砌体结构第5章 混合结构房屋的墙体设计

第5章混合结构房屋的墙体设计5.1混合结构房屋的承重体系及静力计算方案5.1.1混合结构房屋的墙体布置和承重体系在混合结构中，一般将平行于房屋长向的墙体称为纵墙，平行于房屋短向的墙体称为横墙，房屋四周与外界相隔的墙体称为外墙，其余称内墙。(1)横墙承重体系图5.1横墙承重体系横墙承重体系的房屋，其楼面荷载传递的主要路线是：楼面板→横墙→根底→地基横墙承重体系房屋的特点是：①横墙是主要承重墙，纵墙只承受墙体自重，并起围护、隔断和将横墙连成整体的作用。②由于横墙间距较小(一般为3～4.5m之间)，又有纵墙拉结。③横墙承重体系楼盖结构简单，施工方便。(2)纵墙承重体系纵墙承重体系是指纵墙直接承受楼、屋面荷载的结构布置体系。传递路线是：板→屋面大梁(或屋架)→纵墙→根底→地基图5.2纵墙承重体系纵墙承重体系的特点：①纵墙是主要承重墙，室内空间较大，有利于使用上灵活布置。②纵墙上所受荷载较大，在纵墙上设置门窗洞口时将受到一定的限制。③横墙的数量较少，房屋横向刚度较差。④与横墙承重体系相比，墙体材料用量较小，楼面材料用量较多。(3)纵横墙承重体系图5.3传递路线是纵横墙承重方案房屋的特点：①适用于多层的塔式住宅大楼，所有的墙体都承受楼面传来的荷载，且房屋在两个相互垂直的方向上刚度均较大，有较强的抗风能力；②在占地面积相同的条件下，外墙面积较少；③砌体应力分布较均匀，可以减少墙厚，或墙厚相同时房屋可做得较高，且地基土压应力分布均匀。(4)内框架承重体系主要传递路线是它的特点：①墙和柱都是主要承重构件。②由于竖向承重构件的材料不同，钢筋混凝土柱和砖墙的压缩性能不一样，以及柱根底和墙根底的沉降量也不容易一致，设计时如处理不当，结构容易产生不均匀的竖向变形，使结构中产生较大的附加内力；③横墙较少，房屋的空间刚度较差，对抗震不利，在地震区应慎重使用这种结构体系。5.1.2混合结构房屋的静力计算方案根据房屋的空间工作性能，采用不同的计算模型，这就是标准规定的三种计算方案，即弹性方案、刚弹性方案和刚性方案。图5.5所示为一单层房屋，两端无山墙，预制钢筋混凝土屋面板和屋面大梁，屋面大梁支承于两端外纵墙上，中间不设横墙。图5.5在这类房屋中，竖向荷载的传递路线是：屋面板→屋面大梁→外纵墙根底→地基。水平荷载的传递路线是：纵墙→纵墙根底→地基。图5.6如果将图5.5中的结构两端多加设两道山墙，如图5.6所示。在水平荷载作用下，将按如下模式传递：假设us很小，接近于0，这类房屋的空间刚度很好，屋盖可以看作是墙、柱上端的不动铰支座。在荷载作用下，墙柱内力按下端固定，上端有不动铰支座的竖向构件来进行分析。以此模型计算，称为刚性方案房屋。假设us≈up，这类房屋的空间刚度很小。虽然两端也设有山墙，但由于山墙距离太大，或山墙本身刚度很差。屋盖的水平刚度很差，墙顶最大水平位移接近于平面受力结构。在荷载作用下，墙柱内力分析仍按不考虑空间作用的平面结构来分析。以此模型计算，称为弹性方案房屋。介于二者之间，即0＜us<up，这类房屋的受力状态既不同于弹性方案，又不同于刚性方案，标准中引入空间性能影响系数η来考虑此类房屋的整体作用。称为刚弹性方案。空间性能影响系数η表示房屋的整体空间作用对侧移的影响。也称为侧移影响系数。标准规定作为刚性和刚弹性方案的房屋横墙应符合以下要求：①横墙中没有洞口或虽开有洞口，但洞口的水平截面积不超过横墙全截面面积的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，不宜小于其总高度的一半。当门窗洞口的水平截面面积不超过横墙截面面积的75%时，ｕmax可按下式计算。图5.7多层房屋也可仿照上述方法进行计算。按这一计算模型，由理论分析给出空间性能影响系数为：第一类屋盖k=0.03第二类屋盖k=0.05第三类屋盖k=0.0655.2墙、柱高厚比验算5.2.1允许高厚比允许高厚比的限值主要是根据实践经验规定的。它反映在一定的时期内材料的质量和施工的水平。标准中规定的验算方法，是结合我国的工程经验，综合考虑以下各种因素后拟定的：①砂浆强度等级。②砌体类型。③横墙间距。④支承条件。⑤砌体截面形式。⑥构件重要性和房屋的使用情况。5.2.2高厚比验算(1)矩形截面墙、柱高厚比验算(2)带壁柱墙的高厚比验算1)整片墙的高厚比验算2)壁柱间墙高厚比验算5.2.3计算例如5.3刚性方案房屋墙体计算5.3.1单层房屋承重纵墙的计算(1)竖向荷载作用图5.11(2)风荷载作用图5.125.3.2多层房屋承重纵墙的内力计算(1)计算单元的选取图5.13(2)竖向荷载作用下纵墙的内力计算1)每层楼盖传到墙上的竖向压力为N1图5.142)上层传来的竖向压力N03)本层墙体的自重G(3)水平荷载作用下纵墙的内力计算由风荷载设计值W引起的弯矩可按下式计算：(4)选择控制截面进行承载力验算承载力验算必须确定所需验算的截面。