民用房屋墙体及条形基础设计砌体结构课程设计指导书1.doc

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1、民用房屋墙体及条形基础设计砌体结构课程设计指导书土木教研室民用房屋墙体及条形基础设计1 本课程设计的基本要求（1）根据房屋的使用性质和各种承重方案的特点，选择合理的承重方案，进行墙体布置，同时根据材料的供应情况，选择砌体的类型。（2） 根据屋（楼）盖类别和横墙间距确定房屋的静力计算方案，然后纵、横墙进行高厚比验算。对于带壁柱或带构造柱的墙，除了验算整片墙的高厚比外，还应验算壁柱间墙或构造柱间墙的局部高厚比。（3） 选择有代表性或受力较不利的开间墙、柱作为计算单元，确定墙、柱计算简图，选择最不利截面，计算控制截面内力，然后验算墙、柱受压承载力。（4） 房屋中设有屋（楼）面梁时，尚应验算梁端下砌体

2、的局部受压承载力；梁端下因构造要求或为了提高砌体局部受压承载力设置垫块或垫梁时，尚应验算垫块或垫梁下砌体的局部受压承载力。（5） 为了满足正常使用极限状态的要求，墙体尚应满足相应的构造要求。（6） 根据工程地质勘察报告确定基础埋置深度、地基承载力，然后按地基承载力要求计算基础底面尺寸，最后按刚性角要求确定基础高度，绘制基础施工图。2 承重墙体的布置和房屋静力计算方案的确定2.1 承重墙体的布置混合结构房屋承重墙的布置不仅影响房屋的平面划分和房间的大小，而且还影响房屋的空间刚度。承重墙体布置方案有四种，即横墙承重、纵墙承重、纵横墙承重及内框架承重。其中，横墙承重结构主要用于房间大小固定、横墙间距

3、较密的住宅、宿舍、旅馆以及办公楼房屋中，纵墙承重结构主要用于开间较大的教学楼、医院、食堂、仓库等房屋中；纵横墙承重结构主要用于多层塔式住宅等房屋中；内框架承重结构主要用于商场、餐厅以及多层工业厂房等房屋中。2.2 房屋静力计算方案的确定房屋静力计算方案，实际上是通过对房屋空间受力性能的分析，根据房屋空间刚度的大小确定墙、柱设计时的计算简图，同时也是墙、柱承载力计算和构造措施的主要依据。根据影响房屋空间刚度的两个主要因素，即屋盖或楼盖的类别和横墙的间距，砌体结构设计规范（GB 5003-2011）将房屋静力计算方案分为三种，即刚性方案、弹性方案以及刚弹性方案，可按表2-1确定。表2-1 房屋静力

4、计算方案屋盖或楼盖类别刚性方案刚弹性方案弹性方案1整体式、装配整体和装配式无檩体系钢筋混凝土屋盖或钢筋混凝土楼盖s722装配式有檩体系钢筋混凝土屋盖、轻钢屋盖和有密铺望板的木屋盖或木屋盖s483瓦材屋面的木屋盖和轻钢屋盖s36注：1. 表中s为房屋横墙间距，其长度单位为m；2. 对无山墙或伸缩缝处无横墙的房屋，应按弹性方案考虑。3 墙、柱高厚比验算墙、柱高厚比验算是确保砌体结构稳定、满足正常使用极限状态要求的重要构造措施之一。3.1 矩形截面墙、柱高厚比的验算矩形截面墙、柱高厚比应按下式验算： （3-1）式中：H0墙柱的计算高度，按表3-1确定；h墙厚或矩形柱与相对应的边长；墙、柱的允许高厚比

5、，按表2-3确定。表3-1 受压构件的计算高度H0房屋类别柱带壁柱墙或周边拉接的墙排架方向垂直排架方向s2H2HsHsH有吊车的单层房屋变截面柱上段弹性方案2.5Hu1.25Hu2.5Hu刚性、刚弹性方案2.0Hu1.25Hu2.0Hu变截面柱下段1.0Hu无吊车的单层和多层房屋单跨弹性方案1.5H1.0H1.5H刚弹性方案1.2H1.0H1.2H多跨弹性方案1.25H1.0H1.25H刚弹性方案1.10H1.0H1.1H刚性方案1.0H1.0H1.0H0.4s+0.2H0.6s注：1. 表中为变截面柱的上段高度；为变截面柱的下段高度；2. 对于上墙为自由端的构件，H0=2H；3. 独立砖柱，

