建筑结构混合结构房屋建筑结构钢结构设计建筑课程

建筑结构混合结构房屋建筑结构钢结构设计建筑课程第1页/共106页混合结构房屋通常是指房屋的竖向承重构件（墙、柱、基础）采用砌体结构，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）。这种结构造价低、抗震性能好，有足够的承载力和刚度，在低层和多层民用建筑中，应用十分广泛。

2第2页/共106页3第3页/共106页名词解释外墙内墙横墙纵墙山墙承重墙

非承重墙4——位于房屋外围的墙——位于房屋内部的墙——沿建筑物短轴方向布置的墙——沿建筑物长轴方向布置的墙——房屋两端的横墙，横向外墙一般称山墙

——除承受墙体自重外还承受屋盖和楼盖传来荷载的墙

——仅仅承受自身重量的墙第4页/共106页5第5页/共106页第一节房屋的结构布置

和静力计算方案6第6页/共106页

一、房屋的结构布置方案

根据墙体布置，按竖向荷载传递路线的不同，墙体承重体系可分为四种类型：

横墙承重体系：由横墙承受竖向荷载，纵墙仅为维护墙

纵墙承重体系：由纵墙承受竖向荷载

纵、横墙混合承重体系：共同承受竖向荷载

内框架承重体系：荷载由内框架柱和外承重墙共同承受（由钢筋混凝土柱与梁组成钢筋混凝土内框架，梁在外墙处仍然支承在砌体上）7第7页/共106页屋面（楼面）荷载

板

横墙

基础

地基

8第8页/共106页特点：

空间刚度大、整体性好（横墙间距小）；纵墙开洞灵活（横墙承重，纵墙仅起维护作用）；由于在横墙上放置预制板，屋（楼）盖结构简单，材料用量少；施工方便。

9

横墙承重体系在每个开间均设置横墙，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。

第9页/共106页10

房间的进深相对较小而宽度相对较大时，将楼板沿横向布置，直接搁置在纵向承重墙上

荷载

板

纵墙

基础

地基

第10页/共106页

将楼板沿纵向铺设在大梁上，而大梁搁置在纵向承重墙上荷载

板

大梁

纵墙

基础

地基

11第11页/共106页特点：

建筑平面布置灵活（横墙间距可以较大，形成室内较大空间）；纵墙开洞面积受限（纵墙承受荷载较大）；房屋抗侧刚度较小（横墙数量少）；与横墙承重体系相比，屋（楼）盖材料用量较多；墙体用量较少。

12第12页/共106页纵墙承重体系适用于使用上要求有较大空间的房屋（如教学楼、图书馆）以及常见的单层及多层空旷混合结构房屋（如食堂、俱乐部、中小型工业厂房）等。纵墙承重的多层房屋，层数不宜过多，因为纵墙承受的竖向荷载较大，若层数较多，需增加纵墙厚度，这从经济上或适用性上都不合理。1311第13页/共106页

梁

纵墙屋面（楼面）荷载

板

横墙

基础

地基

纵墙1412第14页/共106页特点：

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。15根据房屋开间和进深的要求，以及结构布置的合理性，有时需要采用纵横墙混合承重体系。适用于教学楼、办公楼及医院等建筑。13第15页/共106页屋面（楼面）荷载

板

梁

地基

16柱柱基础外纵墙墙基础14第16页/共106页特点：

可获得较大空间（柱取代了内承重墙）；横墙较少，空间刚度较差，抗震性能较差，地震区不宜采用；由于墙和柱的材料不同，施工方法不同，给施工带来一定的复杂性；砖墙和钢筋混凝土柱的基础沉降量不一致，结构可能出现不均匀变形。1715第17页/共106页二、房屋静力计算方案

——根据房屋的空间工作性能确定的墙体

静力计算简图

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竖向荷载作用通过墙体承重体系反映水平荷载作用通过静力计算方案反映16第18页/共106页一、房屋的空间刚度

混合结构房屋由于屋盖、楼盖与墙体的连接以及纵横墙相互拉结，从而形成一个空间整体，承受各种竖向荷载和水平荷载的作用。房屋的空间刚度就是指这些构件参加共同工作的程度。

1917第19页/共106页1.房屋空间性能影响系数

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，受这种直接受荷构件与非直接荷构件间，相互支承且共同承担荷载的协同工作，即房屋的空间工作性能。空间刚度：与空间工作对应的房屋整体刚度称为空间刚度。

