梁端支座處局部受壓承載力計(jì)算

1、梁端支座處砌體局部受壓承載力計(jì)算分析梁端支座處砌體局部受壓承載力計(jì)算分析 概述砌體結(jié)構(gòu)系指其承重構(gòu)件的材料是由塊材和砂漿砌筑而成的結(jié)構(gòu)。 砌體結(jié)構(gòu)建筑物中的豎向結(jié)構(gòu)體系為縱向和橫向的由磚石或砌塊和砂漿砌筑而成的承重墻， 水平結(jié)構(gòu)體系為屋蓋和樓蓋，屋蓋和樓蓋一般由板.次梁及主梁組成，主要用于承受樓面豎向荷載， 是土木與建筑工程中應(yīng)用最廣泛的一種結(jié)構(gòu)型式。 砌體結(jié)構(gòu)中支承鋼筋混凝土梁的磚墻的支承面均屬局部受壓狀態(tài)， 其特點(diǎn)是局部受壓截面存在有未受壓或受有較小壓力的砌體， 限制了局部受壓砌體在豎向壓力作用下的橫向變形， 從局部受壓砌體的受力狀態(tài)分析， 該砌體在豎向壓力作用下的橫向變形受到周圍砌體的箍

2、束作用產(chǎn)生的側(cè)向橫向壓力， 使局部受壓砌體處于三向受壓的應(yīng)力狀態(tài)， 因而能在較大程度上提高其抗壓強(qiáng)度。 但當(dāng)砌體受到局部壓力時(shí)， 壓力總要沿著一定擴(kuò)散線分布到砌體構(gòu)件較大截面或者全截面上， 這時(shí)如果按較大截面或全截面受壓進(jìn)行構(gòu)件承載力計(jì)算足夠的話，在局部承壓面下的幾皮砌體處卻有可能出現(xiàn)被壓碎的裂縫，這就是砌體局部抗壓強(qiáng)度不足造成的破壞現(xiàn)象。因此， 設(shè)計(jì)砌體受壓構(gòu)件時(shí)，除按整個(gè)構(gòu)件進(jìn)行承載力計(jì)算外， 還應(yīng)驗(yàn)算局部承壓面下的承載力。二.梁端支座處砌體局部受壓承載力計(jì)算公式1 .梁端支座處的砌體局部受壓承載力，砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB 50003-2001中按下式計(jì)算:N0+N ifAi=1.5-0.

3、5A0/A i=1+0.35 廠中第式中參數(shù)具體含義見(jiàn)砌體規(guī)范GB50003-20015.2.4條。上式是基于梁端底部砌體表面的應(yīng)力分布，按極限強(qiáng)度理論建立的半理論半經(jīng)驗(yàn)公式。砌體表面的應(yīng)力分布考慮了上部荷載在梁端底面引起的應(yīng)力以及梁端反 力引起的應(yīng)力之疊加。2 .當(dāng)梁端支座處砌體局部受壓承載力不滿足要求時(shí)，常采用以下兩種方法:2.1在梁端設(shè)置剛性墊塊，擴(kuò)大局部受壓面積Al，剛性墊塊下的砌體局部受壓承載力應(yīng)按下列公式計(jì)算:N 0+N i ifA b式中參數(shù)具體含義見(jiàn)砌體規(guī)范GB50003-2001 第5.2.5條。上式借助偏心受壓短柱的承載力計(jì)算公式，考慮了偏心影響系數(shù)，同時(shí)不再考慮上部荷載的

4、卸載效應(yīng)。剛性墊塊的構(gòu)造應(yīng)符合下列規(guī)定:1）剛性墊塊的高度不宜小于18Omm，自梁邊算起的墊塊挑出長(zhǎng)度不宜大于墊塊高度tb ；2）在帶壁柱墻的壁柱內(nèi)設(shè)剛心墊塊時(shí)，其計(jì)算面積應(yīng)為壁柱范圍內(nèi)的面積，而不應(yīng)計(jì)算翼緣部分，同時(shí)壁柱上墊塊伸入翼墻內(nèi)的長(zhǎng)度不應(yīng)小于12Omm，當(dāng)現(xiàn)澆墊塊與梁端整體澆筑時(shí)，墊塊可在梁高范圍內(nèi)設(shè)置。2.2在梁端設(shè)有長(zhǎng)度大于ho的墊梁，考慮了柔性墊梁不均勻局壓情況，墊梁下的砌體局部受壓承載力應(yīng)按F列公式計(jì)算:No+Ni 2.4 2fb bhoN 0=bbho o/2ho=2 3詈式中參數(shù)具體含義見(jiàn)砌體規(guī)范GB5OOO3-2OO1 第5.2.6條。上式柔性墊梁局壓計(jì)算，原規(guī)范只考慮

