同濟大學砌體結構設計第四章

1、Page 1同濟大學TONGJI UNIVERSITY 主講：熊學玉Page 2本章內(nèi)容引言第一節(jié) 砌體房屋結構的形式和組成第二節(jié) 砌體結構的布置第三節(jié) 砌體結構的計算簡圖與水平荷載的傳遞第四節(jié) 剛性方案結構的計算第五節(jié) 彈性方案結構的計算第六節(jié) 剛彈性方案結構的計算第七節(jié) 上柔下剛和上剛下柔多層房屋的內(nèi)力計算第八節(jié) 地下室墻的內(nèi)力計算第九節(jié) 最不利荷載效應組合Page 3無筋砌體的特性： 墻體抗壓性能較好，抗拉性能較差。 為與側向力分布和地震烈度、傳遞特性有關的常數(shù) 墻體布置應使側向力作用在墻水平截面較寬的方向，即水平力應作用在墻的平面內(nèi)才是較合理的。 墻在其平面外承受水平力的能力較小。矩形

2、截面不產(chǎn)生拉應力的條件：16PGNBHPage 4砌體結構房屋設計步驟：確定房屋結構布置方案（橫縱墻布置） ；確定房屋的靜力計算方案（剛彈性、計算簡圖）；進行墻、柱的內(nèi)力分析（內(nèi)力組合）；驗算墻、柱的承載力并采取相應的構造措施（承載 計算、驗算）。Page 51.“1.“混合結構混合結構”房屋定義：房屋定義： 由砌體墻和鋼筋混凝土樓屋蓋組成的房屋常稱為“混合結構”房屋。2.2. 房屋構件：房屋構件：墻墻 砌體砌體柱柱 砌體、鋼筋混凝土砌體、鋼筋混凝土樓蓋、屋蓋樓蓋、屋蓋 鋼筋混凝土樓板、木樓蓋鋼筋混凝土樓板、木樓蓋(a) x向不可變形向不可變形 (b) y向受力不對稱向受力不對稱 (c) x、

3、y向均不可變形向均不可變形Page 6一、橫墻承重體系 1.豎向荷載傳力路線：屋（樓）面荷載屋（樓）面荷載 橫墻橫墻 基礎基礎 地基地基Page 7 2. 橫墻承重體系特點 橫墻為承重墻，間距較?。?4.5m），整體性好，空間剛度大，有利于抵抗沿橫墻方向的水平作用（風、地震），也有利于調(diào)整地基的不均勻沉降。 縱墻起圍護、隔斷、拉結橫墻（保證橫墻的側向穩(wěn)定）的作用。其在外立面設置門窗洞口的限制較少，縱墻立面處理比較靈活。 結構簡單，施工方便。樓蓋的材料用量較少，但墻體的用料較多 。 適用于宿舍、住宅、旅館等居住建筑和由小房間 組成的辦公樓等。Page 8二、縱墻承重體系 1. 豎向荷載傳力路線：

4、 屋（樓）面荷載屋（樓）面荷載 屋架（梁）屋架（梁） 縱墻縱墻 基礎基礎 地基地基Page 92、縱墻承重體系特點 橫墻為自承重墻，其設置主要是滿足房間的使用要求，保證縱墻的側向穩(wěn)定和房屋的整體剛度。因此房屋的劃分比較靈活。 縱墻為承重墻，墻上門窗洞口的大小和位置受到限制。橫墻數(shù)量相對較少，承重墻間距一般較大，因此房屋的空間剛度比橫墻承重體系小。 樓蓋的材料用量較多，墻體的材料用量較少。適用于教學樓、圖書館、食堂、俱樂部、中小型工業(yè)廠房等單 層和多層空曠房屋。（使用上有較大空間的房 屋）Page 10三、縱橫墻承重體系 1. 豎向荷載傳力路線：豎向荷載傳力路線： 縱墻縱墻 屋（樓）面荷載屋（樓

