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1、第一节概 述,砌体结构是指由天然的或人工合成的石材、粘土、混凝土、工业废料等材料制成的块体和水泥、石灰膏等胶凝材料与砂、水拌和而成的砂浆砌筑而成的墙、柱等作为建筑物主要受力构件的结构。由烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖作为块体与砂浆砌筑而成的结构称为砖砌体结构。由天然毛石或经加工的料石与砂浆砌筑而成的结构称为石砌体结构。,由普通混凝土、轻骨料混凝土等材料制成的空心砌块作为块体与砂浆砌筑而成的结构称为砌块砌体结构。根据需要在砌体的适当部位配置水平钢筋、竖向钢筋或钢筋网作为建筑物主要受力构件的结构则总称为配筋砌体结构。砖砌体结构、石砌体结构和砌块砌体结构以及配筋砌体结构统称砌体结构
2、。,砌体结构主要优点有：材料来源广泛 砌体结构所用的主要材料来源方便，易就地取材。天然石材易于开采加工；粘土、砂等几乎到处都有，且块材易于生产；利用工业固体废弃物生产的新型砌体材料既有利于节约天然资源，又有利于保护环境。性能优良 砌体结构比钢结构甚至较钢筋混凝土结构有更好的耐火性，且具有良好的保温、隔热性能，节能效果明显。施工简单 砌体结构施工操作简单快捷。一般新铺砌体上即可承受一定荷载，因而可以连续施工；在寒冷地区，必要时还可以用冻结法施工。费用低廉 砌体结构造价低。不仅比钢结构节约钢材，较钢筋混凝土结构可以节约水泥和钢材，而且砌筑砌体时不需模板及特殊的技术设备，可以节约木材。,砌体结构缺点
3、：强度较低 砂浆和块材间的粘结力较弱，使无筋砌体的抗拉、抗弯及抗剪强度都很低，造成砌体抗震能力较差，有时需采用配筋砌体。(2)自重较大 因为砖石砌体的抗弯、抗拉性能很差，强度较低，故必须采用较大截面尺寸的构件，致使其体积大，自重也大(在一般砖砌体结构居住建筑中，砖墙重约占建筑物总重的一半)，材料用量多，运输量也随之增加。因此，应加强轻质高强材料的研究，以减小截面尺寸并减轻自重。劳动量大 由于砌体结构工程多为小型块材经人工砌筑而成，砌筑工作相当繁重(在一般砖砌体结构居住建筑中，砌砖用工量占 1/4以上)。因此在砌筑时，应充分利用各种机具来搬运块材和砂浆，以减轻劳动量；但目前的砌筑操作基本上还是采
4、用手工方式，因此必须进一步推广砌块和墙板等工业化施工方法，以逐步克服这一缺点。,现场的手工操作，不仅工期缓慢，而且施工质量得不到保证。应十分注意在设计时提出对块材和砂浆的质量要求，在施工时对块材和砂浆等材料质量以及砌体的砌筑质量进行严格的检查。(4)占用农田 采用烧结普通粘土砖建造砌体结构，不仅毁坏大量的农田，严重影响农业生产，而且对环境造成污染。所以，应加强采用工业废料和地方性材料代替粘土实心砖的研究，以解决上述矛盾。现在我国一些大城市已禁止使用实心粘土砖。,中国是砌体大国，在历史上有举世闻名的万里长城，它是两千多万年前用“秦砖汉瓦”建造的世界上最伟大的砌体工程之一；有在春秋战国时期就已兴修
5、水利，如今仍然起灌溉作用的秦代李冰父子修建的都江堰水利工程所示)；,在 1400 年前由料石修建的现存河北赵县的安济桥，这是世界上最早的单孔敞肩式石拱桥，净跨为 7.02m，宽约 9m，为拱上开洞，既可节约石材，且可减轻洪水期的水压力，它无论在材料使用、结构受力、艺术造型和经济上，都达到了相当高的成就，该桥已被美国土木工程学会选入世界第 12 个土木工程里程碑。明代建造的南京灵谷寺无梁殿以砖拱为主体结构，室内空间为一大型砖拱，总长53.5m，总宽 37.35m，纵横两个方向均为砖砌穹拱，无一根梁。,河北定县开元寺塔(又称瞭敌塔)于公元1055年建成，是当时世界上最高的砌体结构。它高 84.2m
