第二节混合结构房屋承重体系与静力计算方案

1、第二节混合结构房屋的承重体第二节混合结构房屋的承重体系与静力计算方案系与静力计算方案主要介绍混合结构房屋的混合结构的承重主要介绍混合结构房屋的混合结构的承重体系包括纵墙承重体系、横墙承重体系内体系包括纵墙承重体系、横墙承重体系内框架承重体系。房屋静力计算方案包括框架承重体系。房屋静力计算方案包括 刚刚性方案、弹性方案性方案、弹性方案 、刚弹性方案。、刚弹性方案。内容提要内容提要前言：前言： 混合结构房屋混合结构房屋楼盖和屋盖等水平承重构件楼盖和屋盖等水平承重构件采用钢筋混凝土、木材或钢材，而内外墙、柱和基采用钢筋混凝土、木材或钢材，而内外墙、柱和基础等竖向承重构件采用砌体结构建造的房屋。础等竖

2、向承重构件采用砌体结构建造的房屋。 特点特点:节省钢材、施工简便、造价较低等节省钢材、施工简便、造价较低等 常用于：住宅、办公楼、教学楼、商店、厂房、常用于：住宅、办公楼、教学楼、商店、厂房、仓库、食堂、剧场等。仓库、食堂、剧场等。承重墙承重墙承受自重的同时还要承受楼盖和屋盖传来承受自重的同时还要承受楼盖和屋盖传来的荷载。的荷载。非承重墙非承重墙主要起维护和分隔的作用。主要起维护和分隔的作用。混合结构房屋设计的重要任务混合结构房屋设计的重要任务墙体设计墙体设计墙体设计包括：墙体设计包括：承重墙体的布置、房屋的静力计算承重墙体的布置、房屋的静力计算方案的确定、墙柱高厚比验算、墙柱内力计算及截方案

3、的确定、墙柱高厚比验算、墙柱内力计算及截面承载力计算面承载力计算一、承重墙体的布置一、承重墙体的布置1、纵墙承重体系、纵墙承重体系 纵墙是主要承重墙，纵墙是主要承重墙，横墙的设置主要是为了横墙的设置主要是为了满足建筑物空间刚度和满足建筑物空间刚度和整体性的要求间距可根整体性的要求间距可根据使用要求决定。据使用要求决定。适用于有较大室内空间适用于有较大室内空间要求的房屋，如仓库、要求的房屋，如仓库、食堂和中小型工业厂房。食堂和中小型工业厂房。特点：空间布置灵活、纵墙上门特点：空间布置灵活、纵墙上门窗布置受影响、与横墙承重体系窗布置受影响、与横墙承重体系比较，楼（屋）盖的材料用量比比较，楼（屋）盖

4、的材料用量比较多，墙体材料用量较少，横墙较多，墙体材料用量较少，横墙数量少，房屋横向刚度相对较差。数量少，房屋横向刚度相对较差。2 2、横墙承重方案、横墙承重方案横墙是主要承重构件，纵墙起横墙是主要承重构件，纵墙起维护和分割作用。房屋的空间维护和分割作用。房屋的空间刚度大，整体性好。屋盖结构刚度大，整体性好。屋盖结构简单，施工方便。与纵墙承重简单，施工方便。与纵墙承重结构相比，材料使用量少。结构相比，材料使用量少。3 3、内框架承重方案、内框架承重方案房屋的使用空间大，平房屋的使用空间大，平面布置较灵活；空间刚面布置较灵活；空间刚度度小，建筑物抗震能力差；小，建筑物抗震能力差；内框架结构一般用

5、于商内框架结构一般用于商店、旅馆、多层工业厂店、旅馆、多层工业厂房等。房等。二、房屋的空间工作和静力计算方案二、房屋的空间工作和静力计算方案在进行墙体的内力计算时，首先要确定计算简图。在进行墙体的内力计算时，首先要确定计算简图。如图如图.1(a)所示的无山墙和横墙的单层房屋，其屋盖所示的无山墙和横墙的单层房屋，其屋盖支承在外纵墙上。如果从两个窗口中间截取一个单元，支承在外纵墙上。如果从两个窗口中间截取一个单元，则这个单元的受力状态与整个房屋的受力状态是一样的。则这个单元的受力状态与整个房屋的受力状态是一样的。可以用这个单元的受力状态来代表整个房屋的受力状态，可以用这个单元的受力状态来代表整个房

