圈梁过梁墙梁挑梁.ppt

一、过梁的分类和应用范围 1.过梁(lintel)是在墙体的门窗洞口上方设置的水平构件，用来承担门窗洞口以上的墙体自重以及上层楼面梁、板传来的竖向荷载。常用的过梁：砖砌过梁和钢筋混凝土过梁两类。,第四章 过梁、圈梁、墙梁及挑梁第一节 过梁(lintel),2.砖砌过梁按梁底是否配置纵向受力钢筋又分为砖砌平拱和钢筋砖过梁两种。1)砖砌平拱：将砖竖立和侧立成跨越门窗洞口的直线形过梁，其厚度等于墙厚，高度一般为240mm和370mm，净跨度不应超过1.2m。2)钢筋砖过梁：在过梁底部水平灰缝内配置纵向受力钢筋而形成的过梁，钢筋砖过梁净跨不宜超过1.5m。,（1）对砖砌体，当过梁上的墙体高度hw ln/3时，按全部墙体的均布自重采用；当墙体高度hw ln/3时，则按高度为ln/3墙体的均布自重采用；（图a）（2）对混凝土砌块砌体，当过梁上的墙体高度hw ln/2，按全部墙体的均布自重采用。当墙体高度hw ln/2时，则按高度为ln/2 墙体的均布自重采用（图b）。,二过梁上的荷载过梁上的荷载由两部分组成：砌体自重和过梁计算跨度范围内的梁、板荷载。,2梁、板荷载,砖和小型砌块砌体，当梁、板下的墙体高度hwln时（hw 为梁板下墙体高度，ln 为过梁的净跨），应计入上部梁、板传来的荷载。而当梁板下的墙体高度hw ln 时，可不考虑梁板荷载（右图）。,3)抗弯计算 式中：设计弯矩；砌体沿齿缝截面破坏的弯曲抗拉强度设计值；过梁的截面抵抗矩。,三、过梁的设计计算1.砖砌平拱过梁计算 1)内力按简支梁计算，计算跨度取净跨。,2)砖砌平拱过梁的截面计算高度h取过梁底面以上的墙体高度，但不大于 ln/3。,4)抗剪计算式中：设计剪力；砌体的抗剪强度设计值；b截面宽度；z内力臂，对于矩形截面取 惯性矩；S截面面积矩；h过梁的截面计算高度。注：过梁的砂浆强度等级从M2.5变到M10时，若正截面受弯承载力验算满足，斜截面受剪承载力验算自动满足要求，可不必另行计算。,2.钢筋砖过梁的计算1)内力按简支梁计算，计算跨度取净跨。2)抗弯计算,式中：设计弯矩；受拉钢筋的抗拉设计强度；受拉钢筋的面积；过梁截面的有效高度，；过梁截面的计算高度，取过梁顶面以上的墙体高度，但不大于；当考虑梁、板传来的荷载时，则按梁板下的高度采用。受拉钢筋中心至截面下边缘的距离。,(2)抗剪计算同砖砌平拱过梁。,2)梁端支承处砌体的局部受压计算：梁端部以外墙体截面尚有足够的砌体可供卸载和提高局部抗压强度，可不考虑上层荷载的影响，=0。考虑到过梁与上部墙体的共同作用且梁端变形极小，因此可取 梁端的有效支承长度取过梁的实际支承长度，但不超过墙厚，即。,3.钢筋混凝土过梁1)跨中正截面受弯与支座斜截面受剪承载力 计算与钢筋混凝土受弯构件同。跨中正截面受弯时，计算跨度取（Lna）与1.05Ln二者中的较小值。,一、圈梁的主要作用 1.增加砌体结构房屋的空间整体性和刚度。2.建筑在软弱地基或地基承载力不均匀的砌体房屋，可能会因地基的不均匀沉降而在墙体中出现裂缝，设置圈梁后，可抑制墙体开裂的宽度或延迟开裂的时间，还可有效地消除或减弱较大振动荷载对墙体产生的不利影响。3.跨越门窗洞口的圈梁，配筋若不少于过梁的配筋时，可兼作过梁。,第二节 圈梁(ring beam),混合结构房屋中，在墙体内连续设置并形成水平封闭状的钢筋混凝土梁或钢筋砖梁，称为圈梁。,四、圈梁的构造要求 1.圈梁宜连续地设在同一水平面上，并形成封闭形状。当圈梁被门窗洞口截断时，应在洞口上部增设相同截面的附加圈梁。