砌体结构第五章

1、 砌 体 结 构 东北农业大学水利与建筑学院东北农业大学水利与建筑学院 Masonry Structure 5.15.1 混合结构房屋的组成及结构布置方案混合结构房屋的组成及结构布置方案 5.25.2 混合结构房屋的静力计算方案混合结构房屋的静力计算方案 5.35.3 刚性方案房屋计算刚性方案房屋计算 5.45.4 弹性和刚弹性方案房屋计算弹性和刚弹性方案房屋计算 5.5 5.5 混合结构房屋的构造措施混合结构房屋的构造措施 第第5 5章章 混合结构房屋混合结构房屋 墙、柱设计墙、柱设计 (Design of walls in hybrid building) 学习要点：学习要点： 熟悉混合结

2、构房屋承重体系的类型、特点熟悉混合结构房屋承重体系的类型、特点 及适用范围；及适用范围； 了解房屋静力计算方案的划分；了解房屋静力计算方案的划分； 熟练掌握墙、柱高厚比的验算方法；熟练掌握墙、柱高厚比的验算方法； 掌握刚性方案多层混合结构房屋的墙体计算；掌握刚性方案多层混合结构房屋的墙体计算； 了解弹性和刚弹性方案房屋的计算。了解弹性和刚弹性方案房屋的计算。 5.1 混合结构房屋的组成及结构布置方案 5.1.1 混合结构房屋的组成 （composition of hybrid building ） 混合结构房屋通常是指主要承重构件由 不同的材料组成的房屋。房屋的竖向承重构 件（墙、柱、基础）采

3、用砌体材料，而水平 承重构件（屋盖、楼盖）采用钢筋混凝土结 构（或钢结构、木结构）。 一般用于住宅、宿舍、办公楼、学校、 商店、食堂等民用建筑以及中小型工业建筑。 名词解释： 外墙外墙-位于房屋外围的墙； 内墙内墙-位于房屋内部的墙； 横墙横墙-布置在房屋平面较短方向的墙； 纵墙纵墙-布置在房屋平面较长方向的墙； 山墙山墙-房屋两端的横墙； 承重墙承重墙-除承受墙体自重外还承受屋盖 和楼盖传来荷载的墙； 非承重墙非承重墙-仅仅承受自身重量的墙。 5.1.2 混合结构房屋的结构布置方案 （structure array scheme of hybrid building） 按竖向荷载传递路线的不

4、同，结构承重 方案可分为四种不同类型： 纵墙承重方案 横墙承重方案 纵横墙承重方案 内框架承重方案 1.纵墙承重方案 板板 梁梁( (或屋架或屋架) ) 纵向承重墙纵向承重墙 基础基础 地基地基 板板 纵向承重墙纵向承重墙 基础基础 地基地基 特点： 建筑平面布置灵活； 纵墙门窗洞口的大小和位置受限； 房屋横向刚度较小，整体性较差。 适用于使用上要求有较大空间的房 屋，如食堂、仓库或中小型工业厂房等。 2.横墙承重方案 屋面屋面( (楼面楼面) )板板 横向承重墙横向承重墙 基础基础 地基地基 特点： 纵墙门窗开洞灵活； 空间刚度大，整体性好； 施工方便，但墙体材料用量较多。 适用于宿舍、住宅

5、、旅馆等居住建 筑和由小房间组成的办公楼。 3.纵横墙承重方案 屋面屋面( (楼面楼面) )板板 基础基础 地地 基基 梁梁 纵墙纵墙 横墙或纵墙横墙或纵墙 特点： 平面布置灵活，可以有较大的空间； 有较大的空间刚度； 结构受力较为均匀。 适用于教学楼、办公楼、医院、图 书馆等建筑。 4.内框架承重方案 柱柱 柱基础柱基础 屋面屋面( (楼面楼面) )板板 梁梁 地基地基 外纵墙外纵墙 外纵墙基础外纵墙基础 特点： 可获得较大空间； 横墙较少，空间刚度较差； 墙、柱材料不同，其基础沉降量不一 致，结构易出现不均匀变形。 一般用于多层工业车间、商店、旅馆等建筑。 5.2 混合结构房屋的静力计算方

