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1、砌体结构,Masonry Structure,第一章 砌体及其基本材料力学性能,砌体结构,1.3砌体的局部受压性能,1.4砌体的受剪性能,第一章,1.1材料强度等级,1.5 砌体的变形和热工性能,1.2 砌体的受压性能,1.1 砌体材料及其强度等级,一、块体,土坯砖 密度：1215kN/m3 砖：,砖,烧结砖,蒸压灰砂砖,蒸压粉煤灰砖,烧结粘土砖烧结煤矸石砖烧结页岩砖烧结粉煤灰砖,烧结普通砖，空洞率15%,烧结空心砖，空洞率40%,烧结多孔砖，空洞率25%40%,砌体（Masonry）：块体(普通粘土砖、空心砖、砌块和石材料等)和砂浆通过砌筑而成的材料。,1.1 砌体材料及其强度等级,烧结普通
2、砖 烧结普通砖是由粘土、煤矸石、页岩或粉煤灰为主要原料，经过焙烧而成的实心或空洞率不大于25%且外形尺寸符合规定的砖。烧结普通砖的规格尺寸为:240mm115mm53mm 砖砌构件（如墙、柱）的尺寸应符合砖的模数。684块/m3(不加砌筑灰缝厚度)，514块/m3（加上砌筑灰缝厚度烧结多孔砖 烧结多孔砖是以粘土、页岩、煤矸石为主要原料，经焙烧而成、空洞率不小于25%，孔的尺寸小而数量多，主要用于承重部位的砖，简称多孔砖。烧结空心砖 用粘土、页岩煤矸石等原料还可经焙烧成孔洞较大、空洞率大40%的烧结空心砖，烧结空心砖一般用于维护结构。多空砖与实心砖相比 减轻结构自重 节省砌筑工时 减少粘土用量与
3、耗能,混凝土加气块,1.1 砌体材料及其强度等级,烧结多孔砖,1.1 砌体材料及其强度等级,蒸压灰砂砖 蒸压灰砂砖是以石灰和砂为主要原料，经坯料制备、压制成型、蒸压养护而成的实心砖，简称灰砂砖。蒸压粉煤灰砖 蒸压粉煤灰砖是以粉煤灰砖粉煤灰、石灰为主要原料，掺加适量石膏和集料，经坯料制备、压制成型、高压蒸汽养护而成的实心砖，简称粉煤灰砖。灰砂砖与粉煤灰砖的规格尺寸与烧结普通转相同。,各种烧结砖,砖窑,传统砖窑生产效率低、劳动强度大、污染环境、损毁农田。,1.1 砌体材料及其强度等级,烧结普通砖强度等级根据标准实验方法所得到的砖的极限强度MPa值来划分的（GB/T51012003）。烧结多孔砖强度
4、等级根据标准实验方法所得到的的砖的极限强度MPa和抗折荷重kN值来划分的（GB135442000）。,MU表示砌体中的块体（Masonry Unity），其后数字表示块体的强度大小，单位为MPa。,烧结普通砖和烧结多孔砖的强度,单位为MPa。,1.1 砌体材料及其强度等级,蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖的强度等级为：MU25、MU20、MU15、和MU10。确定粉煤灰砖的强度等级时应乘以自然碳化系数，当无自然碳化系数时，可取人工碳化系数的1.15倍。,1.1 砌体材料及其强度等级,砌块（block）：,1.普通混凝土小型空心砌块,3）强度等级（Masonry Unit)：MU20、MU15、MU10
5、、MU7.5 MU5、MU3.5；,1）孔洞率不小于25%、通常45-50%；,2）主规格：39019090；,2.轻集料混凝土小型空心砌块,3）强度等级（Masonry Unit)：MU10、MU7.5、MU5、MU3.5、MU2.5、MU1.5.,1）孔洞：单排孔、双排孔、三排孔和四排孔；,2）主规格：39019090；,常用砌块类型,砌块,砌块加工,1.1 砌体材料及其强度等级,天然石材（stone）：,1）承重石材,重质石材-高强、耐久、易导热,轻质石材低强、耐久差、导热系数小,2）按加工外形,料石,1.分类,毛石：中部厚度200mm;,1）划分等级：MU100、MU80、MU60、M