与

有关

20山（横）墙间距及平面刚度屋（楼）盖类型及平面刚度第20页/共106页21两边无山墙的单层房屋第21页/共106页

通常用空间性能影响系数

来反映房屋空间刚度的大小。即：（0~1）

物理意义：以单层房屋为例，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与不考虑空间作用求得的位移的比值。

22

越小，空间刚度越大；（时最大）山墙间距s小，小越大，空间刚度越小；（时最小）山墙间距s大，大

，处于平面工作。

第22页/共106页23第23页/共106页2422第24页/共106页25两边有山墙的单层房屋第25页/共106页26两边有山墙的单层房屋第26页/共106页二、房屋的静力计算方案

刚性方案：空间刚度很大，即

当房屋的空间刚度很大时，在水平荷载作用下，房屋的最大位移很小，因而可以忽略房屋水平位移的影响，将屋盖、楼盖看作是墙体的不动铰支座，墙、柱内力按支座无侧移的竖向构件进行计算，具有这种受力与变形的房屋，称为刚性方案房屋。多层住宅、办公楼、宿舍、医院等一般属于刚性方案房屋。27第27页/共106页2822第28页/共106页弹性方案：空间刚度很小或无空间作用，即墙、柱内力按不考虑空间作用的平面排架进行（偏于安全）。当房屋的横墙间距较大，楼盖和屋盖的水平刚度较小，房屋的最大位移很大，房屋的空间性能影响系数大于（0.77-0.82）。单层厂房、仓库、礼堂、食堂等一般属于弹性方案房屋。29第29页/共106页刚弹性方案：介于两者之间，按刚性方案计算或按弹性方案计算墙、柱内力都会与房屋的实际受力情况有较大的出入，而使墙、柱的设计偏于不安全或过于保守。这时，应将楼盖或屋盖视为弹性铰支座，按考虑空间工作的排架来计算。房屋的空间性能影响系数在（0.33-0.82）之间。30第30页/共106页比较上述三种方案，刚性方案最好，不但能充分发挥构件潜力，而且能取得较好的房屋刚性。一般来说，砌体房屋应尽量设计成刚性方案。对无山墙或伸缩缝无横墙的房屋，应按弹性方案考虑。31第31页/共106页房屋各层的空间性能影响系数屋盖或楼盖类别

横墙间距s(m)1620242832364044485256606468721－－－－0.330.390.450.500.550.600.640.680.710.740.772－0.350.450.540.610.680.730.780.82－－－－－－30.370.490.600.680.750.81－－－－－－－－－32注：i取1～n，n为房屋的层数。第32页/共106页静力计算方案的确定方法：

根据33屋盖或楼盖类别横墙间距第33页/共106页房屋的静力计算方案屋盖或楼盖类别刚性方案刚弹性方案弹性方案1整体式、装配整体式和装配式无檩体系钢筋混凝土屋盖或钢筋混凝土楼盖2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或木楼盖3瓦材屋面的木屋盖和轻钢屋盖34

可以看出，对同一种静力计算方案，屋盖或楼盖的刚度越差，横墙间距s的限值越小。

第34页/共106页二墙、柱的高厚比验算35——保证砌体结构稳定性的重要构造措施之一第35页/共106页工程中为什么要对墙体进行高厚比验算？

为保证不因长细比太大而产生失稳破坏；为保证在施工过程中的稳定性；为保证在使用过程中有足够的刚度，不发生影响正常使用的过大变形。因为控制高厚比能满足稳定性和变形要求，所以设计前应先验算高厚比。

36偶然撞击、施工偏差等弯腰鼓肚第36页/共106页矩形截面墙体高厚比验算

37关键允许高厚比的确定（包括修正系数）实际高厚比的计算第37页/共106页（一）墙、柱的高厚比验算

38受压构件的计算高度不同砌体材料的高厚比修正系数墙体厚度、矩形柱与H0相对应的边长第38页/共106页受压构件的计算高度房屋类别柱带壁柱墙或周边拉结的墙排架方向垂直排架方向有吊车的单层厂房变截面柱上段弹性方案刚性、刚弹性方案变截面柱下段无吊车的单层和多层房屋单跨弹性方案刚弹性方案多跨弹性方案刚弹性方案刚性方案39第39页/共106页受压构件的计算高度房屋类别柱带壁柱墙或周边拉结的墙排架方向垂直排架方向无吊车的单层和多层房屋单跨弹性方案刚弹性方案多跨弹性方案刚弹性方案刚性方案40第40页/共106页为了考虑不同类型砌体在受压性能上的差异，对乘以系数：对砖砌体，取；对混凝土小型空心砌块砌体，取；对蒸压砖，取；对毛石，取。41第41页/共106页——

