第五章-多層建筑結(jié)構(gòu)(磚混)

第3單元第5章——多層砌體結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)第四章教學(xué)內(nèi)容復(fù)習(xí)（1）拱的定義：拱是一種軸線是曲線桿件、梁柱歸一、軸向受壓的弧形結(jié)構(gòu)，并且在豎向荷載作用下，會(huì)產(chǎn)生水平推力的結(jié)構(gòu)。曲線桿件梁柱歸一軸向受壓拱結(jié)構(gòu)水平推力水平推力水平推力（2）按結(jié)構(gòu)支承方式分類：按照支座條件：三鉸拱、兩鉸拱和無鉸拱三種；按材料種類：有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、膠合木結(jié)構(gòu)、磚石砌體結(jié)構(gòu)；按照拱身形態(tài)：有格構(gòu)式和實(shí)腹式，還有等截面式和變截面式。（3）受力特點(diǎn)：拱身截面彎矩剪力均很小，軸力大，合理拱軸為一拋物線，存在較大的水平推力。（4）水平推力四種平衡方式：拉桿承擔(dān)，剛性水平結(jié)構(gòu)“承擔(dān)”，豎向承重結(jié)構(gòu)承擔(dān)，基礎(chǔ)承擔(dān)上。（5）拱結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)：為了保證拱在軸線平面外的受壓穩(wěn)定性，須設(shè)置橫向支撐，為了傳遞作用于山墻上的風(fēng)荷載，還應(yīng)設(shè)置縱向支撐。（6）拱結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用：建筑中多用于大跨度建筑的屋面結(jié)構(gòu)。（7）拱結(jié)構(gòu)的布置：并列拱、交叉拱、旋轉(zhuǎn)拱5.1多層砌體與混合結(jié)構(gòu)5.2多層框架結(jié)構(gòu)5.3框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)11.1多層砌體結(jié)構(gòu)砌體是把磚塊、石塊、混凝土塊等砌塊材料用某種灰漿砌筑而成的豎向建筑構(gòu)件。故砌體是磚砌體、石砌體和砌塊砌體的統(tǒng)稱。砌體結(jié)構(gòu)的定義為：由砌塊和砂漿砌筑而成的墻、柱砌體作為建筑物主要豎向承重構(gòu)件的結(jié)構(gòu)。其水平承重構(gòu)件有木樓板，但現(xiàn)今主要為鋼筋混凝土樓板。砌體結(jié)構(gòu)是磚砌體、石砌體和砌塊砌體結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱。故砌體結(jié)構(gòu)也常常被稱作磚混結(jié)構(gòu)?！按u”指磚墻柱，“混”指其他材料樓板與磚墻柱混合而建。

砌體結(jié)構(gòu)在我國有著非常悠久的歷史，所謂“秦磚漢瓦”之說已有兩千年之久，并有著非常廣闊的應(yīng)用區(qū)域，工程建設(shè)量獨(dú)占鰲頭，與城鄉(xiāng)老百姓息息相關(guān)。

現(xiàn)今流行的多種砌塊形式磚混結(jié)構(gòu)墻體樓板搭接示意磚混結(jié)構(gòu)墻體交接示意加氣混凝土砌塊隔墻與框架柱的拉結(jié)處理陜西米脂縣姜家窯洞庭院全景雄姿陜西米脂縣姜家窯洞庭院一角城鎮(zhèn)百姓渴望安居的集合式磚混住宅歷史上曾經(jīng)嘗試建設(shè)而問世的配筋砌體結(jié)構(gòu)建筑