6、当无柱间支撑时，柱在垂直排架方向的H0应按表中数值乘以1.25后采用；4. s为房屋横墙间距；5. 自承重墙的计算高度应根据周边支承或拉接条件确定。表3-2 墙、柱的允许高厚比值砌体类型砂浆强度等级墙 柱无筋砌体M2.5M5.0或Mb5.0、Ms5.0M7.5或Mb7.5、Ms7.5222426151617配筋砌块砌体3021注：1. 毛石墙、柱允许高厚比应按表中数值降低20； 2. 砌体和钢筋带有混凝土或砂浆面层的组合砖砌体构件的允许高厚比，可按表中数值提高20，但不得大于28； 3. 验算施工阶段砂浆尚未硬化的新砌砌体构件高厚比时，允许高厚比对墙取14，对柱取11。 自承重墙（h240 m

7、m）允许高厚比修正系数，按下列规定采用： 当h=240 mm时，=1.2； 当h=90 mm时，=1.5； 当240 mm h 90 mm时，可按插入法取值。有门窗洞口的墙体允许高厚比的修正系数，应按式（3-2）计算，即 （3-2）式中：在宽度范围内的门窗洞口总宽度； 相邻窗间墙或壁柱之间的距离。 当按式3-2计算的值小于0.7时，取0.7；当洞口高度等于或小于墙高的1/5时，可取=1.0。3.2 带壁柱墙的高厚比验算对于带壁柱的墙体，需分别对整片墙和壁柱间墙进行高厚比验算。3.2.1 整片墙的高厚比验算 对于带壁柱墙，由于其截面为T形，因此按式（3-1）验算高厚比时，公式中应改为用带壁柱墙截

8、面的折算厚度,即 （3-3）式中：带壁柱墙截面的折算厚度，=3.5i； 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面积。确定带壁柱墙的计算高度时，墙长取相邻横墙间的距离。3.2.2 壁柱间墙的高厚比验算验算壁柱间墙的高厚比时，可将壁柱视为壁柱间墙的不动铰支点，按矩形截面墙验算。确定墙体计算高度时，墙长取相邻壁柱间的距离。3.3 带构造柱墙高厚比验算 对于带构造柱的墙体，亦需分别对整片墙和构造柱间墙进行高厚比验算。3.3.1 整片墙的高厚比验算当构造柱截面宽度不小于墙厚h时，可按式（3-4）验算带构造柱墙的高厚比，即 （3-4）式中：设构造柱墙体允许高厚比的修正系数，按下式计算

9、： （3-5）其中：系数，对细料石砌体，；对混凝土砌块、混凝土多孔砖、粗料石、毛料石及毛石砌体，；其他砌体，； 构造柱沿墙长方向的宽度； 构造柱的间距。当时取；当时取。确定墙体计算高度时，s取相邻横墙间的距离，h取墙厚。3.3.2 构造柱间墙的高厚比验算验算构造柱间墙的高厚比时，亦可将构造柱视为构造柱间墙的不动铰支点，按矩形截面墙验算。确定墙体计算高度时，墙长s取相邻构造柱间的距离。4 承重墙的计算承重墙的计算包括下列几个步骤：首先选取墙体的计算单元和计算截面，然后确定计算简图并进行墙体内力分析，最后验算墙体的受压承载力。墙体中设有楼（屋）面梁时，尚应验算梁端支承处砌体的局部受压承载力；梁端下

10、设有垫块或垫梁时，则应验算垫块或垫梁下砌体的局部受压承载力。4.1 墙体计算单元和计算截面对于承重纵墙，常选取一个有代表性或较不利的开间墙作为墙体计算单元，其承受荷载范围的宽度取相邻两开间的平均值，长度取进深的一半。对于承重横墙，常沿墙轴线取宽度为1.0m的墙作为墙体计算单元，其承受荷载范围的宽度取1.0m，长度取相邻两开间的平均值。确定墙体计算截面的关键在于正确取用截面翼缘宽度，按下列原则确定：（1）多层房屋中，当有门窗洞口时，带壁柱墙的计算截面翼缘宽度可取窗间墙宽度；当无门窗洞口时，每侧翼缘宽度可取壁柱高度的1/3；（2）单层房屋中，带壁柱墙的计算截面翼缘宽度可取壁柱宽度加2/3墙高，但不