墙、柱允许高厚比的最大允许限值

砂浆强度等级墙柱M2.52215M5.02416M7.5261742墙柱的允许高厚比值

柱子因为没有横墙联系，其比墙的小墙柱允许高厚比的确定与承载力计算无关，它取决于砂浆强度等级、墙上是否开洞、及洞口尺寸、是否承载、施工条件以及施工质量等方面因素。第42页/共106页矩形截面墙体高厚比验算

式中：——非（自）承重墙允许高厚比的修正系数,与墙厚有关

43线性内插

提高系数第43页/共106页

——有门窗洞口墙允许高厚比的修正系数

44降低系数第44页/共106页三、防止或减轻墙体开裂的主要措施45第45页/共106页46由于砌体抗拉强度很低，如果在设计上处理不当，由这些复杂因素引起的内力很可能使墙体产生各种裂缝，影响墙体的承载力和房屋的刚度。在砌体结构设计中，很难定量算出这些复杂因素引起的内力，必须通过构造措施解决。受力裂缝非受力裂缝——各种荷载直接作用下墙体产生的裂缝。——砌体因材料收缩、温湿度变化、地基不均匀沉降、墙体和门窗洞口布置不当等复杂因素引起的裂缝，又称变形裂缝（占裂缝的80%，其中温度裂缝较多）。

第46页/共106页一、由温度变形和收缩变形引起的墙体裂缝

房屋地下和地上温差温度变形室内外温差产生温度应力墙体温度变形受到约束

钢筋混凝土和砌体材料的线膨胀系数、收缩系数不同，产生温度变形和收缩变形，从而产生附加应力，这些附加应力过大时会形成裂缝（砌体受拉）。

47第47页/共106页A.由于钢筋混凝土屋盖和墙体温度变形的差异

屋盖与顶层墙体连接的部位，产生纵向水平裂缝或包角水平裂缝。在顶层墙体上产生沿窗洞口的八字形裂缝。当横墙间距很大时，沿外纵墙两侧产生通长水平裂缝。在女儿墙上产生裂缝（女儿墙与屋面板交界处）。

48第48页/共106页49包角水平裂缝纵向水平裂缝第49页/共106页50顶层两端受力最大第50页/共106页51第51页/共106页52屋面找平层一直铺到女儿墙根部，未留空隙第52页/共106页B.由于房屋过长、室内外温度差异过大，有可能使

外纵墙在门窗洞口附近或楼梯间的薄弱部位发生

竖向贯通墙体全高的裂缝。

53第53页/共106页C.由于房屋楼盖错层、钢筋混凝土圈梁未封闭等原因，有可能使钢筋混凝土构件不连续处的墙体产生局部竖向裂缝。54第54页/共106页设置温度伸缩缝（伸缩缝两侧均宜设置承重墙体，墙体的基础可共用一个）.

55解决办法第55页/共106页设置温度伸缩缝（伸缩缝两侧均宜设置承重墙体，墙体的基础可共用一个）.

屋盖或楼盖类别间距整体式或装配整体式钢筋混凝土结构有保温层或隔热层的屋盖、楼盖50无保温层或隔热层的屋盖40装配式无檩体系钢筋混凝土结构有保温层或隔热层的屋盖、楼盖60无保温层或隔热层的屋盖50装配式有檩体系钢筋混凝土结构有保温层或隔热层的屋盖75无保温层或隔热层的屋盖60瓦材屋盖、木屋盖或楼盖、砖石屋盖或楼盖10056砌体房屋伸缩缝的最大间距（m）解决办法第56页/共106页屋面设保温、隔热层，能减少屋盖与顶层墙体的温差，是“防”裂的最直接措施。屋面刚性面层及砂浆找平层应设置分格缝，并与女儿墙隔开。屋面板与墙体或圈梁的支承处可设置水平滑动层。57第57页/共106页二、由地基不均匀沉降引起的墙体裂缝

A.地基土层虽然分布均匀，但却由软弱土层组成，可能在纵墙上形成八字形裂缝。58第58页/共106页59第59页/共106页60B.地基土层分布不均匀，且土的压缩性有显著差异时，有可能在房屋沉降曲线发生显著变化处的相应墙体上形成斜向裂缝。第60页/共106页C.在房屋的高低变化部位容易产生较大的沉降差，导致在刚性相对较小的房屋墙体上产生斜裂缝。61第61页/共106页控制房屋的长高比——通常合理布置承重墙体——调整不均匀沉降设置圈梁，加强基础圈梁的刚度设沉降缝——对承重墙体的布置和构造有重要影响，在设计初期就要认真对待（基础需断开）

