第五章 墙梁、挑梁及过梁设计

1、第五章第五章 墙梁、挑梁墙梁、挑梁及过梁设计及过梁设计 第一节第一节 墙梁墙梁 一、定义墙梁：由支承墙体的钢筋混凝土梁及其上计算高度范围内墙体所组成的能共同工作的组合构件。其中的钢筋混凝土梁称为托梁。 二、分类承重墙梁除了承受托梁和托梁以上的墙体自重外，还承受由屋盖或楼盖传来的荷载。 自承重墙梁仅承受托梁和托梁以上的墙体自重。 墙梁分类墙梁分类受荷性质受荷性质 承重墙梁承重墙梁 自承重墙梁自承重墙梁结构形式结构形式 简支墙梁简支墙梁 连续墙梁连续墙梁 框支墙梁框支墙梁开洞类型开洞类型 无洞口墙梁无洞口墙梁 有洞口墙梁有洞口墙梁三 简支墙梁的受力性能及破坏形态 v一）. 无洞口简支墙梁v墙体大部

2、分受压墙体大部分受压，托梁全截面或大部分截面受拉，托梁处于偏心受拉状态托梁处于偏心受拉状态；在墙体和托梁中均有剪应力存在，在墙体与托梁的交界面剪应力分布发生较大变化，且在支座有明显的剪应力集中。 v如图 5.7 所示为根据有限元分析结果绘制的墙梁在竖向荷载作用下弹性阶段的主应力迹线图。可以看出，对无洞口墙梁，两侧主压应力迹线直接指向支对无洞口墙梁，两侧主压应力迹线直接指向支座，中部主压应力迹线则呈拱形指向支座座，中部主压应力迹线则呈拱形指向支座，托梁顶面在两支座附近受到较大的竖向压力和剪应力作用。 v墙体与托梁的界面处作用有竖向拉应力。墙体在支座的斜上方多处于拉、压复合受力状态。托梁内主托梁内

3、主拉应力迹线基本平行于托梁的轴线拉应力迹线基本平行于托梁的轴线。因此，无洞口墙梁可模拟为组合拱受力机构，如图 5.8(a)所示。托梁作为拉杆，主要承受拉力。同时，由于托梁顶面竖向压应力和剪应力的作用，托梁中还存在部分弯矩。一般情况下，托梁处于小偏心受拉状态托梁处于小偏心受拉状态。 破坏类型v 1弯曲破坏v 当托梁中的配筋较少而砌体强度较高、墙体高跨比稍小时，一般首先在跨中形成垂直裂缝，随着荷载增加，垂直裂缝不断向上延伸并穿过界面进入墙体。产生正截面弯曲破坏，如图5-2（a）所示。v 2剪切破坏v 当托梁中的配筋较多而砌体强度较低、墙体高跨比适中时，支座上方砌体产生斜裂缝，引起墙体的剪切破坏。基

4、于斜裂缝形成的原因不同，墙体的剪切破坏又呈两种破坏形态。v(1)斜拉破坏当墙体高跨比较小或集中荷载作用下的剪跨比较大时，墙体中部因主拉应力大于砌体沿齿缝截面的抗拉强度面产生斜拉(剪拉)破坏，如图5-2（b）、(c)所示。v(2)斜压破坏v当墙体高跨比较大或集中荷载作用下的剪跨比较小时，墙体中部因主压应力大于砌体的斜向抗压强度而形成较陡的斜裂缝，形成斜压破坏，如固5-2（d）所示。v 无论斜压破坏还是斜拉破坏，均属脆性破坏。v3局部受压破坏v 托梁配筋较多、砌体强度低，且墙梁的墙体高跨比较大时，支座上方砌体因集中压应力大于砌体的局部抗压强度面在托梁端部较小范围的砌体内形成微小裂缝，产生局部受压破

5、坏，如图5-2（e）所示。 二）有洞口简支墙梁v对于有洞口墙梁，洞口位置对墙梁的应力分布和破坏形态影响较大。当洞口居中布置时当洞口居中布置时，由于洞口处于低应力区，并不影响墙粱的受力拱作用，因此其受力性能类似于无洞口墙梁，为拉杆拱组合受力机构拉杆拱组合受力机构，其破坏形态也与无洞口墙梁相似。当洞口靠近支座时形成偏开洞墙梁当洞口靠近支座时形成偏开洞墙梁，形成大拱套小拱的组合大拱套小拱的组合拱受力体系拱受力体系，此时托梁既作为拉杆又作为小拱的弹性支座而承受较大的弯矩，托梁处于大偏心受拉状态大偏心受拉状态。破坏类别破坏类别1弯曲破坏v 一种情形：当洞门边至墙梁最近支应中心的距离较小时。由于裂缝裂缝的