5、局壓荷載對(duì)墊梁是均勻的中心作用的情況，如果梁擱置在圈梁上則存在出平面不均勻的局部受壓情況， 而且這是大多數(shù)的受力狀態(tài)， 故補(bǔ)充了柔性墊梁不均勻局壓情況， 給出了荷載沿墻厚方向公布的修正系數(shù)2。三 工程實(shí)例澠池黃河鋁電熱電廠擴(kuò)建工程是澠池黃河鋁電集團(tuán)有限責(zé)任公司所屬第二電廠的擴(kuò)建工程。 第二電廠現(xiàn)有裝機(jī)容量為 2X55MW ，占地 268 畝，始建于 1996 年 8 月，分別于97 年 11 月、 98 年 5 月投產(chǎn)。本期擴(kuò)建工程為 2x155MW 單抽汽輪發(fā)電機(jī)組配3x410t/h 煤粉鍋爐。廠址位于第二電廠北面，主要向集團(tuán)公司鋁廠供熱、 供電。土建結(jié)構(gòu)部分按工藝系統(tǒng)不同分為主廠房建筑 .

6、煙塵渣熱網(wǎng)建筑 .電氣建筑 .燃料建筑 .化學(xué)建筑 .輔助建筑等六部分 ,下面僅以化學(xué)水綜合樓在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的局壓?jiǎn)栴}為例進(jìn)行計(jì)算分析， 對(duì)梁端支座處砌體局部受壓的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)單的敘述。1. 化 學(xué) 水 綜 合 樓 外 橫 墻 的 窗 間 墻 截 面 尺 寸 為bxh=240x1500mm, 鋼 筋 混 凝 土 梁 截 面 尺 寸 為250x550mm ，梁跨度為 6.3m ，伸入墻體內(nèi)的支承長(zhǎng)度為240mm ，如圖一所示。梁端反力設(shè)計(jì)值N l=87.8kN ，采用 MU10 燒結(jié)普通磚， M5 混合砂漿砌筑。梁端上部砌體傳來(lái)的荷載設(shè)計(jì)值為 N 0=74.8kN ，試驗(yàn)算梁端砌體的局部

7、受壓承載力。一F弘air7cz-Vo&T -奄按規(guī)范 GB5OOO3-2OO1524條式524-1524-5計(jì)算如下:查表知：f=1.5O MPa74 8X1O3a0=10(¥=1。(詈二皿口Ai=a ob=191.5x25O=47875mmAo=(b+2h)h=(25O+2x24O)x24O=1752OO2mm> 3故取=O因 Ao/Ai=1752OO/47875=3.773=i+o.35 F=i+o.35 JUFm6fA i=0.7x1.6x1.5x47875=80.4kNNo= 0 Al =0.445x47875=21.3kNN0+N i =87.8kN >

8、fA i=80.4kN故梁端砌體局部受壓強(qiáng)度不滿足要求。按規(guī)范 GB50003-2001中第5.2.5.2條，設(shè)置混凝土剛性墊塊。假設(shè)墊塊尺寸為700x240x240mm，其中tb=240mm ，符合剛性墊塊要求。按規(guī)范 GB50003-2001中第 5.2.5525-1525-3計(jì)算如下:Ab=a abb=240x700=168000mm2A0=(b b +2h)h=(700+2x240)x240=283200mm0/f=0.445/1.5=0.297查表 5.2.5 得：1=5.846 則a0= !f=5.846x 禮二111.墊塊上N0作用點(diǎn)位置可取0. 4a 0=0.4x111.9=4

