足够小等。第第4 4章章4.3.3 4.3.3 弹性方案弹性方案 认为相邻单元和横墙对计算单元没有影响，即 =1，连接弹簧的刚度为0。 计算模型：下端固端，上端自由。 同刚性方案

11、类似，弹性方案也是一种理想状态。如屋盖复合梁平面内刚度很小或两端没有横墙等。第第4 4章章4.3.4 4.3.4 荷载传递路线荷载传递路线 以计算单元为例垂直荷载：楼屋盖纵横墙基础地基水平荷载：墙体（风荷载）或楼屋盖（地震荷载）相邻单元楼屋盖墙体基础地基第第4 4章章4.3.5 4.3.5 房屋静力计算方案的确定房屋静力计算方案的确定 规范按山墙（或横墙）的间距、屋盖的类型来确定房屋静力计算方案。同时规定了符合规定的横墙应满足洞口截面积的要求；墙厚要求；墙长要求等，如不满足则应验算横墙的抗侧刚度是否满足 的要求。max4000Hu第第4 4章章第第4 4章章 垂直荷载作用时计算单元的选取：考虑

12、最不利部位的截面；截面范围应考虑能有效参与共同工作。4.4.1 4.4.1 刚性单层房屋墙和柱的计算刚性单层房屋墙和柱的计算 房屋顶端为不动铰支点。 墙和柱自重作用下的承载力验算主要是施工阶段的验算。 设计时应考虑各种不同荷载的各种组合，按计算控制截面的最大内力包络进行设计。第第4 4章章4.4.2 4.4.2 刚性多层房屋墙体的计算刚性多层房屋墙体的计算第第4 4章章1.1.竖向荷载作用下的计算竖向荷载作用下的计算纵墙第第4 4章章垂直荷载作用水平荷载作用（见2.水平风荷载作用下的计算） 上层传下来的荷载仅为作用在本层底的轴心荷载，而本层梁、板的荷载需考虑作为偏心荷载。第第4 4章章垂直荷载

13、作用横墙 中间横墙需考虑墙两边的梁或板传递的荷载，计算方法同纵墙。端部山墙计算同纵墙。第第4 4章章2.2.水平风荷载作用下的计算水平风荷载作用下的计算 规范规定，符合一定条件（见教材）的刚性方案多层砌体房屋可不考虑风荷载作用。 如需考虑风荷载，（外纵墙）可按底部固端的竖向连续梁计算，或简化为每层两端固端的单跨竖向梁计算。但考虑到端部非完全固结，因此在沿高度均布水平荷载作用下的每层墙的最大弯矩：212iqHM 第第4 4章章3. 3. 承载力验算的控制截面承载力验算的控制截面 一般选取最不利截面，如梁底、板底（偏心力最大），下一层的梁上、板上（轴力最大），以及底层的相应墙体，除此之外还有变截面

14、处（包括局部洞口处）和砌体强度改变处等等。第第4 4章章4.5.1 4.5.1 弹性单层房屋的计算弹性单层房屋的计算 为方便计算，可按照叠加原理按上述计算简图进行计算，不考虑相邻单元对其的影响。第第4 4章章4.5.2 4.5.2 弹性多层房屋的计算弹性多层房屋的计算 楼屋盖的梁和楼板与墙之间的连接属铰接还是刚接是一个复杂问题，实际上应该是介于两者之间。一般按铰接计算横梁的内力，按刚接验算墙的承载能力，计算结果偏于安全，但在实际工程设计中，往往都按铰接考虑。第第4 4章章指传到墙上指传到墙上的弯矩，如的弯矩，如验算墙局部验算墙局部承压还应按承压还应按4.274.27的方法的方法 竖向荷载的作用

15、的计算同前述刚性方案。 多层弹性方案的砌体房屋在水平荷载作用下，侧移大，墙、柱截面大，不容易满足设计和使用要求，而且由于空间刚度差，个别构件的损坏或失效就可能引起结构的连续倒塌，因此一般不应设计多层弹性方案的砌体房屋，实际工程中现在也已几乎不采用。第第4 4章章4.6.1 4.6.1 刚弹性单层房屋的计算刚弹性单层房屋的计算 由前面刚弹性方案介绍中知道，作用在结构顶部的水平力如果为F，由于空间作用，相邻单元和横墙将卸掉部分水平力，使得实际作用在结构上的力为F，这样就可以利用上面的计算简图进行计算。第第4 4章章4.6.1 4.6.1 刚弹性多层房屋的计算刚弹性多层房屋的计算1.1.多层房屋的空

16、间性能影响系数多层房屋的空间性能影响系数 需要考虑相邻层的空间性能影响 按二层结构建立计算简图，在楼顶和楼层处设置水平约束连杆，求出约束反力，然后考虑相邻层空间作用的影响再反向施加在结构上。第第4 4章章 经计算可以得到第1层和第2层的综合空间性能影响系数： 由于有相邻层的影响，空间工作性能比单层更明显。 规范为简化计算并偏于安全，规定多层房屋的空间性能影响系数与单层房屋相同。21111122222112(),()RRRR第第4 4章章2.2.刚弹性多层房屋的内力计算刚弹性多层房屋的内力计算第第4 4章章竖向荷载的作用的计算同前述刚性方案4.7.1 4.7.1 上柔下刚多层房屋的内力计算上柔下

17、刚多层房屋的内力计算 “上柔”近似按刚弹性或弹性方案计算，“下刚”近似按刚性方案计算。要考虑“上柔”传下来的弯矩、剪力和轴力。4.7.2 4.7.2 上刚下柔多层房屋的内力计算上刚下柔多层房屋的内力计算 “上刚”近似为刚体，“下柔”近似按单层刚弹性方案计算，要考虑“上刚”传下来的弯矩、剪力和轴力。 计算简图见教材图4-41第第4 4章章 一般房屋的纵向长度要远大于横向，高长比较小，屋盖复合梁的弯剪刚度很大，因此在进行房屋纵向内力计算时，可以按类似刚性方案进行计算。 如纵向与横向长度相差不多，则可按横向的计算方法计算。 地下室由于要抵抗土的挤压力及上部房屋的荷载，一般墙比较厚、横墙间距比较小，所以根据实际情况可按刚性方案计算。4.9.1 4.9.1 计算简图计算简图 墙上端为铰支；当墙下基础较小时墙下端为铰支，较大时可考虑弹性嵌固。第第4 4章章第第4 4章章4.9.2 4.9.2 荷载计算荷载计算4.9.3 4.9.3 内力计算内力计算 需考虑墙下端弹性嵌固弯矩时可按公式（4-30）计算。 地下室外墙一般验算墙顶部、底部和弯矩最大处。4.9.4 4.9.4 施工阶段抗滑移验算施工阶段抗滑移验算第第4 4章章 砌体短柱