设置钢筋混凝土圈梁1课件.ppt
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1、过梁、挑梁、圈梁设计和砌体结构过梁、挑梁、圈梁设计和砌体结构抗震措施抗震措施一、过梁的设计与构造一、过梁的设计与构造过梁是砌体结构门窗洞口上常用的构件,主要有钢筋混凝土过梁、钢筋砖过梁、砖砌平拱过梁和砖砌弧拱过梁等几种不同的形式。由于砖砌过梁延性较差,跨度不宜过大,因此对有较大振动荷载或可能产生不均匀沉降的房屋,应采用钢筋混凝土过梁。钢筋混凝土过梁端部支承长度不宜小于 240mm。砖砌过梁的构造要求应符合下列规定。(1)砖砌过梁截面计算高度内的砂浆不宜低于 M5。(2)砖砌平拱用竖砖砌筑部分的高度不应小于 240mm。(3)钢筋砖过梁底面砂浆层处的钢筋,其直径不应小于 5mm,间距不宜大于 1
2、20mm,钢筋伸入支座砌体内的长度不宜小于 240mm,砂浆层的厚度不宜小于 30mm。过梁上的荷载有两种:一种是仅承受墙体荷载,第二种是除承受墙体荷载外,还承受其上梁板传来的荷载。试验表明,如过梁上的砌体采用水泥混合砂浆砌筑,当砖砌体的砌筑高度接近跨度的一半时,跨中挠度的增加明显减小。此时,过梁上砌体的当量荷载相当于高度等于13跨度时的墙体自重。这是由于砌体砂浆随时间增长而逐渐硬化,参加工作的砌体高度不断增加,使砌体的组合作用不断增强。当过梁上墙体有足够高度时,施加在过梁上的竖向荷载将通过墙体内的拱作用直接传给支座。因此,过梁上的墙体荷载应如下取用(1)对砖砌体,当过梁上的墙体高度hwln3
3、时,应按墙体的均布自重采用,其中 ln 为过梁的净跨。当墙体高度 hwln3 时,应按高度为 ln3 墙体的均布自重采用。(2)对混凝土砌块砌体,当过梁上的墙体高度 hwln2 时,应按墙体的均布自重采用。当墙体高度 hwln2 时,应按高度为 ln2 墙体的均布自重采用。过梁上的荷载取值过梁上的荷载取值对梁板传来的荷载,试验结果表明,当在砌体高度等于跨度的 0.8 倍左右的位置施加外荷载时,过梁的挠度变化已很微小。因此可认为,在高度等于跨度的位置上施加外荷载时,荷载将全部通过拱作用传递,而不由过梁承受。对过梁上部梁、板传来的荷载,规范规范规定:对砖和小型砌规定:对砖和小型砌块砌体,当梁、板下
4、的墙体高度块砌体,当梁、板下的墙体高度 hwln 时,应计入梁、板传来的荷载。时,应计入梁、板传来的荷载。当梁、板下的墙体高度当梁、板下的墙体高度 hwln 时,可不考虑梁、板荷载。时,可不考虑梁、板荷载。过梁的计算过梁的计算钢筋砖过梁的工作机理类似于带拉杆的三铰拱,有两种可能的破坏形式:正截面受弯破坏和斜截面受剪破坏。当过梁受拉区的拉应力超过砖砌体的抗拉强度时,则在跨中受拉区会出现垂直裂缝;当支座处斜截面的主拉应力超过砖砌体沿齿缝的抗拉强度时,在靠近支座处会出现斜裂缝,在砌体材料中表现为阶梯形斜裂缝。砖砌平拱过梁的工作机理类似于三铰拱,除可能发生受弯破坏和受剪破坏,在跨中开裂后,还会产生水平
5、推力。此水平推力由两端支座处的墙体承受。当此墙体的灰缝抗剪强度不足时,会发生支座滑动而破坏,这种破坏易发生在房屋端部的门窗洞口处墙体上。由过梁的破坏形式可知,应对过梁进行受弯、受剪承载力验算。对砖砌平拱还应按其水平推力验算端部墙体的水平受剪承载力。1.砖砌平拱过梁的承载力计算(1)正截面受弯承载力可按下式计算WfMtmM按简支梁并取净跨计算的跨中弯矩设计值 ftm沿齿缝截面的弯曲抗拉强度设计W截面模量过梁的截面计算高度取过梁底面以上的墙体高度,但不大于 ln/3。砖砌平拱中由于存在支座水平推力,过梁垂直裂缝的发展得以延缓,受弯承载力得以提高。因此,公式中的 ftm取沿齿缝截面的弯曲抗拉强度设计