9、4.8mm軸向力的偏心距N|(h e"04a0)=87.8 (120 44.8) =40.6mmN087.874.8當(dāng) 3時(shí)，1 1= =0.744e 240.6 21 12()21 12()2h240=1+0.351+0.35 1100=1.29故 1=0.8=0.8x1.29=1.0321 fA b =0.744x1.032x1.5x168000=193.5kNNo+N i=74.8+87.8=162.6kN因1fAb> N0+N i，故放置剛性梁墊后，梁端砌體局部受壓強(qiáng)度滿足要求。2.化學(xué)水綜合樓外橫墻的窗間墻截面尺寸為bxh=240x1500mm，鋼筋混凝土梁截面尺寸為

10、250mmx700mm，梁跨度為 7.5m，伸入墻體內(nèi)的支承長(zhǎng)度為240mm，如圖二所示。梁端反力設(shè)計(jì)值Ni=120.4kN采用MU10燒結(jié)普通磚，M5混合砂漿砌筑。梁端上部砌體傳來(lái)的荷載設(shè)計(jì)值為N0=95.2kN，試驗(yàn)算梁端砌體的局部受壓承載力。1 翱 iIflOO段加 丄此DC丄l；J30t i 1r 1 I0叩g呂 f-按規(guī)范 GB5OOO3-2OO1524條式524-1524-5計(jì)算如下:查表知：f=1.5O MPa3O=NO/Ab= 95.2x10 =O.567N/mm240x700a0=10 Jy=10=216.0mmAi=a ob=216.Ox25O=54OOOmmAo=(b+2

11、h)h=(25O+2x24O)x24O=1752OO2 mm> 3故取=O因 Ao/A i=1752OO/54OOO=3.244=1+0.35 朮 1=1+0.35 底九524fA i=0.7x1.524x1.5x54000=86.4kNNo= 0 Al =0.567x54000=30.6kNN0+N l =120.4kN >fAl=86.4kN故梁端砌體局部受壓強(qiáng)度不滿足要求。按規(guī)范 GB50003-2001中第5.2.5.2條，設(shè)置混凝土剛性墊塊。假設(shè)墊塊尺寸為700x240x240mm，其中tb=240mm ，符合剛性墊塊要求。按規(guī)范 GB50003-20015.2.5525

12、-1525-3計(jì)算如下:Ab=a abb=240x700=168000mm當(dāng) 3時(shí)，1 1=0.7671 12（e）21 詛382）2=1+0.35橢 1=1+0.35 C00 1 =1.29故 1=0.8=0.8x1.29=1.032h240526-1526-2計(jì)算如下:1 fA b =0.767x1.032x1.5x168000=199.4kNN0+N i=95.2+120.4=215.6kN因1fAbV N0+N l，故放置剛性梁墊后，梁端砌體局部受壓強(qiáng)度不滿足要求。按規(guī)范 GB50003-2001中第5.2.6條，設(shè)置長(zhǎng)度大于h0的墊梁，假設(shè)墊梁尺寸為1500x240x240 ，混凝土

13、強(qiáng)度等級(jí)為C20，查表知:f=1.50 MPa，E=1600f，Eb=2.55x10 4N/mm 2故可知:414=2x2.55x10 X240V12 =461.0mm* 1600x1.50x240墊梁下局部壓應(yīng)力分布范圍S= h0=3.14x461.0=1448.0mm<1500mm符合墊梁受力分布要求。按規(guī)范 GB50003-2001中第 5.2.6 條式kN30=N0/Ab=|40S00=0.567N/mm2N 0= bbh0 0=3.14x1500x461.0x0.567/2=615.6No+ N 1=615.6+120.4=736.0 kN因荷載沿墻厚方向不均勻分布，故2=0.

