2011年结构工程师《基础知识》砌体结构辅导资料(32)
二、静力计算方案
在混合结构房屋中，纵墙、横墙(包括山墙)、屋盖、楼盖和基础等组成一空间受力体系，共同承受作用在房屋上的各种垂直荷载和水平荷载，不仅直接承受荷载的构件抵抗荷载的作用，而且与其相连接的其他构件都不同程度地参加工作，抵抗所分担的荷载。混合结构房屋是以采用属于哪一种静力计算方案来区分空间作用的大小的。而屋盖或楼盖水平刚度的大小，以及横墙的间距又是确定静力计算方案的两个主要因素。静力计算方案有下列三种：
1.弹性方案
当房屋横墙间距较大，甚至无横墙(山墙)时，屋盖的水平刚度相对较好，一般视屋面粱(屋架)为无轴向变形的刚杆(EI=∞)，因而在水平荷载作用下，房屋的水平位移较大。一两端无山墙的单层房屋，外纵墙承重，假定作用于房屋上的水平荷载是均匀分布的，外纵墙窗洞也是有规律均匀布置的，则在水平荷载作用下，房屋沿纵向的水平位移处处相等。确定墙柱计算简图时，必须考虑水平位移对结构内力的影响，这种房屋属于弹性方案房屋。其静力计算可按屋架(大梁)与墙(柱)为铰接，下端固定于基础，不考虑空间工作的平面排架或框架来计算。多层混合结构房屋应避免设计成弹性方案的房屋。
2.刚性方案
(1)计算简图
当房屋的横墙间距较时，屋盖或楼盖的水平刚度较大时，则房屋的空间刚度也较大。因而在水平荷载作用下，房屋的水平位移很小，可假定为零。在确定墙柱的计算简图时，可以忽略房屋的水平位移。对于刚性方案的单层房屋，在竖向和水平荷载作用下，墙、柱的上端可视为不动铰支承，支承于屋盖，下端可视为嵌固于基础的竖向构件。对于刚性方案的多层房屋，为了简化计算，在竖向荷载作用下，屋盖和楼盖均可视作墙柱的不动铰支承，每层墙柱内力可按两端为不动铰支承的竖向构件计算。墙、柱在每层高度范围内，可近似地视作两端为铰支承的竖向构件;在水平荷载作用下，墙、柱可视作竖向的连续梁来计算。
(2)Nu、Nl、G的作用点位置
当作用在某一层纵墙上的竖向荷载有Nu、Nl、G时。这里Nu为上面各层屋盖、楼盖传来的恒荷载、活荷载及墙体自重(包括内外粉刷及门窗自重)，作用在上一楼层墙体截面重心处。Nl为本层楼盖传来的竖向荷载，应考虑对墙体的实际偏心影响，当梁支承于墙上时，梁端支承压力Nl到墙内边的距离，对屋盖梁和楼盖梁应取0.4ao，ao按式(16-3—15)计算。G为本层墙体自重(包括内外粉刷及门窗自重)，作用在本层墙体重心处。
(3)大跨度梁固端弯矩的分配
实际上，墙在每层的两端并非理想的铰支承，所以对于梁跨度大于9m的以墙体承重 的多层房屋，应考虑梁端约束弯矩对墙体受力的影响，除按上述方法计算墙体承载力外， 宜再按梁两端固结计算梁端弯矩，再将其乘以修正系数γ后，按墙体线性刚度分到上层 墙底部和下层墙顶部，修正系数γ可按下式计算：
式中 a——梁端实际支承长度;
h____支承墙体的墙厚，当上下墙厚不同时取下部墙厚，当有壁柱时取hT。
(4)风荷载的计算
当刚性方案多层房屋的外墙符合下列要求时，验算表明，由风荷载引起的应力仅占竖 向荷载引起的5%以下，故而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16-4-1的规定;
注：对于多层砌块房屋190m厚的外墙，当层高不大于2.8m，总高不大于19.6m，基本风压不大于0.7kN/m2时可不考虑风荷载的影响。
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：
式中 w——沿楼层高均布风荷载设计值(kN/m);
Hi---------层高 (m)
介于弹性方案和刚性方案之间的房屋，称为刚弹性方案房屋。这种房屋的屋盖和楼盖具有一定的水平刚度，横墙间距不太大，能起一定的空间作用，水平位移比弹性方案要小，但又不能忽略。刚弹性方案单层房屋的静力计算介于刚性方案和弹性方案之间，可应用空间性能影响系数按考虑空间工作的排架来计算。
空间性能影响系数
刚弹性方案房屋在水平荷载作用下，由于房屋的空间工作性能，一部分荷载由屋盖结 构传给横墙，另一部分则仍由平面排架承受，故柱顶的实际水平位移比不考虑空间工作的 弹性方案水平位移小。规范采用空间性能影响系数η来确定分配给排架承受的水平荷载，η可表达为
这里
静力计算
在水平荷载(风荷载)作用下，刚弹性方案房屋墙、柱内力分析可按如下两步进行，然后将两步结果叠加，即得最后内力：
1)在平面计算简图中，各层横梁与柱连接处加水平铰支杆，计算其在水平荷载(风荷载)作用下无侧移时的内力与各支杆反力只。
2)考虑房屋的空间作用，将各支杆反力及Ri乘以相应空间性能影响系数ηi，并反向施加于节点上，计算其内力。