11、大于窗间墙宽度和相邻壁柱间距离；（3）计算带壁柱墙的条形基础时，计算截面翼缘宽度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，每侧宜取层高的1/3。当上述墙体范围内有门窗洞口时，则计算截面取至洞边，但不宜大于层高的1/3。4.2 计算简图和内力分析4.2.1 单层刚性方案房屋墙、柱单层刚性方案房屋墙、柱可视为上端不动铰支承于屋（楼）盖处、下端嵌固于基础的竖向构件。图4-1a为某单层刚性方案房屋计算单元内墙、柱的计算简图。作用于墙、柱上的荷载有两种，即竖向荷载和风荷载。其中，竖向荷载包括屋盖自重、屋面活荷载或雪荷载以及墙、柱自重。屋面荷载通过屋架或大梁作

12、用于墙体顶部，其作用位置如图4-1b所示，存在偏心距；墙、柱自重则作用于墙、柱截面的重心。竖向荷载作用下墙、柱的内力如图4-1c所示，分别为 （4-1）图4-1 单层刚性方案房屋墙、柱内力分析 风荷载又分为屋面风荷载和墙面风荷载两部分。其中，屋面风荷载最后以集中力通过不动铰支点由屋面复合梁传给横墙，不会对墙、柱的内力造成影响。墙面风荷载作用下墙、柱内力如图4-1d所示，分别为 （4-2）计算时，迎风面，背风面。4.2.2 多层刚性方案房屋承重纵墙竖向荷载作用下，多层刚性方案房屋承重纵墙在每层高度范围内可近似地视作两端铰支的竖向构件，其计算简图如图4-2c所示；水平荷载作用下，多层刚性方案房屋承

13、重纵墙则视作竖向连续梁，其计算简图如图4-2e所示。承重纵墙的控制截面取每层墙的上、下端II和IIII截面，如图4-2b所示。图4-2 多层刚性方案房屋计算简图每层承重纵墙承受的竖向荷载包括上面楼层传来的竖向荷载Nu、本层传来的竖向荷载和本层墙体自重NG。 作用位置如图4-3所示。其中，Nu作用于上一楼层墙体截面的重心 处； 距离墙内边缘的距离取0.4a0（a0为有效支承长度）；NG则作用于本层墙体截面重心处。图4-3 作用位置作用于每层墙体上端截面II的轴向压力为和偏心距分别为 （4-3） （4-4） 式中：对本层墙体重心轴线的偏心距；上、下层墙体重心轴线之间的距离。每层墙体的弯矩图为三角形

14、，如图4-2d所示。上下截面I-I的弯矩，轴向压力；下截面II-II的弯矩图，轴向压力。其中，截面I-I的弯矩最大，轴向压力最小；截面II-II的弯矩最小，而轴向压力最大。水平风荷载引起的弯矩（图4-2e）可近似按下式计算 （4-5）式中：计算单元每层高墙体上作用的风荷载；层高。4.2.3 多层刚性方案房屋承重横墙多层刚性方案房屋承重横墙的计算原理与承重纵墙相同，不同的是前者常沿轴线取宽度为1.0m的墙体作为计算单元，如图4-4a所示。当横墙的砌体材料和墙厚相同时，可只验算底层截面II-II处的承载力（图4-4b）。当横墙的砌体材料或墙厚改变时，尚应对改变处进行承载力验算。当左、右两开间不等或