6、值。(2)斜截面受剪承载力可按下式计算bzfVvSIz V 剪力设计值fv 砌体的抗剪强度设计值b 截面宽度 z 内力臂,当截面为矩形时取 z 等于 2h3I 截面惯性矩S 截面面积矩h 截面高度一般情况下,砖砌平拱的承载力主要由受弯承载力控制2.钢筋砖过梁的承载力计算(1)正截面受弯承载力可按下式计算syAfhM085.0M按简支梁并取净跨计算的跨中弯矩设计值fy钢筋的抗拉强度设计值As受拉钢筋的截面面积ho过梁截面的有效高度,hoh-asho过梁截面的有效高度,hoh-ash过梁的截面计算高度,取过梁底面以上的墙体高度,但不 大于 ln/3;当考虑梁、板传来的荷载时,则按梁、板下的 高度采
7、用。(2)钢筋砖过梁的受剪承载力计算与砖砌平拱过梁相同3.钢筋混凝土过梁的承载力计算钢筋混凝土过梁的承载力应按钢筋混凝土受弯构件计算。过梁的弯矩按简支梁计算,计算跨度取 ln+a 和 1.05ln 二者中的较小值,其中 a 为过梁在支座上的支承长度。在验算过梁下砌体局部受压承载力时,可不考虑上部荷载的影响,即取=0。由于过梁与其上砌体共同工作,构成刚度很大的组合深梁,其变形非常小,故其有效支承长度可取过梁的实际支承长度,并取应力图形完整系数=1。砌有一定高度墙体的钢筋混凝土过梁按受弯构件计算严格地说是不合理的。试验表明过梁也是偏拉构件。过梁与墙梁并无明确分界定义,主要差别在于过梁支承于平行的墙
8、体上,且支承长度较长;一般跨度较小,承受的梁、板荷载较小。当过梁跨度较大或承受较大梁、板荷载时,应按墙梁设计。二、挑梁的设计与构造二、挑梁的设计与构造在砌体结构房屋中,为了支承挑廊、阳台、雨篷等,常设有埋入砌体墙内的钢筋混凝土悬臂构件,即挑梁。当埋入墙内的长度较大且梁相对于砌体的刚度较小时,梁发生明显的挠曲变形,将这种挑梁称为弹性挑梁,如阳台挑梁,外廊挑梁等;当埋入墙内的长度较短,埋入墙内的梁相对于砌体刚度较大,挠曲变形很小,主要发生刚体转动变形,将这种挑梁称为刚性挑梁。嵌入砖墙内的悬臂雨篷梁属于刚性挑梁。挑梁的受力特点与破坏形态挑梁的受力特点与破坏形态埋置于墙体中的挑梁是与砌体共同工作的。在
9、墙体上的均布荷载 P和挑梁端部集中力F 作用下经历了弹性、带裂缝工作和破坏等三个受力阶段有限元分析及弹性地基梁理论分析都表明,在 F作用下挑梨与墙体的上、下界面竖向正应力 y的分布如图所示。此应力应与 P作用下产生的竖向正应力 0叠加。由于挑梁以上墙体的前部和挑梁以下墙体的后部竖向受拉,当加荷至 0.20.3Fu 时,(Fu 为挑梁破坏荷载),将在挑梁以上墙体出现水平裂缝,随后在挑梁以下墙体出现水平裂缝如图所示。挑梁带有水平裂缝工作到 0.8Fu 时,在挑梁尾端的墙体中将出现阶梯形斜裂缝,其与竖向轴线的夹角 较大。水平裂缝不断向外延伸,挑梁下砌体受压面积逐渐减少,压应力不断增大,将可能出现局部
10、受压裂缝。而混凝土挑梁在 F 作用下将在墙边稍靠里的部位出现竖向裂缝,在墙边靠外的部位出现斜裂缝。挑梁可能发生下列三种破坏形态(1)挑梁倾覆破坏。当挑梁埋人端的砌体强度较高且埋入段长 l1 较短,则可能在挑梁尾端处的砌体中产生阶梯形斜裂缝。如挑梁砌入端斜裂缝范围内的砌体及其他上部荷载不足以抵抗挑梁的倾覆力矩,此斜裂缝将继续发展,直至挑梁产生倾覆破坏。发生倾覆破坏时,挑梁绕其下表面与砌体外缘交点处稍向内移的一点 O 转动。(2)挑梁下砌体局部受压破坏。当挑梁埋入端的砌体强度较低且埋人段长度l1 较长,在斜裂缝发展的同时,下界面的水平裂缝也在延伸,使挑梁下砌体受压区的长度减小、砌体压应力增大。若压
