混合结构房屋结构设计.ppt
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- 混合结构 房屋结构 设计
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1、1第十章第十章 混合结构房屋混合结构房屋混合结构房屋通常是指房屋的混合结构房屋通常是指房屋的竖向承重构竖向承重构件件(墙、柱、基础)采用砌体结构,而(墙、柱、基础)采用砌体结构,而水平水平承重构件承重构件(屋盖、楼盖)采用钢筋混凝土结(屋盖、楼盖)采用钢筋混凝土结构(或钢结构、木结构)。这种结构造价低、构(或钢结构、木结构)。这种结构造价低、抗震性能好,有足够的承载力和刚度,在低抗震性能好,有足够的承载力和刚度,在低层和多层民用建筑中,应用十分广泛。层和多层民用建筑中,应用十分广泛。23 名词解释外墙外墙内墙内墙横墙横墙纵墙纵墙山墙山墙承重墙承重墙 非承重墙非承重墙4位于房屋外围的墙位于房屋外
2、围的墙位于房屋内部的墙位于房屋内部的墙沿建筑物短轴方向布置的墙沿建筑物短轴方向布置的墙 沿建筑物长轴方向布置的墙沿建筑物长轴方向布置的墙 房屋两端的横墙,横向外墙一般称山墙房屋两端的横墙,横向外墙一般称山墙 除承受墙体自重外还承受屋盖和楼盖除承受墙体自重外还承受屋盖和楼盖 传来荷载的墙传来荷载的墙 仅仅承受自身重量的墙仅仅承受自身重量的墙5第一节第一节 房屋的结构布置房屋的结构布置 和静力计算方案和静力计算方案6 一、房屋的结构布置方案一、房屋的结构布置方案 根据墙体布置,按根据墙体布置,按竖向荷载竖向荷载传递路线的不同,墙体承重体系可分为四传递路线的不同,墙体承重体系可分为四种类型:种类型:
3、横墙承重体系横墙承重体系:由横墙承受竖向荷载,纵墙仅为围护墙:由横墙承受竖向荷载,纵墙仅为围护墙 纵墙承重体系纵墙承重体系:由纵墙承受竖向荷载:由纵墙承受竖向荷载 纵、横墙混合承重体系纵、横墙混合承重体系:共同承受竖向荷载:共同承受竖向荷载 内框架承重体系内框架承重体系:荷载由内框架柱和外承重墙共同承受(由钢筋混凝土:荷载由内框架柱和外承重墙共同承受(由钢筋混凝土柱与梁组成钢筋混凝土内框架,梁在外墙处仍然支承在砌体上)柱与梁组成钢筋混凝土内框架,梁在外墙处仍然支承在砌体上)7屋面(楼面)荷载屋面(楼面)荷载 板板 横墙横墙 基础基础 地基地基 8特点:特点:空间刚度大、整体性好(横墙间距小);
4、空间刚度大、整体性好(横墙间距小);纵墙开洞灵活(横墙承重,纵墙仅起维护作用);纵墙开洞灵活(横墙承重,纵墙仅起维护作用);由于在横墙上放置预制板,屋(楼)盖结构简单,材由于在横墙上放置预制板,屋(楼)盖结构简单,材料用量少;料用量少;施工方便。施工方便。9 横墙承重体系在每个开间均设置横墙,适用于宿舍、横墙承重体系在每个开间均设置横墙,适用于宿舍、住宅、旅馆等居住建筑和由小房间组成的办公楼。住宅、旅馆等居住建筑和由小房间组成的办公楼。10 房间的进深相对较小而宽度相对较大时,将楼板房间的进深相对较小而宽度相对较大时,将楼板 沿横向布置,直接搁置在纵向承重墙上沿横向布置,直接搁置在纵向承重墙上
5、 荷载荷载 板板 纵墙纵墙 基础基础 地基地基 将楼板沿纵向铺设在大梁上,而大梁搁置在纵向将楼板沿纵向铺设在大梁上,而大梁搁置在纵向 承重墙上承重墙上 荷载荷载 板板 大梁大梁 纵墙纵墙 基础基础 地基地基 11特点:特点:建筑平面布置灵活(横墙间距可以较大,形成室内较建筑平面布置灵活(横墙间距可以较大,形成室内较大空间);大空间);纵墙开洞面积受限(纵墙承受荷载较大);纵墙开洞面积受限(纵墙承受荷载较大);房屋抗侧刚度较小(横墙数量少);房屋抗侧刚度较小(横墙数量少);与横墙承重体系相比,屋(楼)盖材料用量较多;墙与横墙承重体系相比,屋(楼)盖材料用量较多;墙体用量较少。体用量较少。12 纵
