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文档简介
学习目标:■熟悉块材、砂浆和砌体的分类及其力学性能;■掌握影响砌体抗压强度的主要因素,能合理选用砌体的各种强度指标;■了解混合结构房屋的结构布置与静力计算方案;■熟练掌握无筋砌体受压构件的受力性能和承载力计算方法;■熟练掌握墙、柱高厚比的验算方法;■熟悉砌体局部受压的受力特点、验算方法及处理措施;■熟悉过梁上的荷载取值方法与构造要求,了解挑梁的计算与构造;■熟悉砌体结构墙、柱的一般构造要求及防止墙体开裂的主要措施。一、砌体材料
1.块材
(占砌体总体积的78%以上)(1)砖(Brick)
主要有三类:烧结普通砖、烧结多孔砖、非烧结硅酸盐砖14.1砌体材料及种类烧结普通砖:普通砖是以粘土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料,经过焙烧而成的实心砖(或孔洞率不大于15%)。分烧结粘土砖、烧结页岩砖、烧结煤矸石砖、烧结粉煤灰砖等。规格为240mm×115mm×53mm,体积密度为18kN/m2~19kN/m2。第十四章砌体结构材料烧结多孔砖:简称多孔砖,是用与烧结普通砖相同的原材料制成砖坯后经焙烧而成,且孔洞率不小于25%的砖。
与烧结普通砖相比,烧结多孔砖可减轻墙体自重,能耗小,热工性能好,主要用于房屋的承重部位,是目前广泛应用的砌体块材。KP1型烧结多孔砖
尺寸:240X115X90(mm)图14.1常用多孔砖的规格(a)KM1型;(b)KP1型;(c)KP2型
烧结普通砖和烧结多孔砖的强度等级按抗压强度划分为MU30、MU25、MU20、MU15、MU10五级。由于多孔砖的抗压强度是按毛面积计算的,故设计时不必考虑孔洞的影响。非烧结硅酸盐砖是以石英砂、石灰、粉煤灰等为主要原料制成砖坯后,经高压蒸养结硬而形成的砖。主要有蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖等,其规格与烧结普通砖相同。与烧结普通砖相比,非烧结硅酸盐砖的耐久性及抗腐蚀性较差,不宜砌筑处于高温环境或有酸性介质侵蚀的建筑部位。非烧结硅酸盐砖划分为四个强度等级:MU25、MU20、MU15、MU10。(2)砌块(Block)
分为小型、中型、大型三类,最常用的是混凝土小型砌块,由普通混凝土或轻骨料混凝土制成,主要规格尺寸为390mm×190mm×190mm,空心率为25%~50%。用砌块砌筑墙体可以减少劳动量,加快施工进度,而且其保温、隔热及隔声性能较好。高度在180~350mm——小型砌块
高度在350~900mm之间——中型砌块
高度大于900mm——大型砌块
受起重设备限制,中、大型砌块已很少应用。
砌块的强度等级共分为MU20、MU15、MU10、MU7.5、MU5五个等级。↑加气混凝土砌块长度:600
高度:200、250、300
宽度:200、125、150、200、250、300
(3)石材(Stone)
一般有花岗岩、石灰岩、砂岩等。石材按加工后的外形规则程度分为料石和毛石两种。
①料石:分细料石、半细料石、粗料石、毛料石等,用料石砌筑房屋墙体,但由于石材的高传热性,所以用于采暖房屋的外墙时,需要较大的厚度。
②毛石:形状不规则,中部厚度不应小于200mm的石材,一般用于房屋的基础部位和挡土墙中。石材的强度等级以抗压强度作为划分依据,共分七级:MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20。2.砂浆
