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摘要:墙体是砌体房屋结构的重要组成部分,对房屋的使用功能和质量有着直接的影响。文章将就砌体房屋墙体设计的方法进行探讨,主要包括墙、柱的受压承载力计算、局部受压验算等。
关键词:砌体房屋;墙体设计;承载力计算
中图分类号:TU364文献标识码:A文章编号:1006-8937(2011)16-0145-01
通常情况下,砌体结构的墙、柱都只会进行承载能力极限状态的计算,其中主要包括承载力和稳定。从设计要求上看,一般是通过规范采用验算高厚比的方法来保证墙、柱的稳定性。要想设计出符合实际,又有质量保证的墙体,就需要设计人员在设计的过程中,根据相关的原来,结合工程的建设需要,通过对各种构件的承受力的计算,确定合理的设计方案。文章主要对砌体房屋的墙体设计的要点进行探讨。
1墙、柱的受压承载力计算
①承载力计算内容。由于墙、柱属于偏心受力构件,所以需要进行偏心受压的承载力计算。如果墙体承受楼面大梁传来的集中荷载时,还必须要对大梁底面墙体,实施局部受压承载力的计算。因为,在一般情况下,受压构件沿水平灰缝的受剪承载力无控制作用,所以可以忽略不计。可以按Mmax、Nmin,进行偏心受压承载力计算,也可以按Mu、NP,进行局部受压承载力计算。
②荷载效应组合。在完成控制截面的内力确定后,需要考虑这两种荷载组合方式:1.2×恒荷载的内力标准值+1.4×其中一项活荷载的内力标准值+其余活荷载的内力组合值;1.35×恒荷载的内力标准值+所有活荷载的内力标准值。
2墙、柱的高厚比验算
现行的《砌体结构设计规范》中,明确规定要对墙、柱进行高厚比的验算。验算的两个核心部分是:允许高厚比的限值及墙及柱实际高厚比的确定。
2.1受压构件的计算高度
受压构件的计算高度H0应该当按照房屋类别和构件的支承条件等进行。在高度的计算上,应该按照无吊车房屋和有吊车房屋进行区别对待。
①无吊车房屋。对无吊车房屋中的构件高度的,选择时尽可能的按下列规定采用:如果在房屋底层,那选定的距离一般为楼板顶面到构件下端支点的距离。可以在基础顶面选定下端支点的位置。如果埋置较深,且存在刚性地坪,可考虑选择室外地面下500 mm处;如果是在房屋其他层,那就选择楼板或其他水平支点间的距离;如果是无壁柱的山墙,那就应该选择层高加山墙尖高度的l/2;如果是带壁柱的山墙,就可以考虑取壁柱处的山墙高度。
②有吊车的房屋。对于有吊车的房屋,当荷载组合不考虑吊车作用时,变截面柱上段的计算高度按一定的规定取值。下段的计算高度按下列规定采用:当Hu/H≤1/3时,取无吊车房屋的H0。当1/3﹤Hu/H﹤1/2时,取无吊车房屋的H0乘以修正系数μ,μ=1.3-0.3Iu/It。
2.2允许高厚比
要满足砌体正常使用状态和极限状态的要求,就必须要保证砌体结构的稳定性。这就要求设计人员按照一定时期内的材料质量和施工水平,从实际经验出发,结合工程的实际需要,按照《砌体结构设计规范》的相关规定和标准,确定并选择墙、柱的允许高厚比[β]限值,如表1所示。毛石墙、柱允许高厚比,最好是按表中数值降低20%取用;组合砖砌体构件的允许高厚比,一般是按照表中数值提高20%,但是必须要控制在28%内取用;如果要对验算施工阶段,砂浆尚未硬化的新砌砌体的高厚比值,应该允许高厚比对墙取14,对柱取11。
3砌体墙、柱的受压承载力计算
按照《砌体结构设计规范》的规定,无筋砌体受压构件的承载力应按N=?渍fA进行计算。多层房屋:如果有门窗洞口,那可以考虑采用窗间墙的宽度,如果无门窗洞口,则应该保证每侧翼墙宽度可以取壁柱高度的1/3;单层房屋:一般是取壁柱宽加2/3墙高,但是绝对不能大于窗间墙的宽度和相邻壁柱间的距离;当计算带壁柱墙的条形基础时,可以考虑选取相邻壁柱间的距离。至于矩形截面构件,如果其轴向力偏心方向的截面边长大于另一方向的边长,那不仅要按偏心受压进行计算,还必须要对较小边长方向按轴心受压进行验算。
4局部受压验算
通常情况下,在梁、屋架端部的支承处或柱、墙变截面处,都存在轴向力或者支承反力仅作用在砌体的部分截面上的情况,这种情况就是砌体结构中的局部受压。