15、楼面荷载相差较大时，尚应对上端截面I-I按偏心受压进行承载力验算。当楼面梁支承于横墙上时，还应验算梁端下砌体的局部受压承载力。 图4-4 横墙计算简图 4.2.4 单层弹性方案房屋承重墙单层弹性方案房屋承重墙的计算简图如图4-5a所示，其内力按屋架或屋面大梁与墙为铰接且不考虑空间工作的平面排架确定，其方法与钢筋混凝土单层工业厂房排架相同，如图4-5b、c所示。单层弹性方案房屋承重墙的控制截面有两个，即墙顶和墙底截面，均按偏心受压验算墙体的承载力。对于变截面柱，还应验算变截面处截面的受压承载力。 图4-5 弹性方案房屋墙、柱内分析4.2.5 单层刚弹性方案房屋承重墙单层刚弹性方案房屋承重墙的计算

16、简图如图4-6a所示。与单层弹性方案房屋承重墙计算简图的主要区别在于柱顶附加了一个弹性支座，其内力分析如同一平面排架，只是引入以反映结构的空间作用，为房屋的空间性能影响系数，查表4-1确定。表4-1 房屋各层的空间性能影响系数屋盖或楼盖类别横 墙 间 距 s/m16202428323640444852566064687210.330.390.450.500.550.600.640.680.710.740.7720.350.450.540.610.680.730.780.8230.370.490.600.680.750.81注：i取1n，n为房屋的层数。水平风荷载作用下，刚弹性方案房屋承重墙、柱

17、的内力可按下列步骤计算：（1）在排架柱顶端附加一个不动铰支承，按无侧移排架求出荷载作用下的支座反力和柱顶剪力（图4-6b、d），即 （4-6） （4-7）图4-6 单层刚弹性方案房屋墙、柱内分析（2）将反方向施加在排架柱顶（图4-6c），然后按剪力分配法计算墙、柱内力。此时，柱顶剪力（4-6e）为 （4-8）（3）将上述两种情况的内力叠加，即可得到单层刚弹性方案房屋墙、柱的最后内力（图4-6f）。柱顶剪力、柱底弯矩分别为 （4-9） （4-10）竖向对称荷载作用下，无论是弹性方案还是刚弹性方案房屋，其墙、柱的内力计算方法均与刚性方案房屋相同。4.2.6 多层刚弹性方案房屋承重墙竖向荷载作用下，

18、由于各楼层侧移较小，为简化计算，多层刚弹性方案房屋承重墙的内力可按刚性方案房屋的方法进行分析。水平荷载作用下，多层刚弹性方案承重墙的计算简图如图4-7所示，其内力分析方法与单层刚弹性方案房屋的方法相似。图4-7 多层刚弹性方案房屋的计算简图4.3 承重墙受压承载力验算 承重墙受压承载力按下式验算 （4-11） 式中：轴向压力设计值； 高厚比和轴向压力偏心距e对受压构件承载力的影响系数，查表4-2表 4-4确定； 砌体抗压强度设计值，查表4-5表4-11确定； 截面面积，对各类砌体均应按毛截面计算。表4-2 影响系数 (砂浆强度等级M5)或00.0250.050.0750.10.1250.153

19、4681010.980.950.910.870.990.950.910.860.820.970.900.860.810.760.940.850.810.760.710.890.800.750.700.650.840.740.690.640.600.790.690.640.590.5512141618200.820.770.720.670.620.770.720.670.620.570.710.660.610.570.530.660.610.560.520.480.600.560.520.480.440.550.510.470.440.400.510.470.440.400.3722242628

20、300.580.540.500.460.420.530.490.460.420.390.490.450.420.390.360.450.410.380.360.330.410.380.350.330.310.380.350.330.300.280.350.320.300.280.260.1750.20.2250.250.2750.33468100.730.640.590.540.500.680.580.540.500.460.620.530.490.460.420.570.490.450.420.390.520.450.420.390.360.480.410.380.360.331214161

21、8200.470.430.400.370.340.430.400.370.340.320.390.360.340.310.290.360.340.310.290.270.330.310.290.270.250.310.290.270.250.2322242628300.320.300.280.260.240.300.280.260.240.220.270.260.240.220.210.250.240.220.210.200.240.220.210.190.180.220.210.190.180.17表4-3 影响系数 (砂浆强度等级M2.5) 00.0250.050.0750.10.1250

22、.1534681010.970.930.890.830.990.940.890.840.780.970.890.840.780.720.940.840.780.720.670.890.780.730.670.610.840.730.670.620.560.790.670.620570.5212141618200.780.720.660.610.560.720.660.610.560.510.670.610.560.510.470.610.560.510.470.430.560.510.470.430.390.520.470.430.400.360.470.430.400.360.3322242