5、）面荷載 基礎基礎 地基地基 橫墻橫墻 2.縱橫墻承重體系特點：縱橫墻承重體系特點： 兼有橫墻和縱橫墻承重體系的特點，房屋平面布置比較靈活，空間剛度較好。 適用于住宅、教學樓、辦公樓及醫(yī)院等建筑。Page 11四、內(nèi)框架承重體系 1. 豎向荷載傳力路線：豎向荷載傳力路線： (梁梁) 外外 墻墻 屋（樓）面荷載屋（樓）面荷載 基礎基礎 地基地基 梁梁框架柱框架柱 Page 122. 內(nèi)框架承重體系特點：內(nèi)框架承重體系特點： n室內(nèi)空間較大，梁的跨度并不相應增大；n由于橫墻少，房屋的空間剛度和整體性較差；n由于鋼筋混凝土柱和磚墻的壓縮性能不同，且柱基礎和墻基礎的沉降也不一致，結構易產(chǎn)生不均勻的豎向

6、變形；n框架和墻的變形性能相差較大，在地震時易由于變形不協(xié)調(diào)而破壞。Page 13五、混合承重體系 內(nèi)框架承重體系與其他體系相結合就成為混合承重體系 Page 14六、底層框架承重體系 1. 豎向荷載傳力路線：豎向荷載傳力路線：屋（樓）面荷載屋（樓）面荷載 上層墻體上層墻體 墻梁墻梁 框架柱框架柱 基礎基礎 地基地基Page 152. 底層框架承重體系特點：底層框架承重體系特點： 底層使用空間較大，梁的尺度并不相應增大 由于底層墻體較少，沿房屋高度方向，結構空間剛度將發(fā)生變化； 經(jīng)過合理設計，可獲得使用和抗震性能較好的底層框架結構體系，實現(xiàn)強柱弱梁的目標。 適用于上部住宅底層商店或車庫類房屋。

7、Page 16七、豎向荷載的傳遞 1樓面豎向荷載的傳遞樓面豎向荷載的傳遞2梁端豎向荷載的傳遞梁端豎向荷載的傳遞（1）較剛的梁下的反力分布 （2）較柔的梁下的反力分布 （3） 梁下加墊塊時的反力分布 （4）梁端有效支承長度 Page 17八、有效支承長度 考慮鋼筋混凝土梁的撓曲變形和砌體受壓后的塑性性能，根據(jù)常用材料性能經(jīng)簡化計算可得到梁端有效支承長度： 上式中，hc為混凝土梁截面的高度，f為砌體抗壓強度設計值，各量的量綱均按N-mm制計。 由梁端有效支承長度a0可確定梁端集中荷載作用點到支座內(nèi)邊緣的距離。 對于屋面梁和樓面梁，均取此距離為0.4a0。在設計中，一般假定擴散角為：在設計中，一般假

8、定擴散角為：4545。fh10ac0Page 18一、砌體結構的計算簡圖 Page 19砌體房屋的計算單元砌體房屋的計算單元 Page 20 根據(jù)房屋空間工作的程度不同，砌體房屋計算單元應采用相應的計算簡圖。 砌體結構設計規(guī)范根據(jù)橫墻和樓蓋對計算單元約束程度，將砌體結構靜力計算方案分為剛性、剛彈性和彈性三種計算方案。剛性、剛彈性和彈性三種計算方案。 剛性方案計算簡圖剛性方案計算簡圖 剛彈性方案計算簡圖剛彈性方案計算簡圖 彈性方案計算簡圖彈性方案計算簡圖Page 21二、砌體房屋空間性能影響系數(shù) re為該計算單元頂部的水平位移，e為該單元在無側向約束時的水平位移； 根據(jù)對砌體房屋實測結果的統(tǒng)計，

9、尋找影響空間工作效應的主要因素，砌體結構設計規(guī)范按照橫墻間距S、屋蓋或樓蓋的類別確定了砌體結構房屋各層空間性能影響系數(shù)。表表4-1 房屋各層的空間性能影響系數(shù)房屋各層的空間性能影響系數(shù)屋屋蓋蓋或或樓樓蓋蓋類類別別橫墻間距橫墻間距s (m)16202428323640444852566064687210.330.390.450.500.550.600.640.680.710.740.7720.350.450.540.610.680.730.780.8230.370.490.600.680.750.81備備注注屋蓋或樓蓋的類別中，1類為整體式、裝配整體和裝配式無檁體系鋼筋混凝土屋蓋或鋼筋混凝土樓蓋

