第4章 墙体设计.ppt
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1、第4章 墙体设计1.1.了解房屋空间工作性能的概念及影响因素;了解房屋空间工作性能的概念及影响因素;2.2.理解理解房屋静力计算房屋静力计算方案的方案的种类及确定方法种类及确定方法。3 3、掌握掌握单、多层刚性方案房屋计算方法单、多层刚性方案房屋计算方法4、掌握墙柱高厚比验算、掌握墙柱高厚比验算第第4 4章章 墙体设计墙体设计 教学目标:教学目标:第4章 墙体设计房屋静力计算方案的种类及确定方法、房屋静力计算方案的种类及确定方法、单层、多层刚性方案房屋计算方法墙柱高厚比验算墙柱高厚比验算。重重 点点难难 点点房屋空间工作性能的概念及影响因素。房屋空间工作性能的概念及影响因素。第4章 墙体设计水
2、平承重构件水平承重构件竖向承重构件竖向承重构件屋盖屋盖楼盖楼盖钢筋混凝土、木材钢筋混凝土、木材墙、柱、基础墙、柱、基础砌体材料砌体材料砌体结构砌体结构(混合结构)(混合结构)1、建筑结构布置、建筑结构布置承重墙体的布置承重墙体的布置确定墙体承重体系确定墙体承重体系2、确定房屋静力计算方案、确定房屋静力计算方案确定墙、柱的计算模型确定墙、柱的计算模型3、强度计算、强度计算内力分析内力分析截面设计截面设计构造处理构造处理4、变形(侧移)和稳定计算、变形(侧移)和稳定计算5、施工图、施工图截面尺寸截面尺寸材料选择材料选择承载力计算承载力计算墙、柱设计步骤墙、柱设计步骤4.1 房屋墙柱内力分析方法房屋
3、墙柱内力分析方法第4章 墙体设计第第4 4章章 墙体设计墙体设计 结构的整体稳固性是指当结构发生局部破坏时,结构的整体稳固性是指当结构发生局部破坏时,不引发大范围倒塌的的性能,也称为鲁棒性。不引发大范围倒塌的的性能,也称为鲁棒性。结构设计安全控制应从四个方面入手:结构设计安全控制应从四个方面入手:1.结构方案;结构方案;2.内力分析;内力分析;3.截面计算;截面计算;4.连接构造。连接构造。4.1.1 砌体结构的整体稳固性砌体结构的整体稳固性第4章 墙体设计第第4 4章章 墙体设计墙体设计 1.1.横墙承重横墙承重 当当房房屋屋开开间间不不大大(一一般般为为3 34.5m)4.5m),横横墙墙
4、间间距距较较小小,将将楼楼(或或屋屋面面)板板直直接接搁搁置置在在横横墙墙上上的的结结构构布布置置称称为为横横墙墙承承重重方方案案:房房间间的的楼楼板板支支承承在在横横墙墙上上,纵纵墙墙仅仅承受本身自重。承受本身自重。横墙承重方案的荷载主要传递路线为:横墙承重方案的荷载主要传递路线为:楼楼(屋)(屋)面板面板横墙横墙基础基础地基。地基。纵纵墙墙门门窗窗开开洞洞受受限限较较少少、横横向向刚刚度度大大、抗抗震震性性能能好好。适适用用于于多多层层宿宿舍舍等等居居住住建建筑筑以以及及由由小小开开间间组组成成的的办公楼。办公楼。4.1.2 混合结构房屋的结构布置混合结构房屋的结构布置第4章 墙体设计第第
5、4 4章章 墙体设计墙体设计第4章 墙体设计 6.1 6.1 混合结构房屋的结构布置混合结构房屋的结构布置 2.2.纵纵墙承重墙承重 对对于于要要求求有有较较大大空空间间的的房房屋屋(如如厂厂房房、仓仓库库)或或隔隔墙墙位位置置可可能能变变化化的的房房屋屋,通通常常无无内内横横墙墙或或横横墙墙间间距距很很大大,因因而而由由纵纵墙墙直直接接承承受受楼楼面面、屋屋面面荷荷载载的的结结构构布布置置方方案案即即为为纵纵墙墙承承重重方方案案:其其屋屋盖盖为为预预制制屋屋面面大大梁梁或或屋屋架和屋面板。架和屋面板。这类房屋的屋面荷载这类房屋的屋面荷载(竖向竖向)传递路线为:传递路线为:板板梁梁(或屋架或屋
