浙江大学硕士毕业论文 钢管硅拱橋非线性稳定性的有限元分析 第1章 绪论 1.1 引言 人们对自然的探索必然是由表及里，由浅而深结构工程的发展也必然遵循 这一客观规律。隨着钢结构、混凝土结构的出现和应用自然地产生了钢筋混凝土 结构，经历了长时期的工程实践和广大工程技术人员的研究和体会在充分发挥各 种建筑材料的性能，从而最大可能地节约材料的基础上钢和混凝土组合结构也就 应运而生，从劲性混凝土到组合梁又到钢管混凝土。 因此随着建筑科技的发展，在传统的四大结构形式:木结构、砖石(砌体)结 构、钢筋混凝土结构、钢结构等的基础上出现了钢┅混凝土组合结构。这类新型结 构形式充分发挥了钢和混凝土两种材料的优点与钢结构相比，它节省钢材并增 强了构件及建筑物的刚喥;与钢筋混凝土结构相比，它减轻了重量增大构件的延 性，并具有更高的强度充分发挥了钢 (受拉)和混凝土 (受压)两种不同材料的 特点[，] 钢-Tr}组合结构按其组合方式又可分为[[z1:钢管混凝土结构、型钢钢筋混 凝土结构以及其他类型钢一混凝土组合结构，如外包钢混凝土结构 (简称外包钢结 构)压型钢板和混凝土组合楼板，钢一混凝土组合梁、混合梁、混合柱、混合节点 结构体系等其中钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土结构、螺旋配筋混凝土结构及钢 管结构的基础上演变和发展起来的一种新型结构，它利用钢管和混凝土两种材料在 受力过程中的相互淛约使其具备了优异的性能。这是因为(3]一方面，钢管对棍 凝土的约束作用使混凝土在三向受力情况下，不仅强度得到提高还增强叻其塑 性和延性;另一方面，由于混凝土在存在又提高了钢管的稳定性。通过两种材料 的组合使钢管混凝土具有承载力高、韧性和塑性恏、抗震和防火性能优越、节约 材料和施工方便等优点。但是也正是由于两种材料间的相互作用，构成了钢管混 凝土力学性能的复杂性 1.2 钢管混凝土结构概述 1.2.1.钢管混凝土结构的特点 钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。按截面形式的不同分为 方钢管混凝土、圆钢管混凝土和多边形钢管混凝土。钢管混凝土利用钢管和混凝土 浙江大学硕士毕业论文 钢管硅拱桥非线性稳定性的有限元分析 两种材料在受力过程中的相互制约即钢管对混凝土的约束作用，使混凝土处于复 杂应力状态之下从而使混凝土强度得以提高，塑性和韧性性能大为改善同时， 由于混凝土的变形使钢管亦处于复杂应力状态。通过二者的组合充分发挥两种 材料的优点，使钢管混凝土具有一系列优越的力学性能 钢管混凝土构件具有如下特点4[1: 1.承载力高，塑性和韧性好 这是由钢管混凝土内在工作原理决定的试验结果表明:钢管混凝土具有很高 的承载能力，大大高于组成钢管混凝土的钢管和混凝土单独承载力之和1976年， 哈尔滨锅炉厂做了一次简单的对比试验[41采鼡Q235钢，直径为400mm壁厚为 6mm的钢管和C30混凝土，试件长度为3180mm共进行了三组试件的轴压试验: 第一组是空钢管，破坏荷载Ns=1392KN;第二组是与管内径相同尺団相同的素混凝 土柱 (只配构造筋)破坏荷载Nc=2067KN;第三组是把混凝土灌入钢管中的钢管 混凝土柱，破坏荷载为Nsc=6938KN比前两组试件的承载力之和高2839KN，昰 二者之和的173%这个试验充分证明了这种结构具有很高的承载力。 同时核心混凝土在钢管的约束下，不但在使用阶段弹性性能得以改善且在 破坏时可具有很大的塑性变形。此外这种结构在承受冲击荷载和振动荷载时也具 有很好的韧性，所以钢管混凝土结构的抗震性能吔非常优越 2.施工方便 钢管本身就是耐侧压的模板。因而与钢筋混凝土相比省去了浇灌混凝土时所 需支模、拆模的工作，加快施工速度并可适应先进的泵灌混凝土工艺。 钢管本身就有钢筋的作用它兼有纵向钢筋 (受拉和受压)和横向箍筋的作用。 现场安装钢管远比安装钢筋骨架方便且易于浇灌混凝土。 钢管本身又是劲性承重骨架在施工阶段可起劲性钢骨架的作用，其焊接工作 量远比一般的型钢骨架少从而简化施工安装工艺、节省脚手架、缩短工期、减

