《砼结构与砌体结构设计》第5章 砌体结构.ppt

课程主讲人 贺学军中南大学土木工程学院建工系,Design of Concrete&Masonry Structures,5 砌体结构,5.1 概述5.2 块体、砂浆、砌体物理力学性能5.3 砌体结构的基本设计原则5.4 砌体构件承载力计算5.5 混合结构房屋墙、柱设计5.6 过梁、挑梁和墙梁的设计,5 砌体结构,主要内容：,块体、砂浆、砌体的力学性能砌体构件的承载力计算混合结构房屋墙、柱设计过梁、挑梁和墙梁的设计,重点：,砌体结构偏心受压、局部受压构件的承载力计算砌体结构房屋的静力计算方案,5 砌体结构,学时分配：,5.1 概述,砌体结构的定义 优缺点及其应用范围 发展趋势与最新进展,5.1.1 砌体结构的定义,5.1.1 砌体结构的定义,万里长城(中国),万里长城,河北赵县安济桥(中国),河北赵县安济桥赵州桥,是指用各种块体（砖、石、砌块等）通过砂浆铺缝砌筑而成的结构，其中块体过去长期采用砖石，俗称砖石结构。古代的砌体结构主要用于城墙、拱桥、寺院和佛塔，如：,5.1.1 砌体结构的定义,河北定县料敌塔(中国),河北定县的料敌塔,南京灵谷寺无梁殿走廊,南京灵谷寺无梁殿走廊(中国),埃及金字塔(古埃及),雅典巴特农神庙(古希腊),埃及金字塔,雅典巴特农神庙,5.1.2 优缺点及其应用范围,(2)缺点强度低、自重大，抗震性能差；抗拉、抗弯和抗剪强度较低；砌筑工作量大，施工进度慢；与农争地。,5.1.2 优缺点及其应用范围(1)优点来源广泛，可就地取材；耐久、防火、隔声、隔热、保温、抗蚀；具有承重和围护双重功能，节约三材。,5.1.2 优缺点及其应用范围,(3)应用范围五层的办公楼、教学楼、试验楼；七层的住宅、旅馆、宿舍；框架外墙、隔墙；排架外墙。,现行规范：砌体结构设计规范(GBJ50003-2001)砌体工程施工及验收规范(GBJ50203-2002)混合结构：砌体结构一般不宜作为受拉或受弯构件，其房屋楼(屋)盖结构，通常采用钢筋混凝土结构、钢结构和木结构，我们将由砌体和其它材料组成的结构称为混合结构。,5.1.3 发展趋势与最新进展,5.1.3 发展趋势与最新进展,(1)大力开发高强轻质砌体材料及高性能砂浆 抗压强度最高可达140MPa以上、容重最轻可达0.6kN/m3。,(2)利用工业废料发展新型节能环保块体材料 如钢渣砖、粉煤灰砖、炉渣砖及其空心砌块，烧结页岩砖和烧结保温空心砖(块)等。,(3)继续推进大型轻质墙板的开发与应用 主要有废渣轻型混凝土墙板、GRC轻质墙板、蒸压纤维水泥墙板等。,5.1.3 发展趋势与最新进展,(4)加速配筋砌体结构的研究与应用,包括：网状配筋砌体、组合砌体、砖砌体和钢筋砼构造柱组合墙砌体等，在中高层砌体建筑中应用越来越广泛。,株洲国脉家园高层住宅楼,北湖滨大道3660大楼,盘锦15层住宅楼,5.1.3 发展趋势与最新进展,(5)大力推进预应力砌体结构的理论研究与工程应用,是现代砌体结构走向高层和抗震发展方向的一种新的结构形式，但目前无专门设计规范。目前重点对砌体中徐变、预应力损失及施加工艺、抗震设计理论和方法等方面的研究。,如：高层配筋砌体地震反应全程分析、预应力砌体结构、新型节能环保墙体材料结构、砌体隔震技术、砌体结构测试技术、耐久性以及修复补强技术等方面的研究。,(6)进一步深入开展砌体结构的理论研究,5.2 块体、砂浆、砌体物理力学性能,块体 砂浆 砌体 砌体弹性模量、剪变模量,5.2.1 块体,5.2.1 块体包括砖、石块和砌块，是砌体的主要组成部分，占砌体总体积的78以上。,块体强度等级(GB50003-2001）烧结普通砖/烧结多孔砖：MU30、MU25、MU20、MU15、MU10蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖：MU25、MU20、MU15、MU10砌块：MU20、MU15、MU10、MU7.5、MU5 石材：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20,讨论：新老砌体设计规范中块体强度等级规定的异同点。,5.2.1 块体,新老砌体设计规范中块体强度等级规定的异同点:,烧结普通砖/烧结多孔砖：GB50003-2001取消GBJ3-88中的MU7.5；GB50003-2001新增蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖的强度等级；砌块：GB50003-2001新增MU20，取消GBJ3-88中的MU3.5；石材：GB50003-2001取消GBJ3-88中MU15、MU10。