砂浆应具有足够的强度和耐久性,并具有一定的保水性和流动性。在砌筑过程中容易铺摊均匀,水分不易被块材吸收,使胶凝材料正常硬化,砂浆与砖的粘结性能好。
砂浆强度等级采用边长70.7mm的立方体标准试块,以标准养护28天龄期的抗压强度平均值划分的,分为M15、M10、M7.5、M5、M2.5五个等级。砂浆按其组成成分可分为纯水泥砂浆、混合砂浆、非水泥砂浆和砌块专用砂浆等。砂浆搅拌机是由胶结材料、细骨料、掺合料加水拌合而成的粘结材料,胶结料有水泥、石灰、石膏等。作用:砂浆在砌体中把块材粘结成整体,并在块材之间起均匀传递压力的作用。用砂浆填满块材之间的缝隙还能减少砌体的透气性,从而提高砌体的隔热性和抗冻性。(2)混合砂浆(Mixedmortar)组成:水泥+石灰+砂+水
保水性、和易性比水泥砂浆好,易于砌筑,因而砌体质量较好。与同等条件的水泥砂浆相比,混合砂浆砌筑的砌体强度可提高10%~15%,适用于砌筑一般墙、柱等结构构件,但不宜用于潮湿环境中的砌体。(3)非水泥砂浆(石灰砂浆等)(Limemortar)
组成:石灰(粘土)+砂+水
保水性好、流动性好,但强度低、耐久性差,适用于低层建筑和不受潮的临时房屋墙体中。(4)砌块专用砂浆
组成:水泥+砂+水+掺和料+外加剂
与一般砂浆相比,砌块专用砂浆的和易性好,粘结性能好,用于砌筑混凝土砌块可减少墙体的开裂和渗漏。其强度等级用Mb表示,分为七级。(1)水泥砂浆(Cementmortar)
组成:水泥+砂+水
强度高、硬化快、耐久性好,但和易性差、水泥用量大。适用于受力大或潮湿环境。砌体计算时应考虑其保水性、流动性差对砌体强度的影响。二、砌体的种类(分为无筋砌体和配筋砌体两类)
无筋砌体包括砖砌体、砌块砌体和石砌体。无筋砌体房屋抗震性能和抗不均匀沉降能力较差。1.砖砌体砖砌体是由砖和砂浆砌筑而成的砌体结构。承重墙的厚度是根据承载力要求和稳定性要求确定的,但外墙还应满足隔热和保温的要求;隔墙的厚度一般由刚度和稳定性控制。
砖砌体包括实砌砖砌体和空斗墙。承重墙一般采用实心砌体,常用组方式有一顺一丁、梅花丁、三顺一丁等,墙体厚度为:120mm、240mm、370mm、490mm、620(180mm、300mm、420mm)等。
2.砌块砌体3.石砌体混凝土砌块堆料场莫干山皇后饭店为石砌建筑常用的砌块砌体是混凝土中、小型空心砌块砌体。由于砌块孔洞率大,故墙体自重较轻。砌块砌体常用于住宅、办公楼、学校等建筑物的承重墙和框架等骨架结构房屋的围护墙及隔墙。料石砌体除用于山区建造房屋外,有时也用于砌筑拱桥、石坝等;毛石砌体和毛石混凝土砌体一般用于砌筑房屋的基础或挡土墙。图14.2夹心墙结构
图14.3石砌体的类型(a)料石砌体;(b)毛石砌体;(c)毛石混凝土砌体4.配筋砌体为提高砌体的承载力和减小构件的截面尺寸,可在砌体内配置适量钢筋形成配筋砌体。常用的配筋砌体有网状配筋砌体(横向)、组合砌体及配筋砌块砌体(竖向)。
在砖柱或墙体每隔3~5皮砖的水平灰缝内配置钢筋网片,称为网状(横向)配筋砌体。主要用于轴心受压或偏心距较小的偏心受压砌体中。
在竖向灰缝内或预留的竖槽内配置纵向钢筋,并浇筑混凝土,形成组合砌体,也称为纵向配筋砌体,适用于承受偏心压力较大的墙和柱。图14.4网状配筋砌体(a)用方格网配筋的砖柱;(b)连弯钢筋网