6、U50、MU40、MU30和 MU20；,2.强度等级,2）划分依据：70mm立方体试块3个抗压平均值。,1.1 砌体材料及其强度等级,二、砂浆,非水泥砂浆纯水泥砂浆(无塑性掺料)混合砂浆(有塑性掺料)砌块专用砂浆,砂浆,水泥石灰混合砂浆水泥粘土混合砂浆,石灰砂浆石膏砂浆粘土砂浆,塑性掺料的作用：增加砂浆的可塑性，提高劳动效率；提高砂浆的保水性，保证砌筑质量；节约水泥。,有较高和易性，还可以节约水泥，但其抗水性能较差，一般可用于砌筑基础以上的砌体。,价格低，但其强度很低、抗水性很差，一般用于砌筑临时围墙、临时房屋的砌体等。,由于水泥砂浆的流动性和保水性较差，使用水泥砂浆砌筑时，砌体的强度低于相
7、同条件下用混合砂浆砌筑的砌体的强度。,有较高的强度，抗水性较好，但其和易性较差一般用于要求高强度砂浆的砌体和砌筑处于潮湿条件下的砌体，如基础、挡土墙等。,砂浆的和易性是指砂浆的流动性（也称可塑性）和保水性。,（1）流动性（可塑性）,可塑性的测定：,采用重（力）3N、顶角30的标准锥体沉入砂浆中的深度来测定，锥体的沉入深度根据砂浆的用途规定为：用于砖砌体的为70100mm；用于砌块砌体的为5070mm；用于石砌体的为3050mm。,（2）保水性,砂浆能保持水份的能力叫保水性。如果砂浆的保水性很差，砌体强度有所下降。,保水性的表示方法：即将砂浆静止30min，上下层沉入量之差宜在10-20mm。,
8、砂浆的应力应变关系曲线表明其塑性变形比砖大得多，砂浆的弹性模量随其强度等级的变化而有明显改变，砂浆强度等级愈高，变形愈小，弹性模量愈大。砂浆的泊松比约为0.16，大致是砖泊松比的1.55倍。,(3)砂浆的变形性能,1.1 砌体材料及其强度等级,砂浆的作用：将砌体中的块体联成一个整体；直接承受外力；抹平块体表面而促使应力的分布较为均匀；填满块体间的缝隙，减少了砌体的透气性，提高砌体的保温性和抗冻性能。对砌体所用砂浆的基本要求：在强度及抵抗风雨侵蚀方面，砂浆应符号砌体强度及建筑物要求；砂浆的可塑性（流动性），应保证砂浆在砌筑时能很容易且较均匀地铺开，以提高砌体强度和施工劳动效率；砂浆应具有足够的保
9、水性。,1.1 砌体材料及其强度等级,砌筑砂浆的强度等级 M15、M10、M7.5、M5和M2.5；Mortar意思为砂浆,（强度单位为MPa）。当验算施工阶段砂浆尚未硬化的新砌体强度时，可按砂浆强度为零来确定。确定砂浆强度等级时应采用同类块体为砂浆试块底摸，由边长为70.7mm的立方体试块，在温度为1525环境下硬化，龄期28d（石膏砂浆为7d）的抗压强度来确定。Mb(Mortar block)混凝土砌块砌筑砂浆强度等级，混凝土小型空心砌块砌筑砂浆（JC860-2000）Mb30、Mb25、Mb15、Mb10、Mb7.5和Mb5。Cb(Concrete block)混凝土砌块灌孔混凝土的强度
10、等级，混凝土小型空心砌块灌孔混凝土（JC861-2000）Cb40、Cb35 Cb30、Cb25和Cb20。,1.1 砌体材料及其强度等级,砖在砌筑前12天要浇水润湿，以免干砖过多的吸收砂浆的水分影响砂浆的正常硬化，一般水浸深度不小于15mm。新疆地区土的碱性较高，如浇水过多，当水蒸发时会把砖内部的碱带到砖的表面，砖的表面会变成白的，影响房屋的美观，对外墙面有抹灰的墙也不利（抹灰会易掉），所以新疆地区的砖不能浇水过多。砖可以当天润湿，水浸深度10 15mm。,1.1 砌体材料及其强度等级,砌体材料的选用 砌体材料大多是地方性材料，应符合“因地制宜，就地取材”的原则，选用当地性能良好的块体材料和