,5.2.1 块体,(1)砖,烧结普通砖以粘土、页岩、煤矸石及粉煤灰等为主要原料；孔洞率15%；标准尺寸 24011553mm，比重=16-18kN/m3。,5.2.1 块体,空心砖,(a)烧结多孔砖,孔洞率15-60，=9-14kN/m3；可节约材料，提高保温隔热性能。,5.2.1 块体,(b)大孔空心砖,孔洞少而大，只用于隔墙和填充墙。,5.2.1 块体,蒸压粉煤灰砖,非烧结硅酸盐砖,(b)蒸压粉煤灰砖以粉煤灰为主要原料，又称烟灰砖；抗冻性、防水性不及粘土砖，可用于一般建筑。,蒸压灰砂砖,(a)蒸压灰砂砖石英砂和石灰为主要原料，一般为灰白色；不能用于温度200，急冷急热或酸性介质侵蚀部位。,5.2.1 块体,炉渣砖,(c)炉渣砖以炉渣为主要原料，又称为煤渣砖；耐热温度可达300，能用于一般建筑。,矿渣砖,(d)矿渣砖以未水淬处理的高炉矿渣为主要原料；外表呈灰白色、光洁密实；不宜做壁炉、烟囱等高温砌体.,5.2.1 块体,混凝土小型砌块(h350mm)混凝土中型砌块(h360-900mm)粉煤灰中型实心砌块(h360-900mm),(2)砌块,5.2.1 块体,(3)石材,18kN/m3；强度高、抗冻性强；保温隔热效果较差。,足够强度；良好的耐久性；保温隔热。,(4)块体设计要求,5.2.2 砂浆,组成材料：砂、水、水泥、石灰、石膏。砂浆作用：使单个块体粘结成为整体，改善块体在 砌体中的受力，提高防水、隔热能力。,5.2.2 砂浆,水泥砂浆混合砂浆石灰砂浆和粘土石灰砂浆,(1)种类,5.2.2 砂浆,(3)砂浆的设计要求,GB50003-2001：M15、M10、M7.5、M5、M2.5,(2)砂浆的强度等级,足够强度；可塑性：以便于砌筑；保水性：以保证充分硬化。,讨论：砂浆的强度如何测定？,用边长70.7mm的标准立方块，在15-25条件下硬化，用28d龄期(石膏砂浆为7d)的抗压强度予以确定。,5.2.3 砌体,由块体用砂浆砌筑而成，可分为承重和非承重墙。(1)砌体种类 砖砌体多用于内、外墙和柱及基础等承重结构，围护墙体及隔、断墙等非承重结构；砖墙厚度及砖柱边长应符合砖的模数。,5.2.3 砌体,5.2.3 砌体,实心砖墙的常用砌法：一顺一顶,一顺一顶,三顺一顶,梅花丁,梅花丁,三顺一顶,5.2.3 砌体,有料石砌体、毛石砌体及毛石混凝土砌体之分；料石和毛石砌体可建造5层房屋墙体，但隔热性能较差；毛石混凝土砌体广泛应用于基础和挡土墙工程。,石砌体,雅典巴特农神庙(石砌),石砌护坡,5.2.3 砌体,砌块砌体由砖砌块、砖墙板、空心砌块等吊装砌筑成房屋；砌块墙体一般由单排砌块砌筑。,5.2.3 砌体,配筋砖砌体,网状配筋砖砌体（横向配筋砖砌体）,组合砖砌体,砖砌体（砌块）和钢筋混凝土构造柱组合墙砌体,5.2.3 砌体,配筋砖砌体,网状配筋砖砌体（横向配筋砖砌体）,组合砖砌体,砖砌体（砌块）和钢筋混凝土构造柱组合墙砌体,5.2.3 砌体,配筋砖砌体,网状配筋砖砌体（横向配筋砖砌体）,组合砖砌体,砖砌体（砌块）和钢筋混凝土构造柱组合墙砌体,砖砌体和构造柱组合墙,砌块和构造柱组合墙,5.2.3 砌体,(2)砌体的破坏特征,N=(0.5-0.7)Nu单砖先裂；N=(0.8-0.9)Nu裂通若干块砖；砌体分割成若干独立小柱，导致整体破坏。,5.2.3 砌体,块体：压(包括局压)、弯、剪、拉复合应力状态砂浆：三向受压应力状态,块体和砂浆的受力状态：,问题：引起块体和砂浆上述受力状态的原因？,5.2.3 砌体,因此，砌体抗压强度远远小于块体抗压强度，但大于砂浆强度(当砂浆强度等级相对较低时)。,灰缝厚度不一、砂浆不均匀密实饱满，砖表面不平整规则 块体块体非均匀受压，处于受弯和受剪状态,砂浆的弹性模量小于砖的弹性模量，其横向变形大于砖的横向变形 块体处于受拉状态,原因分析：,垂直灰缝往往不能填实 块体在垂直灰缝处产生应力集中现象,5.2.3 砌体,块体的强度、外形及厚度；砂浆的强度、可塑性及弹性模量；砌筑质量。,(3)影响砌体抗压强度的因素,(4)各类砌体的抗压强度砌体轴心抗压强度平均值，主要取决于块体的抗压强度平均值f1和砂浆的抗压强度平均值f2：,5.2.3 砌体,(5)砌体的轴心抗拉、弯曲抗拉和抗剪强度,各类砌体轴心抗拉强度（ft）,规范通过提高块体的最低强度等级来防止沿块体截面的破坏。