组合砌体分为组合砖砌体和构造柱组合墙两种。组合砖砌体是在砌体外侧预留的竖向凹槽内配置纵向钢筋,再浇筑混凝土面层或配筋砂浆面层构成的,属外包式组合砖砌体;砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙,是在砖砌体中每隔一定距离设置砖砌体墙与钢筋混凝土构造柱及圈梁组成一个复合构件共同受力,属内嵌式组合砖砌体。图14.5组合砖砌体(a)、(b)、(c)外嵌式组合砖砌体;(d)内嵌式组合砖砌体配筋砌块砌体是在混凝土空心砌块砌体的孔洞内配置纵向钢筋,并用混凝土灌芯,同时在砌块水平灰缝中配置横向钢筋而形成的组合构件。配筋混凝土空心砌块墙体除了能显著提高墙体受压的承载力外,还能抵抗由地震作用和风荷载引起的水平力,其作用类似于钢筋混凝土剪力墙。在国外,配筋砌块砌体己用于建造二十层左右的高层建筑。近年来我国已逐步用于建造高层建筑。图14.6配筋混凝土砌块砌体柱截面(a)下皮;(b)上皮14.2砌体的力学性能
1.砖砌体受压的三个阶段砖砌体从加荷至破坏,大致经历以下三个阶段:第一阶段:加载→单砖开裂某些单块砖开裂后,若荷载维持不变,则裂缝不会继续扩展。 N1=50%~70%Nu
第二阶段:细小裂缝→穿过几皮砖的连续裂缝并有新的单砖裂缝出现。
N2=80%~90%Nu
第三阶段:破坏阶段贯通整个构件的纵向裂缝,把砌体分割成若干半砖小柱体。最后,小柱体失稳破坏或压碎,导致整个砌体破坏。 N3=Nu
2.单块砖在砌体中的受力分析
砌体的抗压强度远小于单块砖的抗压强度,其原因为:(1)砖面不平整,水平灰缝不均匀,导致砖在砌体中处于受弯、受剪、局部受压的复杂应力状态。由此导致非均匀受压的砖因抗弯、抗剪强度不足而出现裂缝。(2)砖和砂浆受压后横向变形的不协调导致砖在砌体中横向受拉。砌体受压后砖的横向变形小,砂浆的横向变形大,故砌体中的砖横向受拉,砂浆则横向受压。由于砖的抗拉强度很低,使砖过早开裂。
(3)竖向灰缝的应力集中。砌体的竖向灰缝很难用砂浆填满,这就影响了砌体的连续性和整体性,在有竖缝砂浆处,砖存在着应力集中现象,导致砌体抗压强度的降低。图14.7砖在砌体中的复杂受力状态
3.影响砌体抗压强度的主要因素
1)块材和砂浆的强度等级块材的强度是影响砌体抗压强度的主要因素。由于砌体的开裂乃至破坏是由块材裂缝引起的,所以,当块材强度等级高,其抵抗复杂受力和应力集中的能力就强,从而使砌体抗压强度提高。较高强度等级砂浆的横向变形小,从而减少砌体中块材的横向拉应力,也使砌体抗压强度得到提高。当砌体抗压强度不足时,增大块材的强度等级比增大砂浆强度等级的效果好。
2)块材的形状和尺寸块材的形状规则程度明显地影响砌体的抗压强度。块材表面不平整,几何形状不规则或块材厚薄不匀导致砂浆厚薄不匀,使砌体抗压强度降低;当块材厚度增加,其抗弯、抗剪、横向抗拉能力提高,相应地会使砌体抗压强度提高。
3)砂浆的保水性、流动性及灰缝的厚度
砌筑时砂浆的保水性好,砂浆的水分不易被块材吸收,保证了砂浆硬化的水分条件,从而提高砌体抗压强度;而铺砌时砂浆的流动性好,则易于摊铺均匀,减少了砖内受弯、受剪应力,也使砌体抗压强度提高。灰缝越厚,越容易铺砌均匀,但同时也增加了砂浆受力后的横向变形,使块材横向受拉的应力加大。故水平灰缝的厚度不宜过大,也不宜过小。4)砌筑质量砌筑质量好的砌体,其组砌方式合理,砂浆厚度均匀,饱满度高,砌体整体性好,因而砌体抗压强度高。所以,现行《砌体结构设计规范》(GB50003—2001),把砌体强度指标与砌筑施工质量直接挂钩。影响砌体抗压强度的因素1)块材和砂浆的强度越大,砌体的抗压强度越大;
2)块材的尺寸越大、形状越规则,砌体的抗压强度越高;
