5溷合结构房柱设计

1、1 第五章第五章 混合结构房屋墙、柱设计混合结构房屋墙、柱设计2一、混合结构一、混合结构5-1 概述概述墙墙砌体砌体屋盖、楼盖、板屋盖、楼盖、板钢砼钢砼二、传力路径二、传力路径竖向荷载竖向荷载屋盖、楼盖屋盖、楼盖墙体墙体墙下基础墙下基础水平荷载水平荷载墙体墙体基础基础三、墙体分类三、墙体分类承重墙承重墙自承重墙自承重墙非承重墙非承重墙横墙横墙纵墙纵墙3 一、横墙承重方案一、横墙承重方案5-2 结构布置结构布置荷载荷载板板横墙横墙基础基础横墙承重体系特点：横墙承重体系特点：1、房屋刚度较大房屋刚度较大, 整体性较好；整体性较好；2、外纵墙维护、隔断、外纵墙维护、隔断, 便于设置门、窗；便于设置门

2、、窗；3、楼盖结构较简单楼盖结构较简单, 但墙体用料较多、间距受限。但墙体用料较多、间距受限。4 二、纵墙承重方案二、纵墙承重方案荷载荷载板板梁梁纵墙纵墙基础基础 纵墙承重体系特点：纵墙承重体系特点：1、建筑平面布置较灵活；建筑平面布置较灵活；2、纵墙承受荷载较大纵墙承受荷载较大, 通通 常设扶壁柱、常设扶壁柱、 门窗大小、门窗大小、 位置受限；位置受限；3、房屋横向刚度较横墙承房屋横向刚度较横墙承 重体系差。重体系差。5 三、纵横墙承重方案三、纵横墙承重方案纵横墙混合承重体系荷载荷载板板横、纵墙横、纵墙基础基础纵横墙承重体系特点：纵横墙承重体系特点：1、能适应房屋平面布置的多种变化能适应房屋

3、平面布置的多种变化, 更为满足更为满足 建筑功能要求；建筑功能要求；2、纵、横两个方向的空间刚度均比较好。纵、横两个方向的空间刚度均比较好。6 四、内框架承重方案四、内框架承重方案图7-4 内框架承重体系荷载荷载柱柱柱下基础柱下基础内框架承重体系特点：内框架承重体系特点：1、开间大开间大, 平面布置灵活；平面布置灵活；2、与全框架比与全框架比, 可利用外墙承重可利用外墙承重, 节约材料；节约材料；3、横墙较少横墙较少, 房屋空间刚度较差；房屋空间刚度较差；4、房屋由两种性能不同材料组成房屋由两种性能不同材料组成, 荷载作用下荷载作用下 产生不同压缩变形产生不同压缩变形, 引起较大附加内力。引起

4、较大附加内力。荷载荷载外纵墙外纵墙基础基础7 五、底部框架承重方案五、底部框架承重方案荷载荷载上部内、外墙上部内、外墙钢砼梁、柱钢砼梁、柱基础基础底部框架承重体系特点：底部框架承重体系特点： 1、纵向刚度变化大；纵向刚度变化大； 2、底部内力变形较大。底部内力变形较大。 注：注：从结构出发，设计时优先从结构出发，设计时优先选用横墙承重体系和纵横选用横墙承重体系和纵横墙混合承重体系墙混合承重体系8一、单层、单跨、外纵墙承重厂房：一、单层、单跨、外纵墙承重厂房：5-3 按空间刚度分类按空间刚度分类水平荷载作用下：水平荷载作用下： 1 1、无山墙：、无山墙：计算单元计算单元:窗洞中线间距内墙带窗洞中