,f1高，f2低 沿齿缝截面破坏,f1低，f2高 沿竖缝与块体截面破坏,5.2.3 砌体,在土压力作用下，挡土墙壁犹如以支墩为支座的水平受弯构件，破坏形态和轴心受拉砌体类似。受弯矩作用较大的地下室等偏压墙体，砌体将在最大弯矩截面的水平灰缝发生沿通缝的弯曲受拉破坏。,各类砌体弯曲抗拉强度（ftm）,5.2.3 砌体,各类砌体的抗剪强度（fv）,影响砌体抗剪强度的主要因素：砂浆-块体的粘结强度垂直压应力及其摩擦系数,砌体抗剪强度规范设计值：,5.2.3 砌体,砌体主要用于承受压力，抗压强度主要与块体和砂浆等级有关。砌体抗压强度高于轴心抗拉、弯曲抗拉和抗剪强度，但远低于块体的抗压强度。各类砌体的强度平均值、标准值和设计值的大小顺序为：fmfkf各类砌体的抗压强度、轴心抗拉强度、弯曲抗拉强度和抗剪强度值的大小顺序为：fftmftfv,小 结,5.2.4 砌体弹性模量、剪变模量,砌体轴心受压时的变形包括：砖的变形砂浆的变形砂浆与砖之间空隙的压缩变形砌体应力-应变对数曲线：,5.2.4 砌体弹性模量、剪变模量,5.2.4 砌体弹性模量、剪变模量,工程中，取应力应变曲线上0.43fm点的割线模量作为弹性模量的取值：,剪切模量G：,初始弹性模量E0：,割线模量(变形模量)E：,砌体的线膨胀系数和摩擦系数的取值详见表4-3和表4-4。,5.3 砌体结构的基本设计原则,承载能力极限状态的设计表达式 砌体强度标准值和设计值 砌体强度设计值的调整,5.3.1 承载能力极限状态的设计表达式,采用以概率理论为基础的极限状态设计方法。正常使用极限状态构造措施保证。承载能力极限状态设计计算：,5.3.1 承载能力极限状态的设计表达式,当砌体结构作为一个刚体需进行稳定性验算时：,5.3.2 砌体强度标准值和设计值,5.3.2 砌体强度标准值和设计值,标准值（fk）：,设计值（f）：,f 砌体强度的变异系数：毛石砌体：f=0.26；其它砌体：抗压强度：f=0.17 抗拉、抗弯和抗剪强度：f=0.20。,f 砌体结构的材料分项系数，宜按施工等级控制：施工控制等级为B级：f1.6；施工控制等级为C级：f1.8。,5.3.3 砌体强度设计值的调整,5.3.3 砌体强度设计值的调整,对各类砌体强度设计值进行适当调整，其实质是对砌体截面承载能力的调整。,砌体强度设计值的调整系数,5.4 砌体构件承载力计算,受压构件 局部受压 轴心受拉、受弯和受剪构件 网状配筋砖砌体构件,5.4.1 受压构件,(1)概述承载力主要影响因素：,5.4.1 受压构件,轴压短柱（e=0，3）轴压长柱（e=0，3）偏压短柱（e0，3）偏压长柱（e0，3）,截面尺寸A砌体抗压强度f高厚比=H0/h长柱、短柱偏心距e=M/N轴压柱、偏压柱,各种柱的承载力如何进行计算？,5.4.1 受压构件,3的轴心受压构件；破坏特征和承载力与砌体抗压强度试件相同。,轴心受压短柱,偏心受压短柱3的偏心受压构件；承载力低于轴心受压短柱。,偏心受压短柱的承载力偏心影响系数，,5.4.1 受压构件,轴心受压长柱3的轴心受压构件；承载力低于轴心受压短柱。,3的偏心受压构件；和e的共同影响，其承载力更低于偏心受压短柱。,偏心受压长柱,轴心受压长柱的稳定系数，,偏心受压长柱的承载力影响系数，,5.4.1 受压构件,轴心受压长柱：,偏心受压长柱:,轴心受压短柱:,偏心受压短柱:,受压构件承载力的计算，最终可归结为与、e有关的承载力降低影响系数 的计算。,综上所述，各种柱的承载力计算除与f、A有关外，主要取决于、e两个影响因素。,5.4.1 受压构件,短柱的承载力偏心影响系数,规范经验公式：,矩形截面构件：,T形截面构件：,轴心受压长柱的稳定系数,5.4.1 受压构件,因截面材料不均匀、轴线弯曲以及轴力偏心等初始缺陷而产生纵向弯曲，导致长柱可能失稳。当截面应力达欧拉临界应力时，构件处于临界稳定状态，破坏临界应力为：,E为砌体切线变形模量：,5.4.1 受压构件,令=H0/i构件长细比,对矩形截面：,公式推导过程：,讨论：如何推导？,5.4.1 受压构件,对矩形截面：,系数可根据砂浆强度f2确定：当f2 M5 时，=0.0015；当f2=M2.5时，=0.002；当f2=0 时，=0.009。,令=H0/i构件长细比,5.4.1 受压构件,偏心受压长柱承载力影响系数,偏心受压的细长杆件，因纵向弯曲而产生侧向挠曲变形，一般用轴向力附加偏心距ei来反映。,细长柱总偏心距e=e+ei。