砌体结构计算原理.ppt

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1、计算原理,计 算 原 理,设计方法回顾静力计算方案,设计方法回顾,结构的功能结构的极限状态作用、作用效用、抗力实用表达式,第条 砌体结构应按承载能力极限状态设计，并满足正常使用极限状态的要求。注：根据砌体结构的特点，砌体结构正常使用极限状态的要求，一般情况下可由相应的构造措施保证,第条 砌体结构按承载能力极限状态设计时，应按下列公式中最不利组合进行计算：,第条 当砌体结构作为一个刚体，需验算整体稳定性时，例如倾覆、滑移、漂浮等，应按下式验算：,设计方法回顾,2.静力计算方案,2.1,2.2,砌体房屋的空间工作性能及传力路径,砌体房屋结构布置,2.3,静力计算方案,2.4,高厚比验算,2.1,砌

2、体房屋结构布置,基本概念：,1.“混合结构”房屋：由砌体墙、柱、基础和其他材料楼屋盖组成的房屋常称为“混合结构”房屋。（砖混结构房屋、砖木结构房屋）2.房屋构件：墙 砌体 柱 砌体、钢筋混凝土 楼盖、屋盖 钢筋混凝土楼板、木楼盖,A.横墙承重体系,B.纵墙承重体系,C.纵横墙承重体系,D.内框架承重体系,E.底层框架承重体系,F.混合承重体系,沿房屋平面较短方向布置的墙称为横墙，沿房屋较长方向布置的墙称为纵墙。,2.1,砌体房屋结构布置,A.横墙承重体系,竖向荷载传力路线：屋（楼）面荷载 横墙 基础 地基,横墙承重体系（宿舍楼）,2.1,砌体房屋结构布置,A.横墙承重体系,优点：1.横墙为承重

3、墙，间距较小（34.5m），结构整体性好，空间刚度大，有利于抵抗水平作用和调整地基的不均匀沉降。2.纵墙为围护、隔断墙，门窗洞口限制少，纵墙立面处理灵活。3.楼盖的材料用量较少。缺点：4.墙体的用料较多，施工方便。适用范围：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等,2.1,砌体房屋结构布置,B.纵墙承重体系,竖向荷载传力路线：屋（楼）面荷载 屋架（梁）纵墙 基础 地基,纵墙承重体系（单层工业厂房）,2.1,砌体房屋结构布置,B.纵墙承重体系,优点：1.横墙为自承重墙，房屋划分灵活，同时保证纵墙的侧向稳定和房屋的整体刚度。缺点：2.纵墙为承重墙，承重墙间距一般较大，房屋的空间刚度

4、比横墙承重体系小；纵墙上门窗洞口的大小和位置受到限制。3.楼盖的材料用量较多，墙体的材料用量较少。适用范围：4.适用于教学楼、图书馆、食堂、俱乐部、中小型工业厂房等单层和多层空旷房屋。,2.1,砌体房屋结构布置,C.纵横墙承重体系,纵横墙承重体系（综合楼）,竖向荷载传力路线：,2.1,砌体房屋结构布置,C.纵横墙承重体系,优点：兼有横墙和纵横墙承重体系的特点，房屋平面布置比较灵活，空间刚度较好。适用范围：适用于住宅、教学楼、办公楼及医院等建筑。,2.1,砌体房屋结构布置,D.内框架承重体系,内框架承重体系,竖向荷载传力路线：,2.1,砌体房屋结构布置,D.内框架承重体系,优点：1.室内空间较大