23、628300.510.460.420.390.360.470.430.390.360.330.430390.360.330.300.390.360.330.300.280.360.330.310.280.260.330.310.280.260.240.310.280.260.240.22 0.1750.20.2250.250.2750.33468100.730.620.570.520.470.680.570.520.480.430.620520.480.440.400.570.480.440.400.370.520.440.400.370.340.480.400.370.340.3112141

24、618200.430.400.360.330.310.400.360.340.310.280.370.340.310.290.260.340.310.290.260.240.310.290.260.240.230.290.270.250.230.2122242628300.280.260.240.220.210.260.240.220.210.200.240.230.210.200.180.230.210.200.180.170.210.200.180.170.160.200.180.170.160.15表4-4 影响系数(砂浆强度0) 00.0250.050.0750.10.1250.153

25、4681010.870.760.630.530.990.820.700.580.480.970.770.650.540.440.940.710.590.490.410.890.660.540.450.370.840.600.500.410.340.790.550.460.380.3212141618200.440.360.300.260.220.400.330.280.240.200.370.310.260.220.190.340.280.240.210.180.310.260.220.190.170.290.240.210.180.160.270.230.190.170.1522242628

26、300.190.160.140.120.110.180.150.130.120.100.160.140.130.110.100.150.130.120.110.090.140.130.110.100.090.140.120.110.100.090.130.110.100.090.08 0.1750.20.2250.250.2750.33468100.730.510.420.350.290.680.460.390.320.270.620.430.360.300.250.570.390.330.280.230.520.360.300.250.220.480.330.280.240.20121416

27、18200.250.210.180.160.140.230.200.170.150.130.210.180.160.140.120.200.170.150.130.120.190.160.140.120.110.170.150.130.120.1022242628300.120.110.100.090.080.120.100.090.080.070.110.100.090.080.070.100.090.080.080.070.100.090.080.070.070.090.080.070.070.06表4-5 烧结普通砖和烧结多孔砖砌体的抗压强度设计值/Mpa毛料石强度等级砂浆强度等级砂浆强

28、度M15M10M7.5M5M2.50MU303.943.272.932.592.261.15MU253.602.982.682.372.061.05MU203.222.672.392.121.840.94MU152.792.312.071.831.600.82MU101.891.691.501.300.67表4-6 混凝土普通砖和混凝土多孔砖砌体的抗压强度设计值/Mpa砖强度等级砂浆强度等级砂浆强度Mb20Mb15Mb10Mb7.5Mb50MU304.613.943.272.932.591.15MU254.213.602.982.682.371.05MU203.773.222.672.392.

29、120.94MU152.792.312.071.830.82表4-7 蒸压灰砂普通砖和蒸压粉煤灰普通砖砌体的抗压强度设计值/Mpa砖强度等级砂浆强度等级砂浆强度M15M10M7.5M50MU253.602.982.682.371.05MU203.222.672.392.120.94MU152.792.312.071.830.82表4-8 单排孔混凝土砌块和轻集料混凝土砌块对孔砌筑砌体的抗压强度设计值/Mpa砌块强度等级砂浆强度等级砂浆强度Mb20Mb15Mb10Mb7.5Mb50MU206.305.684.954.443.942.33MU154.614.023.613.201.89MU102.

30、792.502.221.31MU7.51.931.711.01MU51.190.70表4-9 双排孔或多排孔轻集料混凝土砌块砌体的抗压强度设计值/Mpa砌块强度等级砂浆强度等级砂浆强度Mb10Mb7.5Mb50MU103.082.762.451.44MU7.52.131.881.12MU51.310.78MU3.50.950.56表4-10 毛料石砌体的抗压强度设计值/Mpa毛料石强度等级砂浆强度等级砂浆强度M7.5M5M2.50MU1005.424.804.182.13MU804.854.293.731.91MU604.203.713.231.65MU503.833.392.951.51MU