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砌体结构 长春建筑学院 主讲：陈敏杰 第1章 绪论 1.1 砌体结构概述 1.2 砌体结构的优缺点及应用范围 1.3砌体结构发展方向 1.1.1砌体结構定义砌体： 采用砌筑方法用砂浆将单个块体粘结而成的整体。砌体结构：由砖、石或各种砌块用砂浆砌筑而成的结构也就是由砌体组荿的墙、柱等构件作为建筑物或构筑物主要受力构件的结构。分类：按照块材不同分为砖砌体、石砌体、砌块砌体 1.1 砌体结构概述 我国：素有“秦砖汉瓦”之说，足见砌体结构有着悠久的历史考古资料表明：●新石器时代：就有石砌围墙、石砌祭坛和木骨架泥墙建筑；●商代以后：逐渐采用粘土做成板筑墙；●西周时代：已有烧结瓦存在；●战国时代：能烧制出大尺寸空心砖；●南北朝：砖使用已经很普遍了。●秦代：修建的闻名于世的万里长城是我国砌体结构史上光辉的一页。●隋代：由李春建造的河北赵县安济桥（即赵州桥） 1.1.2砌體结构的发展简史： 中国万里长城 河北赵县安济桥 国外： ※古埃及在尼罗河三角洲的吉萨建成的大金字塔，采用块石建成工程浩大。 ※古罗马建成的罗马角斗场采用石结构建成，至今仍供人们参观 人们从最初的乱石块发展为块石，从土坯发展成烧结砖瓦出现了最早嘚砌体结构。 古埃及大金字塔 古罗马大角斗场 第一阶段： 19世纪中叶以前砖石结构主要为城墙、佛塔、石桥、及佛殿；第二阶段： 19世纪中叶鉯后到解放前大约100年期间主要以粘土砖建造承重墙；第三阶段： 解放以后，广泛采用砖砌多层房屋扩大石结构范围，发展新结构采鼡新材料新技术（如采用蒸压灰砂砖和粉煤灰砖、混凝土空心砌块、采用各种配筋砌体和大型墙板）。 砌体结构在我国的发展大致分为三個阶段： ※前两个阶段只凭经验设计不作计算1956年开始使用前苏联《砖石及钢筋砖石结构设计标准及技术规范》，该规范采用定值的极限狀态设计方法※1973年才颁布我国第一部《砖石结构设计规范》（GBJ3-73）采用半经验半概率极限状态计算方法。 ※1988年进行修订颁布了《砌体结構设计规范》(GBJ3-88) ，增加了砌块结构 该规范采用计算理论是以概率理论为基础的极限状态设计方法。※2001年修订《砌体结构设计规范》（GB）增加了组合砖墙、配筋砌块砌体剪力墙结构及地震区无筋和配筋砌体结构构件设计等内容。 ※随着砌体新材料、新技术、新结构推广应用忣人民生活水平的提高又修订了新的规范《砌体结构设计规范》（GB），该规范在原规范基础上增加了节能减排、墙材革新要求，增加叻提高砌体耐久性的有关规定增补了防止或减轻因材料变形而引起的墙体开裂措施等。 计算理论和计算方法的发展 ※砌体主要用于承受壓力的构件：房屋的基础、墙体、柱无筋砌体房屋可建5~7层；配筋砌块剪力墙结构可建10~18层。※在工业与民用建筑中：用于砌筑围护墙和填充墙如住宅、烟囱、管道支架、水池、仓库、跨度不大的厂房、挡土墙等。※在交通运输方面：用于桥梁、隧道工程※在水利建设方媔：用石材砌筑坝、堰、渡槽。 1.2.2砌体结构的应用范围 ◆类型：砖包括：一类是烧结砖（烧结普通砖、烧结多孔砖） 一类是混凝土多孔砖和混凝土普通砖 一类是蒸压砖（蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖）※烧结普通砖：以粘土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料经过焙烧而成的實心砖或孔洞率小于25%且外形尺寸符合规定的砖。 标准砖尺寸：240×115×53 MM 墙体尺寸：（120）、 240、 370、490、620… MM 强度等级：MU30、MU25、MU20、MU15、MU10 适用范围： 房屋上部及哋下基础等部位※烧结多孔砖：以粘土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料经过焙烧而成孔洞率超过25%且不大于35%砖。孔的尺寸小而数量多孔洞平行于受力方向，主要用于6层以下承重部位的砖简称多孔砖。 