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1、 第五章第五章 混合构造房屋墙、柱设混合构造房屋墙、柱设计计一、混合构造一、混合构造5-1 概述概述墙墙砌体砌体屋盖、楼盖、板屋盖、楼盖、板钢砼钢砼二、传力途径二、传力途径竖向荷载竖向荷载屋盖、楼盖屋盖、楼盖墙体墙体墙下根底墙下根底程度荷载程度荷载墙体墙体根底根底三、墙体分类三、墙体分类承重墙承重墙自承重墙自承重墙非承重墙非承重墙横墙横墙纵墙纵墙 一、横墙承重方案一、横墙承重方案5-2 构造布置构造布置荷载荷载板板横墙横墙根底根底横墙承重体系特点：横墙承重体系特点：1、房屋刚度较大、房屋刚度较大, 整体性较好；整体性较好；2、外纵墙维护、隔断、外纵墙维护、隔断, 便于设置门、窗；便于设置门、窗
2、；3、楼盖构造较简单、楼盖构造较简单, 但墙体用料较多、间距受限。但墙体用料较多、间距受限。 二、纵墙承重方案二、纵墙承重方案荷载荷载板板梁梁纵墙纵墙根底根底 纵墙承重体系特点：纵墙承重体系特点：1、建筑平面布置较灵敏；、建筑平面布置较灵敏；2、纵墙接受荷载较大、纵墙接受荷载较大, 通通 常设扶壁柱、常设扶壁柱、 门窗大小、门窗大小、 位置受限；位置受限；3、房屋横向刚度较横墙承、房屋横向刚度较横墙承 重体系差。重体系差。 三、纵横墙承重方案三、纵横墙承重方案纵横墙混合承重体系荷载荷载板板横、纵墙横、纵墙根底根底纵横墙承重体系特点：纵横墙承重体系特点：1、能顺应房屋平面布置的多种变化、能顺应房
3、屋平面布置的多种变化, 更为满足更为满足 建筑功能要求；建筑功能要求；2、纵、横两个方向的空间刚度均比较好。、纵、横两个方向的空间刚度均比较好。 四、内框架承重方案四、内框架承重方案图7-4 内框架承重体系荷载荷载柱柱柱下根底柱下根底内框架承重体系特点：内框架承重体系特点：1、开间大、开间大, 平面布置灵敏；平面布置灵敏；2、与全框架比、与全框架比, 可利用外墙承重可利用外墙承重, 节约资料；节约资料；3、横墙较少、横墙较少, 房屋空间刚度较差；房屋空间刚度较差；4、房屋由两种性能不同资料组成、房屋由两种性能不同资料组成, 荷载作用下荷载作用下 产生不同紧缩变形产生不同紧缩变形, 引起较大附加
4、内力。引起较大附加内力。荷载荷载外纵墙外纵墙根底根底 五、底部框架承重方案五、底部框架承重方案荷载荷载上部内、外墙上部内、外墙钢砼钢砼梁、柱梁、柱根底根底底部框架承重体系特点：底部框架承重体系特点： 1、纵向刚度变化大；、纵向刚度变化大； 2、底部内力变形较大。、底部内力变形较大。 注：注：从构造出发，设计时优先从构造出发，设计时优先选用横墙承重体系和纵横选用横墙承重体系和纵横墙混合承重体系墙混合承重体系一、单层、单跨、外纵墙承重厂房：一、单层、单跨、外纵墙承重厂房：5-3 按空间刚度分类按空间刚度分类程度荷载作用下：程度荷载作用下： 1 1、无山墙：、无山墙：计算单元计算单元: : 窗洞中线