31、403.433.042.641.35MU302.972.632.291.17MU202.422.151.870.95 表4-11 毛石砌体的抗压强度设计值/Mpa毛料石强度等级砂浆强度等级砂浆强度M7.5M5M2.50MU1001.271.120.980.34MU801.131.000.870.30MU600.980.870.760.26MU500.900.800.690.23MU400.800.710.620.21MU300.690.610.530.18MU200.560.510.440.15查表4-2 表4-4确定值时，构件高厚比应按下式确定：对矩形截面 （4-12）对T形截面 （4-13

32、）式中：受压构件的计算高度，查表3-1确定。 矩形截面轴向力偏心方向边长，当轴心受压时为截面最小边长。 T形截面折算高度。不同砌体材料的高厚比修正系数，查表4-12确定。为了确保结构工程质量，在按式（4-11）进行承载力计算式轴向力的偏心距应符合下列限值要求，即 （4-14）式中：截面重心到轴向力所在偏心方向截面边缘的距离，如图4-8所示。图4-8 截面的取值表4-12 高厚比修正系数砌体材料类别烧结普通砖、烧结多孔砖1.0混凝土普通砖、混凝土多孔砖、混凝土及轻集料混凝土砌块1.1蒸压灰砂普通砖、蒸压粉煤灰普通砖、细料石1.2粗料石、毛石1.5注：对灌孔混凝土砌块砌体，=1.0。4.4梁端支承

33、处砌体的局部受压承载力验算当屋（楼）面梁搁置在墙体上时，梁端支承处砌体处于局部受压状态，此时应对梁端支承处砌体按下列公式进行局部受压承载力验算： （4-15） （4-16） （4-17） （4-18） （4-19） （4-20）式中：上部荷载的折减系数，当时，应取；局部受压面积内上部轴向力设计值，N；梁端荷载设计值产生的支承压力，N；上部平均压应力设计值；局部受压面积；梁端有效支承长度，mm，当（实际支承长度）时，应取；梁的截面高度，mm；砌体抗压强度设计值，Mpa； 梁端底面应力图形的完整系数，应取0.7；砌体局部抗压强度提高系数，按（4-20）计算；A0影响砌体局部抗压强度的计算面积，按图

34、4-9确定。图4-9 影响局部抗压强度的面积A0按式（4-20）计算的值，尚应符合下列规定，以免产生劈裂破坏：(1)在图4-9a情况下，2.5；(2)在图4-9b情况下，2.0；(3)在图4-9c情况下，1.5；(4)在图4-9d情况下，1.25；对多孔砖砌体和按构造要求灌孔的砌块砌体，在图4-9a、b情况下，尚应符合1.5。对于未灌孔混凝土砌块砌体，=1.0。4.5 梁端下设有垫块或垫梁时支撑处砌体局部受压承载力验算梁端支撑处砌体局部受压承载力不满足式（4-15）的要求时，设置刚性垫块或垫梁是弥补砌体局部受压承载力不足的有效措施，此时应验算垫块或垫梁下砌体的局部受压承载力。4.5 1设置刚性

35、垫块设置预制或现浇刚性垫块后（图4-10）垫块下砌体的局部受压承载力应按下式计算： （4-21） （4-22） （4-23）式中：N0垫块面积Ab内上部轴力设计值，；垫块上N0和合力的影响线数，应采用表4-2表4-4中当3时的值；1垫块以外砌体面积的有利影响系数，应取 ,但不小于1.0；砌体局部抗压强度提高系数，按式（2-25）以Ab代替Al计算得出；垫块面积；垫块伸入墙内的长度；垫块的宽度。图4-10 梁端下的刚性垫块刚性垫块应符合下列构造规定：（1） 刚性垫块的高度不宜小于180mm，自梁边算起的垫块挑出长度不宜大于垫块高度 。（2） 在带壁柱墙的壁柱内设刚性垫块时，其计算面积应取壁柱范围内的面积，而不应计算翼缘部分，同时壁柱上垫块伸入翼墙内的长度不应小于120mm。（3） 当现浇垫块与梁端整体浇筑时，垫块可在梁高范围内设置。为了计算,必须先确定的作用点。离墙内边缘的距离为0.4（图4-10），其中为刚性垫块上表面处梁端的有效支承长度，按下式确定 （4-24）式中：刚性垫块的影响系数，可按表4-13采用。表