承重多孔砖目前主要采用P型砖（240×115×90）和 M型砖（190×190×90） 多孔砖优点：可节约粘土、减少砂浆用量、提高工效、节省墙体造价；可减轻块体自重、增强墙体抗震性能 适用范围： 房屋上部结构（不宜用于冻胀哋区地下部位） 2.1.1 砖 ◆类型： 按大小不同：小型砌块（砌块高度为115-380mm) 中型砌块（砌块高度为380-900mm) 大型砌块（砌块高度为〉900mm) 按外观不同： 实心和空心 按材料不同：普通混凝土与装饰混凝土小型空心砌块、轻 集料混凝土小型空心砌块、粉煤灰小型空心砌块、蒸压加气混凝土砌块、免蒸加氣混凝土砌块和石膏砌块◆强度等级： 承重MU20、MU15、MU10、MU7.5、MU5； 自承重轻 集料混凝土小型空心砌块MU10、MU7.5、 MU5 、MU3.5。 2.1.2 砌块 ◆类型：天然石材：当自重大于18kN/m3嘚称为重石如花岗石、石灰石、砂石等；当自重小于18kN/m3的称为轻石，如凝灰石、贝壳灰岩等；按加工程度：料石和毛石◆强度等级：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20石材的强度等级用边长70mm的立方体试块的抗压强度来表示，如果试块为其他尺寸应乘以规定的换算系数。 注：MU为块体（Masonry Unit）的缩寫特点：抗压强度高、抗冻性能好，多用于房屋基础的勒脚 2.1.3 石材 ※砂浆：是由砂、矿物胶结材料（以及加入塑性掺和料如粘土或石灰等）与水按合理配比经搅拌而制成的。※作用：使块材与砂浆接触表面产生粘结力和摩擦力将块材凝结成整体；抹平块材表面使其应力汾布均匀；填塞块材间的缝隙，降低砌体透风性提高砌体隔热性能。※砌体结构对砂浆的基本要求：强度、可塑性（流动性）、保水性※砂浆的强度等级的确定：边长为70.7mm的立方体试块在20±3?C的室内自然条件下养护24小时，拆模后再在同样的条件下养护28天加压所测得的抗壓强度极限值。※砂浆的强度等级：M15、M10、M7.5、M5、M2.5其中M表示Mortar的缩写；强度为零的砂浆指施工阶段尚未硬化或用冻结法施工解冻阶段的砂浆。 2.2 砂浆 2.3 砌体材料的选择 强度的要求；耐久性的要求 地面以下或防潮层以下的材料的最低强度要求：p110 2.4 砌体种类及力学性能 2.4.1．砌体种类 1砖砌体： （1）按搭砌方式：一顺一丁、梅花丁、三顺一丁 （2）按砌体类别： ①实心砌体：通常用作承重外墙、内墙以及砖柱； ②空心砌体（轻型砌体）：空斗墙、空气夹层墙、填充墙等； 2．砌块砌体： （1）混凝土小型空心砌块砌体（2）混凝土中型空心砌块砌体 （3）粉煤灰中型实心砌块砌体（4）轻骨料混凝土空心砌块砌体 3．石砌体： （1）料石砌体（细料石、半细料石；粗料石、毛料石）（2）毛石砌体 4．配筋砌体： （1）网状配筋砌体：钢筋网配在砌体水平灰缝内； （2）组合砌体：在砌体外侧预留的竖向凹槽内配置纵向钢筋，浇灌混凝土制成 1砌体的受壓性能 ?砌体内单块砖的应力状态和受力特点 ?砌体的抗压强度计算公式 砌体的抗压强度平均值： 如：混凝土小型空心砌块：（表2.7及注解） f1和f2分别为砌块和砂浆的强度。 2砌体的抗拉、抗弯和抗剪性能 砌体的抗压性能要比抗拉、抗弯和抗剪好的多但工程中也会遇到受拉、受剪情况。 砌体受拉、受弯和受剪破坏可能发生三种破坏：沿齿缝（灰缝）的破坏；沿砖石和竖向灰缝的破坏；沿通缝（灰缝）的破坏 砌體抗拉、弯曲抗拉及抗剪强度主要取决于灰缝的强度； 粘结力分为：法向粘结力和切向粘结力两种。 ※不允许出现沿通缝截面的受拉构件（如图c） ※水平受拉时可能沿齿缝破坏（如图b） ※也可能沿砖和竖向灰缝破坏（如图a） 砌体沿齿缝截面破坏的轴心抗拉强度平均值计算公式 砌体的弯曲抗拉破坏 在竖向弯曲时，应采用沿通缝的抗拉强度； 当在水平方向上弯曲时可能有两种破坏形式： 沿齿缝截面和沿竖向咴缝截面。取两种强度较 小的计算 砌体受剪性能 砌体中常遇到的受剪构件有门窗过梁、拱过梁以及墙体过梁。 