5、，梁的跨度并不相应增大缺点：2.由于横墙少，房屋的空间刚度和整体性较差3.钢筋混凝土柱和砖墙的压缩性能不同，结构易产生不均匀竖向变形4.框架和墙的变形性能相差较大，在地震时易由于变形不协调而破坏适用范围：食堂，旅馆，商店等建筑,2.1,砌体房屋结构布置,E.底层框架承重体系,屋（楼）面荷载 上层墙体 墙梁 框架柱 基础 地基,底层框架承重体系（商店住宅楼）,竖向荷载传力路线：,2.1,砌体房屋结构布置,E.底层框架承重体系,优点：1.底层使用空间较大，梁的尺度并不相应增大缺点：2.由于底层墙体较少，沿房屋高度方向，结构空间刚度将变化较大；3.抗震性较差，需要经过采用相对较复杂的设计才能满足抗震

6、要求。适用范围：适用于上部住宅底层商店或车库类房屋。,2.1,砌体房屋结构布置,F.混合承重体系,混合承重体系,2.1,砌体房屋结构布置,2.2,砌体房屋的空间工作性能及传力路径,墙体的计算是混合结构房屋结构设计的重要内容：,墙体的内力计算墙体的截面承载力计算,混合结构为空间受力体系，承担竖向和水平向各种荷载。,假定：作用于房屋的荷载是均匀分布的，外纵墙的窗口也是有规律均匀排列的。,两端无山墙,力传递路线分析如下：,风荷载,纵墙,纵墙基础,地基,屋面板,纵墙,基础,地基,屋面大梁,2.2,砌体房屋的空间工作性能及传力路径,计算简图，分析如下：,水平荷载作用下，墙顶横向位移相等，屋盖内水平梁只有

7、平移，没有变形,平面计算单元代表了房屋整体受力性能,两端无山墙,2.2,砌体房屋的空间工作性能及传力路径,计算简图，分析如下：,此类房屋，荷载作用下的水平侧移取决于纵墙刚度，而屋盖结构的刚度只是保证传递水平荷载时两边纵墙的位移相等。,假定：横梁为绝对刚性，把计算单元的纵墙比拟为排架柱、屋盖结构比拟为横梁，把基础看作柱的固定端支座，屋盖结构和墙的连接点看作铰接点，计算单元为单跨平面排架，属于平面受力体系。分析如同结构力学平面排架。,两端无山墙,2.2,砌体房屋的空间工作性能及传力路径,由于两端山墙的约束，传力途径发生了改变。,风荷载,纵墙,纵墙基础,地基,屋盖结构,山墙,山墙基础,2.2.2 两

8、端有山墙,2.2,砌体房屋的空间工作性能及传力路径,在均匀的水平荷载作用下，整个房屋墙顶的水平位移中间大两端小。,原因：水平荷载不仅在纵墙和屋盖组成的平面排架内传递，也通过屋盖平面和山墙进行传递。,两端有山墙,2.2,砌体房屋的空间工作性能及传力路径,屋盖结构：水平方向的梁；其跨度等于两山墙之间的距离，支承在两端的山墙上；山墙：竖向的悬臂梁，嵌固于基础上；,两端有山墙,2.2,砌体房屋的空间工作性能及传力路径,空间受力体系：风荷载不只是在纵墙和屋盖组成的平面排架内传递，而且通过屋盖平面和山墙平面进行传递。纵墙顶部的水平位移不仅与纵墙本身刚度有关，而且与屋盖结构水平刚度和山墙顶部水平方向的位移有

9、很大关系。,两端有山墙,2.2,砌体房屋的空间工作性能及传力路径,砌体房屋的空间工作性能及传力路径,山墙的距离很远：也即屋盖水平梁的跨度很大时，跨中水平位移大。山墙刚度差：山墙顶的水平位移大，也即屋盖水平梁的支座位移大，因而屋盖水平梁的跨中水平位移也大。屋盖本身刚度差：加大了屋盖水平梁的跨中水平位移。,2.2,砌体房屋的空间工作性能及传力路径,2.2,砌体房屋的空间工作性能及传力路径,2.2,根据空间工作性能分为刚性方案、弹性方案、和刚弹性方案,砌体房屋的空间工作性能及传力路径,2.2,横墙间距s是影响房屋刚度或侧移大小的重要因素；,多层房屋不仅存在沿房屋纵向各开间的相互作用，而且还存在各层之