14、8，2.4 2fb bh 0=2.4x0.8x1.5x1500x461.0=1991.5kN因 2.4 2fbbh0> N 0+N i,故墊梁下砌體局部受壓承載力滿足要求。四.設(shè)計(jì)中些觀點(diǎn)和分析1.關(guān)于梁端有效支承長(zhǎng)度I N0=38，和簡(jiǎn)化公式0的計(jì)算公式，原規(guī)范提供了0=10評(píng)，如果前式中取1/78，則也成了近式公式，而且tg取為定值后反而與試驗(yàn)結(jié)果有較大誤差。考慮到兩個(gè)公式計(jì)算結(jié)果不一樣，容易在工程應(yīng)用上引起爭(zhēng)端，為此規(guī)范明確只列出后一個(gè)公式。這在常用跨度梁情況下和精確公式誤差約在15%左右，不致影響局部受壓安全度。2.關(guān)于剛性梁墊上表面梁端有效支承長(zhǎng)度的計(jì)算公式，規(guī)范沒(méi)有明確規(guī)定，

15、一般均以梁與砌體接觸時(shí)的0值代替，墊塊這與實(shí)際情況顯然是有差別的。 試驗(yàn)和有限元分析表明，上表面0較小，這對(duì)于墊塊下的局部承載力計(jì)算影響不是很大（有墊塊時(shí)局壓應(yīng)力大為減?。?，但可能對(duì)其下的墻體受力 不利，增大了荷載偏心距，因此有必要補(bǔ)充墊塊上表面梁端有 效支承長(zhǎng)度 0的計(jì)算方法。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，考慮與現(xiàn)澆墊塊局部承載力相協(xié)調(diào)，并經(jīng)分析簡(jiǎn)化也采用公式0=10 （y的形式，只是系數(shù)另外作了具體規(guī)定。對(duì)于采用與梁端現(xiàn)澆成整體 的剛性墊塊與預(yù)制剛性墊塊下局壓有些區(qū)別，但為簡(jiǎn)化計(jì)算， 也可按預(yù)制剛性墊塊計(jì)算。3.柔性墊梁局壓計(jì)算，原規(guī)范只考慮局壓荷載對(duì)墊梁是均勻的中心作用的情況，如果梁擱置在圈梁上則存在出

16、平面不均 勻的局壓情況，而且這是大多數(shù)的受力狀態(tài)。 經(jīng)過(guò)計(jì)算分析補(bǔ)充了柔性墊梁不均勻局壓情況，給出了0=0.8的修正系數(shù)。五.結(jié)論通過(guò)上述關(guān)于梁端支座處砌體局部受壓承載力的計(jì)算分析可知，影響砌體局部受壓承載力的因素主要有：磚和砂漿的 強(qiáng)度等級(jí)，局部受壓面積 Al，構(gòu)件截面面積 A，局部受壓荷載作用位置，荷載作用方式等。一般說(shuō)來(lái)，局部受壓構(gòu)件的破壞現(xiàn)象可分三種：當(dāng)面積比Ao/Ai不太大時(shí)，在局部受壓構(gòu)件外側(cè)距受力頂面一段位置處首先發(fā)生豎向裂縫，然后向上向F發(fā)展導(dǎo)致破壞，可稱之為“先裂后壞”；當(dāng)面積比 Ao/Ai較大時(shí)，局部受壓構(gòu)件受荷后未發(fā)生較大變形，但一旦構(gòu)件外側(cè)出現(xiàn)與受力方向一致的豎向裂縫后， 構(gòu)件立即開(kāi)裂而導(dǎo)致破 壞，這種現(xiàn)象可稱為“劈裂破壞”；當(dāng)局部受壓構(gòu)件的材料強(qiáng)度很低時(shí)，在局部荷載作用下，因Al 面積內(nèi)砌體材料被壓 碎而使整個(gè)構(gòu)件喪失承載力，這時(shí)構(gòu)件外側(cè)并未發(fā)生豎向裂縫，這種現(xiàn)象可稱為“未裂先壞” 。工程設(shè)計(jì)時(shí)一般應(yīng)按先裂后壞考慮， 避免出現(xiàn)危險(xiǎn)的 “劈裂破壞” 和“未裂先壞” 現(xiàn)象。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中， 在滿足經(jīng)濟(jì)合理， 安全適用， 確保質(zhì)量的前提下， 堅(jiān)持因地制宜， 就地取材的原則， 合理選用建筑 材料和結(jié)構(gòu)方案的同時(shí)， 還要充分考慮影響砌體