规范以系数 来综合考虑轴心力偏心距e和附加偏心距ei对承载力的影响。利用短柱偏心影响系数公式，得：,5.4.1 受压构件,若e=0时，则 应和 相等，即：,对矩形截面：,思考题：非矩形截面长柱承载力影响系数如何计算？,5.4.1 受压构件,公式分析：,与砂浆强度等级f2()、(或)、e/h(或e/i)有关。当e/h=0(即e=0)时，；当ei=0时，。,与、e有关的承载力降低影响系数 均可统一采用 的公式进行计算。,5.4.1 受压构件,(2)受压构件承载力计算,统一计算公式：,注意事项：,可按砂浆强度等级f2、e/h制表,以供查用；其中：与3对应的一行数据为，与e/h=0对应的一列数据为。轴压、偏压构件 的取值规定：轴压构件：取两向高厚比大值查表；偏压构件：当截面偏心方向边长另一方向边长时，除按偏压计算 外，还应对较小边方向按轴压进行验算。(为什么?),不同种类砌体的修正系数：烧结普通砖、多孔砖：1.0 混凝土及轻骨料混凝土砌块：1.1 蒸压灰砂砖、粉煤灰砖：1.2 细料石、半石料石：1.2 粗料石、毛石砌体：1.5偏心距e宜0.6y；偏心距超过限值的设计方法：优先采取措施减小e 增大截面尺寸 改用配筋砌体,5.4.1 受压构件,5.4.2 局部受压,5.4.2 局部受压,在房屋建筑中，大梁或屋架等构件支承于砌体上时，砌体局部面积上承受较大的荷载，称为砌体的局部受压。有局部均匀受压和局部非均匀受压之分。,5.4.2 局部受压,(1)局部均匀受压承载力计算,砌体与垫板接触处三向受压，且为三向压应力之最大值；离垫板约1-2皮砖处横向拉应力最大。,砌体局部均匀受压时的应力状态,5.4.2 局部受压,砌体局部均匀受压时的破坏形态,因纵向裂缝的发展而引起的破坏：,劈裂破坏：,垫板下的局部压坏：,5.4.2 局部受压,局部抗压强度大于一般情况下的抗压强度，其原因：套箍作用应力扩散作用,局部抗压强度提高系数（）,若Al/A0的比值越小，则套箍作用越强，应力扩散越充分 局部抗压强度就越高。,5.4.2 局部受压,规范公式：,局部抗压强度：,局部抗压承载力：,限制A0/Al比值避免劈裂破坏。,问题：如何限制 值以避免劈裂破坏发生？,5.4.2 局部受压,对于多孔砖砌体和灌孔砌块砌体还应满足：1.5对于未灌孔砌体还应满足：1.0,对于砖砌体：,5.4.2 局部受压,只作用有梁端传来的Nl；作用有梁端传来的Nl和上部结构传来的轴向压力N0。,(2)梁端支承处砌体的局部受压,梁的挠曲变形和支承处砌体的压缩变形 支承处砌体局部受压面上呈现不均匀分布压应力。,5.4.2 局部受压,梁端有效支承长度（a0）,砌体边缘的位移：,相应的最大压应力：,根据平衡条件：,规范公式：,5.4.2 局部受压,内拱卸荷作用随着A0/Al的减少而减少。上部荷载对下部砌体具有横向约束作用。,上部荷载对局部抗压强度的影响,规范采用上部荷载折减系数来考虑内拱卸荷作用：,5.4.2 局部受压,梁端支承处砌体的局部受压承载力计算,梁端支承处局压承载力计算公式：,问题：梁端支承砌体局压承载力不足时如何处理？,5.4.2 局部受压,(a)设置预制刚性垫块高度tb180mm，且其挑出梁边的长度不大于其高度的垫块。,梁端下设置垫块时支承处砌体的局部受压承载力计算,解决梁端局部受压承载力不足的有效措施：设置预制刚性垫块设置与梁端整体现浇垫块设置长度h的混凝土垫梁(圈梁),5.4.2 局部受压,刚性垫块下砌体的局部受压计算：,按偏心短柱的偏心影响系数确定；10.8，以Ababbb代替Al计算；壁柱内设置预制刚性垫块时，A0不考虑翼缘部分；刚性垫块上梁端有效支承长度：。,5.4.2 局部受压,垫块与梁端现浇成整体后，与梁端未设垫块时的受力特点相类似。为简化计算，仍可按预制刚性垫块进行局压承载力计算，但应以Aba0bb代替Al。,(b)设置与梁端现浇成整体的垫块,梁端与垫块现浇成整体,5.4.2 局部受压,梁端下设有垫梁时支承处砌体的局部受压承载力计算,梁、屋架支承处的圈梁可起垫梁作用。当垫梁长度h0时，即可视为承受集中荷载的“弹性地基”上的无限长梁。,采用弹性力学平面应力理论，梁下最大压应力：,5.4.2 局部受压,用三角形应力图形代替曲线应力图形。,垫梁折算高度h0：,5.4.2 局部受压,根据试验结果，取：,规范公式：,并考虑垫梁bbh0/2范围内上部荷载设计值N0，则,2沿墙厚方向荷载类型调整系数，当荷载均匀分布时取1.0，不均 匀分布时取0.8。