5、线间距内墙带y9计算简图计算简图:钢砼屋盖：钢砼屋盖： 梁梁砖墙：砖墙：柱柱节点：节点：铰结铰结柱端：柱端：固定端固定端平面排架平面排架 2 2、有山墙：、有山墙：r传力路径传力路径:荷载荷载外墙外墙外墙基础外墙基础r2荷载荷载屋盖屋盖山墙山墙 山墙基础山墙基础r1rr1 r2空间工作状态空间工作状态 山墙山墙屋面水平梁屋面水平梁v 10 二、构造方案二、构造方案 1 1、弹性构造方案：、弹性构造方案：试验分析发现，房屋空间工作性能的主要影响因素试验分析发现，房屋空间工作性能的主要影响因素为楼盖（屋盖）水平刚度和横墙间距大小。为楼盖（屋盖）水平刚度和横墙间距大小。房屋静力计算根据房屋空间工作性

6、能分为刚性方案、房屋静力计算根据房屋空间工作性能分为刚性方案、弹性方案、刚弹性方案。弹性方案、刚弹性方案。房屋横墙间距较大、楼盖（屋盖）水平刚度较房屋横墙间距较大、楼盖（屋盖）水平刚度较 小时，房屋空间刚度较小；小时，房屋空间刚度较小；荷载作用下房屋水平位移中荷载作用下房屋水平位移中v 较大，确定计算较大，确定计算 简图时不能忽略水平位移影响简图时不能忽略水平位移影响(vy)；可不考虑空间工作性能可不考虑空间工作性能(rr2)；一般单层厂房、仓库、礼堂多属此种方案；一般单层厂房、仓库、礼堂多属此种方案；11 可按屋架（大梁）与墙（柱）可按屋架（大梁）与墙（柱）铰接铰接、不考虑不考虑 空间工作性

7、能的空间工作性能的平面排架平面排架或框架计算；或框架计算； 2 2、刚弹性构造方案：、刚弹性构造方案：房屋横墙间距较小、楼盖（屋盖）水平刚度加房屋横墙间距较小、楼盖（屋盖）水平刚度加 大，房屋空间刚度加大；大，房屋空间刚度加大；荷载作用下房屋水平位移中荷载作用下房屋水平位移中v 减小，屋盖的总减小，屋盖的总 侧移侧移v y；可考虑空间工作性能可考虑空间工作性能(r2 r)且且r2r；：空间性能影响系数：空间性能影响系数 (v)/y按在墙、柱有弹性支座（考虑空间工作性能）按在墙、柱有弹性支座（考虑空间工作性能） 的平面排架或框架计算的平面排架或框架计算12 弹性方案弹性方案 刚弹性方案刚弹性方案

8、 3 3、刚性构造方案：、刚性构造方案：房屋横墙间距更小、楼盖（屋盖）水平刚度更房屋横墙间距更小、楼盖（屋盖）水平刚度更 大时，房屋空间刚度大；大时，房屋空间刚度大；荷载作用下房屋水平位移很小，可视墙、柱顶荷载作用下房屋水平位移很小，可视墙、柱顶 端水平位移为端水平位移为0 ；将楼盖或屋盖视为墙、柱的将楼盖或屋盖视为墙、柱的水平不动铰支座水平不动铰支座， 墙、柱内力按不动铰支承的竖向构件计算；墙、柱内力按不动铰支承的竖向构件计算；一般多层砌体房屋属此种方案；一般多层砌体房屋属此种方案； 刚性方案刚性方案13屋盖或楼盖的类别屋盖或楼盖的类别刚性刚性方案方案刚弹性刚弹性方案方案弹性弹性方案方案1

9、1整体式、装配整体式和整体式、装配整体式和装配式无檩体系钢砼屋装配式无檩体系钢砼屋盖或钢砼楼盖盖或钢砼楼盖s722 2装配式有檩体系钢砼屋装配式有檩体系钢砼屋盖、轻钢屋盖和有密铺盖、轻钢屋盖和有密铺望板的木屋盖或木楼盖望板的木屋盖或木楼盖瓦材屋面的木屋盖和轻瓦材屋面的木屋盖和轻钢屋盖钢屋盖s483 3s36静力计算方案静力计算方案14一、一、刚性刚性构造方案房屋、构造方案房屋、承重纵墙承重纵墙计算：计算：5-4 砌体房屋墙柱计算砌体房屋墙柱计算 1 1、多层、竖向荷载作用下：、多层、竖向荷载作用下：计算单元计算单元:一个开间窗洞中线间距内竖向墙带一个开间窗洞中线间距内竖向墙带竖向荷载竖向荷载:

10、nlnu0.4a0 nu :上层楼盖、屋盖传来的恒、活载，墙自重；上层楼盖、屋盖传来的恒、活载，墙自重；nu作用点：上层楼层墙、柱截面中心作用点：上层楼层墙、柱截面中心nl:本层楼盖传来恒、活载本层楼盖传来恒、活载 nl作用点：作用点： 距内墙面距内墙面0.4a015计算简图计算简图:梁、板深入到墙体内，使墙体受到削弱，梁、板深入到墙体内，使墙体受到削弱，不能承担弯矩，简化为铰；不能承担弯矩，简化为铰；下端轴力较大，弯矩小，也可简化为铰。下端轴力较大，弯矩小，也可简化为铰。梁底梁底梁顶梁顶最不利截面及最不利截面及 内力计算内力计算:本层楼盖底面本层楼盖底面-窗口上边缘窗口上边缘-窗口下边缘窗口

11、下边缘 - 下层楼盖顶面下层楼盖顶面-16-截面：截面：21enenmulie1h/20.4a0e2:上下截面形心间距上下截面形心间距ulinnn-、 - 截面截面：-截面截面：nnnh3nh3:h3范围内范围内自重设计值自重设计值nnnh2nh2:h2范围内范围内自重设计值自重设计值m0nnnh1按偏压构件计算按偏压构件计算:afn17 2 2、多层、水平荷载作用下：、多层、水平荷载作用下：计算简图计算简图:两端铰支的竖向连续梁两端铰支的竖向连续梁计算截面计算截面:跨中、支座跨中、支座内力计算内力计算:122iwhm w沿楼层高均布风荷载设计值沿楼层高均布风荷载设计值 hi层高层高 可不考虑

12、水平荷载作用的情况可不考虑水平荷载作用的情况:洞口水平截面积不超过全截面积的洞口水平截面积不超过全截面积的2/3层高、总高满足限值要求层高、总高满足限值要求屋面自重屋面自重 0.8kn/m218 3 3、单层房屋（竖向、水平荷载）：、单层房屋（竖向、水平荷载）：计算单元计算单元:取一个开间墙体作为计算单元；取一个开间墙体作为计算单元；取取1m长墙体作为计算单元长墙体作为计算单元 计算简图计算简图:墙、柱视为墙、柱视为上端不动铰上端不动铰支承于屋盖，支承于屋盖，下端嵌固下端嵌固于基础于基础计算荷载计算荷载:1) )屋面荷载：包括屋盖自重、屋面活荷载屋面荷载：包括屋盖自重、屋面活荷载(或雪荷载或雪

13、荷载)荷载以集中力荷载以集中力nl形式通过屋架或屋面梁作用于墙体顶端；形式通过屋架或屋面梁作用于墙体顶端；nl到墙内边取到墙内边取0.4a0 ，简图上轴向力，简图上轴向力nl和弯矩和弯矩m nl el192) )风荷载风荷载(对不考虑抗震结构对不考虑抗震结构) ： 包括作用于墙面上和屋面上的风荷载包括作用于墙面上和屋面上的风荷载屋面上风载简化为作用于墙顶屋面上风载简化为作用于墙顶的集中力的集中力w（纵墙不产生内力）；（纵墙不产生内力）；墙面风荷载为均布荷载墙面风荷载为均布荷载q1、q2 ;迎风面为压力，背风面为吸力；迎风面为压力，背风面为吸力；3) )墙体自重：墙体自重：按砌体自重按砌体自重(