11、砂浆。应考虑施工队伍的技术和设备，而且应方便施工。强度要求：应根据各类砌体构件的受力大小，选用相应强度等级的块材和砂浆。例如在多层房屋的承重墙中上面几层可选用强度等级较低的块材和砂浆，下面几层则可选用强度等级较高的块材和砂浆，但也不应变化过多，且同一层砌体不宜采用不同强度等级的材料。1 五层及五层以上房屋的墙，以及受振动或层高大于6m的墙、柱所用材料的最低强度等级要求（规范 条）。2 地面以下或防潮层以下的砌体所用材料最低强度等级要求，（规范条）。耐久性要求：3 应保证砌体在长期使用过程中具有足够正常使的性能；4 对于寒冷地区，块体必须满足抗冻性能的要求；5 考虑建筑物的使用性质和所处的环境。
12、,1.2.1 五层及五层以上房屋的墙，以及受振动或层高大于6m的墙、柱所用材料的最低强度等级，应符合下列要求：1 砖采用MU10；2 砌块采用MU7.5；3 石材采用MU30；4 砂浆采用M5。注：对安全等级为一级或设计使用年限大于50年的房屋，墙、柱所用材料的最低强度等级应至少提高一级。1.2.2 地面以下或防潮层以下的砌体，潮湿房间的墙，所用材料的最低强度等级应符合表1-6的要求。,注：1 在冻胀地区，地面以下或防潮层以下的砌体，当采用多孔砖时，其孔洞应用水泥砂浆灌实。当采用混凝土砌块砌体时，其孔洞应采用强度等级不低于Cb20的混凝土灌实；2 对安全等级为一级或设计使用年限大于50年的房屋
13、，表中材料强度等级应至少提高一级。,表1-6 地面以下或防潮层以下的砌体、潮湿房间墙所用材料的最低强度等级,砌体结构设计规范（GB50003-2001）,砌体的基本力学性能,砌体材料的基本力学性能包括：抗压强度抗拉强度抗弯强度抗剪强度 与经典的均质同性材料的力学性能不同，需要针对不同的材料特点和受力状态，利用试验手段并结合理论分析获得其计算方法和公式。,1.2 砌体的受压性能,1.2.1 砌体的受压破坏特征 实验研究表明，普通砖砌体轴心受压从加载到破坏大致经历三个阶段：第一阶段：从砌体受压开始，当压力增大至50%70%的破坏荷载时：在砌体内某些单块砖在拉，弯，剪复合作用下出现第一批裂缝。在此阶
14、段裂缝细小，未能穿过砂浆层，如果不再增加压力，但块砖内的裂缝也不继续发展。第二阶段：随着荷载的增加，当压力增大至80%90%的破坏荷载时：单块砖内的裂缝将不断发展，并沿着坚向灰缝通过若干皮砖，在砌体内逐渐接成一段段较连续的裂缝。若此时荷载不再增加，裂缝仍会继续发展，砌体已临近破坏，在工程实践中应视为构件处于危险状态。第三阶段：随着荷载的继续增加，则砌体中的裂缝迅速延伸，宽度增大，并连成通缝，连续的竖向贯通裂缝把砌体分割成1/2砖左右的小柱体（个别砖可能碎）而失稳破坏。以砌体破坏时的压力除以砌体截面面积所得的应力值称为砌体的极限抗压强度。,1.2 砌体的受压性能,砖砌体试件受压破坏过程,第一阶段