3)砂浆的和易性、保水性越好,砌体的抗压强度越高;4)砂浆的砌筑质量越好,砌体的抗压强度越高。砖砌体的灰缝厚度一般应控制在8~12mm。《砌体工程施工质量验收规范》规定,水平灰缝的砂浆饱满度不得小于80%,并根据质保体系、砂浆强度、混凝土强度、砌筑工人技术等综合水平将砌体工程施工质量控制等级分为A、B、C三级。《砌体规范》规定,不允许配筋砌体质量控制等级为C级。
A级施工质量,砌体强度设计值提高5%,
B级施工质量,砌体强度设计值按规范用表直接采用,
C级施工质量,砌体强度设计值应降低。4.砌体的抗压强度指标砌体的抗压强度标准值
fk
砌体抗压强度设计值
f
砌体结构材料性能分项系数rf=1.6(验算施工阶段砂浆尚未硬化的新砌砌体的强度和稳定性时,
可按砂浆强度为零进行验算)表14.1砌体强度设计值的调整系数使用情况ga有吊车房屋砌体、跨度>9m的梁下烧结普通砖砌体、跨度>7.5m的梁下烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖砌体、混凝土和轻骨料混凝土砌块砌体0.9构件截面面积A<0.3m2的无筋砌体0.7+A构件截面面积A<0.2m2的配筋砌体0.8+A采用水泥砂浆砌筑的砌体(若为配筋砌体,仅对其强度设计值调整)对表10.1~表10.6中的数值0.9对表10.8中的数值0.8施工质量控制等级为C级时(配筋砌体不允许采用C级)0.89验算施工中房屋的构件时1.1★砌体强度设计值的调整系数
《砌体规范》规定,对于表14.1所列的各种使用情况,砌体强度设计值还应乘以调整系数ga。当砌体同时具备几种情况时,则取表中几种情况ga连乘后,再对砌体强度设计值进行调整。举例:砌体抗压强度指标的确定1:采用Mu10的普通粘土砖,M7.5混合砂浆砌筑成的砖柱,截面尺寸为360×240mm2,求其抗压强度设计值为()
A:f=1.196N/mm2B:f=1.33N/mm2
C:f=1.69N/mm2D:f=1.183N/mm23:采用Mu20的多孔砖,M10混合砂浆砌筑成的砖墙,墙厚为240mm,当其施工质量控制等级为C级时,其抗压强度设计值应采用()
A:f=2.64N/mm2B:f=2.67N/mm2
C:f=2.38N/mm2D:f=2.77N/mm22:采用Mu10的普通粘土砖,M7.5水泥砂浆砌筑成的砖柱,截面尺寸为360×240mm2,求其抗压强度设计值为()
A:f=1.196N/mm2B:f=1.33N/mm2
C:f=1.69N/mm2D:f=1.183N/mm2
砌体的抗压强度要比抗拉、抗弯、抗剪强度高得多,因此砌体大多用于受压构件。但实际工程中砌体有时还承受轴心拉力、弯矩和剪力的作用。当砌体承受轴心拉力和弯矩的作用时,均有可能产生沿齿缝截面的破坏和沿通缝截面的破坏。抗拉强度取决于:灰缝与块材间的粘结强度,破坏在界面上发生5.砌体的抗拉、抗弯和抗剪强度无筋砌体强度设计值:砌体承载能力的的特点:
抗压承载力远大于抗拉、抗弯、抗剪的承载力。《砌体规范》中给出了各类砌体的轴心抗拉强度设计值ft、
弯曲抗拉强度的设计值ftm砌体受剪时可能产生沿砌体通缝的破坏或沿阶梯形截面破坏。通常压力与剪力共同存在,工程中纯剪的情况几乎不存在。