6、架)纵墙纵墙基础基础地基。地基。纵墙门窗开洞受限、整体性差。纵墙门窗开洞受限、整体性差。适用于单层厂房、仓库、食堂。适用于单层厂房、仓库、食堂。第4章 墙体设计第4章 墙体设计 3.3.纵、横墙承重纵、横墙承重 当当建建筑筑物物的的功功能能要要求求房房间间的的大大小小变变化化较较多多时时,为为了了结结构构布布置置的的合合理理性性,通通常常采采用用纵纵横横墙墙布布置置方方案案,纵纵横横墙墙承承重重方方案案,既既可可保保证证有有灵灵活活布布置置的的房房间间,又又具具有有较较大大的的空空间间刚刚度度和和整整体体性性,所所以以适适用用于于教教学学楼楼、办办公公楼、多层住宅等建筑。楼、多层住宅等建筑。此
7、类房屋的荷载传递路线为:此类房屋的荷载传递路线为:楼楼(屋屋)面板面板 基础基础地基。地基。第4章 墙体设计第4章 墙体设计 4.4.内框架承重内框架承重 对对于于工工业业厂厂房房的的车车间间、仓仓库库和和商商店店等等需需要要较较大大空空间间的的建建筑筑,可可采采用用外外墙墙与与内内柱柱同同时时承承重重的的内内框框架架承承重重方方案案,该该结结构构布布置置为为楼楼板板铺铺设设在在梁梁上上,梁梁两两端端支支承承在在外纵墙上,中间支承在柱上外纵墙上,中间支承在柱上。此类房屋的竖向荷载的传递路线为:此类房屋的竖向荷载的传递路线为:楼楼(屋屋)面板面板梁梁 地基。地基。平面布置灵活、抗震性能差。应充分
8、注意平面布置灵活、抗震性能差。应充分注意两种不同结构材料所引起的不利影响。两种不同结构材料所引起的不利影响。第4章 墙体设计 单排柱到顶的内框架结构适合23层建筑(地震区禁用)底层内框架结构适合2层建筑(地震区禁用)多排柱内框架结构适合轻工厂房和商业用房 适用范围 第4章 墙体设计 5.5.底部框架承重底部框架承重 对对于于底底层层为为商商场场、展展览览厅厅、食食堂堂等等需需设设置置大大空空间间,而而上上部部各各层层为为住住宅宅、宿宿舍舍、办办公公室室的的建建筑筑,可可采采用用底底部部框框架架承承重重方方案案。该该结结构构底底部部以以柱柱代代替替内内外外墙墙,墙墙和和柱柱都都为为主主要要承承重
9、重构构件件,上上刚刚下下柔柔,刚刚度度在在底底层层和和第第二二层间发生突变层间发生突变。此类房屋的竖向荷载的传递路线为:此类房屋的竖向荷载的传递路线为:上上部部几几层层梁梁板板荷荷载载内内外外墙墙体体结结构构转转化化层层钢钢筋混凝土梁筋混凝土梁柱柱基础基础地基。地基。底底层层平平面面布布置置灵灵活活、但但刚刚度度突突变变对对抗抗震震性性不不利利,需考虑上、下层抗侧移刚度比。需考虑上、下层抗侧移刚度比。第4章 墙体设计第第6 6章章 混合结构房屋墙体设计混合结构房屋墙体设计 6.1 6.1 混合结构房屋的结构布置混合结构房屋的结构布置第4章 墙体设计4.1.3 房屋的空间工作性能房屋的空间工作性
10、能 风荷载风荷载纵墙纵墙纵墙基础纵墙基础地基地基风荷载风荷载纵墙纵墙纵墙基础纵墙基础屋盖结构屋盖结构山墙山墙山墙基础山墙基础地基地基两端无山墙两端无山墙两端有山墙两端有山墙(平面受力体系)(平面受力体系)(空间受力体系)(空间受力体系)us=u+u1up 第4章 墙体设计由于山墙或横墙的存在,改变了水平荷载的传递路线,使房屋有了空由于山墙或横墙的存在,改变了水平荷载的传递路线,使房屋有了空间作用,而且,两端山墙的距离越近,或增加越多的横墙,屋盖的水间作用,而且,两端山墙的距离越近,或增加越多的横墙,屋盖的水平刚度越大,房屋的空间作用越大,即空间性能越好,则水平侧移平刚度越大,房屋的空间作用越大