6、案 （static analysis scheme of hybrid building ） 5.2.1 混合结构房屋的空间工作 墙体的计算是混合房屋结构设计的重要 内容之一，包括墙体的内力计算和截面承载 力计算。进行墙体内力计算时首先要确定计 算简图。 根据房屋的空间工作性能确 定墙体静力计算简图。 空间工作：作用在房屋上的水平荷载（或不 对称荷载）不仅沿着屋盖纵墙传力系统传递， 而且沿屋盖横墙传力系统传递，将这种工作 状态称为空间工作。 空间刚度：与空间工作对应的房屋整体刚度 称为空间刚度，其取决于屋盖或楼盖的类别 和房屋中横墙的间距以及刚度的大小。 现以各类单层房屋为例来分析其受力特点：

7、 两端无山墙的单层房屋两端无山墙的单层房屋 单跨平面排架 (平面受力体系) 纵墙纵墙 排架柱排架柱 屋盖结构屋盖结构 横梁横梁 基础基础 柱的固定端支座柱的固定端支座 屋盖结构和墙的连接点屋盖结构和墙的连接点 铰结点铰结点 房屋墙顶的水平 位移（平面位移） 取决于纵墙刚度 两端有山墙的单层房屋两端有山墙的单层房屋 最大位移(中间排架)： pmaxr,maxw,s uuuu 纵墙刚度 山墙间距 山墙刚度 屋盖水平刚度 房屋空间作用的大小可以用空间性能影响 系数h 表示： 式中，k屋盖系统的弹性常数，取决于屋盖刚度； s横墙的间距。 s p 1 11 ch u uks h 第一类房屋: k=0.0

8、3 第二类房屋: k=0.05 第三类房屋: k=0.065 物理意义：以单层房屋为例，h是指所 取单元在水平荷载作用下，考虑空间作用求 得的位移us与不考虑空间作用求得的位移up 的比值 h h 越小，房屋的空间作用越大；越小，房屋的空间作用越大； h h 越大，房屋的空间作用越小；越大，房屋的空间作用越小； 故故h h又称为考虑空间工作后的侧移折减系数。又称为考虑空间工作后的侧移折减系数。 横墙间距s是影响房屋刚度或侧移 大小的重要因素，不同横墙间距的各 类单层房屋的屋盖空间性能影响系数h 可按公式计算或查表得知。 多层房屋的空间性能影响系数比单层的数 值偏小，但为简便或偏于安全，规范 取

9、多层房屋与单层房屋相同的系数值。 房屋各层的空间性能影响系数房屋各层的空间性能影响系数 i h 屋屋 盖盖 或或 楼盖类别楼盖类别 横横 墙墙 间间 距距 s (m) 162024283236404448525660646872 1 0.33 0.39 0.45 0.50 0.55 0.60 0.64 0.68 0.71 0.74 0.77 2 0.35 0.45 0.54 0.61 0.68 0.73 0.78 0.82 30.37 0.49 0.60 0.68 0.75 0.81 注：注：i 取取1n，n为房屋的层数。为房屋的层数。 5.2.2 房屋静力计算方案的分类 按照房屋空间作用的大

10、小，在进行混合 结构房屋静力计算时可划分为三种方案： 刚性方案刚性方案 (rigid analysis scheme) 弹性方案弹性方案 (elastic analysis scheme) 刚弹性方案刚弹性方案 (rigid-elastic analysis scheme) 刚性方案 当房屋的空间刚度很大时，在水平荷载 作用下us0，这时屋盖可视为纵向墙体上端 的不动铰支座，墙柱内力可按上端有不动铰 支座支承的竖向构件进行计算，这类房屋称 为刚性方案房屋。 弹性方案 若房屋的空间刚度很小，在水平荷载作 用下us up ，这时墙柱内力可按不考虑空间 作用的平面排架或框架计算，这类房屋称为 弹性方