6、不断发展从而引起该截面托梁底部纵向受拉钢筋屈服，上部钢筋受压。托梁呈大偏心受拉破坏大偏心受拉破坏；v另一种情形：洞距较大时，裂缝处托梁全截面受拉，一旦纵向钢筋屈服，托梁呈小偏心受拉破坏。小偏心受拉破坏。2剪切破坏v 由于裂缝和裂缝和的不断发展易导致洞口外侧较窄墙体发生导致洞口外侧较窄墙体发生剪切破坏剪切破坏一般斜裂缝较陡，裂缝既穿过灰缝亦穿过块体，具有斜压破坏斜压破坏的特征。v 当洞距较小时当洞距较小时，由于托梁处于偏心受拉状态，托梁在洞口部位又存在较大剪力因此，托梁在洞口部位易发生剪切托梁在洞口部位易发生剪切破坏。破坏。 v3局部受压破坏v托梁支座上方砌体及侧墙洞顶处由于存在竖向压应力集中现

7、象，当集中压应力大于砌体的局部抗压强度时引起砌体的局部受压破坏。四、连续墙梁四、连续墙梁v有限元分析结果表明，托梁大部分区段处于偏心受拉状态v托梁中间支座附近小部分区段处于偏心受压状态。破坏类别破坏类别1弯曲破坏2剪切破坏v3、局部受压破坏 五、框支墙梁五、框支墙梁 v 框支墙梁框支墙梁：由钢筋混凝土框架和砌筑在框架上的计算高度范围内的墙体组成的组合构件。v在竖向荷载作用下，框支墙梁逐渐成为框架框架-拱组合受力体系拱组合受力体系。破坏类别破坏类别1弯曲破坏v当托梁或柱的配筋较少而砌体强度较高，墙体高宽比稍小时，跨中跨中竖向裂缝不断向上发展从而导致托粱纵向钢筋屈服形成拉弯塑性铰拉弯塑性铰，随后在

8、框架柱上截面外侧框架柱上截面外侧纵向钢筋屈服产生大偏心受压破坏形成压弯塑性铰压弯塑性铰或者托梁端截面的负弯矩使上托梁端截面的负弯矩使上部纵向钢筋屈服部纵向钢筋屈服形成塑性铰塑性铰，最后使框支墙梁形成弯曲破坏机构而破坏，如图5-5（a）所示。2剪切破坏v当托梁或柱的配筋较多而砌体强度较低低，宽高比适中时，因托梁端部或墙体中的斜裂缝的发展导致剪切破坏。此时，托梁跨中和支座截面、柱上截面钢筋均末屈服，墙体的剪切破坏分斜拉破坏斜拉破坏(图5-5（b）)和斜压破坏斜压破坏(图5-5（c）)两种形态。v3弯剪破坏v弯剪破坏是介于弯曲破坏和剪切破杯之间介于弯曲破坏和剪切破杯之间的界限破坏，发生于托梁配筋率和

9、砌体强度均较适当，托梁抗弯承载力和墙体抗剪承载力接近时。v其特征是托梁托梁跨中竖向裂缝贯穿托梁整个高度并向墙体中延伸很长，导致纵向钢筋屈服。同时，墙体同时，墙体斜裂缝发展引起斜压破环，最后，托梁梁端上部钢筋或者框架柱上都截面外侧边钢筋亦可能屈服(如图5-5d所示)。v4局部受压破坏v框架柱上方砌体发生局部受压破坏。六、六、 墙梁的一般规定墙梁的一般规定P148七、七、 墙梁的设计总则墙梁的设计总则P149v1、 墙梁计算简图2 墙梁的计算荷载取值3 墙梁承载力计算1） 托梁正截面承载力计算2） 托梁斜截面承载力计算3） 墙体受剪承载力计算4） 托梁支座上部砌体局部受压承载力计算v2施工阶段托梁