11、,即空间性能越好,则水平侧移us越小。越小。结论:结论:房屋空间作用的大小可以用空间性能影响系数房屋空间作用的大小可以用空间性能影响系数表示表示=us/up=1-1/chks1 s 横横墙墙间间距距us 考虑了空间工作时,外荷载作用下房屋排架水平位移的最大考虑了空间工作时,外荷载作用下房屋排架水平位移的最大值值up 在外荷载作用下,平面排架的水平位在外荷载作用下,平面排架的水平位移移k 弹性系数,取决于屋盖刚弹性系数,取决于屋盖刚度度值愈大,表示整体房屋的水平侧移与平面排架的侧移愈接近,即房屋空间值愈大,表示整体房屋的水平侧移与平面排架的侧移愈接近,即房屋空间作用愈小;反之,作用愈小;反之,愈
12、小,房屋的水平侧移愈小,房屋的空间作用愈大。愈小,房屋的水平侧移愈小,房屋的空间作用愈大。影响房屋刚度或侧移大小的重要因素影响房屋刚度或侧移大小的重要因素 Ch为双曲余弦第4章 墙体设计 又称为考虑空间工作后的侧移折减系数,可又称为考虑空间工作后的侧移折减系数,可以用弹性地基上的剪切深梁模型来计算。以用弹性地基上的剪切深梁模型来计算。横墙间距横墙间距s s是影响房屋刚度或侧移大小的重要是影响房屋刚度或侧移大小的重要因素。不同横墙间距的房屋各层的空间性能影响因素。不同横墙间距的房屋各层的空间性能影响系数可按表系数可按表4-14-1查用。查用。第4章 墙体设计4.1.4、房屋静力计算方案、房屋静力
13、计算方案(一)刚性方案(一)刚性方案(二)弹性方案(二)弹性方案(三)刚弹性方案(三)刚弹性方案 楼(屋)盖楼(屋)盖墙、柱的墙、柱的不动铰支座不动铰支座 楼(屋)盖楼(屋)盖墙、柱的墙、柱的滚动铰支座滚动铰支座 楼(屋)盖楼(屋)盖墙、柱的墙、柱的弹性支座弹性支座 刚性方案刚性方案 弹性方案弹性方案 刚弹性方案刚弹性方案 第4章 墙体设计第第6 6章章 混合结构房屋墙体设计混合结构房屋墙体设计 6.2 6.2 混合结构房屋空间刚度和静力计算方案混合结构房屋空间刚度和静力计算方案 砌砌体体结结构构设设计计规规范范考考虑虑屋屋盖盖刚刚度度和和横横墙墙间间距距两两个个主主要要因因素素的的影影响响,
14、按按房房屋屋空空间间刚刚度度(作作用用)大大小小,将混合结构房屋静力计算方案分为三种将混合结构房屋静力计算方案分为三种(见表见表4-2)4-2):1.1.刚性方案刚性方案 房房屋屋的的空空间间刚刚度度大大。在在荷荷载载作作用用下下,墙墙、柱柱顶顶端端的的相相对对位位移移很很小小,可可视视墙墙、柱柱顶顶端端水水平平位位移移等等于于零零。这这类类房房屋屋称称为为刚刚性性方方案案房房屋屋,其其静静力力计计算算简简图图将将承承重重墙墙视视为为一一根根竖竖向向构构件件,屋屋盖盖或或桂桂盖盖作作为为墙墙体体的的不不动动铰铰支座。支座。0.33-0.37 0.77-0.77-0.820.82时可按弹性方案计
15、算。时可按弹性方案计算。3.3.刚弹性方案刚弹性方案 房房屋屋的的空空间间刚刚度度介介于于上上述述两两种种方方案案之之间间,在在荷荷载载作作用用下下,纵纵墙墙顶顶端端水水平平位位移移比比弹弹性性方方案案要要小小,但但又又不不可可忽忽略略不不计计,这这类类房房屋屋称称为为刚刚弹弹性性方方案案。静静力力计计算算时时,可可根根据据房房屋屋空空间间刚刚度度的的大大小小,将将其其水水平平荷荷载载作作用用下下的的反反力力进进行行折折减减,然然后后按按平平面面排排架架或或框框架架进进行行计计算算,即即计算简图相当于在屋计算简图相当于在屋(楼楼)盖处加一弹性支座。盖处加一弹性支座。第4章 墙体设计第第6 6章