6、墙承重体系适用于使用上要求有较大空间的房屋(纵墙承重体系适用于使用上要求有较大空间的房屋(如教学楼、如教学楼、图书馆图书馆)以及常见的单层及多层空旷混合结构房屋)以及常见的单层及多层空旷混合结构房屋(如食堂、(如食堂、俱乐部、中小型工业厂房俱乐部、中小型工业厂房)等。)等。纵墙承重的多层房屋,层数不宜过多,因为纵墙承受的竖向荷纵墙承重的多层房屋,层数不宜过多,因为纵墙承受的竖向荷载较大,若层数较多,需增加纵墙厚度,这从经济上或适用性载较大,若层数较多,需增加纵墙厚度,这从经济上或适用性上都不合理。上都不合理。1311 梁梁 纵墙纵墙屋面(楼面)荷载屋面(楼面)荷载 板板 横墙横墙 基础基础 地
7、基地基 纵墙纵墙1412特点:特点:平面布置灵活,可以有较大的空间;平面布置灵活,可以有较大的空间;有较大的空间刚度有较大的空间刚度;结构受力较为均匀。结构受力较为均匀。15 根据房屋开间和进深的要求,以及结构布置根据房屋开间和进深的要求,以及结构布置的合理性,有时需要采用纵横墙混合承重体的合理性,有时需要采用纵横墙混合承重体系。适用于教学楼、办公楼及医院等建筑。系。适用于教学楼、办公楼及医院等建筑。13屋面(楼面)荷载屋面(楼面)荷载 板板 梁梁 地基地基 16柱柱 柱基础柱基础外纵墙外纵墙 墙基础墙基础14特点:特点:可获得较大空间(柱取代了内承重墙);可获得较大空间(柱取代了内承重墙);
8、横墙较少,空间刚度较差,抗震性能较差,地震区不横墙较少,空间刚度较差,抗震性能较差,地震区不宜采用;宜采用;由于墙和柱的材料不同,施工方法不同,给施工带来由于墙和柱的材料不同,施工方法不同,给施工带来一定的复杂性;一定的复杂性;砖墙和钢筋混凝土柱的基础沉降量不一致,结构可能砖墙和钢筋混凝土柱的基础沉降量不一致,结构可能出现不均匀变形。出现不均匀变形。1715二、二、房屋静力计算方案房屋静力计算方案 根据房屋的空间工作性能确定的墙体根据房屋的空间工作性能确定的墙体 静力计算简图静力计算简图 18 竖向荷载作用竖向荷载作用 通过墙体承重体系反映通过墙体承重体系反映 水平荷载作用水平荷载作用 通过静
9、力计算方案反映通过静力计算方案反映16一、房屋的空间刚度一、房屋的空间刚度 混合结构房屋由于屋盖、楼盖与墙体的连接以及纵横混合结构房屋由于屋盖、楼盖与墙体的连接以及纵横墙相互拉结,从而形成一个空间整体,承受各种墙相互拉结,从而形成一个空间整体,承受各种竖向荷载竖向荷载和水平荷载和水平荷载的作用。房屋的空间刚度就是指这些构件参加的作用。房屋的空间刚度就是指这些构件参加共同工作的程度。共同工作的程度。19171.1.房屋空间性能影响系数房屋空间性能影响系数 空间工作:空间工作:作用在房屋上的水平荷载(或不对称荷载)不作用在房屋上的水平荷载(或不对称荷载)不仅沿着屋盖纵墙传力系统传递,而且沿屋盖横墙
10、传力系统仅沿着屋盖纵墙传力系统传递,而且沿屋盖横墙传力系统传递,受这种直接受荷构件与非直接荷构件间,相互支承传递,受这种直接受荷构件与非直接荷构件间,相互支承且共同承担荷载的协同工作,即房屋的空间工作性能。且共同承担荷载的协同工作,即房屋的空间工作性能。空间空间刚度:刚度:与空间工作对应的房屋整体刚度称为空间刚度。与空间工作对应的房屋整体刚度称为空间刚度。与与 有关有关 20山(横)墙间距及平面刚度山(横)墙间距及平面刚度屋(楼)盖类型及平面刚度屋(楼)盖类型及平面刚度21两边无山墙的单层房屋两边无山墙的单层房屋 通常用通常用空间性能影响系数空间性能影响系数 来反映房屋空间刚度的大小。来反映房