6、屋的受力状态，这个单元称为计算单元，见这个单元称为计算单元，见图图1(a)、(b)。沿房屋纵向各。沿房屋纵向各个单元之间不存在相互制约的空间作用，这种房屋的计个单元之间不存在相互制约的空间作用，这种房屋的计算简图为一单跨平面排架（图算简图为一单跨平面排架（图.1（d）。）。房屋的空间工作房屋的空间工作若在上述单层房屋的两端设置山墙（图若在上述单层房屋的两端设置山墙（图2（a），），则屋盖不仅与纵墙相连，而且也与山墙（横墙）相连。则屋盖不仅与纵墙相连，而且也与山墙（横墙）相连。当水平荷载作用于外纵墙面时，屋盖结构如同水平方当水平荷载作用于外纵墙面时，屋盖结构如同水平方向的梁而弯曲，其水平位移已不

7、是平移，而是图向的梁而弯曲，其水平位移已不是平移，而是图2(b)中所示的曲线，水平位移的大小等于山墙的侧移和屋中所示的曲线，水平位移的大小等于山墙的侧移和屋盖梁水平挠度的总和。盖梁水平挠度的总和。 根据试验研究，根据试验研究，房屋的空间刚度房屋的空间刚度主要取决于屋盖主要取决于屋盖水平刚度和横墙间距的大小。水平刚度和横墙间距的大小。 图图1无山墙单层房屋在水平力作用下的变形情况无山墙单层房屋在水平力作用下的变形情况 图图2有山墙单层房屋在水平力作用下的变形情况有山墙单层房屋在水平力作用下的变形情况 规范规范规定，在混合结构房屋内力计算中，根规定，在混合结构房屋内力计算中，根据房屋的空间工作性能

8、，分为三种静力计算方案：据房屋的空间工作性能，分为三种静力计算方案：（1） 刚性方案刚性方案房屋横墙间距较小，屋（楼）盖水平刚度较大时，房屋横墙间距较小，屋（楼）盖水平刚度较大时，房屋的空间刚度较大，在荷载作用下，房屋的水平位房屋的空间刚度较大，在荷载作用下，房屋的水平位移较小，在确定房屋的计算简图时，可以忽略房屋水移较小，在确定房屋的计算简图时，可以忽略房屋水平位移，而将屋盖或楼盖视作墙或柱的不动铰支承平位移，而将屋盖或楼盖视作墙或柱的不动铰支承图图3（a），），这种房屋称为刚性方案房屋。这种房屋称为刚性方案房屋。一般多层住宅、办公楼、医院往往属于此类方案。一般多层住宅、办公楼、医院往往属于

9、此类方案。 房屋的静力计算方案房屋的静力计算方案（2） 弹性方案弹性方案 房屋横墙间距较大，屋盖或楼盖的水平刚度较小房屋横墙间距较大，屋盖或楼盖的水平刚度较小时，房屋的空间工作性能较差，在荷载作用下，房屋时，房屋的空间工作性能较差，在荷载作用下，房屋的水平位移较大，在确定房屋的计算简图时，必须考的水平位移较大，在确定房屋的计算简图时，必须考虑水平位移，把屋盖或楼盖与墙、柱的连接处视为铰虑水平位移，把屋盖或楼盖与墙、柱的连接处视为铰接，并按不考虑空间工作的平面排架计算（图接，并按不考虑空间工作的平面排架计算（图3(c)），），这种房屋称为弹性方案房屋。这种房屋称为弹性方案房屋。一般单层厂房、仓库

10、、礼堂、食堂等多属于弹性一般单层厂房、仓库、礼堂、食堂等多属于弹性方案房屋。方案房屋。 （3） 刚弹性方案刚弹性方案房屋的空间刚度介于刚性与弹性方案之间，在荷房屋的空间刚度介于刚性与弹性方案之间，在荷载作用下，房屋的水平位移较弹性方案小，但又不可载作用下，房屋的水平位移较弹性方案小，但又不可忽略不计。这种房屋属于刚弹性方案房屋，其计算简忽略不计。这种房屋属于刚弹性方案房屋，其计算简图可用屋盖或楼盖与墙、柱连接处为具有弹性支撑的图可用屋盖或楼盖与墙、柱连接处为具有弹性支撑的平面排架（图平面排架（图3(b)）。）。在计算刚弹性方案的墙、柱内力时，通常引入空在计算刚弹性方案的墙、柱内力时，通常引入空