16、章 混合结构房屋墙体设计混合结构房屋墙体设计 6.2 6.2 混合结构房屋空间刚度和静力计算方案混合结构房屋空间刚度和静力计算方案第4章 墙体设计4.1.5、刚性方案和刚弹性方案的横墙、刚性方案和刚弹性方案的横墙1、2、3、4、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%;横墙厚度不宜小于横墙厚度不宜小于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H/2(H为横墙总高度);为横墙总高度);当当横横墙墙不不能能同同时时符符合合上
17、上述述要要求求时时,应应对对横横墙墙刚刚度度进进行行验验算算,如如其其最最大大水水平平位位移移umaxH/4000(H为为横横墙墙总总高高度度)时时,仍仍可可视视为为刚刚性性或或刚刚弹弹性性方方案案房房屋屋的的横横墙墙。符符合合此此刚刚度度要要求求的的一一段段横横墙墙或或其其他他结结构构构构件件(如如框框架架等等),也可视为刚性或刚弹性方案房屋的横墙。也可视为刚性或刚弹性方案房屋的横墙。第4章 墙体设计对于刚性方案房屋 第4章 墙体设计4.2 墙、柱计算高度及计算截面根据弹性稳定理论结合实际情况确定第4章 墙体设计上表中墙柱的高度H应按下列规定采用:1)房屋底层的墙柱的高度H为楼板顶面到构件下
18、端支点的下端支点的位置,可取在基础顶面。当墙柱基础埋置较深且有刚性地坪时,可取室外地面以下500mm处。2)在房屋其他层次,墙柱的高度H为楼板或其他水平支点间的距离。3)对于无壁柱的山墙,其高度H可取为层高家山墙尖高度的1/2;对于带壁柱的山墙则可取为壁柱处的山墙高度。第4章 墙体设计确定混合结构房屋的墙柱的计算截面,关键在于正确取用截面翼缘宽度bf:1)多层房屋,当有门窗洞口时,)多层房屋,当有门窗洞口时,bf可取窗间墙宽度;当无门窗洞口可取窗间墙宽度;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)单层房屋,可取壁柱宽加2/3墙高
19、,但不大于窗间墙宽度和相邻壁墙高,但不大于窗间墙宽度和相邻壁柱间距离;柱间距离;3)计算带壁柱墙的条形基础时,可取相邻壁柱间的距离。)计算带壁柱墙的条形基础时,可取相邻壁柱间的距离。4)当转角墙段角部受竖向集中荷载时,计算截面的长度可从角点算起,)当转角墙段角部受竖向集中荷载时,计算截面的长度可从角点算起,每侧宜取层高的每侧宜取层高的1/3。当上述墙体范围内有门窗洞口时,则计算截面取。当上述墙体范围内有门窗洞口时,则计算截面取至洞边,但不宜大于层高的至洞边,但不宜大于层高的1/3.第4章 墙体设计4.34.3 房屋房屋墙、柱构造要求墙、柱构造要求 在进行混合结构房屋设计时,除了要进行承载能力极
20、在进行混合结构房屋设计时,除了要进行承载能力极限状态的验算之外,还要对正常使用极限状态的要求,进限状态的验算之外,还要对正常使用极限状态的要求,进行相应的构造措施的处理。行相应的构造措施的处理。混合结构房屋的构造要求主要包括以下三个方面:混合结构房屋的构造要求主要包括以下三个方面:1)墙柱高厚比的要求;)墙柱高厚比的要求;2)墙柱的一般构造要求;)墙柱的一般构造要求;3)防)防止或减轻墙体开裂的主要措施。止或减轻墙体开裂的主要措施。第4章 墙体设计4.3.1 墙、柱的高厚比要求 墙柱的高厚比是指墙柱的计算高度和墙厚或墙柱的高厚比是指墙柱的计算高度和墙厚或矩形柱较小边长的比值,用符号矩形柱较小边