10、间的相互作用，计算结果表明，多层房屋的空间性能影响系数较表中数值偏小，规范取表中数值。,砌体房屋的空间工作性能及传力路径,2.2,第条 刚性和刚弹性方案房屋的横墙应符合下列要求：1 横墙中开有洞口时，洞口的水平截面面积不应超过横墙截面面积的50%；2 横墙的厚度不宜小于180mm；3 单层房屋的横墙长度不宜小于其高度，多层房屋的横墙长度不宜小于H/2(H为横墙总高度)。注：1 当横墙不能同时符合上述要求时，应对横墙的刚度进行验算。如其最大水平位移值umaxH/4000时，仍可视作刚性或刚弹性方案房屋的横墙；2 凡符合注1刚度要求的一段横墙或其他结构构件(如框架等)，也可视作刚性或刚弹性方案房屋

11、的横墙。,砌体房屋的空间工作性能及传力路径,2.2,刚性方案,2.3,静力计算方案,2.3,静力计算方案,弹性方案,2.3,静力计算方案,刚弹性方案,2.3,静力计算方案,在设计多层混合结构房屋时，不宜采用弹性方案，因为弹性方案房屋水平位移较大，当房屋高度增加时，会因过大位移导致房屋的倒塌，或需要过度增加纵墙截面面积。,2.3.1.刚性方案,第条 刚性方案房屋的静力计算，可按下列规定进行：1 单层房屋：在荷载作用下，墙、柱可视为上端不动铰支承于屋盖下端嵌固于基础的竖向构件；,2.3,静力计算方案,EI=,2.3.1.刚性方案,2.3,静力计算方案,（1）屋面荷载作用：屋盖自重、屋面活荷载（雪荷

12、载）,2.3.1.刚性方案,2.3,静力计算方案,（1）屋面荷载作用：屋盖自重、屋面活荷载（雪荷载）,2.3.1.刚性方案,2.3,静力计算方案,（2）风荷载作用：墙面上和屋面上（女儿墙）,2.3.1.刚性方案,2.3,静力计算方案,（2）风荷载作用：墙面上和屋面上（女儿墙）,2.3.1.刚性方案,2.3,静力计算方案,（3）墙体自重作用：砌体、内外粉刷及门窗自重,墙面宽度一般取窗间墙宽度；控制截面：墙柱顶端11截面 按偏心受压验算承载力，并验算梁下砌体的局压 墙柱下端22截面 风荷载作用下最大弯距Mmax对应的33截面22、33截面按偏心受压验算承载力,2.3.1.刚性方案,2.3,静力计算

13、方案,（4）控制截面及内力组合,2.3.1.刚性方案,2.3,静力计算方案,2 多层房屋：在竖向荷载作用下，墙、柱在每层高度范围内，可近似地视作两端铰支的竖向构件；在水平荷载作用下，墙、柱可视作竖向连续梁；,2.3.1.刚性方案-多层房屋,2.3,静力计算方案,（1）选取计算单元,2.3.1.刚性方案-多层房屋,2.3,静力计算方案,（2）竖向荷载作用下的计算,在竖向荷载作用下，多层房屋的墙、柱在每层高度范围内，可近似视为两端铰支的竖向构件。,多层房屋上下层墙体在楼盖支承处均为铰接。在计算某层墙体时，以上各层荷载传至该层墙体顶端的弯距为零；而在所计算层墙体顶端截面处，由楼盖传来的竖向力则应考虑