附加圈梁与圈梁的搭接长度不应小于其垂直间距的倍，且不小于1.0m；纵筋宜选用410或412，搭接长度按受拉钢筋考虑，箍筋间距不宜大于300mm。2.在刚弹性和弹性方案房屋中，檐口圈梁与屋架或屋面大梁等构件应可靠连结。3.圈梁兼作过梁时，在过梁范围内的配筋应按过梁计算确定。,三、圈梁的种类 1.钢筋混凝土圈梁 钢筋混凝土圈梁梁高不宜小于120mm，常取180mm。当墙厚h240mm时，圈梁的宽度b=h，当h240mm时，取b2/3h或b=h。2.钢筋砖圈梁,二、圈梁的布置,砌体结构设计,由钢筋混凝土梁和砌筑于其上的计算高度范围内的砌体墙组成的组合构件，称为墙梁(wall beam)，其中的钢筋混凝土梁称为托梁。只承受托梁自重和托梁顶面以上墙自重的墙梁称为非承重墙梁。如果托梁还承受由屋盖和楼盖传来的荷载时，称为承重墙梁。,三、墙梁,墙梁中的墙体不仅作为竖向荷载作用于钢筋混凝土托梁上，而且与托梁共同工作形成组合构件，作为结构的一部分与托梁共同工作。,墙梁计算高度范围内墙体顶面处的现浇钢筋混凝土圈梁，称为顶梁，墙梁支座处与墙体垂直连接的纵向落地墙体称为翼墙。,根据支承情况不同，墙梁又可分为简支墙梁(图b)、连续墙梁(图c)和框支墙梁(图d)。根据墙体是否开洞，墙梁又可分为无洞口墙梁和有洞口墙梁。,砌体结构设计,无洞口墙梁，墙梁顶部竖向荷载由墙体的内拱作用和托梁的拉杆作用共同承受，即墙体以受压为主，托梁则处于偏心受拉状态。由于墙梁具有很好的拱作用特性，它比单独托梁的刚度大得多，其承载力也是单独托梁的好几倍。,砌体结构设计,墙梁受力特点与破坏形态：墙梁的受力较为复杂，其破坏形态是墙梁设计的重要依据,1、弯曲破坏 当托梁配筋不足，砌体强度较高时，发生正截面受弯破坏。对无洞口墙梁，破坏发生在跨中最大弯矩截面。托梁受拉开裂后，随荷载增加，钢筋应力增大，裂缝向上发展进入墙体。当托梁的上、下纵筋均达屈服后，裂缝发展较宽，墙梁丧失承载力。,砌体结构设计,a）墙体斜拉破坏 当墙梁高度跨比较小（hw/l00.5）或集中荷载作用剪跨比较大时，若砌体强度较低，发生斜拉破坏,b）墙体斜压破坏 当hw/l00.5，或集中荷载作用剪跨比较小时，发生斜压破坏；现行规范中有关墙梁的墙体受剪承载力的计算方法就是建立在斜压破坏的基础上的。,2、剪切破坏,砌体结构设计,3、局部受压破坏,当墙梁的砌体强度不高，hw/l00.70，托梁的配筋又比较强时，支座上部托梁以上的墙体则可能在墙梁破坏之前发生局压破坏,有洞口墙梁也会发生类似的破坏。,c）托梁剪切破坏 托梁抗剪承载力太低时，可能发生托梁剪切破坏。但一般不会出现这种情况。,砌体结构设计,4、有洞口墙梁,当洞口设置在跨中时，洞口位于低应力区，对墙梁的受力拱作用影响不大，受力性能类似于无洞口墙梁，临近破坏时，墙梁将形成拉杆拱组合受力机构。,砌体结构设计,靠近支座附近区段开洞形成偏开洞墙梁：随着荷载的增加，墙梁可能出现五种裂缝。当荷载约为破坏荷载的30%60%时，首先在洞口外侧沿托梁与墙体的截面产生水平裂缝，随后在洞口内侧上角产生阶梯斜裂缝，随着荷载的增加，在洞口侧墙的外侧产生水平裂缝，当荷载约为破坏荷载的60%80%时，在托梁的门洞内侧截面出现垂直裂缝，一般也同时在托梁与墙体的界面产生水平裂缝，临近破坏时，墙梁将形成大拱套小拱的组合拱受力体系，如图所示，此时，托梁既作为拱的拉杆受拉，又作为小拱的弹性支座而在洞口内侧截面上承受较大的弯矩和剪力，墙梁变成梁拱组合受力机构，托梁处于大偏心受拉状态。,砌体结构设计,5、连续墙梁,连续墙梁是由钢筋混凝土连续托梁、砌筑于连续托梁上的计算高度范围内的墙体以及墙体顶面处设置的拉通圈梁(该拉通圈梁称为连续墙梁的顶梁)组成的组合构件。