11、间性能影响系数间性能影响系数来反映房屋的空间作用，来反映房屋的空间作用，定义为定义为: =us/up 在规范中，将房屋按屋盖或楼盖的刚度划分为三种类型，并按房屋的横墙间距S来确定其静力计算方案，见表1。 作为刚性和刚弹性方案静力计算的房屋横墙，应具有足够的刚度，以保证房屋的空间作用，并符合下列要求： 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； 单层房屋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其总高度的1/2。 图图3混合结构房屋的计算简图混合结构房屋的计算简图 (a) 刚性方案；刚性方案；(b) 刚弹性方案；刚弹性方案；(c)

12、 弹性方案弹性方案 表表1 房屋的静力计算方案房屋的静力计算方案 屋盖（楼盖）类别屋盖（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整体式、装配整体式和装配式无整体式、装配整体式和装配式无檩体系钢筋混凝土屋（楼）盖檩体系钢筋混凝土屋（楼）盖 S3232S72S72装配式有檩体系钢筋混凝土屋盖、装配式有檩体系钢筋混凝土屋盖、轻钢屋盖和有密铺望板的木屋盖轻钢屋盖和有密铺望板的木屋盖或木楼盖或木楼盖 S2020S48S48瓦材屋面的木屋盖和轻钢屋盖瓦材屋面的木屋盖和轻钢屋盖 S1616S36S36第三节、墙、柱高厚比验算第三节、墙、柱高厚比验算混合结构房屋中的墙体是受压构件，除满足

13、强混合结构房屋中的墙体是受压构件，除满足强度要求外，还必须有足够的稳定性。度要求外，还必须有足够的稳定性。高厚比的验算是保证墙体稳定性的一项重要构高厚比的验算是保证墙体稳定性的一项重要构造措施，以避免墙、柱在施工和使用阶段因偶然的造措施，以避免墙、柱在施工和使用阶段因偶然的撞击或振动等因素而出现歪斜、膨肚以致倒塌等失撞击或振动等因素而出现歪斜、膨肚以致倒塌等失稳现象的发生。稳现象的发生。高厚比系指墙、柱的计算高度高厚比系指墙、柱的计算高度H0与墙厚或柱截与墙厚或柱截面边长面边长h的比值的比值H0/h。 高厚比验算主要包括两个问题：一是允许高厚高厚比验算主要包括两个问题：一是允许高厚比的限值；二

14、是墙、柱实际高厚比的确定。比的限值；二是墙、柱实际高厚比的确定。允许高厚比限值是在综合考虑了以往的实践经允许高厚比限值是在综合考虑了以往的实践经验和现阶段的材料质量及施工水平的基础上确定的。验和现阶段的材料质量及施工水平的基础上确定的。影响墙、柱容许高厚比的因素很多，如砂浆的影响墙、柱容许高厚比的因素很多，如砂浆的强度等级、横墙间距、砌体类型、支承条件、截面强度等级、横墙间距、砌体类型、支承条件、截面形状和承重情况等。形状和承重情况等。 矩形截面墙和柱的高厚比应满足下列条件矩形截面墙和柱的高厚比应满足下列条件= H0/h12其中，自承重墙允许高厚比的修正系数其中，自承重墙允许高厚比的修正系数1

15、，对承，对承重墙重墙,1=1.0；对自承重墙，；对自承重墙，1值可按下列规定采用：值可按下列规定采用： 当当h=240mm时，时，1=1.2当当h=90mm时，时，1=1.5240mmh90mm时，时，1可按插入法取值可按插入法取值; 一般墙、柱高厚比的验算一般墙、柱高厚比的验算有门窗洞口墙允许高厚比的修正系数有门窗洞口墙允许高厚比的修正系数2按下式确按下式确定：定：2=1-0.4bs/Sbs在宽度在宽度S范围内的门窗洞口宽度；范围内的门窗洞口宽度；S相邻窗间墙或壁柱间距离（图相邻窗间墙或壁柱间距离（图4）；）；墙、柱的允许高厚比，见表墙、柱的允许高厚比，见表2。 （20.7时，取时，取0.7

16、。当洞口高度。当洞口高度1/5时，取时，取1.0。）图图4 洞口宽度洞口宽度 表表2 墙、柱的允许高厚比墙、柱的允许高厚比值值 砂浆强度等级墙柱M2.52215M5.02416M7.5 2617(1) 整片墙的高厚比验算整片墙的高厚比验算按下式进行验算按下式进行验算=H0/hT12确定带壁柱墙的计算高度确定带壁柱墙的计算高度H0时，墙长时，墙长S取相邻横取相邻横墙的距离。墙的距离。确定截面回转半径确定截面回转半径i时，带壁柱墙截面的翼缘宽时，带壁柱墙截面的翼缘宽度度bf应按下列规定采用：应按下列规定采用：带壁柱墙和带构造柱墙的高厚比验算带壁柱墙和带构造柱墙的高厚比验算1 带壁柱墙带壁柱墙 对于