《砌体规范》中也给出了各类砌体的抗剪强度的设计值fv表14.3沿砌体灰缝截面破坏时砌体的轴心抗拉强度设计值、弯曲抗拉强度设计值和抗剪强度设计值/MPa强度类别破坏特征砌体种类砂浆强度等级≥M10M7.5M5M2.5轴心抗拉烧结普通砖、烧结多孔砖0.190.160.130.09蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖0.120.100.080.06混凝土砌块0.090.080.07—毛石0.080.070.060.04弯曲—抗拉烧结普通砖、烧结多孔砖0.330.290.230.17蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖0.240.200.160.12混凝土砌块0.110.090.08—毛石0.130.110.090.07烧结普通砖、烧结多孔砖0.170.140.110.08蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖0.120.100.080.06混凝土砌块0.080.060.05—抗剪烧结普通砖、烧结多孔砖0.170.140.110.08蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖0.120.100.080.06混凝土和轻骨料混凝土砌块0.090.080.06—毛石0.210.190.160.11
混合结构房屋通常是指用砌体材料作为竖向承重构件(墙、柱),而用钢筋混凝土、木材或钢材作为水平承重构件(楼、屋盖)的房屋。它具有施工简便、节省钢材、造价较低等特点,因此广泛应用于一般工业与民用建筑中。墙体是混合结构的主要构件,同时墙体对建筑物又起围护和隔断作用。主要起围护和分隔作用且只承受自重的墙体称为“自承重墙”;在承受自重的同时,还承受楼(屋)盖传来荷载的墙体,称为“承重墙”。混合结构房屋设计的一个重要任务,就是解决墙体的设计问题。主要包括:承重墙体的布置、房屋的静力计算方案的确定、墙体高厚比验算、墙柱内力计算及其截面承载力验算。15.1砌体房屋的结构布置第十五章
砌体结构的结构布置与计算方案
通常把沿房屋短向布置的墙称为横墙,沿房屋长向布置的墙称为纵墙。混合结构房屋中承重墙体的布置,决定着房屋平面的划分、荷载传递的路线、墙体的稳定性和房屋空间刚度以及结构方案的经济合理性。因此,确定承重墙体的结构布置方案是十分重要的设计环节。一般混合结构房屋的承重墙体布置方案有以下四种:即纵墙承重体系、横墙承重体系、纵横墙承重体系和内框架承重体系。
1.纵墙承重体系纵墙承重体系的楼(屋)盖布置一般有两种方式:一种是楼(屋)面板直接搁置在纵向承重墙上,另一种方式是将楼(屋)面板搁置在大梁(或屋架)上,板的荷载通过大梁(或屋架)传给纵墙。纵墙承重方案的优点是房屋的空间布置灵活,横墙间距可以增大,但由于横墙数量少,房屋的横向刚度较差;同时,纵墙作为承重墙,其开洞尺寸受到一定的限制。图15.1混合结构房层承重墙体布置方案示例(1)(a)、(b)纵墙或横墙承重方案;(c)横墙承重方案;
纵墙承重体系房屋荷载的主要传递途径为:楼(屋)面荷载→楼(屋)面板→楼(屋)面梁(或屋架)→纵墙→基础→地基。
2.横墙承重体系将楼(屋)盖板搁置在横墙上,形成的结构承重体系称为横墙承重体系。该方案适用于房屋开间较小,进深较大的情况,如住宅、宿舍、医院病房、旅馆等建筑物。由于横墙间距小,所以房屋的横向刚度大;纵墙作为非承重墙,在其上开设门窗洞口较灵活。横墙承重体系房屋的荷载传递途径为:楼(屋)盖荷载→楼(屋)面板→横墙→基础→地基
3.纵横墙承重体系
纵横墙承重体系是纵、横墙都承重的布置方案。特点是房间布置较灵活,房屋空间刚度较好。适用于教学楼、实验楼、办公楼等。纵横墙承重体系房屋的荷载传递途径为:纵墙纵墙基础横墙横墙基础楼(屋)盖荷载梁板结构地基
4.内框架承重体系