同其他建筑材料相比，砌體材料具有良好的耐火、保溫、隔聲和抗腐蝕性能，且具有較好的大氣穩(wěn)定性。它還可以就地取材，生產(chǎn)和施工工藝簡單，工程造價(jià)低廉。但由于砌體結(jié)構(gòu)力學(xué)性能不佳，因此造成這種結(jié)構(gòu)建筑自重大、強(qiáng)度低、整體性差、抗震性能低劣。多層房屋中常用的砌體材料有磚和混凝土砌塊。磚砌體又可分為實(shí)心磚砌體、空心磚砌體和多孔磚砌塊。材料強(qiáng)度低+構(gòu)件整體性差+結(jié)構(gòu)抗震性低劣砌體結(jié)構(gòu)建筑的致命缺陷11.1砌體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)磚混結(jié)構(gòu)建筑的三大缺陷嚴(yán)重影響這種結(jié)構(gòu)技術(shù)的推廣，必須采取必要改良技術(shù)，方能提升該結(jié)構(gòu)的生命力。基本的技術(shù)改良途徑有三方面：1.改良材料。材料性能提升技術(shù)。2.改良砌體與樓板的連接。砌體性能提升技術(shù)3.改良結(jié)構(gòu)抗震適應(yīng)性。結(jié)構(gòu)系統(tǒng)加固技術(shù)。我國已經(jīng)在三方面做了許多大膽的探索實(shí)踐，也取得巨大成功。下面就以砌體改造加固和抗震加固兩方面略加說明：1.砌體的配筋加固：我國五層磚混結(jié)構(gòu)房屋用磚的強(qiáng)度等級為10號和15號，二砂漿的強(qiáng)度等級強(qiáng)度等級僅為5號和7.5號，說明砂漿的性能低于砌塊的強(qiáng)度，因此由水桶原理可知，砌體的強(qiáng)度就取決于砂漿的強(qiáng)度。配筋砌體就是在灰縫中植入鋼筋起到抗裂和抗剪加固作用。僅由砌塊和砂漿構(gòu)成的砌體屬于無筋砌體。無筋砌體房屋的抗震很差。若在砌體中配置鋼筋后就稱為配筋砌體，配筋砌體可以增強(qiáng)砌體的強(qiáng)度和變形能力。圖11-1-3a)為在砌體豎縫中放置豎向鋼筋；圖11-1-3b)為在空心磚、空心砌塊內(nèi)放置豎向鋼筋，并用流動(dòng)性較大的混凝土澆灌。配置鋼筋網(wǎng)片配筋砌體的形象示意圖2.增加鋼筋混凝土構(gòu)件：一種是可以在砌體構(gòu)件截面的拉壓應(yīng)力極值區(qū)用鋼筋混凝土或配筋砂漿代替原有砌體，并與其共同工作，構(gòu)成組合砌體，如圖11-1-4所示。另一種是也可通過在砌體墻中加設(shè)構(gòu)造柱和圈梁，增加對砌體的約束，提高房屋抵抗不均勻沉降的能力和抗震能力。表11-1-1為磚房構(gòu)造柱的設(shè)置要求；表11-1-2為磚房現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁的設(shè)置要求。圈梁：形成封閉性的鋼筋混凝土“腰箍”，將外墻和樓板緊緊地捆綁在一起，其作用形象地描述，就像竹子的節(jié)和蓮藕的節(jié)所起的作用，既可提高墻體的穩(wěn)定性、又可提高墻體與樓板之間的整體性，從而有效提高整個(gè)建筑的整體性和抗震性。沒有圈梁的墻體有圈梁的墻體

增設(shè)圈梁的工程模型和力學(xué)模型高大的竹子有了節(jié)，在能在風(fēng)的肆虐下巍峨地?fù)u曳而不會(huì)夭折要理解圈梁的作用，仔細(xì)觀賞一下舉重運(yùn)動(dòng)員緊固的腰帶就會(huì)恍然大悟構(gòu)造柱：在縱墻和橫墻的交接處設(shè)置的鋼筋混凝土芯柱，用以增強(qiáng)縱橫墻之間連接，提高整體剛度與房屋抗震性。本圖以直線墻體為例說明構(gòu)造柱的施工。墻體墻體構(gòu)造柱模板模板鋼筋混凝土構(gòu)造柱的解剖圖混合結(jié)構(gòu)是指由砌體作承重墻、由鋼筋混凝土或木構(gòu)架作樓板和屋蓋形成的結(jié)構(gòu)。百姓小康生活水平下的建筑結(jié)構(gòu)形式，為人們所喜聞樂見。砌體作墻柱鋼筋混凝土作樓板＋混合結(jié)構(gòu)在建筑設(shè)計(jì)中，關(guān)于砌體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題主要包括如下幾個(gè)方面：1.承重方案的選擇和結(jié)構(gòu)布置2.結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺度選定3.結(jié)構(gòu)特殊技術(shù)問題處理11.2多層砌體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)多層混合結(jié)構(gòu)房屋根據(jù)承重墻的布置方式的不同，有以下四種方案可供選擇：1）橫墻承重體系；2）縱墻承重體系；3）縱橫墻承重體系；4）內(nèi)框架承重體系。1.承重體系的選擇和結(jié)構(gòu)布置（1）承重體系的選擇1）橫墻承重體系的特點(diǎn)圖11-1-6為橫墻承重的平面結(jié)構(gòu)布置。橫墻承擔(dān)樓板、屋面板傳來的荷載，因此不能隨意拆除，空間布置沒有縱墻承重體系那樣靈活，但剛度大，抗震性能較好。橫墻承重體系墻體多，自重大，樓面材料較節(jié)省，具有結(jié)構(gòu)簡單，施工方便的優(yōu)點(diǎn)，多用于小面積居住建筑和小開間辦公樓中。梁架以橫墻為主的承重體系——橫墻體系；荷載傳遞路徑：豎向荷載：板橫墻基礎(chǔ)地基；水平荷載：側(cè)墻