11、应力超过砌体的局部抗压强度,则挑梁下的砌体将发生局部受压破坏。(3)挑梁弯曲破坏或剪切破坏。挑梁由于正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不足引起弯曲破坏或剪切破坏。挑梁的承载力验算挑梁的承载力验算对于挑梁,需要进行抗倾覆验算、挑梁下砌体的局部承压验算以及挑梁本身的承载力验算。1)抗倾覆验算砌体墙中钢筋混凝土挑梁的抗倾覆应按下式验算ovrMM 028.0 xlGMrrMov挑梁的荷载设计值对计算倾覆点产生的倾覆力矩Mr挑梁的抗倾覆力矩设计值Gr挑梁的抗倾覆荷载,为挑梁尾端上部 45扩散角的阴影范围(其水平长度为 l3)内本层的砌体与楼面恒荷载标淮值之和l2Gr的作用点至墙外边缘的距离挑梁计算倾覆点
12、至墙外边缘的距离可按下列规定采用当l12.2 hb时10013.03.0lhx当l12.2 hb时1013.0lx l1挑梁埋入砌体墙中的长度(mm)x0计算倾覆点至墙外边缘的距离(mm)hb挑梁的截面高度(mm)当挑梁下有构造柱时,计算倾覆点到墙外边缘的距离可取 0.5x0在确定挑梁的抗倾覆荷载 Gr 时,应注意以下几点。(1)当墙体无洞口时,若 l3l1,则 Gr 中不应计入尾端部(l3-l1)范围内的本层砌体和楼面恒载。(2)当墙体有洞口时,若洞口内边至挑梁尾端的距离370mm,则 Gr的取法与上述相同(应扣除洞口墙体自重),否则只能考虑墙外边至洞口外边范围内本层的砌体与楼面恒载。2)挑
13、梁下砌体的局部受压承载力验算挑梁下砌体的局部受压承载力,可按下式验算llfANNl挑梁下的支承压力,可取 Nl=2R,R 为挑梁的倾覆荷载设计值梁端底面压应力图形的完整系数,可取 0.7砌体局部抗压强度提高系数,对图(a)所示可取 1.25;对图(b)可取 1.5。Al挑梁下砌体局部受压面积,可取 Al=1.2bhb,b为挑梁的截面宽 度,hb为挑梁的截面高度。3)挑梁本身的承载力验算挑梁的最大弯矩设计值 Mmax 与最大剪力设计值 Vmax,可按下列公式计算0maxmaxVVMMovVo挑梁的荷载设计值在挑梁墙外边缘处截面产生的剪力4)挑梁的构造要求挑梁的设计除应符合现行混凝土结构设计规范外
14、,尚应满足下列要求。(1)纵向受力钢筋至少应有 1/2的钢筋面积伸入梁尾端,且不少于 212。其余钢筋伸入支座的长度不应小于 2l1/3。(2)挑梁埋入砌体长度 l1 与挑出长度 l 之比宜大于 1.2;当挑梁上无砌体时,l1 与 l 之比宜大于 2。三、圈梁的设计与构造三、圈梁的设计与构造在砌体结构房屋中,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。在房屋0.000 以下基础中设置的圈梁称为地圈梁或基础圈梁;位于顶层屋面梁及板下的圈梁,称为檐口圈梁。1)圈梁的作用及布置 为了增强房屋的整体性的空间刚度,防止由于地基不均匀沉降或较大振动作用等对房屋产生的不利影响,可在墙
15、中设置现浇的钢筋混凝土圈梁,其中以设置在基础顶面部位和檐口部位的圈梁对抵抗不均匀沉降作用最为有效。当房屋中部沉降比房屋两端大时,则位于檐口部位的圈梁作用较大。圈梁与构造柱相配合还有助于提高砌体的抗震性能,同时,在验算壁柱间墙高厚比时圈梁可作为不动铰支座,以减小墙体的计算高度,提高墙体的稳定性。所以,应该根据地基情况、房屋的类型、层数以及所受的振动荷载等情况决定圈梁的布置。具体规定如下:(1)车间、仓库、食堂等空旷的单层房屋应按下列规定设置圈梁。砖砌体房屋,檐口标高为 58m 时,应在檐口设置圈梁一道,檐口标高大于 8m 时,宜适当增设。砌块及料石砌体房屋,檐口标高为 45m 时,应在檐口标高处