指房屋内部由钢筋混凝土柱和楼(屋)盖梁组成内框架,外部由砌体墙、柱承重的混合承重体系。这种布置方案房屋内部使用空间大,平面布置灵活,但房屋空间刚度较差,不利于结构抗震。内框架承重体系房屋的荷载传递途径为:混凝土柱柱基础外墙外墙基础楼(屋)盖荷载板梁地基图15.2混合结构房层承重墙体布置方案示例(2)(d)、(e)纵横承重方案;(f)内框架承重方案15.2砌体房屋的静力计算方案
1.砌体结构的空间工作性能
混合结构房屋是由纵墙、横墙、屋盖或(或楼盖)、基础等构件相互联系组成的空间受力体系。不仅直接承受荷载的构件起受力作用,而且与其相连的其他构件也不同程度地参与工作,这些构件参与工作的程度体现了房屋的空间刚度。砌体结构房屋中的结构构件一方面承受各种竖向荷载,包括墙体自重、楼(屋)盖传来的荷载等;在竖向荷载作用下,墙体主要受压。另一方面还承受墙面和屋面传来的水平风荷载或水平地震作用;在水平荷载作用下,墙体受弯,房屋产生水平位移。而水平位移的大小与房屋横墙的多少,楼、屋盖的刚度有关。在荷载作用下,空间受力体系与平面受力体系的变形及荷载传递的途径是不同的。
下图是一单层砖混结构厂房,外纵墙承重,两端没有山墙,屋盖支承于两侧纵墙上。水平荷载由两侧纵墙承担,屋盖仅起到联系两侧纵墙的作用,房屋各个计算单元将会产生相同的水平位移,可简化为一平面排架。其水平荷载传递路线为:水平荷载→纵墙→纵墙基础→地基。该平面受力体系中,由于无山墙,房屋的空间刚度较小,房屋的水平位移仅与纵墙的抗弯刚度有关,因而房屋的水平位移较大。图15.3两端无山墙的单层房层(a)单层厂房示意图;(b)排架计算周围
一般混合结构房屋是由纵墙、横墙和楼(屋)盖共同组成,整个房屋如同一个空间盒子,构件除了各自承受竖向荷载和水平荷载作用外,还具有相互联系、相互影响的作用,整个结构体系处于空间协同工作状态,共同抵抗由水平荷载引起的水平位移,这一协同工作性能称为房屋的空间工作性能。对于单层房屋空间受力体系,水平荷载的传递路线为:
由于在空间受力体系中横墙(山墙)的协同工作,因此对抵抗水平位移起了重要作用。显然,房屋的横墙间距愈密、楼(屋)盖刚度愈大,其空间工作性能愈好,房屋的水平位移也愈小。屋盖水平荷载纵墙纵墙基础山墙山墙基础2.房屋静力计算方案房屋空间工作性能的主要影响因素为楼(屋)盖的水平刚度和横墙间距。当横墙间距较小、楼、屋盖水平刚度较大时,房屋空间刚度较大,房屋的水平位移很小,可视墙、柱顶端的水平位移为零。
将楼盖或屋盖视为墙柱的不动铰支座,墙、柱下端嵌固于基础顶面,按竖向构件计算,称为刚性方案。(1)刚性方案当房屋横墙间距较大,楼、屋盖水平刚度较小时,房屋的空间刚度较小,空间工作性能差。房屋水平位移较大,接近平面受力体系的水平位移。在确定计算简图时,不考虑房屋空间工作性能,把楼(屋)盖作为联系两侧纵墙的连杆,按平面排架进行墙体的内力计算,属于弹性方案。(2)弹性方案房屋的空间刚度介于刚性和弹性方案之间。荷载作用下,房屋的水平位移也介于刚性和弹性之间,但又不能忽略不计。计算时按墙、柱顶有弹性支承的平面排架计算内力,属于弹性方案。
(3)刚弹性方案房屋图15.4单层房屋的计算简图(a)房屋剖面图:(b)刚性方案;(c)弹性方案;(d)刚弹性方案表15.1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s<3232≤s≤72s>722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s<2020≤s≤48s>483冷滩瓦木屋盖和石棉水泥瓦轻钢屋盖s<1616≤s≤36s>36注:①表中s为房屋横墙间距,其长度单位为m;从表15.1中可以看出,一般混合结构的住宅、宿舍、办公楼、医院、旅馆等多层砌体房屋均属于刚性方案房屋。由于弹性方案房屋的空间刚度小,水平荷载作用下房屋的水平位移大,一般不宜用于多层房屋。