5、间距内墙带窗洞中线间距内墙带y计算简图计算简图: :钢砼屋盖：钢砼屋盖： 梁梁砖墙：砖墙：柱柱节点：节点：铰结铰结柱端：柱端：固定端固定端平面排架平面排架 2 2、有山墙：、有山墙：R传力途径传力途径: :荷载荷载外墙外墙外墙根底外墙根底R2荷载荷载屋盖屋盖山墙山墙 山墙根底山墙根底R1RR1 R2空间任务形状空间任务形状 山墙山墙屋面程度梁屋面程度梁v 二、构造方案二、构造方案 1 1、弹性构造方案：、弹性构造方案：实验分析发现，房屋空间任务性能的主要影响要素实验分析发现，房屋空间任务性能的主要影响要素为楼盖屋盖程度刚度和横墙间距大小。为楼盖屋盖程度刚度和横墙间距大小。房屋静力计算根据房屋空
6、间任务性能分为刚性方案、房屋静力计算根据房屋空间任务性能分为刚性方案、弹性方案、刚弹性方案。弹性方案、刚弹性方案。房屋横墙间距较大、楼盖屋盖程度刚度较房屋横墙间距较大、楼盖屋盖程度刚度较 小时，房屋空间刚度较小；小时，房屋空间刚度较小；荷载作用下房屋程度位移中荷载作用下房屋程度位移中v v 较大，确定计算较大，确定计算 简图时不能忽略程度位移影响简图时不能忽略程度位移影响(v(vy)y)；可不思索空间任务性能可不思索空间任务性能(RR2)(RR2)；普通单层厂房、仓库、礼堂多属此种方案；普通单层厂房、仓库、礼堂多属此种方案； 可按屋架大梁与墙柱铰接、不思索可按屋架大梁与墙柱铰接、不思索 空间任
7、务性能的平面排架或框架计算；空间任务性能的平面排架或框架计算； 2 2、刚弹性构造方案：、刚弹性构造方案：房屋横墙间距较小、楼盖屋盖程度刚度加房屋横墙间距较小、楼盖屋盖程度刚度加 大，房屋空间刚度加大；大，房屋空间刚度加大；荷载作用下房屋程度位移中荷载作用下房屋程度位移中v v 减小，屋盖的总减小，屋盖的总 侧移侧移v v y y；可思索空间任务性能可思索空间任务性能(R2 R)(R2 R)且且R2R2RR；：空间性能影响系数：空间性能影响系数 (v(v)/y)/y按在墙、柱有弹性支座思索空间任务性能按在墙、柱有弹性支座思索空间任务性能 的平面排架或框架计算的平面排架或框架计算 弹性方案弹性方
8、案 刚弹性方案刚弹性方案 3 3、刚性构造方案：、刚性构造方案：房屋横墙间距更小、楼盖屋盖程度刚度更房屋横墙间距更小、楼盖屋盖程度刚度更 大时，房屋空间刚度大；大时，房屋空间刚度大；荷载作用下房屋程度位移很小，可视墙、柱顶荷载作用下房屋程度位移很小，可视墙、柱顶 端程度位移为端程度位移为0 0 ；将楼盖或屋盖视为墙、柱的程度不动铰支座，将楼盖或屋盖视为墙、柱的程度不动铰支座， 墙、柱内力按不动铰支承的竖向构件计算；墙、柱内力按不动铰支承的竖向构件计算；普通多层砌体房屋属此种方案；普通多层砌体房屋属此种方案； 刚性方案刚性方案屋盖或楼盖的类别屋盖或楼盖的类别刚性刚性方案方案刚弹性刚弹性方案方案弹
9、性弹性方案方案1 1整体式、装配整体式和整体式、装配整体式和装配式无檩体系钢砼屋装配式无檩体系钢砼屋盖或钢砼楼盖盖或钢砼楼盖S722 2装配式有檩体系钢砼屋装配式有檩体系钢砼屋盖、轻钢屋盖和有密铺盖、轻钢屋盖和有密铺望板的木屋盖或木楼盖望板的木屋盖或木楼盖瓦材屋面的木屋盖和轻瓦材屋面的木屋盖和轻钢屋盖钢屋盖S483 3S36静力计算方案静力计算方案一、刚性构造方案房屋、承重纵墙计算：一、刚性构造方案房屋、承重纵墙计算：5-4 砌体房屋墙柱计算砌体房屋墙柱计算 1 1、多层、竖向荷载作用下：、多层、竖向荷载作用下：计算单元计算单元: : 一个开间窗洞中线间距内竖向墙带一个开间窗洞中线间距内竖向墙