相关实验表明,砌体局部受压主要有以下三种破坏形式:其一,因纵向裂缝发展引起的破坏。由纵向裂缝发展引起的破坏。基本过程是,在一定的局部压力下,在受压截面处,将逐渐出现许多裂缝,而且这些裂缝将会不断的上、下延伸,最后当压力增大到一定范围时,将出现一条主要裂缝,进而造成局部墙体的破坏。其二,劈裂破坏。如果砌体面积与局部受压面积之比很大,那在局部压力下产生的裂缝一般都是少而集中,这就很快形成了主要裂缝而破坏。其三,与垫板直接接触的砌体局部破坏。当出现墙梁的梁高与跨度之比较大的情况下,或者砌体的强度较低的情况时,出现梁支承附近砌体被压碎的现象的几率相当大。在砌体局部受压的情况下,当产生纵向变形时也会产生横向变形,这样就造成周围砌体的约束,从而会产生“套箍强化”的作用;此外,因为砌体内还存在没有直接受压的部分,所以,此时还存有“应力扩散”的作用力,这就直接导致直接受压的砌体抗压强度有了很大程度的提高。
5梁端局部受压
在梁端支承处,因为梁端变形和下部砌体不一样,而且,梁端脱离区的面积会随着梁端底部局部变形的增大,而逐步增大。所以,梁端的支承长度必须要采用有效支承长度a0,这个长度是小于实际支承长度a的。因为梁下砌体的局部压应力是非均匀分布的,所以我们可以准确的可求出平均压应力σ0,并且应该引入压应力图形的完整系数η。
同时,砌体不仅要承担梁端支承压力Nt外,还必须要承担上部荷载产生的轴向力No。大量的试验表明,随着梁端脱离区面积的逐渐增大,上部墙体传来的荷载一部,将会分压于梁尾,进而会形成一定的约束;而另一部会被墙体的悬臂作用卸掉,这就意味着我们必须要考虑上部荷载对局部承压的有利影响。同时,试验还表明,这种卸载作用与A0/Al有关。
此外,梁端设有刚性垫块的砌体局部也会受压。如果梁端砌体局部受压无法满足承载力的要求,那就必须要在梁端设预制或现浇混凝土垫块,也就是通常所说的刚性垫块。《砌体结构设计规》中对刚性垫块下的砌体局部受压的计算方式有明确的规定,在计算时应该严格按要求进行。
6结语
砌体房屋墙体设计是一项较为复杂的工程,也是十分重要的工程,其对砌体的构成和质量有着直接的影响。在砌体房屋设计中,必须对这一部分的内容进行深入的了解和分析,在实际的设计中尽可能的满足相关标准的需要,并保证设计的可行性和科学性。
参考文献:
[1] 杨丽,樊力.常见建筑砖砌体裂缝原因及其防治[A].河南省 土木建筑学会2010年学术大会论文集[C],2010.
关键词:砌体房屋;墙体设计;承载力计算
中图分类号:TU364文献标识码:A文章编号:1006-8937(2011)16-0145-01
通常情况下,砌体结构的墙、柱都只会进行承载能力极限状态的计算,其中主要包括承载力和稳定。从设计要求上看,一般是通过规范采用验算高厚比的方法来保证墙、柱的稳定性。要想设计出符合实际,又有质量保证的墙体,就需要设计人员在设计的过程中,根据相关的原来,结合工程的建设需要,通过对各种构件的承受力的计算,确定合理的设计方案。文章主要对砌体房屋的墙体设计的要点进行探讨。
1墙、柱的受压承载力计算
①承载力计算内容。由于墙、柱属于偏心受力构件,所以需要进行偏心受压的承载力计算。如果墙体承受楼面大梁传来的集中荷载时,还必须要对大梁底面墙体,实施局部受压承载力的计算。因为,在一般情况下,受压构件沿水平灰缝的受剪承载力无控制作用,所以可以忽略不计。可以按Mmax、Nmin,进行偏心受压承载力计算,也可以按Mu、NP,进行局部受压承载力计算。
②荷载效应组合。在完成控制截面的内力确定后,需要考虑这两种荷载组合方式:1.2×恒荷载的内力标准值+1.4×其中一项活荷载的内力标准值+其余活荷载的内力组合值;1.35×恒荷载的内力标准值+所有活荷载的内力标准值。
2墙、柱的高厚比验算
现行的《砌体结构设计规范》中,明确规定要对墙、柱进行高厚比的验算。验算的两个核心部分是:允许高厚比的限值及墙及柱实际高厚比的确定。
2.1受压构件的计算高度
受压构件的计算高度H0应该当按照房屋类别和构件的支承条件等进行。在高度的计算上,应该按照无吊车房屋和有吊车房屋进行区别对待。
①无吊车房屋。对无吊车房屋中的构件高度的,选择时尽可能的按下列规定采用:如果在房屋底层,那选定的距离一般为楼板顶面到构件下端支点的距离。可以在基础顶面选定下端支点的位置。如果埋置较深,且存在刚性地坪,可考虑选择室外地面下500 mm处;如果是在房屋其他层,那就选择楼板或其他水平支点间的距离;如果是无壁柱的山墙,那就应该选择层高加山墙尖高度的l/2;如果是带壁柱的山墙,就可以考虑取壁柱处的山墙高度。