砌体结构坡屋顶构造
在刚性、刚弹性方案房屋中,参与空间工作的重要构件之一就是横墙。横墙参与空间工作的程度,除与其间距有关外,横墙自身的刚度也是一个主要因素。《砌体规范》规定,刚性、刚弹性方案房屋的横墙,应满足下列要求:(1)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%;(2)横墙的厚度不宜小于180mm;(3)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横墙总高度的1/2。
当横墙不能同时满足上述要求时,应对横墙的刚度进行验算。若其最大水平位移不超过横墙总高度的1/4000时,仍可视作刚性或刚弹性方案房屋的横墙。
混合结构房屋的墙、柱主要用作受压构件。对受压构件,除满足承载力要求外,还应满足稳定性和刚度的要求。墙、柱的高厚比验算,是保证砌体房屋在施工和使用过程中稳定性和刚度的重要构造措施。一、墙、柱高厚比验算高厚比b
是指墙、柱的计算高度H0与墙厚或柱截面边长h的比值。墙、柱的高厚比越大,即构件越高,其稳定性也越差。《砌体规范》采用允许高厚比[b]来限制墙、柱的高厚比。第十六章
砌体结构构件的承载力计算16.1砌体结构墙、柱受压计算表16.1墙、柱的允许高厚比[b]砂浆强度等级墙柱M2.52215M5.02416≥M7.52617注:①毛石墙、柱允许高厚比应比表中数值降低20%;②组合砖砌体构件的允许高厚比,可按表中数值提高20%,但不得大于28。影响墙、柱允许高厚比[b]值的因素很多,很难用理论推导加以确定,它与承载力无关,而是根据实践经验和现阶段的材料质量及施工技术水平综合确定的。《砌体规范》规定的墙、柱允许高厚比[b]值见下表。
影响墙、柱允许高厚比[b
]的主要因素:(1)砂浆强度等级:砂浆强度等级直接影响砌体的弹性模量,从而影响砌体的刚度。因此,M↑→[b]↑(2)砌体类型:毛石墙、空斗墙比实心砖墙刚度差,故[b]↓;组合砖构件比实心砖构件刚度强,故[b
]↑。(3)横墙间距:横墙间距s
越小,房屋整体刚度越大、稳定性越好。故对柱子其[b]较小。(H0)(4)构件的重要性:对房屋中次要墙体,如非承重墙的[b]
↑,验算时引入自承重墙允许高厚比的修正系数m1。(5)墙、柱截面形式:截面惯性矩越大,构件稳定性越好。墙上门窗洞口尺寸越大,[b]越小,验算时引入允许高厚比修正系数m2。(6)墙、柱支承条件:墙、柱支承条件越好,房屋刚度越大,在楼(屋)盖支承处的水平位移越小,[b]
↑,通过H0考虑。
墙、柱的计算高度H0是指对墙、柱进行承载力计算或验算高厚比时所采用的高度,它是由实际高度H并根据房屋类别和构件两端的支承条件按表16.3确定。表中的构件实际高度H,应按下列规定采用:
(1)对于房屋底层墙、柱,H为楼板顶面到墙柱下端支点的距离。下端支点的位置,可取在基础顶面处。当基础埋置较深且有刚性地坪时,可取室外地面下500mm处。(2)对房屋其余楼层,H为楼板或其他水平支点间的距离。(3)对于无壁柱的坡屋面房屋山墙,H可取层高加山墙尖高度的1/2;对于带壁柱的山墙,可取山墙壁柱处的高度。