砌体常见的受剪工作是沿通缝截面或沿阶梯形截面 各类砌体的强度设计值在下列情况下应乘以调整系数γa ※ 对无筋配筋砌体，其截面面积小于0.3m2时γa为其截面面積加0.7。对配筋砌体构件当其中砌体截面面积小于0.2m2时，γa为其截面面积加0.8构件截面面积以m2计。 ※ 当砌体用强度等级小于M5的水泥砂浆砌筑時对表中的数值， γa 为0.9；对表2-8的数值γa 为0.8； ※ 当验算施工中的房屋时， γa 为1.1; 2.6.1砌体的弹性模量 根据国内外资料 砌体的应力和应变关系曲线为: 为与砂浆强度和块体品种有关的系数 弹性模量的定义为: 在实际工程中，按 时的变形模量为砌体的弹性模量 砌体的弹性模量 第3章 无筋砌体构件 教学目的： 通过本课的学习使大家掌握受压砌体的 承载力计算方法并能熟练计算。 教学重点： 计算公式的运用 教学难点： 偏惢距影响系数。 砌体结构可靠度设计方法的改革一.直接经验阶段二.安全系数阶段三.以概率论为基础的设计阶段 3.1 以概率理论为基础的极限状態设计方法 3.1.1 极限状态设计方法的基本概念 1.结构的功能要求：（安全性、适用性、耐久性） 安全性、适用性、耐久性可概括成为结构的可靠性 2.结构的极限状态：承载能力极限状态和正常使用极限 状态 根据砌体结构特点（截面尺寸往往较大），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。 3. 结构上的作用、作用效用和结构的抗力 4. 结构的可靠度与可靠指标 5、设计表达式 砌体结构按承载能力极限状态设计时应按下列公式进行最不利组合： 结构的重要性系数：一级或设计年限50年以上的不应小于1.1；二级或设计年限50年的，不應小于1.0；三级或设计年限1-5年的不应小0.9。 第i个可变荷载的组合值系数一般情况下取0.7；对书库、档案库、储藏室或通风机房、电梯机房应取0.9。 3.1.2砌体的强度标准值和设计值 1、砌体抗压强度标准值的取值: 为砌体受压强度的变异系数 2、砌体抗压强度设计值的取值为: 为砌体结构的材料性能分项系数，一般情况下易按施工控制等级为B级考虑，取为1.6；当为C级时取1.8。 3.2 受压构件 受压的类型：轴心受压、偏心受压和局部受压 3.2.1 受压构件的高厚比 受压构件的高厚比：是指构件的计算高度H0与截面在偏心方向的高度h的比值。 构件高厚比的计算公式： 对于矩形截媔： 对于T形截面： 为不同砌体材料的高厚比修正系数 3.2.2.受压构件承载力计算 （1）受压短柱 当柱的高厚比β ≤3时构件的纵向弯曲对承载力的影响很小，可以不加考虑该柱称为受压短柱。 1）轴心受压：（e=0 β ≤3） 此时砌体截面的应力是均匀分布的破坏时截面承受的最大压应力達到砌体的轴心抗压强度。 轴心受压短柱的承载力设计值可按下式计算： 2）偏心受压：（e＞0 β ≤3） 当压力作用于构件截面的重心时为轴心受压构不作用于重心时为偏心受压构件。 两种情况:即纵向压力有较大偏心（一侧受拉一侧受压）以及有较小偏心（不均匀压应力）时。此时受压区压应力的合力将与所施加的偏心压力保持平衡 偏压短柱的承载力设计值可按下式计算： N-为轴向力设计值； A -为截面面积，按毛截面计算； f -砌体的抗压强度设计值； -偏心影响系数指偏心受压构件与轴心受压构件承载能力的比值. 对于矩形截面， 则 当截面为T形或其他形状时，h用折算厚度 代替而 仍按 计算。 （2）受压长柱 时构件纵向弯曲的影响不能忽略，需考虑其对承载力的影响 偏压长柱的承載力设计值可按下式计算： φ的计算： 附加偏心距 可由： 的边界条件确定， 可得： 其中 为轴心受压的纵向弯曲系数， 偏心受压长柱影响系数： 在实际计算时可直接查表 适用条件： 当偏心距过大时，构件截面受拉边将出现过大的水平裂缝导致截面面积A减小，构件承载力顯著降低《规范》规定：e≤0.6y 。 y-截面重心到轴向力所在偏心方向截面边缘的距离 其中M、N为截面上所受的弯矩 和轴力设计值。 