16、设置圈梁一道,檐口标高大于 5m时,应增加设置数量。对有吊车或较大振动设备的单层工业房屋,除在檐口或窗顶标高处设置现浇钢筋混凝土圈梁外,尚宜在吊车梁标高处或其他适当位置增设。(2)住宅、宿舍、办公室楼等多层砌体民用房屋,当层数为 3 或 4 层时,应在檐口标高处设置圈梁一道。当层数超过 4 层时,应在所有纵横墙上隔层设置。(3)多层砌体工业房屋,应每层设置现浇钢筋混凝土圈梁。(4)设置墙梁的多层砌体房屋,应在托梁,墙梁顶面和檐口标高处设置现浇钢筋混凝土圈梁,其他楼盖处宜在所有纵横墙上每层设置圈梁。(5)采用现浇钢筋混凝土楼屋盖的多层砌体结构房屋,当层数超过 5 层时,除在檐口标高处设置一道圈梁
17、外,可隔层设置圈梁,并与楼(屋)面板一起现浇。未设置圈梁的楼面板嵌入墙内的长度不宜小于 120mm,沿墙长设置的纵向钢筋不应小于 210。(6)建造在软弱地基或不均匀地基上的砌体房屋,除按上述规定之外,圈梁的设置尚应符合国家现行建筑抗震设计规范(GB 500112001)的有关规定。2)抗震设防的房屋圈案的设置应符合建筑抗震设计规范的要求(1)装配式钢筋混凝土楼(屋)盖或木楼盖、木屋盖的砖房横墙承重时按表的要求设置圈梁。纵墙承重时每层均应设置圈梁,且抗震横墙上的圈梁间距应比表内规定适当加密。现浇或装配整体式钢筋混凝土楼(屋)盖与墙体有可靠联结时,可不设圈梁,但楼板沿墙体周边应加强配筋并应与相应
18、的构造柱钢筋可靠连接。当在表要求的间距内没有横墙时,应利用梁或板缝中配筋代替圈梁。圈梁宜在预制板设在同一标高处或紧靠板底。圈梁应闭合,遇有洞口圈梁应上下搭接。钢为了加强基础的筋混凝土圈梁的截面高度不应小于 120mm,配筋应符合表的要求。整体性和刚性而增设的基础圈梁,其截面高度不应小于 180mm,纵筋不应小于 412。砖房圈梁配筋要求(2)多层砌块房屋均应按表的要求来设置现浇钢筋混凝土圈梁,圈梁宽度不小于190mm,配筋不应小于 412,箍筋间距不应大于 200mm。多层砌块房屋钢筋混凝土圈梁设置要求(3)蒸压灰压砖、蒸压粉煤灰砖砌体结构房屋;在 6度 8层、7 度 7层和 8 度 5层时,
19、应在所有楼(屋)盖处的纵横墙上设置钢筋混凝土圈梁,圈梁的截面尺寸不应小于240mm180mm,圈梁纵筋不应小于 412,箍筋采用 6200。其他情况下圈梁的设置和构造要求应符合上述条款的规定。3)圈梁构造要求:为了保证圈梁发挥应有的作用,圈梁必须满足以下构造要求。(1)圈梁宜连续地设在同一水平面上,并形成封闭状。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。附加圈梁和圈梁的搭接长度不应小于其垂直间距的2倍,且不得小于1m。(2)纵横墙交接处的圈梁应有可靠的连接。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。(3)钢筋混凝土圈梁的宽度宜与墙厚相同,当墙厚h240mm时,其
20、宽度不宜小于2h/3,圈梁高度不应小于 120mm纵向钢筋不应少于 410,绑扎接头的搭接长度按受拉钢筋考虑,箍筋间距不应大于 300mm。(4)圈梁兼作过梁时,在过梁部分的钢筋应按计算用量另行增配。2022-12-1731 四、砌体结构抗震构造措施四、砌体结构抗震构造措施 砌体结构抗震性能差的原因砌体结构抗震性能差的原因1 1、刚度大、自重大,地震作用也大;、刚度大、自重大,地震作用也大;2 2、砌体材料质脆、砌体材料质脆,抗剪、抗拉、抗弯强度低抗剪、抗拉、抗弯强度低,地震作用下极地震作用下极易出现裂缝易出现裂缝;3 3、受施工质量的影响较大、受施工质量的影响较大;如砂浆不饱满如砂浆不饱满,