,5.4.3 轴心受拉、受弯和受剪构件,(1)轴心受拉构件,5.4.3 轴心受拉、受弯和受剪构件,承载力计算公式：,如容积较小的圆形水池或筒仓，在液体或松散物料的侧压力作用下，壁内只产生环向拉力时，可采用砌体结构。,5.4.3 轴心受拉、受弯和受剪构件,(2)受弯构件,砖砌平拱过梁和挡墙，在弯矩作用下可能沿齿缝截面或沿砖和竖向灰缝截面或沿通缝截面因弯曲受拉破坏。,受弯承载力计算：受剪承载力计算：,5.4.3 轴心受拉、受弯和受剪构件,(3)受剪构件,当拱支座采用砖和砌块砌体，可能产生沿水平通缝截面的受剪破坏。,受剪承载力取决于砌体抗剪强度和作用在截面上的正应力所产生的摩擦力之和。沿通缝受剪承载力计算公式：,5.4.4 网状配筋砖砌体构件,(1)概述在水平灰缝内每隔3-5皮砖设置一层横向钢筋网的配筋砌体。限制砂浆横向变形，减少砖中的水平拉力。横向钢筋网分为：方格钢筋网连弯钢筋网,5.4.4 网状配筋砖砌体构件,5.4.4 网状配筋砖砌体构件,(2)网状配筋砖砌体的受力分析,按裂缝开展可分为三阶段：,在6075Nu时，单砖先裂；裂缝数量增多，但不能形成贯通裂缝；裂缝多而细，不能形成独立小柱，部分砖因严重开裂或压碎而脱落。,问题：网状配筋砖砌体与无筋砖砌 体的破坏形态有何不同？参见第论述,5.4.4 网状配筋砖砌体构件,(3)网状配筋砖砌体受压构件承载力计算,n、以及e对网状配筋砌体承载力的影响系数：,为体积配筋率：,fn为网状配筋砖砌体抗压强度设计值：,5.4.4 网状配筋砖砌体构件,配筋率：0.1%1%。钢筋网间距：五皮砖，且 400mm。钢筋直径：网状钢筋直径宜用3-4mm，连弯钢筋直径8mm。钢筋间距a：30mma120mm。砌体材料强度：砖MU10，砂浆M7.5。灰缝厚度：8-12mm，钢筋上下至少各有2mm厚砂浆层。,(4)构造要求,5.4.4 网状配筋砖砌体构件,规范规定：,问题：规范为何作上述规定？,偏心距不应超过截面核心范围，对矩形截面，即e/h0.17时不宜采用网状配筋砌体；e虽未超过截面核心范围，但构件高厚比16或56时，也不宜采用网状配筋砌体。,网状配筋砌体通过钢筋网与灰缝砂浆之间的摩擦力与粘结力约束砌体的横向变形，对轴压构件的效果最好，随着偏心距的增大，效果逐渐降低，故规范作上述第一个规定；由于网状配筋砌体水平灰缝较厚，砂浆变形较大，导致网状配筋砌体纵向弯曲系数随网状钢筋配筋率的增大而降低，故规范又作了上述第二个规定。,5.5 混合结构房屋墙、柱设计,概述 混合结构房屋墙体承重体系 砌体房屋静力计算方案 墙、柱高厚比验算 多层刚性方案房屋墙、柱计算 单层房屋墙、柱承载力计算 砌体结构构造要求,5.5.1 概述,混合结构房屋：竖向承重构件墙、柱和基础采用砌体结构，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)所组成的房屋承重结构体系。墙、柱设计一般步骤：,5.5.1 概述,根据房屋使用要求、地质条件和抗震要求，选择墙体承重方案。确定结构静力计算方案，并进行内力分析。初步选择墙、柱截面尺寸，材料强度等级，进行墙柱稳定性和砌体承载力验算。,5.5.2 混合结构房屋墙体承重体系,按竖向荷载的传递路径不同，可分为四种不同的类型：,5.5.2 混合结构房屋墙体承重体系,(1)横墙承重体系主要传力路线：楼(屋)面荷载 横墙 基础 地基,特点：,横墙主承重，间距较小；横向刚度大，抗震性能好；外纵墙自承重，开洞方便；楼盖结构简单，造价较经济；适宜于小开间住宅、宿舍等房屋。,5.5.2 混合结构房屋墙体承重体系,主要传力路线：楼(屋)面荷载 纵墙 基础 地基,(2)纵墙承重体系,纵墙主承重，房间开间布置灵活；房屋横向刚度差，不利于抗震；墙体用材较少，楼面用材较多；适用于房屋开间大、横墙少的办公室、医院、单层厂房等。,特点：,5.5.2 混合结构房屋墙体承重体系,主要传力路线：一部分传至横墙 基础 地基 楼(屋)面荷载 一部分传至纵墙 基础 地基,(3)纵、横墙承重体系,两条传力路线无主次之分。特点介于上述两种承重体系之间。适用于平面布置布置灵活的房屋，如点式住宅楼。,5.5.2 混合结构房屋墙体承重体系,主要传力路线：一部分传至四周纵横墙基础地基 楼(屋)面荷载 一部分传至室内砼柱 基础 地基,(4)内框架承重体系,内框架主承重，房屋空间刚度差；与全框架比,节省钢筋、水泥。砼柱与砌体的压缩性能不一样，易引起不均匀的竖向变形。适用于空间要求较大的商店、仓库、厂房、食堂等。