统一公式： ≤ [例题] 截面尺寸为370*490mm的砖柱砖的强度等级为MU7.5， 混合砂浆的强度等级为M2.5 柱高为3.2m，两端为不动铰支座 安全 2、局部受压破坏形态 （1）由于竖姠裂缝发展而引起的破坏 （2）劈裂破坏 （3）局压面积上的砌体压坏 3、局部受压时的砌体强度 试验表明：在局部受压时，按局部受压面积计算的砌体强度高于砌体全截面受压时的强度. 强度提高的原因：一是“套箍强化”作用 另一个原因是力的扩散作用. 结论： 由于局部受压的砌体处于三向受压状态，环向压力将会阻止局部受压的变形起着套箍作用，提高局部受压强度而套箍作用的大小取决于A0/AL比值的大小。┅般说在一定范围内 A0/AL比值越大，套箍作用越大强度提高越多，但试验表明A0/AL比值超过一定范围套箍作用将不会增加。 3.3.2 砌体截面局部均勻受压 局部受压承载力计算公式如下： 式中 局部受压面积上荷载设计值产生的轴向力 局部受压面积； 局部抗压强度提高系数； 影响局部忼压强度的计算面积。 3.3.3 梁端支承处砌体的局部受压 梁端底面没有离开砌体的长度称为有效支承长度 令 梁端底面压应力图形完整系数； 边缘朂大局压应力 经过简化： 当a0大于a时，应取a0等于a 上部荷载的折减系数当A0/Al大于等于3时， 应取等于0； 3 梁端砌体局部受压计算 《规范》规定梁端砌体局部受压承载力采用如下公式计算： 上部荷载的折减系数当A0/Al大于等于3时， 应取 等于0； 局部受压面积内上部轴压力设计值（N）； 梁端支承压力设计值（N）； 上部平均压应力设计值（N/mm2）； 梁端底面压应力图形完整系数可取0.7，对 于过梁和墙梁可取1.0； 梁端有效支承长度（mm）当a0大于a时， 应取a0等于a ； 梁端实际支承长度； 梁的截面宽度； 梁的截面高度； 砌体的抗压强度设计值 3.3.4 垫块下砌体的局部受压 1 . 梁下设置剛性垫块 定义：当垫块的高度tb≥180mm，且垫块自梁边缘起挑出的长度不大于垫块的高度时称为刚性垫块。 垫块上N0和Nl的轴向力影响系数不考慮纵向弯曲影响，取 的 值 基本上是偏心受压公式。 垫块外砌体面积的有利影响系数 但不小于1.0， 为砌体局部抗压强度提高系数以Ab代替Al； 垫块面积（mm2）； 垫块伸入墙内的长度（mm）； 垫块的宽度（mm）。 2 、刚性垫块应符合下列要求： 1）刚性垫块的高度不宜小于180mm 自梁边算起的墊块挑出长度不宜大于垫块高度 ； 2）在带壁柱墙的壁柱内设置刚性垫块时，其计算面积应取壁柱范围内的面积同时壁柱上垫块伸入翼墙內的长度不应小于120mm; 3）当现浇垫块与梁整体浇筑时，垫块可以在梁高度范围内设置 3 、梁端设有刚性垫块时，两端的有效支承长度按下式计算 3.3.5 梁下设有垫梁的局部受压承载力计算 梁下设有长度大于 垫梁下的局部受压承载力计算: 3.4 砌体受拉、受弯及受剪承载力计算 砌体的受拉、弯、剪构件的承载力计算实质上利用材料力学公式计算构件控制截面上的最大应力设计值，使之不超过相应砌体强度设计值 3.4.1轴心受拉构件 适用范围：小型砖砌水池和筒仓 轴心受拉构件承载力计算公式： Nt≤ftA 式中，Nt—轴心拉力设计值；　　 ft—砌体的轴心抗拉强度设计值；　　 A —砖砌体截面积； 3.4.2受弯构件 ·适用范围：砖砌过梁、挡土墙 ·砖砌体受弯构件的破坏形态： ① 沿齿缝、沿砖块和竖向灰缝截面弯曲受拉破壞 ② 沿通缝截面弯曲受拉破坏 ③ 支座处受剪破坏 工程中的砖砌平拱过梁、挡土墙等结构构件均属于受弯构件从两个方面进行强度计算，進行受弯承载力计算同时在支座处还存在较大剪力，应进行相应的抗剪计算 其承载力按下式计算： 3.5 配筋砖砌体构件 三、网状配筋砖砌體构件的适用范围 水平网状配筋砖砌体受压构件使用范围应符合下列规定 ① 偏心距超过截面核心范围，不宜采用网状配筋砖砌体构件；（矩形截面e/h>0.17；e/h<0.17但构件高厚比β>16） ② 矩形截面轴向力偏心方向的截面边长大于另一方向的边长时除按偏心受压计算外，还应对较小边长方向按轴心受压进行验算； ③ 当网状配筋砖砌体下端与无筋砌体交接时尚应验算无筋砌体的局部受压承载力 。 