11、屋空间刚度的大小。即:即:(01)物理意义:以单层房屋为例,物理意义:以单层房屋为例,是指所取单元在水平荷载是指所取单元在水平荷载作用下,考虑空间作用求得的位移作用下,考虑空间作用求得的位移 与不考虑空间作用求得与不考虑空间作用求得的位移的位移 的比值的比值。pspspsuuFuuFuuF横墙侧作用在山墙之间有若干作用在有山墙的纵墙上作用在无山墙的纵墙上22 越小,空间刚度越大;(越小,空间刚度越大;(时最大)时最大)山墙间距山墙间距s小,小,小小 越大,空间刚度越小;(越大,空间刚度越小;(时最小)时最小)山墙间距山墙间距s大,大,大大 ,处于平面工作。,处于平面工作。0su10.1suPs
12、uusupu23242225两边有山墙的单层房屋两边有山墙的单层房屋26两边有山墙的单层房屋两边有山墙的单层房屋二、房屋的静力计算方案二、房屋的静力计算方案 刚性方案刚性方案:空间刚度很大,即:空间刚度很大,即 当房屋的空间刚度很大时,在水平荷载作用下,房屋的最大位当房屋的空间刚度很大时,在水平荷载作用下,房屋的最大位移移 很小,因而可以忽略房屋水平位移的影响,将屋盖、楼盖看很小,因而可以忽略房屋水平位移的影响,将屋盖、楼盖看作是墙体的作是墙体的不动铰支座不动铰支座,墙、柱内力按支座无侧移的竖向构件进行,墙、柱内力按支座无侧移的竖向构件进行计算,具有这种受力与变形的房屋,称为刚性方案房屋。计算
13、,具有这种受力与变形的房屋,称为刚性方案房屋。多层住宅、办公楼、宿舍、医院等一般属于刚性方案房屋。多层住宅、办公楼、宿舍、医院等一般属于刚性方案房屋。37.033.0270su2822弹性方案弹性方案:空间刚度很小或无空间作用,即:空间刚度很小或无空间作用,即 墙、柱内力按不考虑空间作用的墙、柱内力按不考虑空间作用的平面排架平面排架进行(偏于安全)。进行(偏于安全)。当房屋的横墙间距较大,楼盖和屋盖的水平刚度较小,房屋的最大位当房屋的横墙间距较大,楼盖和屋盖的水平刚度较小,房屋的最大位移很大,房屋的空间性能影响系数大于(移很大,房屋的空间性能影响系数大于(0.77-0.820.77-0.82)
14、。)。单层厂房、仓库、礼堂、食堂等一般属于弹性方案房屋。单层厂房、仓库、礼堂、食堂等一般属于弹性方案房屋。290.1刚弹性方案刚弹性方案:介于两者之间,按刚性方案计算或按弹性方案计算墙、介于两者之间,按刚性方案计算或按弹性方案计算墙、柱内力都会与房屋的实际受力情况有较大的出入,而使墙、柱的设计偏柱内力都会与房屋的实际受力情况有较大的出入,而使墙、柱的设计偏于不安全或过于保守。这时,应将楼盖或屋盖视为于不安全或过于保守。这时,应将楼盖或屋盖视为弹性铰支座弹性铰支座,按考虑,按考虑空间工作的排架来计算空间工作的排架来计算。房屋的空间性能影响系数在(房屋的空间性能影响系数在(0.33-0.820.3
15、3-0.82)之间。)之间。30 比较上述三种方案,刚性方案最好,不但能充分比较上述三种方案,刚性方案最好,不但能充分发挥构件潜力,而且能取得较好的房屋刚性。一发挥构件潜力,而且能取得较好的房屋刚性。一般来说,砌体房屋应尽量设计成刚性方案。对无般来说,砌体房屋应尽量设计成刚性方案。对无山墙或伸缩缝无横墙的房屋,应按弹性方案考虑。山墙或伸缩缝无横墙的房屋,应按弹性方案考虑。31房屋各层的空间性能影响系数房屋各层的空间性能影响系数i屋屋 盖盖 或或楼盖类别楼盖类别 横横 墙墙 间间 距距 s(m)16202428323640444852566064687210.330.390.450.500.55