樓板橫墻基礎(chǔ)地基橫墻樓板特點(diǎn)：橫墻承重，縱墻可以開大窗；橫向剛度大，抗震效果好；樓板布置簡單，易施工；橫墻多，空間相對??；縱墻不能充分利用。

2）縱墻承重體系的特點(diǎn)圖11-1-5為某多層房屋的平面結(jié)構(gòu)布置圖。樓板及屋面板放置在樓面和屋面大梁上，樓面和屋面大梁放在帶壁柱的縱墻上，荷載由縱墻承擔(dān)，形成縱墻承重體系。由于橫墻是非承重墻，因而可以任意設(shè)置或連續(xù)多開間不設(shè)置，從而給建筑上提供了靈活的空間。與橫墻承重體系相比，縱墻承重體系墻少，自重輕，剛度較差，抗震性能也較差，且樓屋面需加大梁而增加用料，故高烈度地震區(qū)不太合適，一般多用于公共建筑及中小型工業(yè)廠房。

以縱墻為主的承重體系——縱墻體系；荷載傳遞路徑：豎向荷載：板縱墻基礎(chǔ)地基；水平荷載：側(cè)墻

樓板山墻基礎(chǔ)地基特點(diǎn)：縱墻承重，橫墻可以開大洞；橫向剛度差，抗震效果相對不好；橫墻少，空間布置靈活，可以形成大空間；山墻格外重要橫墻樓板縱墻圖11-1-7為縱橫墻承重的平面結(jié)構(gòu)布置。除縱墻承擔(dān)樓面大梁傳來的荷載外，橫墻也承擔(dān)了樓、屋面?zhèn)鱽淼牟糠趾奢d，其開間比橫墻承重體系大，但空間布置不如縱墻承重體系靈活，剛度和抗震性能也介于兩者之間，墻體材料、自重、樓面材料用量也介于兩者之間，多用于教學(xué)樓和辦公樓中。

縱橫墻承重結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)縱橫墻聯(lián)合承重體系——縱橫墻體系兼有縱墻橫墻承重的優(yōu)點(diǎn)，但墻體用量多，施工相對困難。荷載傳遞路徑：豎向荷載：板橫墻、縱墻基礎(chǔ)地基；水平荷載：外墻

樓板橫墻、縱墻基礎(chǔ)地基橫墻樓板縱墻在倉庫、商場及一些工業(yè)建筑中，或在希望空間能任意分割的民用建筑中，可將內(nèi)部墻體全部用內(nèi)柱框架代替，如圖11-1-8所示。這種內(nèi)框架承重體系在空間布置上具有很大的靈活性，中間柱的存在減輕了縱墻的負(fù)擔(dān)；但中間柱下基礎(chǔ)的沉降量與縱墻基礎(chǔ)的沉降量有可能差別較大，將引起主梁彎矩的變化，這在軟土地基上是不利的。