15、：从砌体受压开始至50%70%的破坏荷载时：在砌体内某些单块砖在拉，弯，剪复合作用下出现第一批裂缝。在此阶段裂缝细小，未能穿过砂浆层，如果不再增加压力，但块砖内的裂缝也不继续发展。,第二阶段：当压力增大至80%90%的破坏荷载时：单块砖内的裂缝将不断发展，并沿着坚向灰缝通过若干皮砖，在砌体内逐渐接成一段段较连续的裂缝。若此时荷载不再增加，裂缝仍会继续发展，砌体已临近破坏。,在工程实践中应视为构件处于危险状态。,第三阶段：随着荷载的继续增加，则砌体中的裂缝迅速延伸，宽度增大，并连成通缝，连续的竖向贯通裂缝把砌体分割成1/2砖左右的小柱体（个别砖可能碎）而失稳破坏。,1.2 砌体的受压性能,1.2
16、.2 砌体的受压应力状态砖砌体试件的尺寸为：720mm370mm240mm,两组砖砌体受压试验数据,第一组试件：砌体的强度低于砂浆的强度第二组试件：砌体的强度低于砖的强度，但高于砂浆的强度,问题：为什么砖砌体的轴心抗压强度远低于它所用砖的抗压强度？,(a)砌体中个别砖的受力状态(b)砖和砂浆横同变形的差异 砌体中的应力状态图,2.砖砌体的受压应力状态的分析,(1)由于砂浆层的非均匀性以及砖表面的不规整，使得砖与砂浆并非全面接触，而是支承在凹凸不平的砂浆层上。因此，砖在中心受压的砌体中实际上是处于受弯、受剪和局部承压的复杂受力状态，如上图(a)所示；,(2)由于砖和砂浆横向变形的差异(砂浆的泊松
17、比是砖泊松比的1.55倍)，以及砖和砂浆间的粘结力和摩擦力，使二者不能自由变形。因此砖受到横向拉力，而砂浆受到横向压力，如上图(b)所示；,(4)竖向灰缝处砂浆不可能填实，不能保证砌体的整体性，因而在竖向灰缝处发生应力集中现象。,(3)弹性地基梁的作用。砌体受弯剪应力的值不仅与灰缝的厚度和密实性不均匀有关，而且还与砂浆的弹性性质有关。“砌体”弹性模量愈小，砖的变形越大，在砖内产生的弯剪应力也愈高。,在压力作用下，砌体内单块砖的应力状态有以下特点,为什么砖块比砂浆先开裂：砂浆的允许变形量大于砖块的，当二者达到相同的变形时，该变形已经超过了砖块变形的允许值，但未超过砂浆的，所以砖块被砂浆“拉”开了
18、。,1.2 砌体的受压性能,1.2.3 影响砌体抗压强度的因素（1）块体与砂浆的强度等级；一般情况下，砌体强度随砖和砂浆强度的提高而提高；砖的强度等级愈高，其抗折强度愈大；砖的厚度增加，其抗弯、抗拉能力增大，砌体的抗压强度提高；（2）块体的尺寸与形状；（3）砂浆的流动性、保水性及弹性模量的影响；（4）砌筑质量与灰缝的厚度。灰缝平整、均匀、等厚可以减小弯剪应力；方便施工的条件下，砌块越大越好；水平灰缝的均匀和饱满程度；水平灰缝的厚度；砖的含水率；块体的搭接方式。施工技术和管理水平,1.2 砌体的受压性能,1.2.4 砌体抗压强度计算公式,式中：fm砌体轴心抗压强度平均值（MPa）；f1块体的抗压
19、强度平均值（MPa）；f2 砂浆的抗压强度平均值（MPa）；k1与块体类别及砌体类别有关的参数；与块体类别及砌体类别有关的参数；k2砂浆强度影响的修正参数。,1.2 砌体的受压性能,砌体轴心抗压强度平均值计算参数,注：k2在表列条件以外时均等于1.0；混凝土砌块砌体的轴心抗压强度平均值，当f210MPa时，应乘以系数 f2），MU20的砌体应乘以系数0.95，且满足f1f2，f120MPa。,1.3 砌体的局部受压性能,1.在砌体局部面积上作用有轴向力时，即为局部受压受力情况。,承受上部柱或墙体传来的压力的基础顶面，钢筋混凝土楼盖或屋架支承处的砌体截面。实验表明：砌体局部受压时，直接受压的局部