62解决办法第62页/共106页第三节刚性方案房屋的墙体计算63第63页/共106页房屋的静力计算方案屋盖或楼盖类别刚性方案刚弹性方案弹性方案1整体式、装配整体式和装配式无檩体系钢筋混凝土屋盖或钢筋混凝土楼盖2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或木楼盖3瓦材屋面的木屋盖和轻钢屋盖64在设计时，除验算墙、柱的高厚比外，还应对墙、柱的控制截面进行承载力计算。第64页/共106页一、刚性多层房屋承重纵墙（一）计算单元计算纵墙承重体系的纵墙以及横墙承重体系的横墙时，通常应根据房屋的平面和剖面布置，选择荷载较大及截面削弱较多的墙段进行计算。计算单元的宽度与墙面有无洞口和受荷情况有关。

65第65页/共106页当纵墙上有门窗洞口，且布置比较规则时，选有代表性的开间中线到中线作为计算单元，取窗间墙作为计算截面，承受竖向单元内的竖向荷载和水平荷载。66第66页/共106页当门窗洞口布置不规则时，经分析判断，找出一个或几个受力较不利墙段（荷载较大而计算截面较小）作为计算单元。当承重纵墙或横墙承受均布荷载且无门窗洞口时，由于沿墙长的受力状态相同，取1m墙长作为计算单元。当墙体无洞口，但承受大梁传来的集中荷载时，仍取一个开间的梁下墙体作为计算单元，并取该开间的墙体截面作为计算截面。

67第67页/共106页（二）垂直荷载下的计算1.计算简图墙体：竖向多跨连续梁简化为多跨简支梁（假定墙体在楼盖处为铰接）

考虑到楼盖的梁板伸入墙内，削弱了墙体截面的连续性。这一简化引起的误差不大。68基础顶面：固端铰接（轴向力为主要控制内力，而弯矩对承载能力的影响很小，因而忽略弯矩影响）.第68页/共106页69计算简图中，底层构件长度取基础顶面（或室内、室外地面以下300~500mm处）到楼板的距离，其余各层取层高。第69页/共106页计算某层墙体时

70上部墙体竖向荷载合力

作用于上一层墙体截面形心处本层楼面荷载

一般对本层墙体产生偏心压力.第70页/共106页上端截面（1-1截面）：

下端截面（2-2截面）：

71计算层墙体自重按偏心受压验算承载力验算砌体局部受压按轴心受压验算承载力—

该层楼面（梁端或板端）传到墙体上的荷载；—i层以下各层传下的荷载，作用在上层墙体截面形心；—

第i层墙体自重，作用于本层墙体截面形心。第71页/共106页仅按竖向荷载验算墙体承载力的条件

《规范》规定：当符合下列条件时，认为风荷载产生的弯矩很小，不考虑风荷载的影响。洞口水平截面面积/全截面面积2/3；房屋的层高和总高不超过相应规定；屋面自重不小于。

72（三）水平风荷载（风荷载）作用下的计算第72页/共106页（三）水平风荷载（风荷载）作用下的计算为简化计算，由风荷载引起的各层纵墙上下端的弯矩可按两端固定梁计算，即：（W为风压力或风吸力）

73竖向多跨连续梁第73页/共106页（四）承载力验算截面相同、材料相同的墙体，只需验算最下一层；当截面和材料变化时，应对变化前后的墙体分别进行验算，并应考虑上部荷载对下部墙体的偏心影响；当考虑风荷载时，应进行荷载组合。74第74页/共106页二、刚性多层房屋承重横墙计算简图和内力分析与承重纵墙基本相同；荷载：横墙一般受均布荷载（墙体自重和楼板传下的荷载），故取1m宽度进行计算；构件高度：顶层为坡屋顶时，该层应取层高加上山尖高度的一半；受压承载力：中间墙体往往只受轴心受压荷载，其控制截面可只取墙体底部；直接承重的山墙或开间不等、活荷载很大的中间墙体，计算原则与纵墙相同。75第75页/共106页第四节圈梁、过梁和挑梁在混合结构房屋中除了主要承重构件之外，还要用到一些附属的结构构件或部件，如门窗过梁、圈梁、墙梁和挑梁（阳台、雨篷等）。这些构件是钢筋混凝土梁式构件和砌体墙形成组合受力的整体而工作的。其受力分析和承载力计算各具有其不同的特点。76第76页/共106页