17、多层房屋，当有门窗洞口时，可取窗间墙对于多层房屋，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宽度；当无门窗洞口时，每侧翼墙宽度可取壁柱高度的的1/3。 对于单层房屋，取对于单层房屋，取bf=b+2H/3 (b为壁柱宽度，为壁柱宽度，H为墙高为墙高)，但，但bf不大于相邻窗间墙宽度和相邻壁柱间不大于相邻窗间墙宽度和相邻壁柱间的距离。的距离。 (图图5（a）)(2) 壁柱间墙的高厚比壁柱间墙的高厚比计算计算H时，时，S取相邻壁柱间的距离。不论带壁柱取相邻壁柱间的距离。不论带壁柱墙的静力计算采用何种方案，带壁柱墙墙的静力计算采用何种方案，带壁柱墙H0的计算可一的计算可一

18、律按刚性方案考虑。律按刚性方案考虑。壁柱间墙的高厚比可按无壁柱墙公式进行验算。壁柱间墙的高厚比可按无壁柱墙公式进行验算。对于设有钢筋混凝土圈梁的带壁柱墙，当圈梁的对于设有钢筋混凝土圈梁的带壁柱墙，当圈梁的宽度宽度b与相邻壁柱间的距离与相邻壁柱间的距离S之比之比1/30时，由于圈梁时，由于圈梁的水平刚度较大，能限制壁柱间墙体的侧向变形，所的水平刚度较大，能限制壁柱间墙体的侧向变形，所以圈梁可视为壁柱间墙的不动铰支座以圈梁可视为壁柱间墙的不动铰支座(图图5(b)。图5 【例例1】某办公楼平面如图某办公楼平面如图6所示，采用预制钢筋混凝土空所示，采用预制钢筋混凝土空心板，外墙厚心板，外墙厚370mm

19、，内纵墙及横墙厚，内纵墙及横墙厚240mm，砂浆为，砂浆为M5，底层墙高，底层墙高4.6m（下端支点取基础顶面）；隔墙厚（下端支点取基础顶面）；隔墙厚120mm，高，高3.6m，用，用M2.5砂浆；纵墙上窗洞宽砂浆；纵墙上窗洞宽1800mm，门洞宽门洞宽1000mm，试验算各墙的高厚比。，试验算各墙的高厚比。 【解解】1.确定静力计算方案及求允许高厚比确定静力计算方案及求允许高厚比最大横墙间距最大横墙间距S=3.63=10.8m，由表，由表15.1,S32m，确定为刚性方案。确定为刚性方案。由表由表15.2，因承重纵横墙砂浆为，因承重纵横墙砂浆为M5，得，得=24；非；非承重墙砂浆为承重墙砂浆

20、为M2.5,=22，非承重墙，非承重墙h=120mm，用插，用插入法得入法得1=1.44，1=1.4422=31.68。 2.确定计算高度确定计算高度承重墙承重墙H=4.6m,S=10.8m2H=24.6=9.2m，由附表，由附表2查得计算高度查得计算高度H0=1.0H=4.6m。非承重墙非承重墙H=3.6m，一般是后砌在地面垫层上，上端，一般是后砌在地面垫层上，上端用斜放立砖顶住楼面梁砌筑，两侧与纵墙拉结不好，故按用斜放立砖顶住楼面梁砌筑，两侧与纵墙拉结不好，故按两侧无拉结考虑，则计算高度两侧无拉结考虑，则计算高度H0=1.0H=3.6m。3.纵墙高厚比验算纵墙高厚比验算（1）外纵墙）外纵墙

21、S=3.6m,bs=1.8m2=1-0.4bs/S=0.8外纵墙高厚比外纵墙高厚比=H0/h=12.42=0.824=19.2满足要求满足要求（2） 内纵墙内纵墙S=10.8m,bs=1.0m2=1-0.4bs/S=0.96内纵墙高厚比内纵墙高厚比=H0/h=19.22=0.9624=23满足要求满足要求4.横墙高厚比验算横墙高厚比验算由于横墙的厚度、砌筑砂浆、墙体高度均与内纵墙由于横墙的厚度、砌筑砂浆、墙体高度均与内纵墙相同，且横墙上无洞口，又比内纵墙短，计算高度也小，相同，且横墙上无洞口，又比内纵墙短，计算高度也小，故不必进行验算。故不必进行验算。5.隔墙高厚比验算隔墙高厚比验算隔墙高厚比