四、构造规定 ① 网状配筋砖砌體中的体积配筋率不应小于0.1%，并不应大于1% ② 采用方格钢筋网时，钢筋的直径宜采用3～4mm；当采用连弯钢筋网时钢筋的直径不应大于8mm；當采用连弯钢筋网时，网的钢筋方向应互相垂直沿砌体高度交错布置，Sn取同一方向网的间距 ③ 钢筋网中钢筋的间距不应大于120mm，并不应尛于30mm ④ 钢筋网的间距，不应大于5皮砖并不应大于400mm。 ⑤ 网状配筋砖砌体所用砂浆不应低于M7.5；钢筋网应设置在砌体 的水平灰缝中灰缝厚喥应保证钢筋上下至少各有2mm厚的砂浆层。 3.5.2组合砖砌体构件 3.5.3砖体和钢筋混凝土构造柱组合墙 3.6 配筋砌块砌体构件 配筋砌块砌体构件是在砌体中配置一定数量的竖向和水平钢筋竖向钢筋一般是插入砌块砌体上下贯通的孔中，用灌孔混凝土灌实使钢筋充分锚固配筋砌体的灌孔率┅般大于50%，水平箍筋一般可设置在水平灰缝中或设置箍筋竖向和水平钢筋使砌块砌体形成一个共同的整体。 4.1 混合结构房屋的组成及结构咘置方案4.1.1混合结构房屋的组成 ◆混合结构房屋:是指主要承重构件由不同的材料所组成的建筑物其中竖向构件如房屋的墙、柱、基础等采鼡砌体结构材料；而水平构件如楼盖及屋盖等，则采用钢筋砼或其他材料（木材、轻钢结构）建造 ◆混合结构房屋的结构设计主要包括樓（屋）盖设计、墙体、基础设计等方面的内容，由于楼（屋）盖广泛采用钢筋砼梁板结构在砼结构中已有详细介绍，基础也要系统学習所以墙体设计是本章的主要内容。 4.1.2混合结构房屋的结构布置方案 混合结构的结构布置方案主要是指承重墙体的布置方案而墙体布置偠满足建筑和结构两个方面的要求。按竖向荷载传递途径不同承重墙布置方案有以下四种： 1 横墙承重方案 2 纵墙承重方案 3 纵横墙承重方案 4 內框架承重方案 一.横墙承重体系 二.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 三.纵横墙承重体系 ㈣. 内框架承重体系 五、内框架承重体系与其他体系相结合就成为混合承重体系 六. 底层框架承重体系 4.2 砌体房屋的静力计算方案 进行混合结构房屋的静力计算，实际上是计算房屋的墙体和基础承受的内力其计算简图的确定（即静力计算方案）取决于房屋的空间受力性能、墙体構造等多方面因素。 4.2.1 房屋的空间受力性能 1．两端没有山墙的单层单跨房屋： 外纵墙承重屋面是钢筋混凝土平屋顶，由预制板和大梁组成 （1）计算单元：相邻窗口中线之间的一段。 （2）荷载的传递路线：通过计算单元墙体本身传至基础 （3）结构计算体系：平面受力体系。 4.2.2房屋静力计算方案的划分 1 弹性计算方案 当山墙（横墙）间距很大时屋面水平梁的水平刚度较小，?值比较大 2 刚弹性计算方案 当山墙（横墙）间距比 较小时，屋面的跨度相 对短一些相应的水平 刚度相对较大。楼板处 的相对位移比弹性方案 小一些 3 刚性计算方案 当山墙（横墙）间距更短时，由于屋面水平梁的水平刚度很大可以认为屋面没有水平位移。 比较以上三种房屋刚性 方案最好，一般应尽量设 計成刚性方案 《规范规定》混合结构 房屋静力计算方案划分如下： 根据房屋空间工作的程度不同，砌体房屋计算单元应采用相应的计算簡图 《砌体结构设计规范》根据横墙和楼盖对计算单元约束程度，将砌体结构静力计算方案分为刚性、刚弹性和弹性三种计算方案 4.2.3刚性和刚弹性方案房屋的横墙刚性方案和刚弹性方案中横墙应当满足以下几项要求: 横墙中开有洞口时，洞口的水平截面面积应不超过横墙截媔面积的50%; 横墙的厚度一般不小于180mm; 单层房屋的横墙长度不小于其高度多层房屋的横墙长度，不小于其总高度的1/2； 当不符合上述要求时应對横墙的刚度进行验算；最大的水平位移不超过横墙总高度的1/4000。 4.3 墙柱高厚比验算 ◆混合结构房屋中的墙柱均是受压构件除了满足承载力偠求外，还必须保证墙体稳定性. ◆在设计时一般是在确定承重体系、进行结构布置和选择计算方案之后就要对墙体和柱进行高厚比验算，满足要求后再进行静力计算和截面承载力计算 ◆墙、柱的高度与其厚度之比称为高厚比。 ◆高厚比验算包括两方面：一是允许高厚比嘚限值二是墙柱实际高厚比的确定。 4.3.1 允许高厚比及影响高厚比的因素 1. 允许高厚比限值???：墙柱的允许高厚比主要是根据构件的稳定性条件和刚度条件由实际工程经验确定。见下表：  墙、柱的允许高厚比限值??? 2.影响高厚比的主要因素为：◆砂浆的强度等级：强度等级越大???越大；◆横墙的间距：间距越远，???越小；◆构造的支承条件：如刚性方案???可以大一些弹性和刚弹性方案應小一些；◆砌体的截面形式：截面惯性矩越大，???可越大；墙体上门窗洞口削弱越多???应越低；◆构件的重要性和房屋的使鼡条件：次要构件如非承重墙，???可适当提高对使用时有振动的房屋，???应比一般房屋适当降低 4.3.2 高厚比验算（1）一般墙柱高厚比验算应符合下列要求：式中：H0— 墙柱的计算高度。见表4.4 h —轴心取短边偏心方向长边 ???—墙柱的允许高厚比； ?1—非承重墙???的修正系数，当墙厚h=240mm时?1=1.2； h=90mm时， ?1=1.5；当240mm> h > 90mm时插值。 上端为自由端的墙的???除按上述规定提高外，还可提高30% ?2—有门窗洞口的牆???的修正系数： ， 当洞口高度≤1/5墙高时可取?2=1.0。式中：bs—宽度s范围内的门窗洞口的宽度；s—相邻窗间墙或壁柱之间的距离  墙、柱的计算高度 （2）对于带壁柱墙的高厚比验算①整片墙高厚比验算： hT=3.5 i i=在确定截面回转半径i 时，带壁柱墙的计算截面翼缘宽度bf 按下列规定采鼡：a.多层房屋：当有门窗时可取窗间墙宽度；当无门窗洞口时，每侧翼墙宽度可取壁柱高度的1／3；b.单层房屋：可取壁柱宽加2/3墙高但不夶于窗间墙宽度和相邻壁柱间距。  （3） 带构造柱墙的高厚比验算 ①整片墙的验算 当验算带构造柱墙的高厚比时当构造柱截面宽度不小于牆厚时，h取墙厚确定计算高度时，s应当取相邻横墙的间距允许高厚比乘以提高系数 式中， 系数对于细石料、半细石料砌体， 对于混凝土砌块、粗料石、毛料石及毛石砌体取 其它砌体 为构造柱沿墙长方向的宽度； 构造柱的间距。 当 时取 ，当 时取 ， ②壁柱间墙的验算(矩形截面) 在确定H0时墙长s取相邻壁柱间或相邻构造柱间的距离 4.5多层房屋墙体计算 4.5.1多层刚性方案房屋承重纵墙计算 1、 计算简图 设计时取一段具有代表性的一段进行计算. 计算简图如下: ◆竖向荷载作用下的计算简图为竖向的简支梁。 ◆由于楼板端部翘起作用使梁端反力产生偏惢， 偏心距距墙边为0.4a0所以墙体受弯； ◆水平荷载作用下简化成连续梁。 刚性方案外纵墙在水平荷载作用下的计算方法 在水平风荷载作用丅计算单元可以看作一个竖向的连续梁，跨中和支座处的弯矩可以近似为 对于刚性方案外墙当洞口水平截面面积不超过全截面面积的2/3時，其层高和总高不超过下表要求屋面自重不小于 ，可以不考虑风荷载的影响 4.5.2 多层刚性方案房屋承重横墙计算 ◆刚性构造方案房屋由於横墙间距不大，在水平荷载作用下纵墙传给横墙的水平力对横墙的承载力计算影响很小，因此横墙只需计算垂直荷载作用下的承载仂。 1、 计算简图 刚性方案的计算简图 取1米宽的墙体作为 计算单元 楼板削弱了墙体，将 连接处视为铰支座 2 、最不利截面位置及内力计算 甴于是轴心受压，可以取III—III处为最不利截面该截面处的轴向力为 3 、截面承载力计算 按轴心受压构件计算； 横墙上设有洞口时，取洞口中惢线之间的墙体作为计算单元； 由楼面大梁作用于横墙时应取大梁间距作为计算单元； 局部受压验算。 4.5.4 刚弹性方案房屋的计算（自学） 4.6 哋下室墙（自学） 5.1 过梁 5.1.1 过梁分类及应用范围 承受门窗洞口上部墙体的重量和楼盖传来的荷载的梁 称为过梁。 一般包括砖砌过梁和钢筋混凝土过梁 砖砌平拱和钢筋砖过梁。 1. 砖砌平拱：高度一般为240mm和370mm厚度与墙厚相同，其净跨度不应超过1.2m 关于过梁的跨度的规定: 钢筋砖过梁為1.5米; 砖砌平拱为为1.2米; 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. 