②有吊车的房屋。对于有吊车的房屋,当荷载组合不考虑吊车作用时,变截面柱上段的计算高度按一定的规定取值。下段的计算高度按下列规定采用:当Hu/H≤1/3时,取无吊车房屋的H0。当1/3﹤Hu/H﹤1/2时,取无吊车房屋的H0乘以修正系数μ,μ=1.3-0.3Iu/It。
2.2允许高厚比
要满足砌体正常使用状态和极限状态的要求,就必须要保证砌体结构的稳定性。这就要求设计人员按照一定时期内的材料质量和施工水平,从实际经验出发,结合工程的实际需要,按照《砌体结构设计规范》的相关规定和标准,确定并选择墙、柱的允许高厚比[β]限值,如表1所示。毛石墙、柱允许高厚比,最好是按表中数值降低20%取用;组合砖砌体构件的允许高厚比,一般是按照表中数值提高20%,但是必须要控制在28%内取用;如果要对验算施工阶段,砂浆尚未硬化的新砌砌体的高厚比值,应该允许高厚比对墙取14,对柱取11。
3砌体墙、柱的受压承载力计算
按照《砌体结构设计规范》的规定,无筋砌体受压构件的承载力应按N=?渍fA进行计算。多层房屋:如果有门窗洞口,那可以考虑采用窗间墙的宽度,如果无门窗洞口,则应该保证每侧翼墙宽度可以取壁柱高度的1/3;单层房屋:一般是取壁柱宽加2/3墙高,但是绝对不能大于窗间墙的宽度和相邻壁柱间的距离;当计算带壁柱墙的条形基础时,可以考虑选取相邻壁柱间的距离。至于矩形截面构件,如果其轴向力偏心方向的截面边长大于另一方向的边长,那不仅要按偏心受压进行计算,还必须要对较小边长方向按轴心受压进行验算。
4局部受压验算
通常情况下,在梁、屋架端部的支承处或柱、墙变截面处,都存在轴向力或者支承反力仅作用在砌体的部分截面上的情况,这种情况就是砌体结构中的局部受压。
相关实验表明,砌体局部受压主要有以下三种破坏形式:其一,因纵向裂缝发展引起的破坏。由纵向裂缝发展引起的破坏。基本过程是,在一定的局部压力下,在受压截面处,将逐渐出现许多裂缝,而且这些裂缝将会不断的上、下延伸,最后当压力增大到一定范围时,将出现一条主要裂缝,进而造成局部墙体的破坏。其二,劈裂破坏。如果砌体面积与局部受压面积之比很大,那在局部压力下产生的裂缝一般都是少而集中,这就很快形成了主要裂缝而破坏。其三,与垫板直接接触的砌体局部破坏。当出现墙梁的梁高与跨度之比较大的情况下,或者砌体的强度较低的情况时,出现梁支承附近砌体被压碎的现象的几率相当大。在砌体局部受压的情况下,当产生纵向变形时也会产生横向变形,这样就造成周围砌体的约束,从而会产生“套箍强化”的作用;此外,因为砌体内还存在没有直接受压的部分,所以,此时还存有“应力扩散”的作用力,这就直接导致直接受压的砌体抗压强度有了很大程度的提高。
5梁端局部受压
在梁端支承处,因为梁端变形和下部砌体不一样,而且,梁端脱离区的面积会随着梁端底部局部变形的增大,而逐步增大。所以,梁端的支承长度必须要采用有效支承长度a0,这个长度是小于实际支承长度a的。因为梁下砌体的局部压应力是非均匀分布的,所以我们可以准确的可求出平均压应力σ0,并且应该引入压应力图形的完整系数η。
同时,砌体不仅要承担梁端支承压力Nt外,还必须要承担上部荷载产生的轴向力No。大量的试验表明,随着梁端脱离区面积的逐渐增大,上部墙体传来的荷载一部,将会分压于梁尾,进而会形成一定的约束;而另一部会被墙体的悬臂作用卸掉,这就意味着我们必须要考虑上部荷载对局部承压的有利影响。同时,试验还表明,这种卸载作用与A0/Al有关。
此外,梁端设有刚性垫块的砌体局部也会受压。如果梁端砌体局部受压无法满足承载力的要求,那就必须要在梁端设预制或现浇混凝土垫块,也就是通常所说的刚性垫块。《砌体结构设计规》中对刚性垫块下的砌体局部受压的计算方式有明确的规定,在计算时应该严格按要求进行。
6结语
砌体房屋墙体设计是一项较为复杂的工程,也是十分重要的工程,其对砌体的构成和质量有着直接的影响。在砌体房屋设计中,必须对这一部分的内容进行深入的了解和分析,在实际的设计中尽可能的满足相关标准的需要,并保证设计的可行性和科学性。
参考文献:
[1] 杨丽,樊力.常见建筑砖砌体裂缝原因及其防治[A].河南省 土木建筑学会2010年学术大会论文集[C],2010.