14、包括内外粉刷和门窗自重包括内外粉刷和门窗自重)进行计算；进行计算；作用于墙体轴线上；作用于墙体轴线上；20内力计算内力计算:2abmmhmrrba231) )屋面荷载作用下：屋面荷载作用下：llaenmm2) )风荷载作用下：风荷载作用下：屋面风载在纵墙体内不产生内力屋面风载在纵墙体内不产生内力墙面风载产生内力可按下式计算墙面风载产生内力可按下式计算83qhraqhrb85281qhmb3) )墙体自重按实际情况考虑墙体自重按实际情况考虑控制截面控制截面:顶部、在风载作用下弯矩最大截面、下端顶部、在风载作用下弯矩最大截面、下端mambrarbmbrarb等截面：轴力；变截面：有弯矩等截面：轴力

15、；变截面：有弯矩上端自由、底端固定的上端自由、底端固定的悬臂悬臂构件构件21 二、二、刚性刚性构造方案房屋、构造方案房屋、承重横墙承重横墙计算：计算： 1 1、水平荷载作用下：、水平荷载作用下：可忽略不计可忽略不计 2 2、竖向荷载作用下：、竖向荷载作用下：计算单元计算单元取取1m宽墙带；宽墙带；取洞口中心线间墙体；取洞口中心线间墙体；支承梁间距中的墙体支承梁间距中的墙体.计算简图计算简图:同刚性方案承重纵墙要求同刚性方案承重纵墙要求计算荷载计算荷载:nu0.4a0 nu :上层楼盖、屋盖恒、活载，墙自重；上层楼盖、屋盖恒、活载，墙自重；nu作用点：上层楼层墙、柱截面中心作用点：上层楼层墙、柱

16、截面中心nl:本层楼盖本层楼盖(左、右侧左、右侧)传来恒、活载传来恒、活载 nl作用点：距内墙面作用点：距内墙面0.4a0nllnrl0.4a0 轴压构件轴压构件22最不利截面最不利截面:每层底部截面（每层底部截面（nmax）按轴压构件计算按轴压构件计算:afn每层各截面可取相同每层各截面可取相同值计算值计算 三、三、弹性弹性构造方案房屋墙柱计算：构造方案房屋墙柱计算： 1 1、单层：、单层：有侧移平面排架有侧移平面排架计算简图计算简图:ea=23竖向荷载下内力计算竖向荷载下内力计算:柱顶水平位移为柱顶水平位移为0hnlel nlel mbmambma2mmmbbllaaenmmm水平荷载下内

17、力计算水平荷载下内力计算:q1 q2 fwq1 q2 fw rarb + +r=rarbhqfrwa183hqrb283水平支杆反力水平支杆反力24 2 2、多层：、多层：一般不采取弹性方案一般不采取弹性方案 四、四、刚弹性刚弹性构造方案房屋墙柱计算：构造方案房屋墙柱计算： 1 1、单层：、单层：rr + + 2 2、多层：、多层：可按刚性方案多层房屋计算可按刚性方案多层房屋计算竖向荷载竖向荷载:空间性能影响系数空间性能影响系数i 可按单层房可按单层房屋的空间性能影响系数采用（屋的空间性能影响系数采用（p76表表5-3），偏于安全），偏于安全水平荷载水平荷载:25水平荷载下计算步骤水平荷载下计

18、算步骤:q1) )计算单元：一个开间的多层房屋为计算单元计算单元：一个开间的多层房屋为计算单元2) )计算简图：计算简图： 在各层横梁与柱联结点处加上不动铰支座；在各层横梁与柱联结点处加上不动铰支座； 计算各杆内力及不动铰支座反力计算各杆内力及不动铰支座反力 ri ；rnrir2r13) )考虑空间作用，计算各考虑空间作用，计算各iri作用下各柱内力；作用下各柱内力； nrniri2r21r14) )叠加叠加2) )、 3) )中中内力内力 26各构造方案房屋静力计算法小结：各构造方案房屋静力计算法小结：按屋架（大梁）与墙（柱）按屋架（大梁）与墙（柱）铰接铰接，不考虑空间不考虑空间工作的平面排