11、案房屋。 刚弹性方案 若房屋的空间刚度介于上述两种方案之 间，在水平荷载作用下0us0.77，按弹性方案计算； h h 0.33，按刚性方案计算； 0.33 h h 0.77，按刚弹性方案计算。 房屋的静力计算方案房屋的静力计算方案 屋盖或楼盖类别屋盖或楼盖类别刚性方案刚性方案刚弹性方案刚弹性方案弹性方案弹性方案 1 整体式、装配整体式和装整体式、装配整体式和装 配式无檩体系钢筋混凝土配式无檩体系钢筋混凝土 屋盖或钢筋混凝土楼盖屋盖或钢筋混凝土楼盖 s72 2 装配式有檩体系钢筋混凝装配式有檩体系钢筋混凝 土屋盖、轻钢屋盖和有密土屋盖、轻钢屋盖和有密 铺望板的木屋盖或木楼盖铺望板的木屋盖或木楼

12、盖 s48 3 瓦材屋面的木屋盖和轻钢瓦材屋面的木屋盖和轻钢 屋盖屋盖 s36 可以看出，对同一种静力计算方案，屋盖或楼盖的可以看出，对同一种静力计算方案，屋盖或楼盖的 刚度越差，刚度越差，横墙间距横墙间距s的限值越小。的限值越小。 注意： 对无山墙或伸缩缝无横墙的房屋，应按弹性 方案考虑。 在设计多层混合结构房屋时，不宜采用弹性 方案。 当多层房屋的屋盖、楼盖类别不同或横墙间 距不同时，可分别确定各层（底层或顶部各 层）房屋的静力计算方案。 5.2.2 刚性和刚弹性方案房屋的横墙 (Transverse walls in rigid and rigid-elastic method) 规范规

13、定，刚性和刚弹性方案房屋的横 墙必须符合如下构造要求： 横墙开有洞口时，洞口的水平截面面积不应超 过横墙截面面积的50%； 横墙厚度不宜小于180mm； 单层房屋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1/2； 横墙应与纵墙同时砌筑，以确保房屋整体性。当 横墙不能同时满足这些要求时，应对横墙的侧移 刚度进行验算。 5.3 刚性方案房屋计算 calculation of rigid analysis scheme building 5.3.1 承重纵墙的计算 （calculation of load-carrying longitudinal walls） 1.单层刚性方

14、案房屋承重纵墙的计算 假定每片纵墙按上端支承在不动铰支 座和下端支承在固定支座上的竖向构件单 独计算。 （1）竖向荷载 屋面荷载 纵墙墙体自重（包括女儿墙）和门窗重 作用于墙体的轴线上 屋盖构件自重 屋面活荷载或雪荷载 集中荷载 传递到承重墙顶部 竖向荷载作用下内力图竖向荷载作用下内力图 （2）风荷载 屋面上（包括女儿墙上）的风荷载可简化为 作用于墙、柱顶端的集中力，并通过屋盖直 接传给横墙经基础传给地基，在纵墙中不引 起内力。 墙面上的风荷载为均布荷载，应考虑两种风 向，迎风面为压力，背风面为吸力。 风荷载作用下内力图风荷载作用下内力图 （3）控制截面及内力组合 墙柱顶端-截面 墙柱下端-截

15、面 风荷载作用下最大 弯矩对应的-截面 偏压验算 梁端局压验算 偏压验算 偏压验算 2.多层刚性方案房屋承重纵墙的计算 （1）计算单元的选取 混合结构房屋的承重纵墙一般比 较长，设计时可仅取其中有代表性的 一段作为计算单元。 有门窗洞口时，内外纵墙的计算截面宽度B 一般取一个开间的门间墙或窗间墙的宽度； 无门窗洞口时，计算截面宽度 ； 若壁柱的距离较大且层高较小时，计算截 面宽度 。 12 2 ll B 12 2 32 ll BbH 多层房屋的墙、柱在每层高度范围内， 可近似的视为两端铰支的竖向构件。 （2）竖向荷载作用下的计算 4) 当梁支承于墙上时，梁端支承压力当梁支承于墙上时，梁端支承压