20、范围的砌体抗压强度有较大程度的提高。,2.分类,局部均匀受压,局部非均匀受压,3.三种破坏形态,（少见）,未裂先坏：局部受压面积附近的砌体压坏,先裂后坏,：因竖向裂缝的发展而破坏,一裂就坏：劈裂破坏,局部抗压强度提高系数,试验表明：局部压力作用下，砌体抗压强度高于砌体全截面受压时强度。原因：1、套箍强化未直接承受压力的外围砌体对直接受压的内部砌体具有约束作用，使其处于三向受压的状态。2、力的扩散砌体搭缝砌筑，局部压力迅速向未直接受压的砌体扩散，从而使单位面积上的应力很快的变小，使局部强度得到提高。,1.4 砌体的受拉、受弯和受剪性能,在实际工程中，砌体主要承受压力，但有时也用来承受轴心拉力、弯
21、矩和剪力。与砌体的抗压强度相比，砌体的轴心抗拉、弯曲抗拉及抗剪强度很低。,粘结强度：砂浆对块材表面单位面积上的粘结力。力垂直于灰缝面时称为法向粘结强度；力平行于灰缝面时称为切向粘结强度。砌体的法向粘结强度往往很低，一般不足切向粘结强度的一半，而且，由于块材表面清洁度、块材含水量等因素的影响往往不易保证、不可靠，因此，在设计中一般不予考虑。在竖向灰缝内，砂浆一般均不饱满而且砂浆硬化时的收缩，使粘结强度大大消弱，甚至完全丧失，因此，竖向灰缝的粘结强度一般不予考虑。在砌体的水平灰缝中，砂浆的饱满度较高，当砂浆在其硬化过程中收缩时，上层砌体的重力作用下随之沉降，使砂浆与块体表面结合列为紧密，从而有较高
22、的粘结强度。,1.4 砌体的受拉、受弯和受剪性能,1.4.1 砌体的轴心受拉性能 工程实例：圆形水池或筒仓,P,P,砌体的轴心抗拉强度可由砂浆的强度等级来确定。,当轴心拉力与砌体的水平灰缝平行时:构件沿齿缝截面破坏(-)，(此时破坏称为：砌体沿齿缝截面轴心受拉）特点：破坏荷载取决于：1 块体与砂浆连接面的粘结强度；2.齿缝破坏面水平灰缝的总面积。,1.4 砌体的受拉、受弯和受剪性能,式中：ft,m砌体轴心抗拉强度平均值（MPa）；f2 砂浆的抗压强度平均值（MPa）；k3与块体类别有关的参数。,规范规定砌体沿齿缝截面破坏的轴心抗拉强度平值的计算公式：,砌体轴心抗拉强度平均值计算参数,1.4 砌
23、体的受拉、受弯和受剪性能,P,P,砌体结构设计规范中规定了块体最低强度等级，防止了这种破坏的发生。,当轴心拉力与砌体的水平灰缝平行时:称构件沿块体和竖向灰缝截面破坏(-)，砌体的抗拉强度主要取决于块材的强度等级。,1.4 砌体的受拉、受弯和受剪性能,P,P,砌体的法向粘结强度往往很低，一般不足切向粘结强度的一半，而且，由于块材表面清洁度、块材含水量等因素的影响往往不易保证、不可靠，因此，在设计中一般不予考虑。在工程实际中不允许采用沿水平通缝截面轴心受拉的构件。,当轴心拉力与砌体的水平灰缝垂直时:称：沿水平灰缝通缝截面破坏(-)，砌体的抗拉强度主要取决于砂浆的强度等级。,1.4 砌体的受拉、受弯
24、和受剪性能,P,P,P,P,1.4.1 砌体的轴心受拉性能 工程实例：圆形水池或筒仓,受拉砌体的几种破坏形式,1.4 砌体的受拉、受弯和受剪性能,1.4.2 砌体的受弯性能 工程实例：过梁、地下室墙体、带壁柱的挡土墙,（a）沿齿缝截面破坏（b）沿块体与竖向灰缝截面破坏（c）沿通缝截面破坏 砌体构件弯曲受拉的三种破坏形态,新的砌体结构设计规范提高了块材最低强度等级，沿块体与竖向灰缝截面破坏基本上不可能发生，因此没有必要再予考虑。,过梁的受弯破坏（沿齿缝截面）,1.4 砌体的受拉、受弯和受剪性能,式中：ftm,m砌体弯曲抗拉强度平均值（MPa）；f2 砂浆的抗压强度平均值（MPa）；k4与块体类别