內(nèi)框架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)內(nèi)框架承重體系——縱橫墻體系；墻柱共同承擔(dān)荷載，沒有內(nèi)墻，內(nèi)部空間靈活；墻與柱材料、基礎(chǔ)均不同，易產(chǎn)生不均勻變形；空間剛度相對差。橫墻樓板縱墻內(nèi)框架橫墻縱墻沿街的住宅，底層一般都要布置商場，亦即需要在底層具有大空間。為了滿足這種要求，結(jié)構(gòu)布置時(shí)一般可將上部布置成為混合結(jié)構(gòu)體系，將底層改為框架承重，即成為底層框架砌體結(jié)構(gòu)。這種房屋底層為框架承重、屬柔性結(jié)構(gòu)，上部為墻體承重、屬剛性結(jié)構(gòu)，由于上下兩部分的抗側(cè)剛度相差懸殊，對結(jié)構(gòu)抗震是不利的。在結(jié)構(gòu)布置中，應(yīng)優(yōu)先選用橫墻承重或縱橫墻承重的方案。由于砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能較差，故對多層砌體房屋的總高度和層數(shù)應(yīng)予限制，如表11-1-3所示。為限制門窗開得過寬削弱了墻體的抗震能力，墻體的局部尺寸不能太小，如表11-I-4所示。（2）結(jié)構(gòu)布置承重墻的間距：承重墻的間距取決于樓板的經(jīng)濟(jì)跨度，鋼筋混凝土樓板的經(jīng)濟(jì)跨度在3米左右，最大不得超過4米。承重墻的間距應(yīng)當(dāng)盡量相等一致，上下應(yīng)當(dāng)對齊、連續(xù)。架設(shè)主梁時(shí)的承重墻的間距取決于梁的經(jīng)濟(jì)跨度，常取6米左右，最大不得超過8米。梁架設(shè)在承重墻上時(shí)，梁下方的墻體應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)壁柱。2.結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺度選定對于磚混結(jié)構(gòu)而言，承重墻除了受壓外，還承受彎矩和剪力，另外還有穩(wěn)定性問題。綜合考慮和計(jì)算后，得到如下設(shè)計(jì)應(yīng)用結(jié)論：承重墻的厚度不得小于240mm,當(dāng)層數(shù)超過四層后，上面的三層墻厚240mm,下邊幾層的厚度應(yīng)為370mm,再高的話，底下的應(yīng)增加到490mm。3.結(jié)構(gòu)特殊技術(shù)問題處理（1）墻上承梁問題當(dāng)房間必須設(shè)置大梁時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)墻上承梁的特殊技術(shù)問題。必須要強(qiáng)調(diào)的是，墻上放梁和墻上放板是截然不同的承重問題。單層墻上放板時(shí)，墻厚只需240mm,但當(dāng)墻上放梁時(shí)，厚度240mm是絕然不行的。處理的技術(shù)方案是：要么變墻厚，要么設(shè)壁柱，尺寸最少370mm×370mm。1.承重方案的選擇和結(jié)構(gòu)布置

（2）設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱問題這是建筑抗震和抗沉降帶來全新的技術(shù)問題，建筑方案設(shè)計(jì)中表現(xiàn)的比較少，這里就不再多講了。有關(guān)內(nèi)容在構(gòu)造課程已經(jīng)有介紹，請同學(xué)課下看看構(gòu)造課的內(nèi)容。不過請大家記住：地震烈度到8度，增設(shè)圈梁構(gòu)造柱，高度不得超6層。最后，我們幫助大家總結(jié)一下砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題重要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵點(diǎn)：1.承重方案的選擇：橫墻承重、縱墻承重和縱橫墻承重三選一。2.結(jié)構(gòu)布置：承重墻間距合理，上下對齊，前后貫通。3.結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺度選定：無梁承重240，有梁承重370；少層240，多層370；普通梁寬240。4.結(jié)構(gòu)特殊技術(shù)問題處理：撤墻換梁壁柱370；地震區(qū)必加圈梁構(gòu)造柱240。結(jié)構(gòu)布置案例：下圖為某辦公樓建筑平面圖，由建筑圖可知8個(gè)小房間為3600×6300，四個(gè)大房間為兩間通間和三間通間，尺寸分別為7200×6300和10800×6300，走廊寬為200?；谌缟腺Y料，結(jié)構(gòu)布置方案設(shè)計(jì)為：（1）采用縱橫墻承重方案，8間小房間橫墻承重，三間大房間縱墻稱重走廊縱墻承重；（2）承重墻間距3600，墻梁間距3600，橫梁長6300，截面為250×500