16、力N1到墙内边距离，对楼盖梁应取梁端有到墙内边距离，对楼盖梁应取梁端有 效支承长度效支承长度a0的的0.4倍。倍。 1) 上部各层的荷载（包括墙体重、屋面及楼板重等）沿上一层墙上部各层的荷载（包括墙体重、屋面及楼板重等）沿上一层墙 的截面形心传至下层；的截面形心传至下层； 2) 在计算某层墙体弯矩时，要考虑本层梁、板支承压力对本层墙体产在计算某层墙体弯矩时，要考虑本层梁、板支承压力对本层墙体产 生的弯矩，当本层墙与上一层墙形心不重合时，尚应考虑上部传来的竖生的弯矩，当本层墙与上一层墙形心不重合时，尚应考虑上部传来的竖 向荷载对本层墙体产生的弯矩；向荷载对本层墙体产生的弯矩； 3) 每层墙体的弯

17、矩图按三角形变化，上端弯矩最大，下端为零：每层墙体的弯矩图按三角形变化，上端弯矩最大，下端为零： 计算原则：计算原则： 多层房屋的墙、柱在每层高度范围内， 可近似的视为两端铰支的竖向构件。 （2）竖向荷载作用下的计算 墙体计算简图墙体计算简图 按照假定，多层房屋上下层墙体在 楼盖支承处均为铰接。在计算某层墙体 时，以上各层荷载传至该层墙体顶端支 承截面处的弯矩为零；而在所计算层墙 体顶端截面处，由楼盖传来的竖向力则 应考虑其偏心距。实践证明，这种假定 既偏于安全，又基本符合实际。 以第二层墙为例 上端截面： 下端截面： Iul NNN IIul NNNG IIll MN e II 0M y-0

18、.4a0 以底层墙为例(假定墙体在一侧加厚) 上端截面： 下端截面： Iul NNN IIul NNNG IIuull MN eN e II 0M (h2-h1)/2 （四）、内力计算（四）、内力计算 1、纵墙内力、纵墙内力 轴力轴力 NI=Nl +Nu I-I截面（楼盖大梁底面处）截面（楼盖大梁底面处） N =NI+Nh3 -截面截面 （窗口上边缘处）（窗口上边缘处） 截面（窗口下边缘处）截面（窗口下边缘处） N =N+Nh2 -截面（下层楼盖大梁底面处）截面（下层楼盖大梁底面处） N = N+Nh1 Nu Nl本层梁端支承反力本层梁端支承反力 Nh3 高为高为h3宽为宽为b的墙体自重的墙体

19、自重 Nh2 高为高为h2宽为宽为b1的墙体自重的墙体自重 Nh1 高为高为h1宽为宽为b的墙体自重的墙体自重 上部各层传来的竖向荷载。其中包括截面上部各层传来的竖向荷载。其中包括截面I-I以上全部墙重和上面各层楼面和屋面上的恒载和活载以上全部墙重和上面各层楼面和屋面上的恒载和活载 弯矩弯矩 MI= Nl e1 - Nu e2 I-I截面（楼盖大梁底面处）截面（楼盖大梁底面处） M =MI (h1+h2)/H -截面截面 （窗口上边缘处）（窗口上边缘处） 截面（窗口下边缘处）截面（窗口下边缘处） M =M h1/H -截面（下层楼盖大梁底面处）截面（下层楼盖大梁底面处） M = 0 e1 Nl

20、对该层墙的偏心距对该层墙的偏心距 e1=h/2-0.4a0 h 本层墙体厚度本层墙体厚度 a0 梁端有效支承长度梁端有效支承长度 e2 上层墙体重心对该层墙体重心的偏上层墙体重心对该层墙体重心的偏 心距。如果上下层墙体厚度相同，心距。如果上下层墙体厚度相同， 则则 e2 =0 规范规定，对于梁跨度大于9m的 墙承重的多层房屋，除按上述方法计算墙 体承载力外，宜按两端固结计算梁端弯矩， 再将其乘以修正系数g g 后，按墙体线刚度 分到上层墙底部和下层墙顶部。此时墙柱 下端截面弯矩不为零时，也应按偏心受压 截面计算。 式中，a梁端实际支承长度； h支承墙体的墙厚，当上下墙厚不同时 取下部墙厚，当有