19、架或框架计算。工作的平面排架或框架计算。弹性方案房屋静力计算弹性方案房屋静力计算:按屋架（大梁）与墙（柱）按屋架（大梁）与墙（柱）铰接铰接，考虑空间考虑空间工工作的平面排架或框架计算，且空间工作性能影作的平面排架或框架计算，且空间工作性能影响系数为响系数为i （ p76表表5-3 ）。）。刚弹性方案房屋静力计算刚弹性方案房屋静力计算:刚性方案房屋静力计算刚性方案房屋静力计算:单层：单层：墙（柱）视为上端不动铰支承于屋盖，墙（柱）视为上端不动铰支承于屋盖，下端嵌固于基础的竖向构件下端嵌固于基础的竖向构件多层：多层：竖向荷载下：竖向荷载下：墙（柱）在每层高范围内墙（柱）在每层高范围内 近似为近似为

20、两端铰支两端铰支竖向构件竖向构件水平荷载下：水平荷载下：墙（柱）视为墙（柱）视为竖向连续梁竖向连续梁27一、墙柱允许高厚比一、墙柱允许高厚比5-5 构造措施构造措施 1 1、控制高厚比目的：、控制高厚比目的：hh0表征刚度、表征刚度、稳定性稳定性保证构件不因过于细长而丧失稳定，满足强度保证构件不因过于细长而丧失稳定，满足强度 要求的同时具有足够要求的同时具有足够稳定性稳定性；控制高厚比使墙、柱具有足够控制高厚比使墙、柱具有足够刚度刚度，避免出现，避免出现 过大侧向变形；过大侧向变形；保证施工中安全；保证施工中安全； 2 2、允许高厚比影响因素：、允许高厚比影响因素：砂浆等级砂浆等级横墙间距横墙

21、间距s构造支承条件构造支承条件砌体截面形式砌体截面形式构件重要性及房屋使用情况构件重要性及房屋使用情况28 3 3、验算对象：、验算对象：承重柱承重柱无壁柱墙无壁柱墙带壁柱墙带壁柱墙带构造柱墙带构造柱墙自承重墙、非承重墙自承重墙、非承重墙二、墙柱高厚比验算二、墙柱高厚比验算 1 1、无壁柱墙及矩形截面柱：、无壁柱墙及矩形截面柱： 210hh1:自承重墙修正系数自承重墙修正系数h=240mm， 1 1.2h= 90mm， 1 1.52:有门窗洞口墙的修正系数有门窗洞口墙的修正系数 sbs4 . 012s: 验算墙片总长度验算墙片总长度bs : s范围内洞口总宽度范围内洞口总宽度 7 . 022

22、: 洞口高度洞口高度1/5墙高时，取墙高时，取21.029 2 2、带壁柱墙：、带壁柱墙：除了验算整片墙高厚比外，除了验算整片墙高厚比外，还验算壁柱间墙的高厚比还验算壁柱间墙的高厚比bf :t形截面的计算翼缘宽度形截面的计算翼缘宽度 210thh多层：有门窗洞口墙段，取窗间墙宽度多层：有门窗洞口墙段，取窗间墙宽度多层：无门窗洞口，每侧翼缘可取多层：无门窗洞口，每侧翼缘可取1/3壁柱高度壁柱高度单层：取单层：取bf =b+2h/3（b：壁柱宽度，：壁柱宽度，h：墙高）：墙高） 且不大于窗间墙宽度和相邻壁柱间距离且不大于窗间墙宽度和相邻壁柱间距离带壁柱墙的计算高度带壁柱墙的计算高度h0应取应取s为