16、0.600.640.680.710.740.7720.350.450.540.610.680.730.780.8230.370.490.600.680.750.8132注:注:i i取取1 1n n,n n为房屋的层数。为房屋的层数。静力计算方案的确定方法:静力计算方案的确定方法:根据根据33屋盖或楼盖类别屋盖或楼盖类别横墙间距横墙间距房屋的静力计算方案房屋的静力计算方案屋盖或楼盖类别屋盖或楼盖类别刚性方案刚性方案刚弹性方案刚弹性方案弹性方案弹性方案1整体式、装配整体式和装配整体式、装配整体式和装配式无檩体系钢筋混凝土屋盖式无檩体系钢筋混凝土屋盖或钢筋混凝土楼盖或钢筋混凝土楼盖2装配式有檩体系
17、钢筋混凝土装配式有檩体系钢筋混凝土屋盖、轻钢屋盖和有密铺望屋盖、轻钢屋盖和有密铺望板的木屋盖或木楼盖板的木屋盖或木楼盖3瓦材屋面的木屋盖和轻钢屋瓦材屋面的木屋盖和轻钢屋盖盖3432s2732 s72s20s4820 s48s16s3616 s36s 可以看出,对同一种静力计算方案,屋盖或楼盖的刚度越差,可以看出,对同一种静力计算方案,屋盖或楼盖的刚度越差,横墙间距横墙间距 s s 的限值越小。的限值越小。二二 墙、柱的高厚比验算墙、柱的高厚比验算35保证砌体结构稳定性的保证砌体结构稳定性的重要构造措施重要构造措施之一之一工程中为什么要对墙体进行高厚比验算?工程中为什么要对墙体进行高厚比验算?为
18、保证不因长细比太大而产生失稳破坏;为保证不因长细比太大而产生失稳破坏;为保证在施工过程中的稳定性;为保证在施工过程中的稳定性;为保证在使用过程中有足够的刚度,不发生影响正常为保证在使用过程中有足够的刚度,不发生影响正常使用的过大变形。使用的过大变形。因为控制高厚比能满足稳定性和变形要求,所以设计因为控制高厚比能满足稳定性和变形要求,所以设计前应先验算高厚比。前应先验算高厚比。36偶然撞击、偶然撞击、施工偏差等施工偏差等弯腰鼓肚弯腰鼓肚矩形截面墙体高厚矩形截面墙体高厚比验算比验算 37210hH关键关键允许高厚比的确定(包括修正系数)允许高厚比的确定(包括修正系数)实际高厚比的计算实际高厚比的计
19、算(一)墙、柱的高厚比验算(一)墙、柱的高厚比验算 38hH0受压构件的计算高度受压构件的计算高度不同砌体材料的不同砌体材料的高厚比修正系数高厚比修正系数墙体厚度、矩形柱与墙体厚度、矩形柱与H0相对应的边长相对应的边长受压构件的计算高受压构件的计算高度度0H房房 屋屋 类类 别别柱柱带壁柱墙或周边拉结的墙带壁柱墙或周边拉结的墙排架排架方向方向垂直排垂直排架方向架方向有吊有吊车的车的单层单层厂房厂房变截变截面柱面柱上段上段弹性方案弹性方案刚性、刚弹性方案刚性、刚弹性方案变截面柱下段变截面柱下段无吊无吊车的车的单层单层和多和多层房层房屋屋单跨单跨弹性方案弹性方案刚弹性方案刚弹性方案多跨多跨弹性方案
20、弹性方案刚弹性方案刚弹性方案刚性方案刚性方案392Hs Hs2HHs u2.5Hu1.25Hu2.5Hu2.0Hu1.25Hu2.0Hl1.0Hl0.8Hl1.0H1.5H1.0H1.5H1.2H1.0H1.2H1.25H1.0H1.25H1.1H1.0H1.1H1.0H1.0H0.2H0.4s 1.0H0.6s受压构件的计算高受压构件的计算高度度0H房房 屋屋 类类 别别柱柱带壁柱墙或周边拉结的墙带壁柱墙或周边拉结的墙排架排架方向方向垂直排垂直排架方向架方向无吊无吊车的车的单层单层和多和多层房层房屋屋单跨单跨弹性方案弹性方案刚弹性方案刚弹性方案多跨多跨弹性方案弹性方案刚弹性方案刚弹性方案刚性