21、易出现裂缝易出现裂缝,减弱抗震性能。减弱抗震性能。2022-12-1732 若能针对砌体结构的弱点进行合理设计,采用适当的构若能针对砌体结构的弱点进行合理设计,采用适当的构造措施,确保施工质量,砌体结构的抗震性能是能够得到改造措施,确保施工质量,砌体结构的抗震性能是能够得到改善的。善的。从震害调查可见:经抗震设防可减轻砌体结构的震从震害调查可见:经抗震设防可减轻砌体结构的震害,减少严重破坏和倒塌率。害,减少严重破坏和倒塌率。0.00.09.819.570.7倒塌倒塌严重破坏严重破坏中等破坏中等破坏轻微破坏轻微破坏基本完好基本完好0.023.529.435.311.8倒塌倒塌严重破坏严重破坏中等
22、破坏中等破坏轻微破坏轻微破坏基本完好基本完好 天津市天津市8 8度区经度区经7 7度设防的度设防的7474年通用住宅震害统计(年通用住宅震害统计(%)唐山地区唐山地区8 8度区多层砖房的震害统计(度区多层砖房的震害统计(%)2022-12-1733 震害分析震害分析(一)、倒塌(一)、倒塌1 1、全部倒塌、全部倒塌房屋整体性好,而底层强度不足时;房屋整体性好,而底层强度不足时;房屋整体性不好,而上层墙体过于弱时;房屋整体性不好,而上层墙体过于弱时;2 2、上部倒塌、上部倒塌房屋上层自重大,刚度差;房屋上层自重大,刚度差;上层砌体强度过弱,整体性差时;上层砌体强度过弱,整体性差时;3 3、局部倒
23、塌、局部倒塌个别部位的整体性特别差,纵墙与横墙间联系不好,个别部位的整体性特别差,纵墙与横墙间联系不好,平面或立面有显著的局部突出,抗震缝处理不当等;平面或立面有显著的局部突出,抗震缝处理不当等;外纵墙全部脱开横墙外纵墙全部脱开横墙而坍塌是较常见的震害。而坍塌是较常见的震害。2022-12-1734(二)、裂缝(二)、裂缝抗剪承载力不足抗剪承载力不足,产生裂缝产生裂缝,主要有主要有“X X”形、水平和竖向三种类型。形、水平和竖向三种类型。1 1、“X X”形裂缝形裂缝 墙体在竖向压力和反复水墙体在竖向压力和反复水平剪力作用产生的裂缝。平剪力作用产生的裂缝。常出现常出现“X X”形裂缝的位置:形
24、裂缝的位置:与主震方向平行的墙体;与主震方向平行的墙体;在横向,房屋两端的山墙;在横向,房屋两端的山墙;在纵向,窗间墙。在纵向,窗间墙。若主震方向与横纵墙成某一角度时,常在房屋的角部出现局部倒塌。若主震方向与横纵墙成某一角度时,常在房屋的角部出现局部倒塌。2022-12-17砌体结构352 2、水平裂缝水平裂缝 大都发生于外纵墙窗口的上下皮处。大都发生于外纵墙窗口的上下皮处。当房屋纵向承重,横墙间距大而屋盖刚度弱时,纵墙出平当房屋纵向承重,横墙间距大而屋盖刚度弱时,纵墙出平面受弯产生水平裂缝。面受弯产生水平裂缝。3 3、竖向裂缝竖向裂缝 大都发生于横纵墙交接处或变化较大的两部体系的交接处。大都
25、发生于横纵墙交接处或变化较大的两部体系的交接处。2022-12-17362022-12-17372022-12-17砌体结构382022-12-1739(三)、其它破坏(三)、其它破坏 楼梯间的墙体一般震害较重。楼梯间的墙体一般震害较重。横墙间距小,抗剪刚度大;横墙间距小,抗剪刚度大;1 1、楼梯间破坏、楼梯间破坏 原因是:原因是:空间刚度较小;空间刚度较小;墙体有削弱等;墙体有削弱等;突出屋面的屋顶间(电梯机房、水箱间等)、烟囱、女儿墙,突出屋面的屋顶间(电梯机房、水箱间等)、烟囱、女儿墙,由于由于“鞭端效应鞭端效应”引起破坏。引起破坏。2 2、房屋附属物、房屋附属物 房屋附属物的破坏比下部
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