；（3）所有縱橫墻厚度均為240；（4）大房間中凡是橫梁和縱墻的交接處，設(shè)置壁柱，截面為370×370。240240240橫梁250×500×6300論證作業(yè)5（每10人一份）1.砌體結(jié)構(gòu)看似平素土氣，其實(shí)隱含著不可多得的優(yōu)秀品質(zhì)，試從其材料的物理性能、生產(chǎn)施工難易度、經(jīng)濟(jì)性和情感接受度等方面分析總結(jié)之。2.砌體結(jié)構(gòu)在城市建筑中有迅速衰敗之勢，說明其依然存在致命的缺陷，試著歸納有關(guān)的缺陷。3.橫墻承重體系和縱橫墻承重體系的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都比較明顯突出，試做比較分析。4.為了提高砌體結(jié)構(gòu)的安全性，常常從砌體構(gòu)件的自身加固和構(gòu)件間的整體性連接加固兩個(gè)方面下手，試分別加以分析。5.請認(rèn)真總結(jié)砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)布置的關(guān)鍵技術(shù)要求都包括哪些？論證作業(yè)5（每10人一份）1.砌體結(jié)構(gòu)看似平素土氣，其實(shí)隱含著不可多得的優(yōu)秀品質(zhì)，試從其材料的物理性能、生產(chǎn)施工難易度、經(jīng)濟(jì)性和情感接受度等方面分析總結(jié)之。砌體結(jié)構(gòu)優(yōu)秀品質(zhì)集中表現(xiàn)在：物理性能：耐火、保溫隔熱、隔聲、抗腐蝕、大氣穩(wěn)定好。生產(chǎn)施工性能：就地取材、施工工藝簡單。經(jīng)濟(jì)性：造價(jià)低廉。情感接受度：外觀（色彩質(zhì)感和光澤度等）樸實(shí)平素、親和度高等品質(zhì)。2.砌體結(jié)構(gòu)在城市建筑中有迅速衰敗之勢，說明其依然存在致命的缺陷，試著歸納有關(guān)的缺陷。砌體結(jié)構(gòu)致命的缺陷在于，由于該結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能不佳，造成其強(qiáng)度低、自重大、整體性差、抗震性能低劣。即在強(qiáng)烈地震下的安全性受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)。3.橫墻承重體系和縱橫墻承重體系的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都比較明顯突出，試做比較分析。橫墻承重：強(qiáng)度高，剛度大，安全性好，抗震好；房間布局不夠靈活?？v橫墻承重：房間布局靈活方便；剛度小，抗震不好。材料強(qiáng)度低+構(gòu)件整體性差+結(jié)構(gòu)抗震性低劣砌體結(jié)構(gòu)建筑的致命缺陷3.什么是橫墻承重、縱墻承重、縱橫墻混合承重？各有什么優(yōu)、缺點(diǎn)？答：橫墻承重、縱墻承重、縱橫墻混合承重三種方案的優(yōu)、缺點(diǎn)分述如下：（1）橫墻承重就是把梁或板擱置在橫墻上。優(yōu)點(diǎn)是橫墻較密使橫向剛度大，抗震性高，外墻開窗靈活性大，容易組織穿堂風(fēng)；缺點(diǎn)是用材量較多，開間尺寸不夠靈活。（2）縱墻承重就是把梁或板擱置在縱墻上。優(yōu)點(diǎn)是建筑物分間靈活，材料用量少；缺點(diǎn)是剛度較差，外墻開窗局限性大。（3）縱橫墻混合承重就是把梁或板同時(shí)擱置在縱墻和橫墻上。優(yōu)點(diǎn)是房間布置靈活，整體剛度好；缺點(diǎn)是所用梁、板類型較多，施工較為麻煩。4.為了提高砌體結(jié)構(gòu)的安全性，常常從砌體構(gòu)件的自身加固和構(gòu)件間的整體性連接加固兩個(gè)方面下手，試分別加以分析。關(guān)于砌體構(gòu)件的自身加固：砌體的關(guān)鍵技術(shù)是灰縫，磚縫的抗剪抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于砌塊的強(qiáng)度，就使得砌體無論是在受到過大豎直壓力還是水平剪力時(shí)，破壞規(guī)律是灰縫先行開裂，導(dǎo)致整個(gè)砌體發(fā)生破壞。因此，加固方法是加筋處理和置換配筋砂漿等。關(guān)于構(gòu)件間的整體性