,特点：,5.5.3 砌体房屋静力计算方案,在竖向荷载作用下：楼(屋)盖荷载 梁、板 墙、柱 基础 地基（受弯构件）（轴压或偏压构件）,5.5.3 砌体房屋静力计算方案,在水平荷载作用下:若无山(横)墙时平面传力系统,5.5.3 砌体房屋静力计算方案,若两端设有山(横)墙时空间传力系统+平面传力系统,此时，中间排架顶部楼(屋)盖最大水平位移：,5.5.3 砌体房屋静力计算方案,房屋空间刚度：即房屋在水平荷载作用下抵抗侧移的能力，其大小主要取决于：,用空间性能影响系数来表示：,规范根据房屋空间刚度，分成三种计算方案：,刚性方案 弹性方案 刚弹性方案,横墙的间距S楼(屋)盖刚度K,5.5.3 砌体房屋静力计算方案,纵墙顶点的水平位移u 0。计算简图为一无侧移平面排架。横墙承重体系的房屋一般是刚性方案房屋。,(1)刚性方案（0.33）,墙、柱计算简图：,单层房屋：无论是竖向还是水平荷载，均可将墙柱视作上端不动铰支承于屋盖、下端嵌固于基础的竖向构件。,5.5.3 砌体房屋静力计算方案,多层房屋：竖向荷载作用下，墙柱在每层高度范围内视作两端铰支的竖向构件；水平荷载作用下，墙柱视作竖向的连续梁构件。,多层刚性方案房屋计算简图,(1)刚性方案（0.33）,5.5.3 砌体房屋静力计算方案,横墙间距较大，屋盖平面内抗弯刚度较小，水平荷载作用下的位移，近似等于不考虑空间作用的水平位移up。多层房屋一般不采用弹性方案。墙、柱计算简图：无论单层、多层房屋，均按平面排架计算。,(2)弹性方案（0.77）,5.5.3 砌体房屋静力计算方案,(3)刚弹性方案（0.330.77）空间刚度介于刚、弹性之间，可将楼(屋)盖看作是墙或柱的弹性支承。墙、柱计算简图：,刚弹性方案房屋计算简图,单层、多层房屋均按楼(屋)盖处具有弹性支承的平面排架计算。,5.5.3 砌体房屋静力计算方案,横墙厚度：180mm；横墙长度：单层房屋H，多层房屋 1/2H（H为横墙高度）；横墙开洞的洞口水平截面面积横墙全截面面积50；当不能同时满足以上三点，但横墙最大水平位移maxH/4000，仍可视作刚性或刚弹性方案房屋的横墙。,刚性方案和刚弹性方案对横墙的要求：,5.5.4 墙、柱高厚比验算,5.5.4 墙、柱高厚比验算,目的：保证墙、柱在施工和使用阶段的稳定性。,(1)矩形截面墙、柱高厚比验算,5.5.4 墙、柱高厚比验算,非承重墙对的修正系数，按下表确定：,门窗洞口对的修正系数：,S为相邻窗间墙之间或壁柱之间的距离；b 0为在宽度S范围内的门窗洞口宽度。,5.5.4 墙、柱高厚比验算,需分别进行整片墙与壁柱间墙的高厚比验算。,(2)带壁柱墙的高厚比验算,整片墙的高厚比验算,在确定H0时，S取相邻横墙间距。,5.5.4 墙、柱高厚比验算,在确定i时，计算截面翼缘宽度bf分别按单层、多层房屋以及有无门窗洞口考虑：多层房屋：有门窗洞口时，取窗间墙宽度；无门窗洞口时，每层 翼墙宽取壁柱层高的1/3；单层房屋：取壁柱宽加2/3墙高，但不超过窗间墙宽度和相邻壁 柱间距离。,将壁柱视为壁柱间墙的侧向不动铰支座，按矩形截面墙的公式计算。H0一律按刚性方案考虑，S取壁柱间距离。若圈梁宽度b/S1/30时，可视为壁柱间墙的不动铰支座。,壁柱间墙高厚比验算,5.5.5 多层刚性方案房屋墙、柱计算,(1)墙体的计算简图,5.5.5 多层刚性方案房屋墙、柱计算,竖向荷载作用下的计算简图(b)水平荷载作用下的计算简图,5.5.5 多层刚性方案房屋墙、柱计算,纵墙计算单元和控制截面计算单元：选取有代表性的一段作为计算单元。,(2)墙体的计算单元和控制截面,无门窗洞口纵墙的计算单元,有门窗洞口纵墙的计算单元,5.5.5 多层刚性方案房屋墙、柱计算,计算截面面积：无门窗墙体单元内实际墙体截面有门窗墙体单元内门(窗)间墙截面,控制截面：不计风载时，各层纵墙取上、下两个截面进行验算：,上截面：取该层纵墙顶部截面，按偏压构件验算，并验算梁底砌体局压承载力；下截面：取该层纵墙底部截面，按轴压构件验算。,5.5.5 多层刚性方案房屋墙、柱计算,计算单元：可取1m宽的墙体作为计算单元。计算截面面积：同纵墙的计算方法。控制截面：取该层墙体底部截面按轴压构件验算，必要时验算截面偏心受压承载力(若不对称时)以及梁底砌体局压承载力。,承重横墙计算单元和控制截面,5.5.5 多层刚性方案房屋墙、柱计算,(3)竖向荷载作用下的内力计算,假定墙体在楼盖处和基顶处铰接，如下图(a)所示。