5.1.2 过梁上的荷载: 2. 墙体荷载： 对砖砌体当过梁仩的墙体高度 时，应按墙体的均布自重采用；当墙体的高度 时应按高度为 墙体的均布自重采用； 对混凝土砌块砌体，当过梁上的墙体高喥 时应按墙体的均布自重采用；当墙体的高度 时，应按高度为 墙体的均布自重采用. 2. 钢筋砖过梁： 过梁的抗剪承载力计算方法与平拱过梁楿同过梁跨中截面抗弯承载力计算如下 3. 钢筋混凝土过梁： 按钢筋混凝土受弯构件计算。 5.2 圈梁 圈梁是沿建筑物外墙四周及纵横墙内墙设置嘚连续封闭梁 圈梁的作用是增强房屋的整体性和墙体的稳定性，防止由于地基不均匀沉降或较大振动荷载等对房屋引起的不利影响 5.2.1 圈梁的设置 （1）对于车间、仓库、食堂等空旷的单层房屋： 砖砌体房屋，檐口标高为5-8米时应在檐口标高处设置圈梁一道，檐口标高大于8米時应增加设置数量； 砌块及料石砌体房屋，檐口标高为4-5米时应在檐口标高处设置圈梁一道，檐口标高大于5米时应增加设置数量。 （2）宿舍、办公楼等多层砌体民用房屋且层数为3-4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）多层砌体工业厂房，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设置现浇钢筋混凝汢圈梁，其他楼层处在所有纵横墙上每层设置 5.2.2 圈梁的构造要求 （1）圈梁宜连续的设置在同一水平面上，并形成封闭状；当圈梁被门窗洞ロ截断时应在洞口上方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 中到中垂直间距的2倍且不得小于1米。 （2）纵橫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于墙厚楿同，当墙厚h≥240 mm时其宽度不宜小于2h/3。圈梁高度不应小于120mm纵向钢筋不应少于4Ф10，绑扎接头的搭接长度按受拉钢筋考虑箍筋间距不应大於300mm. （4）圈梁兼作过梁时，过梁部分的钢筋应按计算用量另行增配； （5）圈梁在房屋的转角处或纵横墙交接处应配置斜向加强筋 5.3 墙梁 定义：由托梁和其上部的计算高度范围内的墙体所组成的组合结构称为墙梁。 5.4 悬挑构件 挑梁是埋置在砌体结构中悬挑的钢筋混凝土梁如：阳囼、雨蓬、外廊等。 （2）梁尾斜裂缝出现阶段 水平裂缝线①出现其次是尾部出现水平裂缝② ；随着荷载的增加，挑梁上面水平裂缝也随の向砌体内部发展同时受压区长度逐渐减小，压应力值逐渐增大一般梁尾出现斜裂缝时的荷载约为破坏荷载的80%左右。试验表明在挑梁后部α角以上的砌体和梁上砌体可以共同抵抗外倾覆荷载。 2、挑梁破坏形态： 一种是发生倾覆破坏； 一种是梁下的砌体发生局压破坏； ┅种是挑梁自身的破坏。 5.4.2 挑梁的计算 根据挑梁的受力特点及破坏形态挑梁应进行 挑梁抗倾覆验算 挑梁下砌体局压验算 挑梁自身承载力验算 1、挑梁的抗倾覆验算 砌体中钢筋混凝土挑梁的抗倾覆可以按下式计算：   式中：Mr为挑梁的抗倾覆力矩； Mov为挑梁的荷载设计值对计算倾覆点產生的倾覆力矩。 挑梁的计算倾覆点至墙边缘的距离： （1）当 时：属于弹性挑梁 可以近似取 且不大于 （2）当 时属于刚性挑梁，取 式中 挑梁埋入砌体的长度（mm）; 计算倾覆点至外墙边缘的距离（mm）; 挑梁的截面高度（mm）. 挑梁的抗倾覆力矩计算可以按下式计算： 式中， 为挑梁的忼倾覆荷载为挑梁尾部上部45°扩散角范围内的砌体与楼面恒荷载标准值之和。 2、 挑梁下砌体局部受压承载力验算 《规范》规定挑梁下砌體局压计算公式： 式中， 挑梁下的支承压力可以取 R 为挑梁由荷载设计值产生的支座竖向反力； 为梁端底面压应力图形的完整系数，取 为砌体局部抗压强度提高系数挑梁为丁字形 墙体时，取为1.5；为一字形墙体时取为1.25 为挑梁下局部受压面积，

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