21、壁柱时取hT。 0.2 a h g （3）水平荷载作用下的计算 墙柱可视作竖向连续梁 2 1 12 i MwH 风荷载设计值风荷载设计值 第第i 层层高层层高 当刚性方案多层房屋的外墙符合下列要 求时，静力计算可不考虑风荷载的影响： 1）当洞口水平截面面积不超过全截面面 积的2/3； 2）屋面自重不小于0.8N/m2； 3）层高和总高不超过规定限制。 外墙不考虑风荷载影响时的最大高度外墙不考虑风荷载影响时的最大高度 基本风压值基本风压值 （kN/m2） 层高（层高（m）总高（总高（m） 0.4 0.5 0.6 0.7 4.0 4.0 4.0 3.5 28 24 18 18 注：对于多层砌块房屋

22、注：对于多层砌块房屋190mm厚的外墙，当层高不大于厚的外墙，当层高不大于2.8m， 总高不大于总高不大于19.6m，基本风压不大于，基本风压不大于0.7kN/m2 时，可不考时，可不考 虑风荷载的影响。虑风荷载的影响。 以横墙承重的房屋中，由于纵墙的 间距都不会很大，横墙承重体系房屋一 般都属于刚性方案房屋，楼(屋)盖可作 为墙体的不动铰支座。因此承重横墙的 计算简图和内力分析与刚性方案承重纵 墙相同。 5.3.2 承重横墙的计算 （calculation of load-carrying transverse walls） 若横墙两边楼板的构造不同或开间不等， 则作用于顶部截面为偏心荷载，

23、应按偏心受压 构件验算截面承载力；当活荷载很大，也应考 虑只有一边作用着活荷载的情况按偏压厚茧验 算截面承载力。 5.4 弹性和刚弹性方案房屋计算 5.4.1 弹性方案单层房屋的计算 弹性方案单层房屋的静力计算，可按屋 架或大梁与墙(柱)为铰接的、不考虑空间作 用的平面排架计算。 弹性方案房屋墙柱的控制截面为柱顶I-I 截面及柱底II-II截面，其承载力验算与刚性 方案相同。 5.4.2 刚弹性方案单层房屋的计算 刚弹性方案单层房屋的静力计算应考虑 房屋的空间作用，平面排架的柱顶上加有一 弹性支座，弹性支座的刚度与房屋空间性能 影响系数h 有关。 刚弹性方案房屋墙柱的控制截面也为柱 顶I-I截

24、面及柱底II-II截面，其承载力验算与 刚性方案相同。 5.4.3 刚弹性方案多层房屋的计算 在竖向荷载作用下，刚弹性方案多层房 屋的内力计算方法和刚性方案多层房屋相同； 在水平风荷载作用下，刚弹性方案多层房屋 墙柱的内力分析可仿照单层刚弹性方案房屋 进行计算。 5.5 混合结构房屋的构造措施 规范中规定用验算墙、柱高 厚比的方法进行墙、柱稳定性的验算。 这是保证砌体结构在施工阶段和使用 阶段稳定性的一项重要构造措施。 5.5.1墙柱高厚比验算 ratio of hight to sectional thickness of wall or column 高厚比系指砌体墙、柱的计算高 度H0和

25、墙厚或边长h的比值，其验算包 括两方面： 允许高厚比的限值 墙、柱实际高厚比的确定 (一）允许高厚比及影响高厚比的主要因素 墙柱的允许高厚比墙柱的允许高厚比b b值值 砂浆强度等级砂浆强度等级墙墙柱柱 M2.52215 M5.02416 M7.52617 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.验算施工阶段砂浆尚未硬化的新砌砌体高厚比 时，允许高厚比对墙取14，对柱取11。 影响墙、柱高厚比的主要因素： 1） 砂浆强度等级 2） 砌体类型 3） 横墙间距 4） 支承条件 5） 墙体截面刚度 6） 构件重要

