砌体房屋结构的形式和内力分析.ppt

1、1,第五章 砌体房屋结构形式和内力分析 彭述权,2,“混合结构”房屋定义： 由砌体墙、柱和其他材料楼屋盖组成的房屋常称为“混合结构”房屋。（砖混结构房屋、砖木结构房屋）,1.基本概念：“混合结构”房屋定义,房屋构件： 墙 砌体 柱 砌体、钢筋混凝土 楼盖、屋盖 钢筋混凝土楼板、木楼盖；,外墙，内墙，横墙，纵墙和山墙，承重墙，自承重墙,3,2.砌体结构的布置,A.横墙承重体系,B.纵墙承重体系,C.纵横墙承重体系,D.内框架承重体系,F.底层框架承重体系,4,A 横墙承重体系,竖向荷载传力路线： 屋（楼）面荷载 横墙 基础 地基,横墙承重体系,5,横墙承重体系特点： 1.横墙为承重墙，间距较小（

2、34.5m），结构整体性好，空间刚度大，有利于抵抗水平作用和调整地基的不均匀沉降。 2.纵墙作为围护、隔断墙，其设置门窗洞口的限制较少，纵墙立面处理比较灵活，可保证横墙的侧向稳定。 3.楼盖的材料用量较少，但墙体的用料较多 ，施工方便。 适用于宿舍、住宅、旅馆等居住建筑和由小房间组成的办公楼等,6,B 纵墙承重体系,竖向荷载传力路线： 屋（楼）面荷载 屋架（梁） 纵墙 基础 地基,纵墙承重体系,7,纵墙承重体系特点： 1.纵墙为承重墙，横墙数量相对较少，承重墙间距一般较大，房屋的空间刚度比横墙承重体系小；纵墙上门窗洞口的大小和位置受到限制。 2.横墙为自承重墙，可保证纵墙的侧向稳定和房屋的整体

3、刚度，房屋的划分比较灵活。 3.楼盖的材料用量较多，墙体的材料用量较少。 适用于教学楼、图书馆、食堂、俱乐部、中小型工业厂房等单层和多层空旷房屋。,8,纵横墙承重体系,C 纵横墙承重体系,9,竖向荷载传力路线：,纵横墙承重体系特点： 兼有横墙和纵横墙承重体系的特点，房屋平面布置比较灵活，空间刚度较好。 适用于住宅、教学楼、办公楼及医院等建筑。,10,内框架承重体系,竖向荷载传力路线：,D 框架承重体系,11,内框架承重体系特点： 1.室内空间较大，梁的跨度并不相应增大 2.由于横墙少，房屋的空间刚度和整体性较差 3.由于钢筋混凝土柱和砖墙的压缩性能不同，结构易产生不均匀的竖向变形 4.框架和墙

4、的变形性能相差较大，在地震时易由于变形不协调而破坏,12,内框架承重体系与其他体系相结合就成为混合承重体系,混合承重体系,13,E 底层框架承重体系,竖向荷载传力路线： 屋（楼）面荷载 上层墙体 墙梁 框架柱 基础 地基,14,底层框架承重体系特点： 1.底层使用空间较大，梁的尺度并不相应增大 2.由于底层墙体较少，沿房屋高度方向，结构空间刚度将发生变化； 3.经过合理设计，可获得使用和抗震性能较好的底层框架结构体系，实现强柱弱梁的目标。 适用于上部住宅底层商店或车库类房屋。,15,楼面竖向荷载的传递 梁端竖向荷载的传递,3 荷载的传递,16,梁下加垫块时的反力分布,梁端有效支承长度,17,水

5、平荷载的传递,侧向力传递,横向水平荷载（风、地震）的传力路径：,18,3 砌体结构的计算简图与水平荷载的传递,根据砌体受压构件的M-N相关曲线，考虑到砌体受压构件以“小偏心”受压为主，轴力和弯矩都是越大越不利。故实际设计时，一般情况下应对控制截面取尽可能大的轴力和弯矩进行荷载效应组合；对组合砖砌体和构造柱组合墙应分别以最大弯矩、最小弯矩、最大轴力、最小轴力为目标进行组合。,截面受压破坏时的M-N相关曲线,最不利荷载效应组合,19,砌体结构设计规范根据横墙和楼盖对计算单元约束程度，将砌体结构静力计算方案分为刚性、刚弹性和弹性三种计算方案。,20,刚性方案,刚弹性方案计算简图,弹性方案计算简图,2