14、其偏心距。,2.3.1.刚性方案-多层房屋,2.3,静力计算方案,（2）竖向荷载作用下的计算,2.3.1.刚性方案-多层房屋,2.3,静力计算方案,（2）竖向荷载作用下的计算,2.3.1.刚性方案-多层房屋,2.3,静力计算方案,（2）竖向荷载作用下的计算,2.3.1.刚性方案-多层房屋,2.3,静力计算方案,（2）竖向荷载作用下的计算,2.3.1.刚性方案-多层房屋,2.3,静力计算方案,（2）竖向荷载作用下的计算,2.3.1.刚性方案-多层房屋,2.3,静力计算方案,（2）竖向荷载作用下的计算,2.3.1.刚性方案-多层房屋,2.3,静力计算方案,（3）水平荷载作用下的计算,2.3.1.刚

15、性方案-多层房屋,2.3,静力计算方案,（3）水平荷载作用下的计算,符合下列要求的刚性方案多层房屋，静力计算可不考虑风荷载的影响：,（1）洞口水平截面面积不超过全截面面积的2/3；,（2）层高和总高不超过表5-5的规定；,（3）屋面自重不小于0.8,砌 体 结 构,5.4 刚性方案房屋计算,承重横墙的计算,在以横墙承重的房屋中，纵墙长度较大，但其间距（一般为房间的进深）不大。符合表5-2中刚性方案房屋对横墙间距的要求（计算横墙时则为纵墙间距），属于刚性方案房屋。在计算这类房屋的横墙时，楼（屋）盖可作为墙体的不动铰支座。,2.3,静力计算方案,砌 体 结 构,5.4 刚性方案房屋计算,承重横墙的

16、计算简图和内力分析和刚性方案承重纵墙相同，但有以下区别：,1.计算单元和计算简图,横墙一般承受屋盖、楼盖传来的均布荷载，通常取b=1m宽度作为计算单元，每层横墙视为两端不动铰接的竖向构件。,构件的高度H取值和纵墙相同，对于底层房屋，为楼板顶面到基础顶面的距离，当基础埋置较深且有刚性地坪时，可取室外地面下500mm处；对于房屋其他层次，为楼板或其他水平支承点间的距离（即层高）；但当顶层为坡屋顶时，则取层高加上山墙高度的一半。,承重横墙的计算,2.3,静力计算方案,砌 体 结 构,5.4 刚性方案房屋计算,承重横墙的计算简图和内力分析和刚性方案承重纵墙相同，但有以下区别：,2.承载力验算,横墙所受

17、荷载也和纵墙一样计算，但对中间墙则承受两边楼盖传来的竖向力。当由横墙两边的恒载和活载引起的竖向力相同时，沿整个墙体高度都承受轴心压力，这是控制截面应取墙体底部。如果横墙两边的楼板的构造不同或开间不等，则作用于墙顶上的荷载为偏心荷载，尚应按偏心受压构件来验算横墙上部截面的承载力；当活荷载很大时，也应考虑只有一边作用着活荷载的情况，按偏心受压构件来验算横墙上部截面的承载力。,承重横墙的计算,2.3,静力计算方案,2.3.1.刚性方案-横墙（竖向荷载）,2.3,静力计算方案,第条 当刚性方案多层房屋的外墙符合下列要求时，静力计算可不考虑风荷载的影响：1 洞口水平截面面积不超过全截面面积的2/3；2

18、层高和总高不超过表的规定；3 屋面自重不小于0.8kN/m2。当必须考虑风荷载时，风荷载引起的弯矩M，可按下式计算：,2.3.1.刚性方案,2.3,静力计算方案,2.3.2.弹性方案,第条 弹性方案房屋的静力计算，可按屋架或大梁与墙(柱)为铰接的、不考虑空间工作的平面排架或框架计算。单层,2.3,静力计算方案,多 层,在设计多层混合结构房屋时，不宜采用弹性方案，因为弹性方案房屋水平位移较大，当房屋高度增加时，会因过大位移导致房屋的倒塌，或需要过度增加纵墙截面面积。,2.3.2.弹性方案,2.3,静力计算方案,砌 体 结 构,5.5 弹性和刚弹性方案房屋的计算,以两柱均为等截面，且柱高、截面尺寸