《砌体规范》还规定,对于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,允许高厚比可按表16.3的数值乘以1.3后采用。
表16.3受压构件的计算高度H0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s>2H2H≥s>Hs≤H有吊车的单层房屋变截面柱上段弹性方案2.5Hu1.25Hu2.5Hu刚性、刚掸性方案2.0Hu1.25Hu2.0Hu变截面柱下段1.0H10.8H11.0H1无吊车的单层和多层房屋单跨弹性方案1.5H1.0H1.5H刚弹性方案1.2H1.0H1.2H多跨弹性方案1.25H1.0H1.25H刚弹性方案1.1H1.0H1.1H刚性方案1.0H1.0H1.0H0.4s+0.2H0.6s注:①表中Hu为变截面柱的上段高度,H1为变截面柱的下段高度;②对于上端为自由端的构件,H0=2H;③独立砖柱,当无柱间支撑时,柱在垂直排架方向的H0应按表中数值乘以1.25后取用;④s为房屋横墙间距;⑤非承重墙的计算高度应根据周边支承或拉接条件确定。
1.矩形截面墙、柱高厚比验算
矩形截面墙、柱的高厚比应按下式验算:有门窗洞口墙允许高厚比的修正系数自承重墙允许高厚比的修正系数高厚比:
砌体墙或柱计算高度与厚度的比值允许高厚比的取值:
墙体厚度h=240mm时,取1.2;墙体厚度h=90mm时,取1.5;中间插值。
h=120mmμ1=1.44。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
门窗洞口宽度示意图
取值时应注意:
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。【例16.1】
某办公楼底层局部平面如下图所示。采用钢筋混凝土空心板楼面,除自承重隔墙厚120mm外,其余墙体厚均为240mm。采用MU10烧结多孔砖及M5混合砂浆砌筑。底层层高4m,隔墙高3.6m,试验算各墙的高厚比是否满足要求。
2.带壁柱墙的高厚比验算
对于带壁柱墙,除应保证整片墙的刚度和稳定性外,还应保证壁柱间墙体的局部稳定性。所以带壁柱墙的高厚比验算包括两部分内容:即整片墙的高厚比验算和壁柱间墙的高厚比验算。1)整片墙的高厚比验算进行整片墙的高厚比验算时,视壁柱为墙体的一部分,整片墙的计算截面为T形,将T形截面按惯性距和面积相等的原则换算成矩形截面,换算后墙体的折算厚度为hT=3.5i,此时,整片墙的高厚比按下式验算:
b
=H0/hT≤m1m2[b] (16-2)式中H0——墙柱墙的计算高度,此时s取该墙两端拉结墙的间距按表16.3查取;
hT——带壁柱墙截面的折算厚度,hT=3.5i;
i——带壁柱墙截面的回转半径,i=;
A——带壁柱墙计算截面的面积;
I——带壁柱墙计算截面的惯性矩。图16.1带壁柱墙局厚比验算时s的取法
在确定带壁柱墙的计算截面时,其翼缘宽度bf应按下列规定采用:(1)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;(2)单层房屋,可取壁柱宽加2/3墙高,但不大于窗间墙的宽度和相邻壁柱间的距离。
2)壁柱间墙的高厚比验算在验算壁柱间墙的高厚比时,仍按公式(16-1)验算。计算时,壁柱间墙以壁柱作为墙体的侧向支承点,求计算高度H0时,应按刚性方案查表,此时s取相邻壁柱间的距离,H为壁柱间墙上下支承点的距离。
设有钢筋混凝土圈梁
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