6、1,砌体房屋空间性能影响系数,22,根据房屋空间性能影响系数，为简化房屋内力计算，砌体结构设计规范GB500032001，按照横墙间距S和楼屋盖类别确定了砌体房屋计算方案。,23,为保证横墙具有足够抗侧刚度，确定刚性和刚弹性方案的房屋时横墙应同时符合下列条件： 横墙中开有洞口时，洞口的水平截面面积不应超过横墙截面面积的50%； 横墙的厚度不宜小于180mm； 单层房层的横墙长度不宜小于其高度，多层房屋的横墙长度不宜小于横墙总高度的一半。 当横墙不能同时符合上述要求时，应对横墙的刚度进行验算。要求横墙保证墙顶最大水平位移,24,刚性方案结构的计算,墙体计算单元：无洞墙段（单位宽） 有洞墙段（窗间

7、墙之间墙段长度） （荷载较大而截面较小的墙段）,25,刚性方案单层房屋墙和柱的计算力学模型简化,对符合刚性计算方案的墙体单元，取上端为不动铰支承、下端嵌固于基础的竖向杆件进行内力计算。 考虑墙体自重、楼盖和风荷载，外墙计算考虑下列三种荷载效应组合： 恒载+风载； 恒载+屋面活载； 恒载+0.85（屋面活载+风载） （当有吊车时，应与混凝土结构单层厂房相同，将吊车荷载效应参与组合）,26,27,刚性方案单层房屋外墙和柱的内力,28,刚性方案单层房屋外墙和柱的内力,竖向荷载作用下弯矩作用,29,刚性方案单层房屋外墙和柱的内力,水平均布荷载作用下,30,刚性方案多层房屋外墙计算单元,31,刚性方案多

8、层房屋墙体在竖向荷载作用下的计算,外墙,墙顶截面内力：,墙底截面内力：,32,内墙 取宽度为1m的横墙作为计算单元 每层横墙视为两端铰支的竖向构件 每层构件的高度H的取值与纵墙相同；坡顶层高取为层高加山墙尖高的1/2,内墙计算简图,内墙承受的荷载,控制截面：墙底截面,33,刚性方案多层房屋外墙在水平荷载作用下的计算,规范规定，当刚性方案多层房屋的外墙同时符合下列要求时，静力计算中可不考虑水平风荷载的影响： 洞口水平截面积不超过全截面面积的2/3； 层高和总高不超过表4-2的规定； 屋面自重不小于0.8kN/m2。 外墙不考虑风荷载影响时的最大高度,34,当需要考虑风荷载时，在房屋沿高度较均匀的

9、情况下，多层房屋外墙可简化为两端固定的单跨竖向梁。在线性分布的设计风荷载q的作用下，第i层纵墙中的最大弯矩为：,35,弹性方案结构的计算,弹性方案单层房屋的计算,36,弹性方案多层房屋的计算,多层弹性方案（铰接）,多层弹性方案（刚接）,37,刚弹性方案结构的计算,由于线弹性结构的力与位移成正比，弹性方案结构顶部所受的水平力为R，刚弹性方案作用在结构上的相应的力就为R。,38,刚弹性方案多层房屋的计算,多层房屋由于在平面和竖向均存在空间作用，实测和计算结果表明，多层房屋的空间工作性能优于单层房屋，为简化计算并偏于安全，规范规定，多层房屋的空间性能影响系数可按单层房屋采用。,39,40,上柔下刚和