10、的承载力验算v3 墙梁的构造要求v对墙梁的基本构造要求作了如下规定。第二节 挑梁1.挑梁的定义与分类v挑梁挑梁：是一端嵌入砌体墙内，另一端挑出的悬挑构件。在砌体结构和混合结构中的阳台、外走廊、雨篷、悬挑楼梯等采用钢筋混凝土挑梁。v弹性挑梁弹性挑梁：当埋入墙内的长度较大且梁相对于砌体的刚度较小时，梁发生明显的挠曲变形。如阳台挑梁，外廊挑梁等；v刚性挑梁：刚性挑梁：当埋入墙内的长度较短，埋入墙内的梁相对于砌体刚度较大，挠曲变形很小，主要发生刚体转动变形。嵌入砖墙内的悬臂雨篷梁属于刚性挑梁。 v2 挑梁的受力性能及其破坏形态v埋置于墙体中的挑梁是与砌体共同工作的。在墙体上的均布荷载P和挑梁端部集中力

11、F作用下经历了弹性、带裂缝工作和破坏等三个受力阶段。挑梁的破坏形态挑梁的破坏形态可分为三种。v 挑梁弯曲破坏或剪切破坏。挑梁由于正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不足引起。 v因抗倾覆力矩不足引起绕O点转动的倾覆破坏倾覆破坏；v因局部受压承载力不足引起的局部受压局部受压破坏。v3 挑梁的设计v挑梁的计算包括挑梁抗倾覆验算，挑梁自身承载力计算和挑梁悬挑端根部砌体局部受压承载力验算三部分。v(1)挑梁的抗倾覆验算v计算简图如下图所示。挑梁不发生倾覆破坏，应满足下列条件：v1)计算倾覆点位置x0的确定2)抗倾覆力矩的计算v(2)挑梁下砌体局部受压承载力验算v(3)挑梁的设计及构造v挑梁自身除按钢筋混

12、凝土受弯构件受弯构件设计外，还应满足下列构造要求：v纵向受力钢筋至少应有1/2的钢筋面积伸入梁尾端，且不少于212。其他钢筋伸入支座的长度不应小于2l1/3。v挑梁埋入砌体长度l1与挑出长度l之比宜大于1.2；当挑梁上无砌体时，l1与l之比宜大于2。3 雨篷等悬挑构件的设计v它的设计与挑梁的设计基本相似，仅有以下几点区别：v 计算倾覆点至墙外边缘的距离x x0 00.13l0.13l1 1，l1为其埋入墙体的长度。一般为墙厚，即x00.13h，h为墙厚。v 其抗倾覆荷载Gr可按下页图采用，Gr为其外端向上倾斜45扩散角范围(水平投影每边长l l3 3ln/2)ln/2)内的砌体内的砌体与楼面恒

13、荷载标准值楼面恒荷载标准值之和，Gr作用点距墙边缘的距离为l2l1/2。v 其抗倾覆荷载应根据现场施工情况不同，所计算范围将有所不同。第三节 过梁 v过梁是设置在门宙洞口上的构件，其作用是承受其上砌体重量和楼(屋)盖传来的荷载v砖砌过梁在竖向荷载作用下，可能出现如图5-15所示几种裂缝。其中:v裂缝:是由于正截面受弯承载力不足引起的;v裂缝:在支座附近沿灰缝产生大致45度方向的阶梯形裂缝，则是由于砌体受剪承载力不够引起的；v裂缝：当洞口侧墙宽度a较小时，亦有可能在墙端部由于沿灰缝截面的受剪承载力不够引起水平裂缝。(1) 正截面受弯承载力可按下式计算WfMtmM按简支梁并取净跨计算的跨中弯矩设计值 ftm沿齿缝截面的弯曲抗拉强度设计值W截面模量过梁的截面计算高度取过梁底面以上的墙体高度，但不大于 ln/3。砖砌平拱中由于存在支座水平推力，过梁垂直裂缝的发展得以延缓，受弯承载力得以提高。因此，公式中的 ftm取沿齿缝截面的弯曲抗拉强度设计值。 (2) 斜截面受剪承载力可按下式计算bzfVvSIz V 剪力设计值fv 砌体的抗剪强度设计值b 截面宽度 z 内力臂，当截面为矩形时取 z 等于 2h3I 截面惯性矩S 截面面积矩h 截面高度一般情况下，砖砌平拱的承