10、带竖向荷载竖向荷载: :NlNu0.4a0 Nu :上层楼盖、屋盖传来的恒、活载，墙自重；上层楼盖、屋盖传来的恒、活载，墙自重；Nu作用点：上层楼层墙、柱截面中心作用点：上层楼层墙、柱截面中心Nl:本层楼盖传来恒、活载本层楼盖传来恒、活载 Nl作用点：作用点： 距内墙面距内墙面0.4a0计算简图计算简图: :梁、板深化到墙体内，使墙体遭到减弱，梁、板深化到墙体内，使墙体遭到减弱，不能承当弯矩，简化为铰；不能承当弯矩，简化为铰；下端轴力较大，弯矩小，也可简化为铰。下端轴力较大，弯矩小，也可简化为铰。梁底梁底梁顶梁顶最不利截面及最不利截面及 内力计算内力计算: :本层楼盖底面本层楼盖底面-窗口上边
11、缘窗口上边缘-窗口下边缘窗口下边缘 - 下层楼盖顶面下层楼盖顶面-截面：截面：21eNeNMulIe1h/20.4a0 e2:上下截面形心间距上下截面形心间距ulINNN-、 - 截面：截面：-截面：截面：NNNh3Nh3:h3范围内自重设计值范围内自重设计值NNNh2Nh2:h2范围内自重设计值范围内自重设计值M0NNNh1按偏压构件计算按偏压构件计算: :AfN 2 2、多层、程度荷载作用下：、多层、程度荷载作用下：计算简图计算简图: :两端铰支的竖向延续梁两端铰支的竖向延续梁计算截面计算截面: :跨中、支座跨中、支座内力计算内力计算: :122iwHM W沿楼层高均布风荷载设计值沿楼层高
12、均布风荷载设计值 Hi层高层高 可不思索程度荷载作用的情况可不思索程度荷载作用的情况: :洞口程度截面积不超越全截面积的洞口程度截面积不超越全截面积的2/3层高、总高满足限值要求层高、总高满足限值要求屋面自重屋面自重 0.8KN/m2 3 3、单层房屋竖向、程度荷载：、单层房屋竖向、程度荷载：计算单元计算单元: : 取一个开间墙体作为计算单元；取一个开间墙体作为计算单元；取取1m长墙体作为计算单元长墙体作为计算单元 计算简图计算简图: :墙、柱视为上端不动铰支承于屋盖，下端嵌固于根底墙、柱视为上端不动铰支承于屋盖，下端嵌固于根底计算荷载计算荷载: :1)屋面荷载：包括屋盖自重、屋面活荷载屋面荷
13、载：包括屋盖自重、屋面活荷载(或雪荷载或雪荷载)荷载以集中力荷载以集中力Nl方式经过屋架或屋面梁作用于墙体顶端；方式经过屋架或屋面梁作用于墙体顶端；Nl到墙内边取到墙内边取0.4a0 ，简图上轴向力，简图上轴向力Nl和弯矩和弯矩M Nl el2)风荷载风荷载(对不思索抗震构造对不思索抗震构造) ： 包括作用于墙面上和屋面上的风荷载包括作用于墙面上和屋面上的风荷载屋面上风载简化为作用于墙顶屋面上风载简化为作用于墙顶的集中力的集中力W纵墙不产生内力；纵墙不产生内力；墙面风荷载为均布荷载墙面风荷载为均布荷载q1、q2 ;迎风面为压力，背风面为吸力；迎风面为压力，背风面为吸力；3)墙体自重：墙体自重：