10、上刚下柔多层房屋的内力计算,上柔下刚多层房屋的内力计算 1适用条件：房屋顶层横墙间距较大，只能满足刚弹性方案的要求；房屋下面各层的横墙间距可满足刚性方案的要求。 2计算方法：顶层可近似按单层刚弹性方案房屋进行分析；下面各层仍按刚性方案进行计算,上刚下柔多层房屋的内力计算,1适用条件：房屋上面各层的横墙间距可满足刚性方案的要求； 房屋底层横墙间距较大，只能满足刚弹性方案的要求。 2计算方法：上面各层仍按刚性方案进行计算；,41,上刚下柔多层房屋的计算，考虑水平作用造成的倾覆力矩，底层可按框支墙梁结构进行分析设计,42,地下室墙的内力计算,地下室墙的特点：荷载大，属刚性方案,墙上端可视为简支于地下

11、室顶盖梁或板的底面； 墙下端支承点的性质则与墙的厚度d与基础宽度D的比值有关。,荷载计算：地下室墙的荷载计算需考虑土的侧压力。地下水位以上，距室外地表深度H处土的静止侧压力,为回填土的天然重度，K0为静止土压力系数）,43,44,静止土压力系数K0的参考值,考虑水的浮力影响，地下水位以下作用在墙上侧压力,室外地面上的活荷载pk（一般取10kN/m2）产生作用于墙面的均布侧压力,45,内力计算 1地下室墙控制截面：顶部、底部和最大弯矩截面 2弹性嵌固地下室墙底部约束弯矩,46,墙柱的高厚比验算 高厚比验算目的： 保证墙柱构件在施工阶段和使用期间稳定性的一项重要构造措施（防止施工偏差、施工阶段和使

12、用期间的偶然撞击和振动使墙柱丧失稳定） 为墙、柱承载力计算确定计算参数；,验算对象： 承重的柱 无壁柱墙 带壁柱墙 带构造柱墙 自承重墙（非承重墙）,47,墙柱的计算高度 定义 计算高度的确定条件 墙柱端部约束支承情况 墙柱高度、截面尺寸及位置 计算高度的确定 构件高度H： 房屋底层为楼顶面到基础顶面或刚性室外地面以下500mm；其他层为楼板或其他水平支点间的距离；无壁柱的山墙取层高加山墙尖高度的1/2；带壁柱山墙可取壁柱处的山墙高度。 墙柱受压构件计算高度的确定,48,49,墙柱高厚比计算 无壁柱墙或矩形截面柱高厚比按下式计算：,式中，H0墙柱的计算高度；h 墙厚或矩形柱与H0相对应的边长

13、带壁柱墙(T形和十字形等截面)高厚比按下式计算：,式中，hT T形截面与H0相对应的折算厚度；i截面的回转半径；I、A 截面的惯性矩和面积,50,T形截面的计算翼缘宽度bf： 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壁柱高度的1/3； 单层房屋中可取壁柱宽加2/3墙高，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H0应取S为相邻横墙间的距离； 当现浇圈梁宽度b/S1/30时可把混凝土圈梁看作是壁柱间墙的不动铰支点 带构造柱墙计算高度H0应取相邻横墙的间距，h取墙厚。,51,bs宽度S范围内的门窗洞口宽度 S 相邻窗间墙或壁柱间的距离 当计算结果2值小于0.7时，

14、应取2=0.7； 当洞口高度小于墙高的1/5时，可取2=1.0。 影响墙、柱高厚比限值b的因素： 砂浆强度 砌体类型 横墙间距 支承条件 房屋构件重要性,52,有门窗洞口墙允许高厚比的修正系数2的计算,式中，b墙柱高厚比限值，按表5-2取值；1自承重墙允许高厚比的修正系数；2有门窗洞口墙允许高厚比的修正系数。 厚度h240mm的自承重墙允许高厚比修正系数1 h=240mm时1=1.2； h90mm时1=1.5； 240mmh90mm时可按线性插入法取值,53,墙、柱的允许高厚比,当相邻两横墙间的距离S12betah时，墙的高度不受高厚比的限制 由于墙中设钢筋混凝土构造柱可以提高墙体在使用阶段的稳定性和刚度，故,注：1. 毛石墙、柱允许高厚比应按表中数值降低20%；2. 组合砖砌体构件的允许高厚比，可按表中数值提高20%，但不得大 于28；3. 验算施工阶段