25、有关的参数。,砌体弯曲抗拉强度平均值计算参数,1.4.2 砌体的受弯性能 工程实例：过梁、地下室墙体、带壁柱的挡土墙,1.4 砌体的受拉、受弯和受剪性能,（a）沿水平灰缝截面剪切破坏（b）沿齿缝截面剪切破坏（c）沿阶梯形截面剪切破坏 砌体的受剪破坏形态,不考虑竖向灰缝的粘结强度和法向粘结强度，因此，沿水平灰缝截面的抗剪强度和沿阶梯形截面的抗剪强度相等。单纯受剪时，砌体的抗强度主要取决于水平灰缝中砂浆与块体的粘结强度。,1.4.3 砌体的受剪性能 工程实例：无拉杆的拱支座处 受水平荷载的低矮的砌体剪力墙,1.4 砌体的受拉、受弯和受剪性能,式中：fv,m砌体抗剪强度平均值（MPa）；f2 砂浆的
26、抗压强度平均值（MPa）；k5与块体类别有关的参数。,砌体抗剪强度平均值计算参数,1.4.3 砌体的受剪性能 工程实例：无拉杆的拱支座处 受水平荷载的低矮的砌体剪力墙,1.4 砌体的受拉、受弯和受剪性能,1.4.3 砌体的受剪性能 工程实例：无拉杆的拱支座处 受水平荷载的低矮的砌体剪力墙,在竖向压应力的作用下受剪构件的破坏,砌体墙体受剪,49,表2.8 沿砌体灰缝截面破坏时砌体的轴心抗拉强度设计值、弯曲抗拉强度设计值和抗剪强度设计值（MPa）,2.5 砌体的变形和其他性能,砌体的弹性模量,砌体的弹性模量是其应力与应变的比值。砌体是弹塑性材料。,式中：fm砌体抗压强度平均值（MPa）；砌体变形的
27、弹性特征系数，主要与砂浆的强度等级有关。,2.5 砌体的变形和其他性能,砌体的弹性模量,切线弹性模量：在砌体受压的曲线上任意点切线的正切（该点的应力增量与应变增量的比值）。初始弹性模量：在砌体受压的曲线上原点切线的正切。割线模量：在砌体受压的曲线上某一点与坐标原点连成的割线的正切。工程应用上一般取=0.43fm时的割线模量作为砌体的弹性模量。,2.5 砌体的变形和其他性能,砌体的弹性模量,对于砖砌体的弹性模量,对于粗、毛料石砌体弹性模量,灌孔砌体的弹性模量,fg灌孔砌体抗压强度设计值（MPa）。,2.5 砌体的变形和其他性能,砌体的弹性模量,2.5 砌体的变形和其他性能,砌体的剪变模量,在设计
28、中计算墙体在水平荷载作用下的剪切变形或对墙体进行剪力分配时，需要用到砌体的剪变模量。根据材料力学可得到砌体的剪变模量为：,材料的泊松系数,一般为0.10.2。,砌体结构设计规范近似取：,2.5 砌体的变形和其他性能,砌体的干缩变形和线膨胀系数,砌体浸水时体积膨胀，失水时体积干缩，而且收缩变形较膨胀变形大得多。砖在受热时强度提高。砂浆在不超过400时，其抗压强度不降低，但当温度超过600时，其强度降低10。砂浆受低温作用时，强度明显降低。考虑到工程中砌体将受到冷热循环作用，因此在计算受热砌体时一般不考虑砌体强度提高的有利影响。对于采用普通粘土砖和普通砂浆的砌体，要求其最高受热温度低于400。,2
29、.5 砌体的变形和其他性能,砌体的干缩变形和线膨胀系数,混凝土的线胀系数为1010-6/C钢材的线胀系数为1210-6/C,2.5 砌体的变形和其他性能,砌体的摩擦系数,在砌体结构的抗滑移和抗剪承载力计算中要用到砌体的摩擦系数，其值与摩擦的材料和潮湿程度有关。,59,本章重点砌体种类对砂浆的基本要求砌体的受压应力状态影响砌体抗压强度的因素,60,61,62,63,64,第二章 砌体及其基本材料力学性能,本章小结 介绍了主要砌体的种类与性能；介绍了组成各类砌体的块体及砂浆的种类和主要性能；砌体受压的破坏过程及单块砖受压时的应力状态；影响砌体抗压强度的主要因素；砌体的轴心，弯曲抗拉，抗剪截面破坏形式与影响因素；砌体的轴心抗压强度，弯曲抗拉强度，抗剪强度；砌体的弹性模量，剪变摸量，线膨胀系数等，摩擦系数。,Thanks for Your Attention!,