14、按砌体自重按砌体自重(包括内外粉刷和门窗自重包括内外粉刷和门窗自重)进展计算；进展计算；作用于墙体轴线上；作用于墙体轴线上；内力计算内力计算: :2ABMMHMRRBA231)屋面荷载作用下：屋面荷载作用下：llAeNMM2)风荷载作用下：风荷载作用下：屋面风载在纵墙体内不产生内力屋面风载在纵墙体内不产生内力墙面风载产生内力可按下式计算墙面风载产生内力可按下式计算83qHRAqHRB85281qHMB3)墙体自重按实践情况思索墙体自重按实践情况思索控制截面控制截面: :顶部、在风载作用下弯矩最大截面、下端顶部、在风载作用下弯矩最大截面、下端MAMBRARBMBRARB等截面：轴力；变截面：有弯
15、矩等截面：轴力；变截面：有弯矩上端自在、底端固定的悬臂构件上端自在、底端固定的悬臂构件 二、刚性构造方案房屋、承重横墙计算：二、刚性构造方案房屋、承重横墙计算： 1 1、程度荷载作用下：、程度荷载作用下：可忽略不计可忽略不计 2 2、竖向荷载作用下：、竖向荷载作用下：计算单元计算单元取取1m宽墙带；宽墙带；取洞口中心线间墙体；取洞口中心线间墙体；支承梁间距中的墙体支承梁间距中的墙体.计算简图计算简图: :同刚性方案承重纵墙要求同刚性方案承重纵墙要求计算荷载计算荷载: :Nu0.4a0 Nu :上层楼盖、屋盖恒、活载，墙自重；上层楼盖、屋盖恒、活载，墙自重；Nu作用点：上层楼层墙、柱截面中心作用
16、点：上层楼层墙、柱截面中心Nl:本层楼盖本层楼盖(左、右侧左、右侧)传来恒、活载传来恒、活载 Nl作用点：距内墙面作用点：距内墙面0.4a0NllNrl0.4a0 轴压构件轴压构件最不利截面最不利截面: :每层底部截面每层底部截面Nmax按轴压构件计算按轴压构件计算: :AfN每层各截面可取一样每层各截面可取一样值计算值计算 三、弹性构造方案房屋墙柱计算：三、弹性构造方案房屋墙柱计算： 1 1、单层：、单层：有侧移平面排架有侧移平面排架计算简图计算简图: :EA=竖向荷载下内力计算竖向荷载下内力计算: :柱顶程度位移为柱顶程度位移为0HNlel Nlel MBMAMBMA2MMMBBllAAe
17、NMMM程度荷载下内力计算程度荷载下内力计算: :q1 q2 Fwq1 q2 Fw RARB + +R=RARBHqFRwA183HqRB283程度支杆反力程度支杆反力 2 2、多层：、多层：普通不采取弹性方案普通不采取弹性方案 四、刚弹性构造方案房屋墙柱计算：四、刚弹性构造方案房屋墙柱计算： 1 1、单层：、单层：RR + + 2 2、多层：、多层：可按刚性方案多层房屋计算可按刚性方案多层房屋计算竖向荷载竖向荷载: :空间性能影响系数空间性能影响系数i 可按单层房可按单层房屋的空间性能影响系数采用屋的空间性能影响系数采用P76表表5-3，偏于平安，偏于平安程度荷载程度荷载: :程度荷载下计算