10、，2類為裝配式有檁體系鋼筋混凝土屋蓋、輕鋼屋蓋和有密鋪望板的木屋蓋或木樓蓋，3類為冷攤瓦木屋蓋和石棉水泥瓦輕鋼屋蓋。erePage 22三、水平荷載的傳遞 橫向水平荷載（風、地震）的傳力路徑（剛性方案）：橫向水平荷載（風、地震）的傳力路徑（剛性方案）： 相鄰的樓屋蓋相鄰的樓屋蓋 橫墻橫墻 橫墻基礎橫墻基礎 縱墻上水平荷載縱墻上水平荷載 縱墻縱墻 縱墻基礎縱墻基礎Page 23四、砌體房屋靜力計算方案的確定 1.根據(jù)房屋空間性能影響系數(shù)，為簡化房屋內(nèi)力計算，砌體結構設計規(guī)范GB500032011，按照橫墻間距S和樓屋蓋類別確定了砌體房屋計算方案。 房屋靜力計算方案的確定房屋靜力計算方案的確定屋蓋

11、或樓蓋類別屋蓋或樓蓋類別剛性方案剛性方案剛彈性方案剛彈性方案彈性方案彈性方案1整體式、裝配整體和裝配式無檁體系鋼筋混凝土屋蓋或鋼筋混凝土樓蓋s722裝配式有檁體系鋼筋混凝土屋蓋、輕鋼屋蓋和有密鋪望板的木屋蓋或木樓蓋s483瓦材屋面的木屋蓋和輕鋼屋蓋s36備備注注S為房屋橫墻間距，其長度單位為m；對無山墻或伸縮縫處無橫墻的房屋，應按彈性方案考慮。Page 24 2.為保證橫墻具有足夠抗側剛度，確定剛性和剛彈性方案的房屋時橫墻應同時符合下列條件： 橫墻中開有洞口時，洞口的水平截面面積不應超過橫墻截面面積的 50%； 橫墻的厚度不宜小于180mm； 單層房屋的橫墻長度不宜小于其高度，多層房屋的橫墻長

12、度不宜小于 橫墻總高度的一半。 當橫墻不能同時符合上述要求時，應對橫墻的剛度進行驗算。要求橫墻保證墻頂最大水平位移：四、砌體房屋靜力計算方案的確定 4000maxHuPage 25一、計算單元 1墻體計算單元：墻體計算單元：無洞墻段（單位寬） 有洞墻段（窗間墻之間墻段長度） （荷載較大而截面較小的墻段） 較薄弱的單元 承受集中荷載的單元 Page 26二、剛性方案單層房屋墻和柱的計算 1對符合剛性計算方案的墻體單元，取上端為不動鉸支承、對符合剛性計算方案的墻體單元，取上端為不動鉸支承、下端嵌固于基礎的豎向桿件進行內(nèi)力計算。下端嵌固于基礎的豎向桿件進行內(nèi)力計算。 2考慮墻體自重、樓蓋和風荷載，外

13、墻計算考慮下列三種荷考慮墻體自重、樓蓋和風荷載，外墻計算考慮下列三種荷載效應組合：載效應組合： 恒載+風載； 恒載+屋面活載； 恒載+0.85（屋面活載+風載）； 恒載為主的組合。 （當有吊車時，應與混凝土結構單層廠房相同，將吊車荷 載效應參與組合）Page 273剛性方案單層房屋外墻和柱的內(nèi)力剛性方案單層房屋外墻和柱的內(nèi)力 單層剛性房屋墻體計算簡圖 屋架 N 的作用點 Page 28 豎向荷載作用下豎向荷載作用下:水平均布荷載作用下水平均布荷載作用下:HMRRAHaH232MMIIHMVVAa232MMAa83qHRVaHa85qHRVAHA22qHMAa12892qHMIIPage 29三

14、、 剛性方案多層房屋墻體的計算 剛性方案多層房屋外墻計算單元（豎向荷載下）剛性方案多層房屋外墻計算單元（豎向荷載下）Page 30 1.剛性方案多層房屋墻體在豎向荷載作用下的計算剛性方案多層房屋墻體在豎向荷載作用下的計算 （1）縱墻 豎向荷載作用下剛性多層房屋結構計算簡圖的簡化墻頂截面內(nèi)力：墻頂截面內(nèi)力： 當上、下墻厚不同時：當上、下墻厚不同時：墻底截面內(nèi)力：墻底截面內(nèi)力： NNNuIeNMI0uIeNeNMIIuNNNG0IIMPage 31 （2）橫墻取寬度為1m的橫墻作為計算單元每層橫墻視為兩端鉸支的豎向構件每層構件的高度H的取值與縱墻相同；坡頂層高取為層高加山墻尖高的1/2。內(nèi)墻計算簡