19、和材料均相同的单层单跨弹性方案房屋为例：,1.屋盖荷载作用下,2.3.2.弹性方案,2.3,静力计算方案,砌 体 结 构,5.5 弹性和刚弹性方案房屋的计算,2.风荷载作用下,2.3.2.弹性方案,2.3,静力计算方案,砌 体 结 构,5.5 弹性和刚弹性方案房屋的计算,2.风荷载作用下,2.3.2.弹性方案,2.3,静力计算方案,砌 体 结 构,5.5 弹性和刚弹性方案房屋的计算,2.风荷载作用下,2.3.2.弹性方案,2.3,静力计算方案,第条 刚弹性方案房屋的静力计算，可按屋架、大梁与墙(柱)铰接并考虑空间工作的平面排架或框架计算。单层,2.3.3.刚弹性方案,2.3,静力计算方案,多层

20、,2.3.3.刚弹性方案,2.3,静力计算方案,例题,墙柱为受压构件，必须满足：,承载力要求,稳定性：通过高厚比验算保证施工和使用阶段的墙、柱不出现过大的挠曲、轴线偏差和丧失稳定。这是从构造上保证受压构件稳定的重要措施，也是确保墙、柱应具有足够刚度的前提。,2.4,墙柱高厚比验算,高厚比 是指墙柱的计算高度H0与墙厚或柱截面边长h的比值。H0/h高厚比越大，构件越细长，其稳定性就越差，进行墙柱的高厚比验算，就是要求其实际高厚比小于允许高厚比。,允许高厚比是在考虑了以往的实践经验和现阶段材料质量和施工水平的基础上确定的,2.4,墙柱高厚比验算,墙柱的允许高厚比限值,2.4,墙柱高厚比验算,影响高

21、厚比的因素：,（1）砂浆强度等级,砂浆的强度直接影响砌体的弹性模量，而砌体弹性模量的大小又直接影响砌体的刚度。砂浆强度高，允许高厚比可以放大些。,（2）砌体类型,毛石墙比一般砌体墙的刚度差，允许高厚比应降低，组合砌体由于其中的钢筋混凝土刚性好，允许值可提高。,2.4,墙柱高厚比验算,（3）横墙间距,横墙间距越小，墙体的稳定性和刚性越好，横墙的间距越大，则稳定性和刚性越差。用改变墙体的计算高度来考虑这一因素。,2.4,墙柱高厚比验算,（4）支承条件,刚性方案房屋的墙柱在屋盖和楼盖支承处水平位移小（假定为不动铰支座），刚性好，允许高厚比可以放大。弹性和刚弹性方案房屋的墙柱在屋盖和楼盖支承处水平位移

22、较大，允许值相对小些。验算时用改变计算高度考虑。,2.4,墙柱高厚比验算,（5）墙体截面刚度,墙体截面惯性矩较大，稳定性好。当墙上门窗洞口削弱较多时，允许高厚比应降低，可以通过有门窗洞口墙允许高厚比的修正系数来考虑。,（6）构件重要性和房屋的使用情况,对次要构件，如非承重墙允许值可以增大；对于使用时有较大振动的房屋则应酌情降低。,2.4,墙柱高厚比验算,（7）构造柱间距,墙中设有钢筋混凝土构造柱时可提高墙体使用阶段的稳定性和刚度，高厚比验算时采用设构造柱墙允许值提高系数c来考虑。,2.4,墙柱高厚比验算,1.一般墙、柱的高厚比验算：,上端为自由端的墙的允许高厚比，除按上述规定提高外，尚可提高3