21、方案刚性方案402Hs Hs2HHs 1.5H1.0H1.5H1.2H1.0H1.2H1.25H1.0H1.25H1.1H1.0H1.1H1.0H1.0H0.2H0.4s1.0H0.6s 为了考虑不同类型砌体在受压性能上的差异,对为了考虑不同类型砌体在受压性能上的差异,对 乘乘以系数以系数 :对砖砌体,取对砖砌体,取 ;对混凝土小型空心砌块砌体,取对混凝土小型空心砌块砌体,取 ;对蒸压砖,取对蒸压砖,取 ;对毛石,取对毛石,取 。1.15.1410.12.1 墙、柱允许高厚比的最大允许限值墙、柱允许高厚比的最大允许限值 砂浆强度等级砂浆强度等级墙墙柱柱M2.52215M5.02416M7.52
22、61742墙柱的允许高厚比墙柱的允许高厚比 值值 柱子因为没有横墙联柱子因为没有横墙联系,其系,其 比墙的小比墙的小 墙柱允许高厚比的确定与承载力计算无关,它取决墙柱允许高厚比的确定与承载力计算无关,它取决于砂浆强度等级、墙上是否开洞、及洞口尺寸、是于砂浆强度等级、墙上是否开洞、及洞口尺寸、是否承载、施工条件以及施工质量等方面因素。否承载、施工条件以及施工质量等方面因素。矩形截面墙体高厚矩形截面墙体高厚比验算比验算 式中:式中:非(自)承重墙允许高厚比的修正系数非(自)承重墙允许高厚比的修正系数,与墙厚与墙厚 有关有关 43210hH1h2.1,2401mmh5.1,901mmh1,24090
23、mmhmm线性内插线性内插 提高系数提高系数 有门窗洞口墙允许高厚比的修正系数有门窗洞口墙允许高厚比的修正系数 442sbs4.0120.17.02降低系数降低系数三、防止或减轻墙体开裂的主要措施三、防止或减轻墙体开裂的主要措施4546由于砌体抗拉强度很低,如果在设计上处理不当,由这由于砌体抗拉强度很低,如果在设计上处理不当,由这些复杂因素引起的内力很可能使墙体产生各种裂缝,影些复杂因素引起的内力很可能使墙体产生各种裂缝,影响墙体的承载力和房屋的刚度。在砌体结构设计中,很响墙体的承载力和房屋的刚度。在砌体结构设计中,很难定量算出这些复杂因素引起的内力,必须通过构造措难定量算出这些复杂因素引起的
24、内力,必须通过构造措施解决。施解决。受力裂缝受力裂缝非受力裂缝非受力裂缝各种荷载直接作用下墙体产生的裂缝。各种荷载直接作用下墙体产生的裂缝。砌体因材料收缩、温湿度变化、地砌体因材料收缩、温湿度变化、地 基不均匀沉降、墙体和门窗洞口布基不均匀沉降、墙体和门窗洞口布 置不当等复杂因素引起的裂缝,又置不当等复杂因素引起的裂缝,又 称称变形裂缝变形裂缝(占裂缝的(占裂缝的80%80%,其中温度,其中温度 裂缝较多)裂缝较多)。一、由温度变形和收缩变形引起的墙体裂缝一、由温度变形和收缩变形引起的墙体裂缝 房屋地下和地上温差房屋地下和地上温差温度变形温度变形 室内外温差室内外温差 产生温度应力产生温度应力
25、 墙体温度变形受到约束墙体温度变形受到约束 钢筋混凝土和砌体材料的线膨胀系数、收缩系数不同,钢筋混凝土和砌体材料的线膨胀系数、收缩系数不同,产产生温度变形和收缩变形,从而产生附加应力,这些附加应力过生温度变形和收缩变形,从而产生附加应力,这些附加应力过大时会形成裂缝(砌体受拉)。大时会形成裂缝(砌体受拉)。47A.A.由于钢筋混凝土屋盖和墙体温度变形的差异由于钢筋混凝土屋盖和墙体温度变形的差异 屋盖与顶层墙体连接的部位,产生纵向水平裂缝或包角水平屋盖与顶层墙体连接的部位,产生纵向水平裂缝或包角水平裂缝。裂缝。在顶层墙体上产生沿窗洞口的八字形裂缝。在顶层墙体上产生沿窗洞口的八字形裂缝。当横墙间距
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