,如上图(b)所示，近似按下式计算：,(4)风荷载的计算,5.5.5 多层刚性方案房屋墙、柱计算,可不考虑风载对外墙、柱内力影响的规范规定：洞口水平截面面积不超过全截面面积的2/3；层高和总高不超过下表规定数值；,屋面自重不小于0.8kN/m2。,5.5.6 单层房屋墙、柱承载力计算,(1)单层刚性方案房屋以一开间为计算单元；计算简图为上端与屋架(或屋面梁)铰接、下端与基础固接，墙柱在顶端有水平不动铰支承的排架。内力计算与无侧移钢筋混凝土排架相同。,5.5.6 单层房屋墙、柱承载力计算,5.5.6 单层房屋墙、柱承载力计算,计算简图为上端与屋架(或屋面梁)铰接，下端与基础固接的有侧移排架，计算方法与钢筋混凝土单层厂房排架相同。,(2)单层弹性方案房屋,计算简图为上端与屋架(或屋面梁)铰接，下端与基础固接，墙柱顶端带水平弹性支座的有侧移排架。,(3)单层刚弹性方案房屋,5.5.7 砌体结构构造要求,(1)一般构造要求砌体材料要求：砖：MU10；砌块：MU7.5；石材：MU30；砂浆：M5。,5.5.7 砌体结构构造要求,墙柱最小尺寸要求：,独立砖柱：240mm370mm；毛石墙：宜350mm；毛料石柱：宜 400mm400mm；当有振动荷载时，墙柱不宜采用毛石砌体。,5.5.7 砌体结构构造要求,壁柱的设置要求：,(2)支承构造要求,墙厚240mm、梁跨6m(240砖墙)或4.8m(180砖墙)或4.8m(砌块和料石墙)时，应设壁柱或其它措施。山墙处壁柱宜砌至山墙顶部。风压较大时，檩条应与山墙锚固，屋盖不宜挑出山墙。,预制砼板支承长度：在墙上宜100mm；在圈梁上宜80mm。预制砼梁支承长度：在墙上宜240mm。支承在墙柱上的吊车梁、屋架以及跨度9m(砖砌体)或7.2m(砌块和料石砌体)的预制梁，应采用锚固件与墙柱上的垫块锚固。跨度6m的屋架以及跨度4.8m(砖砌体)或4.2m(砌块和毛料石砌体)或3.9m(毛石砌体)的混凝土梁，应设置混凝土垫块。,5.5.7 砌体结构构造要求,砌体搭接：砌体转角、纵横墙交接处，应同时砌筑，否则应临时留斜槎或设带拉结筋的直槎(留斜槎有困难时)。,(3)砌体的搭接和拉结,5.5.7 砌体结构构造要求,拉结筋的设置：数量：16砖墙厚；间距：沿墙高不超过0.5m，一般为57皮砖；埋入长度：每边不小于1000mm，其末端应做90弯钩。,非承重墙与填充墙应采取预埋拉结筋的方法和承重骨架柱及横梁拉结。,5.5.7 砌体结构构造要求,(4)防止墙体开裂的主要措施,开裂原因：砌体的抗裂性能差；地基的不均匀沉降过大(附：工程案例)；温度变化所引起的温度应力过大。,主要措施：,设置保温层或隔热层，或采用装配式有檩体系钢筋混凝土屋盖或瓦材屋面。,5.5.7 砌体结构构造要求,设置伸缩缝抵抗温差变形和干缩变形(表4-23)。,问题：装配式单层厂房排架结构、钢筋混凝土结构对温 度伸缩缝最大间距的设置要求？,砌体房屋温度伸缩缝的最大间距（m）,5.5.7 砌体结构构造要求,钢筋混凝土结构房屋温度伸缩缝的最大间距：装配式或装配整体式框架结构：室内或土中75m，露天50m 现浇式框架结构：室内或土中55m，露天35m,装配式单层厂房结构温度伸缩缝的最大间距：室内或土中100m，露天70m,设置沉降缝防止不均匀沉降变形,设置圈梁加强上部结构整体性,房屋沉降缝宽度,5.5.7 砌体结构构造要求,作用：增强房屋整体刚度；防止不均匀沉降或振动荷载的不利影响；提高房屋抗震能力。类型：钢筋混凝土圈梁；钢筋砖圈梁。,(5)圈梁设置,5.5.7 砌体结构构造要求,圈梁的设置原则：,空旷的单层房屋(如车间、食堂等),当墙厚240mm时：砌体房屋：檐口标高58m时，设圈梁一道；标高8m时，宜增设 圈梁一道；其它房屋：檐口标高45m时，设圈梁一道；5m时，宜适当增设。,电动桥式吊车或较大振动设备的单层工业厂房：檐口或窗顶处设置圈梁，并在吊车梁标高处或墙中适当部位增 设圈梁一道。多层砖砌体房屋(宿舍、办公楼等),当墙厚240mm时：层数为34层时，设圈梁一道；当层数4层时，应适当增设。,5.5.7 砌体结构构造要求,形成封闭状，否则应增设附加圈梁。,圈梁构造要求：,刚性方案房屋圈梁应与横墙连接；刚弹性和弹性方案房屋圈梁应与屋架、大梁等构件可靠连接。,钢筋砼圈梁：宽度一般与墙同厚，墙厚240mm时，宜2h/3；高度120mm；配筋48300mm。,软弱地基或不均匀地基上的多层和单层砌体房屋：应在基础部位设置现浇钢筋混凝土圈梁一道。,多层砖砌体工业厂房：圈梁隔层设置；,5.5.7 砌体结构构造要求,圈梁兼作过梁时，过梁部分钢筋应单独配置；圈梁在房屋转角处、丁字交叉处应采用转角钢筋连接。