26、性和房屋的使用情况 7） 构造柱间距 （二）高厚比的验算 1. 一般墙、柱的高厚比验算 21 0 bb h H 墙柱计算高度 墙厚或矩形柱与 H0相对应的边长 自承重墙允许高 厚比的修正系数 有门窗洞的墙允许 高厚比的修正系数 受压构件的计算高度 H0 2 . 1,mm240 1 h 5 . 1,mm90 1 h 1 ,mm240mm90 h线性内插 提高系数提高系数 注意： 当计算结果小于0.7时，应取0.7， 当洞口高度等于或小于墙高的1/5时，可取为1.0。 s 2 1 0.4 b s 在宽度 s 范围内的 门窗洞口总宽度 相邻窗间墙、壁柱或 构造柱之间的距离 降低系数降低系数 上部为自

27、由端墙的允许高厚比，尚可在原有s 数值上提高30%。 当与墙连接的相邻横间墙的距离s12b时， 墙的高度可不受b 12b的限制。 变截面柱的高厚比可按上、下截面分别验算。 验算上柱的高厚比时，墙柱的允许高厚比可 将数值乘以1.3后采用。 对厚度小于90mm的墙，当双面用不低于 M10的水泥砂浆抹面，包括抹面层的墙厚小 于90mm时，可按墙厚等于90mm验算高厚比。 2.带壁柱墙或带构造柱墙的高厚比验算 （1）带壁柱墙 pilastered wall 沿墙长度方向隔一定距离将墙体局 部加厚形成墙面带肋的加劲墙体。 1）整片墙高厚比验算 0 12 T H h b b 在确定带壁柱墙截面回转半径时，

28、墙计 算截面翼缘宽度可按下列规定采用： 多层房屋：当有门窗洞口时，可取窗间墙宽 度；当无门窗洞口时，每侧翼墙宽度可取壁 柱高度的1/3； 单层房屋：可取壁柱宽加2/3墙高，但不大于 窗间墙宽度和相邻壁柱间距离； 计算带壁柱墙的条形基础：可取相邻壁柱间 的距离。 2）壁柱间墙的高厚比验算 21 0 bb h H （2）带构造柱墙 wall with structural concrete column 1）整片墙高厚比验算 0 12c H h b b 修正系数修正系数 式中，g g 系数； bc构造柱沿墙长方向的宽度； l 构造柱间距。 当当bc/l 0.25时，取时，取bc/l = 0.25；

29、 当当bc/l 0.05时，取时，取bc/l = 0。 l bc c 1g 对细料石、半细料石砌体，对细料石、半细料石砌体，g g =0； 对混凝土砌块、粗料石、毛料石及毛石砌体，对混凝土砌块、粗料石、毛料石及毛石砌体，g g =1.0； 对其他砌体，对其他砌体，g g =1.5。 2）构造柱间墙的高厚比验算 21 0 bb h H 不论带壁柱墙或带构造柱墙的静力计算方案 采用何种方案，壁柱间墙或带构造柱墙H0的 计算可一律按刚性方案考虑。 当b/s1/30 (b为圈梁宽度)时，圈梁可以作为 墙的不动铰支点。当不允许增加圈梁宽度， 可按墙体平面外等刚度原则增加圈梁高度， 以满足壁柱间墙或构造柱

30、间墙不动铰支点的 要求。 5.5.2 砌体结构房屋的裂缝问题 （一）变形裂缝的种类 受力裂缝荷载直接作用 非受力裂缝收缩、温湿度变化、地基沉降不均 匀 （二）变形裂缝产生机理 1.温度变形 混凝土线胀系数10101010-6 -6、 、砖砌体5 51010-6 -6 混凝土大约为砌体的两倍混凝土大约为砌体的两倍 对于砌块（砼小型砌块）墙体的线膨胀系数与混 凝土楼板线膨胀系数没有差别，但夏季屋面和外 墙的温差。 温度变形明显规律：两端重中间轻、定层重往下两端重中间轻、定层重往下 轻、阳面重阴面轻轻、阳面重阴面轻 2.收缩变形干缩 混凝土收缩变形 砖干缩小 要求砌块限止含水率要求砌块限止含水率 （三）变形裂缝的主要形态 1.平屋顶下边外墙的水平裂缝和包角裂缝 产生原因：混凝土楼板在温度升高时伸长对外墙产生推 力。 2.顶层内外纵墙和横墙的八字裂缝 原因：温度升高，屋面板沿长度方向伸长比墙体大，使顶层