15、圖內(nèi)墻計算簡圖內(nèi)墻承受的荷載內(nèi)墻承受的荷載風載內(nèi)力風載內(nèi)力Page 322.剛性方案多層房屋外墻在水平荷載作用下的計算剛性方案多層房屋外墻在水平荷載作用下的計算 規(guī)范規(guī)定，當剛性方案多層房屋的外墻同時符合下列要求時，靜力計算中可不考慮水平風荷載的影響： 洞口水平截面積不超過全截面面積的2/3； 層高和總高不超過表4-3的規(guī)定； 屋面自重不小于0.8kN/m2。表：表： 外墻不考慮風荷載影響時的最大高度外墻不考慮風荷載影響時的最大高度 基本風壓值（基本風壓值（kN/m2）層高（層高（m）總高（總高（m）0.44.0280.54.0240.64.0180.73.518 當需要考慮風荷載時，在房屋沿

16、高度較均勻的情況下，多層房屋外墻可簡化為兩端固定的單跨豎向梁。在線性分布的設計風荷載q的作用下，第i層縱墻中的最大彎矩為： 12qHM2iPage 33一、 彈性方案單層房屋的計算 彈性方案單層房屋的計算簡圖彈性方案單層房屋的計算簡圖Page 34多層彈性方案（鉸接）多層彈性方案（鉸接） 多層彈性方案（剛接）多層彈性方案（剛接）二、彈性方案多層房屋的計算 Page 35一、剛彈性方案單層房屋的計算 由于線彈性結構的力與位移成正比，彈性方案結構頂部所受的水平力為R，剛彈性方案作用在結構上的相應的力就為R。 剛彈性方案單層房屋的計算剛彈性方案單層房屋的計算Page 36二、剛彈性方案多層房屋的計算

17、 多層房屋由于在平面和豎向均存在空間作用，實測和計算結果表明，多層房屋的空間工作性能優(yōu)于單層房屋，為簡化計算并偏于安全，規(guī)范規(guī)定，多層房屋的空間性能影響系數(shù)可按單層房屋采用。 剛彈性方案多層房屋的計算剛彈性方案多層房屋的計算Page 37一、上柔下剛多層房屋的內(nèi)力計算 適用條件：適用條件：房屋頂層橫墻間距較大，只能滿足剛彈性方案的要求；房 屋下面各層的橫墻間距可滿足剛性方案的要求。2. 2. 計算方法：計算方法：頂層可近似按單層剛彈性方案房屋進行分析； 下面各層仍按剛性方案進行計算。Page 38二、上剛下柔多層房屋的內(nèi)力計算 1 1適用條件：適用條件：房屋上面各層的橫墻間距可滿足剛性方案的要

18、求； 房屋底層橫墻間距較大，只能滿足剛彈性方案的要求。2 2計算方法：計算方法：上面各層仍按剛性方案進行計算； 考慮水平作用造成的傾覆力矩，底層可按單層排架結 構進行分析設計；上剛下柔多層房屋的計算上剛下柔多層房屋的計算Page 39地下室墻的特點：荷載大，屬剛性方案地下室墻的特點：荷載大，屬剛性方案一、計算簡圖 墻上端可視為簡支于地下室頂蓋梁或板的底面； 墻下端支承點的性質(zhì)則與墻的厚度d與基礎寬度D的比值有關。 地下室墻的計算地下室墻的計算Page 40二、荷載計算 地下室墻的荷載計算需考慮土的側壓力。地下水位以上，距室外地表深度H處土的靜止側壓力： 。 （為回填土的天然重度，K0為靜止土壓力系數(shù)） 靜止土壓力系數(shù)靜止土壓力系數(shù)K0的參考值的參考值 土的類型和狀態(tài)碎石土砂土粉土 粉質(zhì)粘土粘土硬塑可塑軟塑及流塑硬塑 可塑軟塑及流塑K00.180.250.250.330.330.330.430.540.330.540.72考慮水的浮力影響，地下水位以下作用在墻上側壓力： 室外地面上的活荷載 Pk（一般取10kN/m2）產(chǎn)生作用于墻