23、0；对厚度小于90mm的墙，当双面用不低于M10的水泥砂浆抹面，包括抹面层的墙厚不小于90mm时，可按墙厚等于90mm验算高厚比。,2.4,墙柱高厚比验算,1.一般墙、柱的高厚比验算：,2.4,墙柱高厚比验算,1.一般墙、柱的高厚比验算：,2.4,墙柱高厚比验算,墙、柱的高厚比验算应注意：,1.一般墙、柱的高厚比验算：,2.4,墙柱高厚比验算,2.带壁柱墙或带构造柱墙的高厚比验算,2.4,墙柱高厚比验算,砌 体 结 构,2.带壁柱墙或带构造柱墙的高厚比验算,5.3 墙柱高厚比验算,2.4,墙柱高厚比验算,砌 体 结 构,2.带壁柱墙或带构造柱墙的高厚比验算,5.3 墙柱高厚比验算,2.4,墙柱

24、高厚比验算,砌 体 结 构,2.带壁柱墙或带构造柱墙的高厚比验算,5.3 墙柱高厚比验算,构造柱的间距过大，对提高墙体的稳定性和刚度的作用较小，构造柱的间距过小，也不应高估其有利作用，因此：,2.4,墙柱高厚比验算,砌 体 结 构,2.带壁柱墙或带构造柱墙的高厚比验算,2.4,墙柱高厚比验算,例题1,2.4,墙柱高厚比验算,砌 体 结 构,地下室墙,概述,地下室顶板：现浇或装配式钢筋混凝土楼盖；,地下室地面：现浇素混凝土地面；,地下室墙体：砌体结构。,地下室外墙需承受土和地下水的侧压力，一般较首层墙体厚。为保证房屋上部结构有较好的空间刚度，要求地下室的横墙布置要密些，纵横墙之间要很好地结合。,

25、2.5,地下室墙,砌 体 结 构,5.6 地下室墙,概述,地下室墙体计算的特点：,（1）地下室墙体计算一般为刚性方案；,（2）由于地下室墙体较厚，一般可不进行高厚比验算；,（3）进行地下室墙体计算时，作用于墙体上的荷载除上部墙体传来的荷载、首层地面梁板传来的荷载和地下室墙体自重外，还有土的侧压力、地下水压力，有时还有室外地面荷载；,（4）当墙下大放脚材料强度较低时，还应验算大放脚顶部的局部受压。,2.5,地下室墙,砌 体 结 构,地下室墙,地下室墙体的荷载,2.5,地下室墙,砌 体 结 构,5.6 地下室墙,地下室墙体的荷载,2.5,地下室墙,砌 体 结 构,5.6 地下室墙,地下室墙体的计算

26、简图和截面验算,1.计算简图,当地下室墙体基础的宽度较小时，其计算简图和楼层间的墙体一样，按两端铰支的竖向构件计算。上端铰支于地下室顶盖梁底或板底处，下端铰支于混凝土地面上皮水平处，计算高度取地下室层高。但当施工期间未浇捣混凝土地面，或混凝土地面尚未达到足够强度时就进行回填土，这时应取基础底面处靠摩擦支承作为不动铰支点。,2.5,地下室墙,砌 体 结 构,5.6 地下室墙,地下室墙体的计算简图和截面验算,1.计算简图,2.5,地下室墙,砌 体 结 构,5.6 地下室墙,地下室墙体的计算简图和截面验算,1.计算简图,2.5,地下室墙,砌 体 结 构,5.6 地下室墙,地下室墙体的计算简图和截面验算,1.计算简图,2.5,地下室墙,砌 体 结 构,5.6 地下室墙,地下室墙体的计算简图和截面验算,2.内力计算及截面验算,2.5,地下室墙,砌 体 结 构,5.6 地下室墙,地下室墙体的计算简图和截面验算,2.内力计算及截面验算,2.5,地下室墙,砌 体 结 构,5.6 地下室墙,地下室墙体的计算简图和截面验算,2.内力计算及截面验算,2.5,地下室墙,砌 体 结 构,5.6 地下室墙,地下室墙体的计算简图和截面验算,3.施工阶段抗滑移验算,施工阶段在回填土时，土对地下室墙体将产生侧压力。如果这时上部结构产生的轴向力还较小，则应按下式验算基础底面的抗滑能力：,2.5,地下室墙,