,砖圈梁：高度为4-6皮砖，M5砂浆砌筑，纵筋宜 66，水平间距宜120mm，分上下两层设在圈梁顶部和底部的水平灰缝内。,5.6 过梁、挑梁和墙梁的设计,过梁 挑梁 墙梁,5.6.1 过梁,钢筋砖过梁：跨度1.5m(c)；平拱过梁：跨度1.2m(b)；类型：砖砌过梁：弧拱过梁：跨度为2.5-4.0m(d)；钢筋混凝土过梁：应用最广(a),5.6.1 过梁,5.6.1 过梁,两种情况：只有墙体自重墙体自重+计算高度范围内梁、板传来的荷载,(1)过梁上的荷载,试验表明：当过梁上砌体hw=1/2ln时，因内拱卸荷作用，新增砌体重量将直接传给窗间墙。此时挠度与过梁上取1/3ln高度砌体等效均布自重所产生的挠度相等。过梁上砌体高度hw0.8ln处施加外载时，跨中挠度变化很小，砌体内拱作用将外荷载传给了过梁支座墙体。,5.6.1 过梁,hwln/2时，按全部墙体均布自重考虑；hwln/2时，按ln/2高墙体均布自重考虑。,混凝土砌块砌体：,砖砌体：,hwln/3时，按全部墙体均布自重考虑(图a)；hwln/3时，按ln/3高墙体均布自重考虑(图b)。,墙体荷载,5.6.1 过梁,梁、板荷载,梁板下墙体高度hwln时，按梁、板传来的荷载采用；梁板下墙体高度hwln时，可不考虑梁板荷载。,过梁上梁、板荷载取值,5.6.1 过梁,(2)过梁的计算,砖砌平拱过梁的计算三铰拱式受力机构。,三铰拱式,受弯承载力：受剪承载力：,钢筋砖过梁的计算三铰拉杆拱式受力机构。,受弯承载力：受剪承载力：,三铰拉杆拱式,5.6.1 过梁,钢筋混凝土过梁的计算按钢筋混凝土受弯构件计算。,过梁构造要求砖砌过梁用砖MU10；钢筋砖过梁砂浆宜M5。砖砌平拱用竖砖砌筑高度240mm，砖砌弧拱用竖砖砌筑高度120mm，砂浆宜M10。钢筋砖过梁底面砂浆宜采用1：3水泥砂浆，厚度宜30 mm，钢筋伸入支座宜240mm。钢筋混凝土过梁的支承长度不宜小于240mm。,5.6.2 挑梁,5.6.2 挑梁,(1)受力特点和破坏形式首先在挑梁上界面A点出现水平裂缝；随着荷载增加，B点出现裂缝，梁下砌体受压应变增大；当荷载增大至倾覆破坏荷载的80左右时，在挑梁尾部出现斜上方向的裂缝。,5.6.2 挑梁,若挑梁本身强度足够，可能出现如下两种破坏形态：倾覆破坏（或失稳破坏）梁端荷载较大,埋入段长度l1较小,且砌体受压承载力足够时,阶梯形斜裂缝将砌体分割成两部分倾覆破坏。挑梁下砌体局压破坏 挑梁埋入段长度l1较大，而砌体抗压强度较低时，在倾覆破坏之前，挑梁根部下面砌体边缘最大压应力超过了砌体的局部抗压强度局部受压破坏。,因此，挑梁除按受弯构件进行承载力计算，还必须进行抗倾覆和局部承压两种验算。,5.6.2 挑梁,主要解决两个问题：倾覆点的位置；抗倾覆荷载的取值 倾覆点位置挑梁的计算倾覆点距墙边的距离x0：,(2)抗倾覆验算,当挑梁下设有构造柱时，x0可取上述计算值的一半。,5.6.2 挑梁,抗倾覆荷载取值问题,偏安全按挑梁末端45以上范围内墙体及相应楼面恒载作为抗倾覆荷载值Gr。,抗倾覆验算计算公式,5.6.2 挑梁,(3)局部受压承载力验算,受力纵筋和抗剪箍筋按现行规范设计。l1/l宜1.2或2.0(当挑梁上无墙体时)。至少有1/2纵筋伸入梁末端，且212，其它钢筋伸入支座的长度应2l1/3。,(4)挑梁的构造要求,5.6.2 挑梁,(5)雨蓬等墙体平面外悬挑构件的设计,基本与挑梁的计算相同。不同之处是：计算倾覆点到墙边的距离：x0=0.13l1。抗倾覆荷载Gr按图a采用，45扩散角向上扩展的水平距离l3=ln/2，其重心位于距墙外边缘l2=l1/2处。,5.6.3 墙梁,由支承墙体的钢筋混凝土托梁及其以上计算高度范围内墙体所组成的组合构件，有承重墙梁和非承重墙梁之分。,5.6.3 墙梁,墙梁,5.6.3 墙梁,(1)受力分析 墙梁为组合深梁，可视为带拉杆的组合拱受力体系。影响墙梁破坏的主要因素有：,墙体高跨比hw/l0；托梁高跨比hb/l0；砌体强度f；混凝土强度fc；托梁配筋率；加载方式和开洞情况。,5.6.3 墙梁,墙梁的主要破坏形态有：弯曲破坏；剪切破坏(斜拉、斜压破坏)；局压破坏。,5.6.3 墙梁,包括使用阶段和施工阶段两部分的计算。,(2)计算要点,墙体及托梁斜截面抗剪承载力计算；,验算托梁支座上部墙体的局部受压承载力。,墙梁正截面受弯承载力计算；,使用阶段,5.6.3 墙梁,施工阶段托梁和墙体还没有形成整体，托梁单独承受施工荷载，按