21、长的比值,用符号表示。墙柱的表示。墙柱的高厚比越大,其稳定性越差,高厚比的验算是高厚比越大,其稳定性越差,高厚比的验算是确保砌体结构稳定、满足正常使用极限状态的确保砌体结构稳定、满足正常使用极限状态的重要构造措施之一。重要构造措施之一。第4章 墙体设计1.矩形截面墙、柱的高厚比验算矩形截面墙、柱的高厚比验算=H0/h12 H0 墙、柱计算高度,按表墙、柱计算高度,按表1111采用采用 h 墙厚或矩形柱与墙厚或矩形柱与H0相对应的边相对应的边长长 1 自承重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h=240mm 1=1.2 h=90mm 1=1.5 90mmh240mm 1可按插入法取
22、值可按插入法取值 2 有门窗洞口墙允许高厚比修正系有门窗洞口墙允许高厚比修正系数数2=1-0.4bs/s bs 在宽度在宽度s范围内的门窗洞口总宽范围内的门窗洞口总宽度度 s 相邻窗间墙、壁柱之间或构造柱之间的距相邻窗间墙、壁柱之间或构造柱之间的距离离 第4章 墙体设计(1)允许高厚比)允许高厚比 主要取决于砂浆强度等级主要取决于砂浆强度等级,块体的强度,块体的强度影响不大。影响不大。第4章 墙体设计(2)修正系数)修正系数1 自承重墙只有本身自重作用,属于房屋中的次要构自承重墙只有本身自重作用,属于房屋中的次要构件。根据弹性稳定理论,当其他条件相同的情况下,自件。根据弹性稳定理论,当其他条件
23、相同的情况下,自承重的临界荷载要比承重墙大,因此可适当放宽自承重承重的临界荷载要比承重墙大,因此可适当放宽自承重墙的允许高厚比先知,乘以一个大于墙的允许高厚比先知,乘以一个大于1的系数。的系数。第4章 墙体设计(3)修正系数)修正系数2 墙体开洞,对墙体稳定不利,故计算时在允许高厚墙体开洞,对墙体稳定不利,故计算时在允许高厚比上乘一个小于比上乘一个小于1的系数加以考虑,公式反映了墙体受的系数加以考虑,公式反映了墙体受削弱的程度,洞口削弱程度越大,对墙体稳定越不利,削弱的程度,洞口削弱程度越大,对墙体稳定越不利,则修正系数越小。则修正系数越小。第4章 墙体设计(4)相邻两横墙间距离很小的墙)相邻
24、两横墙间距离很小的墙 当与墙连接的相邻两横墙间的距离当与墙连接的相邻两横墙间的距离s12h 时,时,墙的计算高度墙的计算高度H0可不受该公式限制。可不受该公式限制。(5)变截面柱的高厚比验算)变截面柱的高厚比验算 对于变截面柱,可按上下截面分别验算高厚比,且对于变截面柱,可按上下截面分别验算高厚比,且验算上柱的高厚比时,墙柱的允许高厚比验算上柱的高厚比时,墙柱的允许高厚比可按表中可按表中数值乘以数值乘以1.3后确定。后确定。第4章 墙体设计2.2.带壁柱墙高厚比验算带壁柱墙高厚比验算(1)整片墙的高厚比验算)整片墙的高厚比验算=H0/hT12 hT 带壁柱墙截面的折算厚度,带壁柱墙截面的折算厚
25、度,hT=3.5i i 带壁柱墙截面的回转半径,带壁柱墙截面的回转半径,I、A 分别为带壁柱墙截面的惯性矩和截面面积分别为带壁柱墙截面的惯性矩和截面面积 带壁柱墙的计算截面翼缘宽度带壁柱墙的计算截面翼缘宽度bf 的确定:的确定:A、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、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一半宽度可取壁柱高度的一半 B、单层房屋,可取壁柱宽加、单层房屋,可取壁柱宽加2/3墙高,但不大于窗间墙宽度和相邻壁柱间距离;墙高,但不大于窗间墙宽度和相邻壁柱间距离;C、计算带壁柱墙的条形基础时,可取相邻壁柱间的距
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