在实际工程中连续墙梁的应用要比简支墙梁的应用广泛。,砌体结构设计,在开裂前，由托梁、墙体和顶梁组成的连续墙梁，受力性能类似于连续深梁；随着荷载的增大，首先在连续托梁的跨中区段产生多条竖向裂缝并且迅速向上延伸至墙体，然后在中间支座上方的顶梁生贯通的竖向裂缝并向下继续延伸至墙体。随后，在边支座或中间支座上方墙体中产生的斜裂缝、随荷载增加延伸至托梁。随着裂缝的出现和发展，连续墙梁逐渐变为两跨连续组合拱受力体系，其中托梁为拉杆。临近破坏时，托梁与墙体界面将发生水平裂缝。托梁大部分区段处于偏心受拉状态，仅在中间支座附近很小区段，由于拱的推力而造成偏心受压和受剪的复合受力状态。,砌体结构设计,6、框支墙梁,框支墙梁是由钢筋混凝土框架和砌筑在框架托梁上的计算高度范围内的墙体组成的组合构件。当实际工程的跨度较大或荷载较大时，框支墙梁是最为常用的结构形式。,砌体结构设计,框支墙梁在顶面的竖向荷载作用下，其受力特点和破坏形态与简支墙梁和连续墙梁有许多类似之处。当作用在框支墙梁顶面的竖向荷载达到破坏荷载的40%左右时，首先在托梁跨中出现垂直裂缝，该裂缝一出现即迅速向上延伸进入墙体中。当荷载增大至破坏荷载的70%80%时，将在支座附近的墙体中或托梁端部出现斜裂缝，该斜裂缝向托梁或墙体延伸。接近破坏荷载时，在托梁与墙体的界面可能产生水平裂缝，框架柱中产生竖向或水平裂缝，框支墙梁逐渐变为框架拱组合受力体系，其中框架托梁为拉杆。,砌体结构设计,考虑托梁与墙体共同作用，墙梁应分别进行托梁使用阶段正截面承载力、斜截面受剪承载力、墙体受剪承载力和托梁支座上部砌体局部受压承载力计算，以及施工阶段的托梁承载力验算。,墙梁的计算,1、计算简图,a）墙梁计算跨度l0(l0i)简支墙梁和连续墙梁取1.1ln（1.1 lni）或lc（lci）两者的较小值；ln（lni）为净跨，lc（lci）为支座中心线距离。对框支墙梁，取框架柱中心线间的距离lc（lci）；,砌体结构设计,砌体结构设计,b）墙体计算高度hw 取托梁顶面上一层层高（墙体高度+楼面厚度），当hwl0时，取hw=l0（对连续墙梁和多跨框支墙梁，l0取各跨的平均值）；,c）墙梁跨中截面计算高度，取h0=hw+0.5hb；,d）翼墙计算宽度bf 取窗间墙宽度或横墙间距的2/3，且每边不大于3.5h（h为墙厚）和l0/6；,e）框架柱计算高度Hc，取Hc=Hcn+0.5hb；Hcn为框架柱的净高，取基础顶面至托梁底面的距离。,砌体结构设计,2、荷载计算,对承重墙梁：托梁顶面的荷载设计值Q1、F1，包括托梁自重及本层楼盖的恒荷载和活荷载；墙梁顶面的荷载设计值Q2，包括托梁以上各层墙体自重（墙梁的墙体重量应作用在托梁顶面，此处将其移至墙梁顶面），以及墙梁顶面以上各层楼（屋）盖的恒荷载和活荷载；集中荷载可沿作用的跨度近似化为均布荷载。,对非承重墙梁：墙梁顶面的荷载设计值Q2，取托梁自重及托梁以上墙体自重，无Q1。,（1）使用阶段墙梁上的荷载分为：,砌体结构设计,（2）施工阶段托梁上的荷载,施工阶段作用于托梁上的荷载包括托梁自重、本层楼盖的恒载和施工荷载以及墙体自重，对于托梁上的墙体自重，无洞口时取高度为l0max/3的墙体自重（l0max为各计算跨度的最大值），有洞口时尚应按洞顶以下实际分布的墙体自重复核。,3、使用阶段墙梁承载力计算,1）正截面承载力,墙梁正截面破坏一般发生在托梁的跨中截面以及连续墙梁、框支墙梁的支座截面，跨中截面按钢筋混凝土偏心受拉构件计算，支座截面按钢筋混凝土受弯构件计算。