18、步骤程度荷载下计算步骤: :q1)计算单元：一个开间的多层房屋为计算单元计算单元：一个开间的多层房屋为计算单元2)计算简图：计算简图： 在各层横梁与柱结合点处加上不动铰支座；在各层横梁与柱结合点处加上不动铰支座； 计算各杆内力及不动铰支座反力计算各杆内力及不动铰支座反力 Ri ；RnRiR2R13)思索空间作用，计算各思索空间作用，计算各iRi作用下各柱内力；作用下各柱内力； nRniRi2R21R14)叠加叠加2)、 3)中内力中内力 各构造方案房屋静力计算法小结：各构造方案房屋静力计算法小结：按屋架大梁与墙柱铰接，不思索空间按屋架大梁与墙柱铰接，不思索空间任务的平面排架或框架计算。任务的平
19、面排架或框架计算。弹性方案房屋静力计算弹性方案房屋静力计算: :按屋架大梁与墙柱铰接，思索空间工按屋架大梁与墙柱铰接，思索空间工作的平面排架或框架计算，且空间任务性能影作的平面排架或框架计算，且空间任务性能影响系数为响系数为i P76表表5-3 。刚弹性方案房屋静力计算刚弹性方案房屋静力计算: :刚性方案房屋静力计算刚性方案房屋静力计算: :单层：单层：墙柱视为上端不动铰支承于屋盖，墙柱视为上端不动铰支承于屋盖，下端嵌固于根底的竖向构件下端嵌固于根底的竖向构件多层：多层：竖向荷载下：墙柱在每层高范围内竖向荷载下：墙柱在每层高范围内 近似为两端铰支竖向构件近似为两端铰支竖向构件程度荷载下：墙柱视
20、为竖向延续梁程度荷载下：墙柱视为竖向延续梁一、墙柱允许高厚比一、墙柱允许高厚比5-5 构造措施构造措施 1 1、控制高厚比目的：、控制高厚比目的：hH0表征刚度、表征刚度、稳定性稳定性保证构件不因过于细长而丧失稳定，满足强度保证构件不因过于细长而丧失稳定，满足强度 要求的同时具有足够稳定性；要求的同时具有足够稳定性；控制高厚比使墙、柱具有足够刚度，防止出现控制高厚比使墙、柱具有足够刚度，防止出现 过大侧向变形；过大侧向变形；保证施工中平安；保证施工中平安； 2 2、允许高厚比影响要素：、允许高厚比影响要素：砂浆等级砂浆等级横墙间距横墙间距S S构造支承条件构造支承条件砌体截面方式砌体截面方式构
21、件重要性及房屋运用情况构件重要性及房屋运用情况 3 3、验算对象：、验算对象：承重柱承重柱无壁柱墙无壁柱墙带壁柱墙带壁柱墙带构造柱墙带构造柱墙自承重墙、非承重墙自承重墙、非承重墙二、墙柱高厚比验算二、墙柱高厚比验算 1 1、无壁柱墙及矩形截面柱：、无壁柱墙及矩形截面柱： 210hH1:自承重墙修正系数自承重墙修正系数h=240mm，11.2h= 90mm，11.52:有门窗洞口墙的修正系数有门窗洞口墙的修正系数 Sbs4 . 012S: 验算墙片总长度验算墙片总长度bs : S范围内洞口总宽度范围内洞口总宽度 7 . 022 : 洞口高度洞口高度1/5墙高时，取墙高时，取21.0 2 2、带壁
22、柱墙：、带壁柱墙：除了验算整片墙高厚比外，除了验算整片墙高厚比外，还验算壁柱间墙的高厚比还验算壁柱间墙的高厚比bf :T形截面的计算翼缘宽度形截面的计算翼缘宽度 210ThH多层：有门窗洞口墙段，取窗间墙宽度多层：有门窗洞口墙段，取窗间墙宽度多层：无门窗洞口，每侧翼缘可取多层：无门窗洞口，每侧翼缘可取1/31/3壁柱高度壁柱高度单层：取单层：取bf =b+2H/3bf =b+2H/3b b：壁柱宽度，：壁柱宽度，H H：墙高：墙高 且不大于窗间墙宽度和相邻壁柱间间隔且不大于窗间墙宽度和相邻壁柱间间隔带壁柱墙的计算高度带壁柱墙的计算高度H0应取应取s为相邻横墙间间隔为相邻横墙间间隔2 2壁柱间墙