23、为相邻横墙间相邻横墙间距离距离2 2）壁柱间墙的高厚比（局部）：壁柱间墙的高厚比（局部）：1 1）整片墙的高厚比：整片墙的高厚比：（矩形截面）（矩形截面） 210hh计算计算h0时，时，s取取壁柱间壁柱间的距离的距离h0的值一律按的值一律按刚性刚性方案选用方案选用30 3 3、带构造柱墙：、带构造柱墙： 门窗洞口宽度示意图1 1）整片墙的高厚比：整片墙的高厚比： chh210h:墙体厚墙体厚确定墙体计算高度确定墙体计算高度h0应取应取s为为相邻横墙间相邻横墙间距离距离c:墙体允许高厚比修正系数墙体允许高厚比修正系数细料石、半细料石：细料石、半细料石： = 0 0砼砌块、粗料石、毛料石及毛石砌体

24、：砼砌块、粗料石、毛料石及毛石砌体： =1.0其他砌体：其他砌体： =1.5lbcc1: 考虑砌体种类的系数考虑砌体种类的系数bc : 构造柱宽度构造柱宽度（沿墙长方向）（沿墙长方向）l : 构造柱间距构造柱间距bc / l0.25：取：取bc / l = 0.25；bc / l0.05：取：取 bc / l = 02 2）构造柱间墙的高厚比：构造柱间墙的高厚比：计算墙体计算墙体h0时，时，s取取构造柱间构造柱间的距离的距离同壁柱间墙局部高厚比验算同壁柱间墙局部高厚比验算31三、裂缝三、裂缝 1 1、裂缝对房屋性能的影响：、裂缝对房屋性能的影响：外观外观防水、防渗、保温性能防水、防渗、保温性能

25、整体性、承载能力、耐久性和抗震性能整体性、承载能力、耐久性和抗震性能2 2、裂缝形成原因：、裂缝形成原因：设计、施工设计、施工环境温度变化环境温度变化 温度裂缝温度裂缝材料材料 干缩裂缝（自收缩）干缩裂缝（自收缩）地基不均匀沉降地基不均匀沉降 沉降裂缝沉降裂缝3 3、温度与干缩裂缝形态：、温度与干缩裂缝形态：温度水平裂缝多发生在女儿墙根部、屋面板底温度水平裂缝多发生在女儿墙根部、屋面板底 部、圈梁底部附近以及比较空旷高大房间的顶部、圈梁底部附近以及比较空旷高大房间的顶 层外墙门窗洞口上下水平位置层外墙门窗洞口上下水平位置温度八字裂缝多发生在房屋顶层墙体的两端，温度八字裂缝多发生在房屋顶层墙体的

26、两端， 多数出现在门窗洞口上下，呈八字形多数出现在门窗洞口上下，呈八字形32水平裂缝水平裂缝八字裂缝八字裂缝垂直贯通裂缝垂直贯通裂缝局部垂直贯通裂缝局部垂直贯通裂缝334 4、地基发生过大不均匀沉降而产生的裂缝形态：、地基发生过大不均匀沉降而产生的裂缝形态：正八字形裂缝正八字形裂缝倒八字形裂缝倒八字形裂缝斜向裂缝斜向裂缝斜向（竖向）裂缝斜向（竖向）裂缝345 5、防止或减轻墙体裂缝的原理：、防止或减轻墙体裂缝的原理：合理的结构布置合理的结构布置加强房屋结构的整体刚度加强房屋结构的整体刚度设置沉降缝、收缩缝设置沉降缝、收缩缝6 6、防止或减轻墙体裂缝的措施：、防止或减轻墙体裂缝的措施：对温度和干缩引起的裂缝，可在墙体中设置对温度和干缩引起的裂缝，可在墙体中设置 伸缩缝；伸缩缝应设在因温度和收缩变形引伸缩缝；