,砌体结构设计,a）托梁跨中截面弯矩Mbi及轴心拉力Nbti：,（2）,（3）,对简支墙梁：,（4）,（5）,（6）,砌体结构设计,a）托梁跨中截面弯矩Mbi及轴心拉力Nbti：,（2）,（3）,对连续墙梁、框支墙梁：,（7）,（8）,（9）,砌体结构设计,M1i：荷载设计值Q1、F1作用下的简支梁跨中弯矩或按连续梁或框架分析的托梁各跨跨中最大弯矩；,M2i：荷载设计值Q2作用下的简支梁跨中弯矩或按连续梁或框架分析的托梁各跨跨中最大弯矩；,M：考虑墙梁组合作用的托梁跨中弯矩系数，可按公式（4）或（7）计算，但对自承重简支墙梁应乘以0.8；当公式（4）中的 时,取；当公式（7）中 的 时，取,砌体结构设计,N：考虑墙梁组合作用的托梁跨中轴力系数，可按公式（6）或（9）计算，但对自承重简支墙梁应乘以0.8；式中，当时，取；,M：洞口对托梁弯矩的影响系数，对无洞口墙梁取1.0，对有洞口墙梁可按公式（5）或（8）计算；,ai：洞口边至墙梁最近支座的距离，当ai 0.35l0i时，取ai=0.35l0i。,砌体结构设计,b）托梁支座截面弯矩Mbj：,（10）,（11）,M1j：荷载设计值Q1、F1作用下按连续梁或框架分析的托梁支座弯矩；,M2j：荷载设计值Q2作用下按连续梁或框架分析的托梁支座弯矩；,M：考虑组合作用的托梁支座弯矩系数，无洞口墙梁取0.4，有洞口墙梁可按公式（11）计算，当支座两边的墙体均有洞口时，取ai较小值。,砌体结构设计,2）斜截面承载力,墙梁的斜截面受剪承载力计算包括托梁斜截面受剪承载力计算和墙体受剪承载力计算。,a）托梁斜截面受剪承载力计算,（12）,V1j：荷载设计值Q1、F1作用下按连续梁或框架分析的托梁支座边缘剪力或简支梁支座边剪力；,V2j：荷载设计值Q2作用下按连续梁或框架分析的托梁支座边缘剪力或简支梁支座边剪力；,砌体结构设计,b）墙体斜截面受剪承载力计算,（13）,V：考虑组合作用的托梁剪力系数，无洞口墙梁边支座取0.6，中支座取0.7；有洞口墙梁边支座取0.7，中支座取0.8。对自承重墙梁，无洞口时取0.45，有洞口时取0.5。,V2：在荷载设计值Q2作用下墙梁支座边剪力的最大值；,1：翼墙或构造柱影响系数，对单层墙梁取1.0，对多层墙梁，当 时取1.3，当 或设置构造柱时取1.5，当 时，按线性插入取值；,砌体结构设计,2：洞口影响系数，无洞口墙梁取1.0，多层有洞口墙梁取0.9，单层有洞口墙梁取0.6；,ht：墙梁顶面圈梁截面高度。,3）托梁支座上部墙体局部承载力计算,（15）,（16）,当 或墙梁支座处设置上、下贯通的落地构造柱时可不验算局部受压承载力。,砌体结构设计,4、施工阶段墙梁承载力计算,施工阶段托梁与墙体还没有共同工作形成拱，因此不能按墙梁计算，施工阶段的荷载全部由托梁承担。,托梁按混凝土受弯构件进行施工阶段的受弯、受剪承载力验算。,施工阶段托梁上的荷载为：,（1）托梁自重及本层楼盖恒载；（2）本层楼盖的施工荷载；（3）墙体自重，无洞口时取高度为l0max/3的墙体自重（l0max为各计算跨度的最大值），有洞口时尚应按洞顶以下实际分布的墙体自重复核。,砌体结构设计,5、墙梁的构造,2）材料托梁的混凝土强度等级不应低于C30；纵向钢筋宜采用HRB335、HRB400或RRB400级钢筋；承重墙梁的块体强度等级不应低于MU10，计算高度范围内墙体的砂浆强度等级不应低于M10。,3）其他规定。,1）墙梁的一般规定,四、悬挑结构计算和配筋,悬挑结构分为刚性挑梁和弹性挑梁。