一、圈梁在房屋的檐口、窗顶标高、楼层、吊车梁标高或基础顶面处，沿建筑物外墙四周及纵横内墙设置的封闭的钢筋混凝土梁式构件。

77第77页/共106页78第78页/共106页79第79页/共106页二、作用

圈梁的作用是加强房屋的整体刚度和提高墙体的稳定性。

增强房屋的空间刚度；防止由于地基不均匀沉降对房屋引起的不利影响；防止由于较大振动荷载对房屋引起的不利影响。

80第80页/共106页三、设置

圈梁布置的位置和道数，应根据地基的强弱、房屋的整体刚度和墙体稳定性、荷载的性质等因素确定。设置在基础顶面和檐口部位的圈梁对抵抗不均匀沉降最有效；当房屋中部沉降比两端大时，基础顶面圈梁作用大；当房屋两端沉降比中部大时，檐口圈梁作用大。81第81页/共106页三、设置

在一般情况下，混合结构房屋可参照下列规定设置圈梁：空旷的单层房屋：砖砌体房屋，檐口标高为5～8m时，应在檐口标高处设置圈梁一道，檐口标高大于8m时，应增加设置数量；

砌块或料石砌体房屋，檐口标高为4～5m时，应在檐口标高处设置圈梁一道，檐口标高大于5m时，应增加设置数量；对有吊车或较大振动设备的单层工业房屋除在檐口或窗顶标高处外，尚应增加设置数量。82第82页/共106页三、设置

在一般情况下，混合结构房屋可参照下列规定设置圈梁：宿舍、办公楼等多层砌体民用房屋：层数为3～4层时，应在檐口标高处设置圈梁一道。当层数超过4层时，应在所有纵横墙上隔层设置。多层砌体工业房屋，应每层设置现浇钢筋混凝土圈梁。83第83页/共106页四、构造要求

圈梁应连续设置在墙的同一水平面上，并形成封闭状。84当圈梁被门窗洞口截断时，应在洞口上部增设相同截面的附加圈梁。附加圈梁与圈梁的搭接长度不应小于其垂直间距的2倍，且不小于1m。第84页/共106页纵横墙交接处的圈梁应有可靠连接。刚弹性或弹性方案房屋，圈梁应与屋架、大梁等构件有可靠连接。钢筋混凝土圈梁的宽度宜与墙厚相同。当墙厚，其宽度不宜小于，圈梁高度应为砖厚的整数倍，且不应小于120mm。钢筋混凝土圈梁的配筋一般根据实践经验确定，纵向钢筋不少于410，箍筋直径4～6，间距不大于300mm。85第85页/共106页圈梁兼作过梁时，过梁部分的钢筋应按计算用量单独配置。圈梁在房屋转角及丁字交叉处应设置附加钢筋。

86第86页/共106页87第87页/共106页二、过梁过梁是设置在墙体门窗洞口上部的梁，以承受洞口以上墙体和楼（屋）盖传来的荷载并将此荷载传给洞口两侧的窗间墙。88过梁门窗洞口墙体第88页/共106页一、过梁的分类及构造

砖砌平拱过梁跨度不宜超过，高度，楔形砌体的两侧应伸入两侧墙中20～30mm，砖的强度等级不应低于MU10，砂浆强度等级一般不低于M5。适用于无振动、地基的土质较好，不需作抗震设防的地区。

89第89页/共106页

砖砌弧拱过梁

跨度与矢高相关，。适用于对建筑外形有一定艺术要求的建筑物。

90第90页/共106页

钢筋砖过梁

砌法与普通墙体相同，只不过砌筑砂浆强度等级较高，不低于M5。在梁底部放置纵向受力钢筋，并铺设厚度不小于30mm的砂浆层，每半砖厚墙中至少有一根（5～6）mm的钢筋。钢筋伸入支座砌体内的长度不宜小于240mm，并且上弯一皮砖的高度。过梁跨度不宜超过1.5m。91第91页/共106页

钢筋混凝土过梁

对有较大振动荷载或有可能产生不均匀沉降的房屋，应采用钢筋混凝土过梁。它施工方便，几乎代替了前三种类型。

92第92页/共106页二、过梁上的荷载取值

过梁既是“梁”，又是墙体的组成部分，过梁上的墙体在砂浆硬结后具有一定刚度，可以将过梁以上的部分荷载直接传递给过梁两侧的墙体（起拱卸荷作用），从而减轻了过梁的负担。所以在设计过梁时，恰当地确定过梁所承受的荷载十分必要。93第93页/共106页1.墙体荷载

过梁以上的墙体高度（为过梁的净跨）时，全部墙体自重作为均布荷载。过梁以上的墙体高度时，按墙高自重考虑，其余部分起拱卸荷传到两侧墙。

94第94页/共106页95第95页/共106页2.梁板荷载