5.3.3多层房屋承重横墙的计算(1)选取计算单元和计算简图图5.16横墙计算单元(宽度取1.0m，长度取相邻两侧各1/2开间)上的荷载(图5.17)包括：1)由上层传来的轴向力Nu，作用于上层横墙下端截面重心处。2)左右两边的屋盖或楼盖传来的轴向力Npl、Npr，其作用点距离墙边的距离为c。对于屋面板来说，c＝0.33a0；对于楼板来说，c＝0.4a0，此处a0为有效支承长度。3)本层墙自重G，即本层楼板底面到所计算的横截面之间的一段墙体自重，作用于本层墙体重心处。(2)控制截面的承载力计算5.3.4计算例如5.4弹性方案房屋墙(柱)的计算图5.19图5.19(a)为单层单跨弹性房屋在风荷载作用下的计算简图，其计算步骤如下：①先在排架横梁水平处(右端)加上一个不动铰支承，阻止其侧移发生(图5.19(b))，同刚性方案一样计算出墙、柱内力和该不动铰支承中的水平反力。在W、q1、q2共同作用下的内力为：②再将已求出的假设柱顶支座反力反方向作用在排架顶端(如图5.19(c)用剪力分配法求出这种情形的内力。当两柱的抗剪刚度相等时，每根柱剪力分配系数μ＝0.5，得图5.205.5刚弹性方案房屋墙(柱)的计算5.5.1单层混合结构房屋墙(柱)的计算把屋盖视为墙、柱水平方向的弹性支座，墙、柱下端固定于根底顶面，其计算简图如图5.21所示。图5.21图5.22Va2=μaη(Ra+Rb)Vb2=μbη(Ra+Rb)柱底弯矩：5.5.2多层混合结构房屋墙(柱)的计算(1)上柔下刚多层房屋的计算(2)上刚下柔方案多层房屋的计算5.6地下室墙体的计算5.6.1地下室墙体的荷载(1)竖向荷载地下室顶板、梁传来的轴向力N1，N1的偏心距e1图5.25(2)土壤侧压力和静水压力(5.22)根底底面处的土压力qs(3)室外地面荷载均布活荷载p可折算成土层厚度h1，称为当量土层，其高度为h1=p/γ，并近似地认为当量土层对地下室墙体产生的侧压力ql为：5.6.2地下室墙体的内力计算和控制截面(1)计算简图如图5.26。(2)内力计算如图5.26(a)。图5.26(3)控制截面地下室墙体一般要进行三个截面的验算。1)地下室墙体上部截面(即Ⅰ-Ⅰ截面)2)地下室墙体的下部截面(即Ⅱ-Ⅱ截面)3)跨中最大弯矩截面(即Ⅲ-Ⅲ截面)5.6.3计算例如5.7墙、柱刚性根底设计5.7.1刚性根底的类型和材料刚性根底按构造常分为条形根底，单独根底。如图5.28所示。刚性根底按材料的不同分为砖根底、毛石根底和混凝土根底等。(1)砖根底砖根底的剖面形式可以采用等高大放脚［图5.29(a)］和不等高大放脚［图5.29(b)］两种。通常台阶宽度为60mm，高度为120mm。图5.28图5.29(2)碎砖三合土根底碎砖三合土根底是由石灰∶砂∶碎砖按体积比1∶2∶4～1∶3∶6进行混合，加适量水搅拌均匀后，分层夯实而成。如图5.30。图5.30图5.31(3)毛石根底毛石根底用毛石砌成阶梯形，每阶高度和毛石墙的厚度不宜小于400mm(图5.31)。(4)混凝土和毛石混凝土根底混凝土或毛石混凝土根底常采用C10或C15混凝土或在混凝土掺入20％～30％的毛石，毛石强度等级不低于MU20。图5.32图5.335.7.2刚性根底台阶的容许宽高比一般由根底台阶的宽高比控制，即要求5.7.3根底埋置深度根底的埋置深度，一般是指根底底面距室外设计地面的距离［图5.34(a)］，记为d/m，简称埋深。图5.34根底埋置深度按以下条件确定：①根底埋置应大于气候变化或树木生长导致地基土胀缩，以及其他生物活动形成孔洞等可能到达的深度，除岩石地基外，不宜小于0.5m。②为了保护根底不受外力碰撞，一般要求根底顶面低于室外设计地面至少0.1m。③对靠近原有建筑物根底修建的新根底，其埋深不宜超过原有根底的底面，否那么新、旧根底应保存一定的净距，其值依原有根底荷载和地基土质而定，且不宜小于该相邻根底底面高差的1~2倍。④根底底面应位于冰冻线以下0.1～0.2m，以免季节交替时冻融循环引起建筑物沉降和倾斜。⑤如果根底邻近有管道或沟、坑等设施时，根底底面一般应低于这些设施的底面。5.7.4墙、柱根底的计算(1)选择计算单元图5.35(2)轴心受压条形根底的计算1)按承载力计算2)按刚性角控制3)综合考虑墙和柱的截面尺寸，根底材料和建筑模数