22、隔墙高厚比=H0/h=301=31.68满足要求满足要求刚性方案房屋的计算刚性方案房屋的计算刚性方案的单层房屋，纵墙顶端的水平位移很小，刚性方案的单层房屋，纵墙顶端的水平位移很小，静力分析时可以认为水平位移为零，计算时采用下列静力分析时可以认为水平位移为零，计算时采用下列假定（图假定（图10）：）： 纵墙、柱下端在基础顶面处固结，上端与屋架纵墙、柱下端在基础顶面处固结，上端与屋架（或屋面梁）铰接；（或屋面梁）铰接； 屋盖结构可作为纵墙上端的不动铰支座。屋盖结构可作为纵墙上端的不动铰支座。按照上述假定，每片纵墙就可以按上端支承在不按照上述假定，每片纵墙就可以按上端支承在不动铰支座和下端支承在固定

23、支座上的竖向构件单独进动铰支座和下端支承在固定支座上的竖向构件单独进行计算。行计算。 单层刚性方案房屋承重纵墙的计算单层刚性方案房屋承重纵墙的计算（1） 竖向荷载作用下墙体的内力计算竖向荷载作用下墙体的内力计算竖向荷载包括屋面荷载和墙体自重。屋面荷载包竖向荷载包括屋面荷载和墙体自重。屋面荷载包括屋盖构件自重和屋面活荷载或雪荷载，这些荷载通括屋盖构件自重和屋面活荷载或雪荷载，这些荷载通过屋架或屋面梁作用于墙体顶部。过屋架或屋面梁作用于墙体顶部。作用于纵墙顶端的屋面荷载常用轴心压力作用于纵墙顶端的屋面荷载常用轴心压力Nl和弯和弯矩矩M=Nlel组成（图组成（图10(b)）。）。 墙体自重作用墙体轴

24、线上。墙体自重作用墙体轴线上。 （2） 风荷载作用下墙体的内力计算风荷载作用下墙体的内力计算风荷载包括作用于屋面上和墙面上的风荷载。屋风荷载包括作用于屋面上和墙面上的风荷载。屋面上（包括女儿墙上）的风荷载可简化为作用于墙、面上（包括女儿墙上）的风荷载可简化为作用于墙、柱顶端的集中力柱顶端的集中力W，并通过屋盖直接传给横墙经基础，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，背风面均布荷载，应考虑两种风向，迎风面为压力，背风面为吸力。为吸力。在均布荷载在均布荷载q作用下，墙体的内力见

25、图作用下，墙体的内力见图11。图10 竖向荷载作用下的计算简图 图11 水平荷载作用下计算简图 （1） 计算单元的选取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。一般说来，仅取其中有代表性的一段作为计算单元。一般说来，对有门窗的内外纵墙，取一个开间的门间墙或窗间墙对有门窗的内外纵墙，取一个开间的门间墙或窗间墙为计算单元，如图为计算单元，如图12中的中的m-m和和n-n间的窗间墙，其宽间的窗间墙，其宽度为度为(l1+l2)/2。（2） 竖向荷载作用下墙体的计算竖向荷载作用下墙体的计算在竖向荷载作用下，多层房

26、屋的墙体如竖向连续在竖向荷载作用下，多层房屋的墙体如竖向连续梁一样地工作。这个连续梁以各层楼盖为支承点，在梁一样地工作。这个连续梁以各层楼盖为支承点，在底部以基础为支承点（图底部以基础为支承点（图13(b)）。）。 多层刚性方案房屋承重纵墙的计算多层刚性方案房屋承重纵墙的计算墙体在基础顶面处可假定为铰接，这样墙、柱在墙体在基础顶面处可假定为铰接，这样墙、柱在每层高度范围内被简化为两端铰支的竖向构件（图每层高度范围内被简化为两端铰支的竖向构件（图13(c)），可单独进行内力计算。），可单独进行内力计算。 计算简图中的构件长度为：底层，取底层层高加计算简图中的构件长度为：底层，取底层层高加上室内地面至基础顶面的距离；以上各层可取相应的上室内地面至基础顶面的距离；以上各层可取相应的层高。层高。 现以图现以图13所示第一层和第二层墙体为例，说明墙所示第一层和第二层墙体为例，说明墙体内力的计算方法。体内力的计算方法。第二层墙（图第二层墙（图14(a)）：）：上端（上端（-）截面）截面N