23、的高厚比部分：壁柱间墙的高厚比部分：1 1整片墙的高厚比：整片墙的高厚比：矩形截面矩形截面 210hH计算计算H0时，时，S取壁柱间的间隔取壁柱间的间隔H0的值一概按刚性方案选用的值一概按刚性方案选用 3 3、带构造柱墙：、带构造柱墙： 门窗洞口宽度示意图1 1整片墙的高厚比：整片墙的高厚比： chH210h:墙体厚墙体厚确定墙体计算高度确定墙体计算高度H0应取应取s为相邻横墙间间隔为相邻横墙间间隔c:墙体允许高厚比修正系墙体允许高厚比修正系数数细料石、半细料石：细料石、半细料石： = 0 = 0砼砌块、粗料石、毛料石及毛石砌体：砼砌块、粗料石、毛料石及毛石砌体： =1.0=1.0其他砌体：其
24、他砌体： =1.5 =1.5lbcc1: 思索砌体种类的系数思索砌体种类的系数bc : 构造柱宽度沿墙长方向构造柱宽度沿墙长方向l : 构造柱间距构造柱间距bc / l0.25：取：取bc / l = 0.25；bc / l0.05：取：取 bc / l = 02 2构造柱间墙的高厚比：构造柱间墙的高厚比：计算墙体计算墙体H0时，时，S取构造柱间的间隔取构造柱间的间隔同壁柱间墙部分高厚比验算同壁柱间墙部分高厚比验算三、裂痕三、裂痕 1 1、裂痕对房屋性能的影响：、裂痕对房屋性能的影响：外观外观防水、防渗、保温性能防水、防渗、保温性能整体性、承载才干、耐久性和抗震性能整体性、承载才干、耐久性和抗
25、震性能2 2、裂痕构成缘由：、裂痕构成缘由：设计、施工设计、施工环境温度变化环境温度变化 温度裂痕温度裂痕资料资料 干缩裂痕自收缩干缩裂痕自收缩地基不均匀沉降地基不均匀沉降 沉降裂痕沉降裂痕3 3、温度与干缩裂痕形状：、温度与干缩裂痕形状：温度程度裂痕多发生在女儿墙根部、屋面板底温度程度裂痕多发生在女儿墙根部、屋面板底 部、圈梁底部附近以及比较空阔高大房间的顶部、圈梁底部附近以及比较空阔高大房间的顶 层外墙门窗洞口上下程度位置层外墙门窗洞口上下程度位置温度八字裂痕多发生在房屋顶层墙体的两端，温度八字裂痕多发生在房屋顶层墙体的两端， 多数出如今门窗洞口上下，呈八字形多数出如今门窗洞口上下，呈八字
26、形程度裂痕程度裂痕八字裂痕八字裂痕垂直贯穿裂痕垂直贯穿裂痕部分垂直贯穿裂痕部分垂直贯穿裂痕4 4、地基发生过大不均匀沉降而产生的裂痕、地基发生过大不均匀沉降而产生的裂痕形状：形状：正八字形裂痕正八字形裂痕倒八字形裂痕倒八字形裂痕斜向裂痕斜向裂痕斜向竖向裂痕斜向竖向裂痕5 5、防止或减轻墙体裂痕的原理：、防止或减轻墙体裂痕的原理：合理的构造布置合理的构造布置加强房屋构造的整体刚度加强房屋构造的整体刚度设置沉降缝、收缩缝设置沉降缝、收缩缝6 6、防止或减轻墙体裂痕的措施：、防止或减轻墙体裂痕的措施：对温度和干缩引起的裂痕，可在墙体中设置对温度和干缩引起的裂痕，可在墙体中设置 伸缩缝；伸缩缝应设在因温度和收缩变形引伸缩缝；伸缩缝应设在因温度和收缩变形引
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