当埋入墙内的挑梁长度较大，梁会发生明显的挠曲变形，将这种挑梁称为弹性挑梁；当埋入墙内的挑梁长度较短，梁不会发生明显的挠曲变形，则为刚性挑梁。,砌体结构设计,刚性挑梁：l12.2hb弹性挑梁：l12.2hb,（一）刚性挑梁悬挑结构,抗倾覆按承载能力极限状态进行验算，其一般表达式为：,具体表达式为：,M r：挑梁的抗倾覆弯矩设计值；M OV：挑梁的荷载对倾覆点的位置产生的倾覆弯矩设计值。,砌体结构设计,悬挑结构的破坏形式：1、倾覆破坏2、局压破坏3、挑梁承载力不足破坏,除需对结构中的各构件进行设计，还需对结构整体进行抗倾覆设计验算。,砌体结构设计,1-1截面,倾覆点位置：挑梁倾覆破坏时，其倾覆点不在墙边，而在距墙边x0处。,当l12.2hb时：,当l12.2hb时：,l1：挑梁埋入砌体的长度，单位mm；x0：计算倾覆点到墙边的距离，单位mm；hb：挑梁的截面高度，单位mm。,砌体结构设计,试验表明，由于挑梁与砌体共同工作，挑梁倾覆时将在其埋入端角部砌体内形成阶梯形斜裂缝，斜裂缝以上的砌体及作用在其上的楼面（屋面）荷载均可抗倾覆。一般偏安全取夹角为45。,砌体结构设计,挑梁的倾覆荷载设计值包括所有恒荷载和活荷载设计值。,砌体结构设计,挑梁的抗倾覆荷载标准值（G rki）为挑梁尾部上部45扩散角范围（水平投影长度为l1+l3）内的砌体（不包括粉刷层重量）和楼盖恒荷载标准值之和。,挑梁的抗倾覆弯矩设计值表达式：,悬挑结构的构件设计与其它梁板结构中的构件相似，只是挑梁的最大弯矩取MOV，最大剪力取挑梁在墙外边缘截面产生的剪力。,砌体结构设计,挑梁的构造要求：1、纵向受力钢筋一般伸入梁的埋入端支座；2、挑梁埋入砌体内的长度l1与lc之比宜大于1，当挑梁上无砌体时宜大于2。,（二）挑板式悬挑结构挑板式悬挑结构的抗倾覆荷载主要是其所在墙体的自重，若该墙体为承重墙，则还有楼面恒载。,梁两端埋入砌体愈长（a），则抗倾覆荷载愈大。一般当ln1.5m时，a300mm；ln1.5m 时，a500mm。挑板式悬挑结构的抗倾覆验算主要用于拆模板时的稳定验算，埋入墙内的梁为弯、剪、扭复合受力构件。,砌体结构设计,砌体结构设计,砌体结构设计,挑梁下砌体的局压验算：,Nl：挑梁下的支承压力，由倾覆荷载和抗倾覆荷载产生的挑梁下砌体的支承压力，取：,R：挑梁的倾覆荷载设计值，,Al：局部受压面积，取，b为挑梁的截面宽 度，hb为挑梁的截面高度；,砌体结构设计,：砌体局部抗压强度提高系数，对图5-12a，取1.25；对图5-12b，取1.5。,3-13：,解：）确定砌体强度f MU10烧结普通砖，M5混合砂浆，查表，f=1.5N/mm2，,截面面积A=490 620=0.3038m20.3m2,砌体强度设计值raf=1.69N/mm2。,高厚比Ho/h,计算长度Ho=7.0m，h=490mm，烧结普通砖1.0，。,(2)计算高厚比,(3)确定承载力影响系数 查表或通过公式计算，=0.743)验算长边承载力Nu=fA=0.74x1.69x303800=380kN300kN，满足承载力要求,M10烧结砖，M5混合砂浆，f=1.5N/mm2，梁高hc=500mm，,解：、首先验算不设垫块的情况）计算梁端有效支承长度ao,2)计算局压强度提高系数,）局压计算,局部受压面积：,局部受压影响面积：,取=1.65,）计算局压面积上的上部荷载,取,局部承压不足，需要设置垫块。,、设垫块后局部承压验算设垫块后强度验算公式为：,）根据垫块构造要求，初选垫块尺寸为：,）计算1,）计算,查表情况，；,）局压计算不满足局部承压要求。,