6、，共 11 层，平面为八边形，底部边长 9.8m，采用砖砌双层筒体结构体系。,20 世纪以前，世界上最高的砌体结构办公用楼房是 1891 年在美国芝加哥建成的莫纳德洛克大楼，它长 62m，宽 21m，高 16层。但由于当时的技术条件限制，其底层承重墙厚 1.8m；瑞士在 50 年代后期用抗压强度达 60MPa、孔洞率为 28%的多孔砖建成 19层和 24 层高的塔式住宅建筑，砖墙仅 380mm 厚。,1,学 习 目 标,1.了解块体和砂浆的种类、强度等级和基本性能及砌体种类；掌握材料选用原则。2.了解砌体的各种受力性能和强度设计取值，理解影响砌体强度的因素。3.掌握无筋砌体受压构件承载力计算方
7、法。4.掌握梁端支承处砌体和设置刚性垫块时砌体的承载力计算方法。5.了解受拉和受弯及受剪构件的承载力计算方法。6.了解各类配筋砌体构件的受力性能和适用范围。,2,7.了解砌体结构房屋墙体承重体系布置的特点和适用情况。8.掌握墙、柱高厚比验算的方法。9.掌握多层刚性方案房屋承重纵、横墙的承载力计算方法。10.了解单层单跨房屋墙、柱承载力计算的基本方法和墙、柱的主要构造要求。11.掌握过梁的荷载分析和承载力计算方法。12.了解挑梁承载力计算的要点。,学 习 目 标,3,第一章 概 述,第二章 砌体材料及种类,第三章 砌体的力学性能,第四章 砌体构件承载力计算,第五章 砌体结构房屋墙体设计,第六章
8、过梁与挑梁的设计,第七章 砌体结构房屋抗震设计简述,第二节砌体材料及其砌体的力学性能,.砖,我国目前用于砌体结构的砖主要可分为烧结砖和非烧结砖两大类。烧结砖可分为烧结普通砖与烧结多孔砖，一般是由粘土、煤矸石、页岩或粉煤灰等为主要原料，压制成土坯后经烧制而成。烧结普通砖重力密度在 1618 kNm3 之间，具有较高的强度，良好的耐久性和保温隔热性能，且生产工艺简单，砌筑方便，故生产应用最为普遍，但因为占用和毁坏农田，在一些大中城市现已逐渐被禁止使用。,一、砌体的块材,烧结多孔砖是指孔洞率不小于 25%，孔的尺寸小而数量多，多用于承重部位的砖。多孔砖分为 P 型砖与 M型砖，以及相应的配砖。此外，
9、用粘土、页岩、煤矸石等原料还可经焙烧成孔洞较大、孔洞率大于 35%的烧结空心砖，多用于砌筑围护结构。一般烧结多孔砖重力密度在 1114 kNm3 之间，而大孔空心砖重力密度则在 911 kNm3 之间。多孔砖与实心砖相比，可以减轻结构自重、节省砌筑砂浆、减少砌筑工时，此外其原料用量与耗能亦可相应减少。非烧结砖包括蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖。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。蒸压粉煤灰砖是以粉煤灰、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。蒸压灰砂砖与蒸压粉煤灰砖的规格尺寸与烧结普通砖相
10、同。,砖的强度等级按试验实测值来进行划分。烧结普通砖、烧结多孔砖的强度等级有 MU30、MU25、MU20、MUl5 和 MUl0，其中 MU 表示砌体中的块体(Masonry Unit)，其后数字表示块体的抗压强度值，单位为 MPa。,烧结普通砖强度等级指标(MPa),烧结多孔砖强度等级指标,.砌块,砌块一般指混凝土空心砌块、加气混凝土砌块及硅酸盐实心砌块。此外还有用粘土、煤矸石等为原料，经焙烧而制成的烧结空心砌块。,砌块按尺寸大小可分为小型、中型和大型三种，我国通常把砌块高度为 180350mm的称为小型砌块，高度为 360900mm 的称为中型砌块，高度大于 900mm 的称为大型砌块。
11、我国目前在承重墙体材料中使用最为普遍的是混凝土小型空心砌块，它是由普通混凝土或轻集料混凝土制成，主要规格尺寸为 390mm190mm190mm，空心率一般在 25%50%之间，一般简称为混凝土砌块或砌块。混凝土空心砌块的重力密度一般在在 1218 kNm3 之间。采用较大尺寸的砌块代替小块砖砌筑砌体，可减轻劳动量并可加快施工进度，是墙体材料改革的一个重要方向。,加气混凝土砌块由加气混凝土和泡沫混凝土制成，其重力密度一般在 46kNm3之间。由于自重轻，加工方便，故可按使用要求制成各种尺寸，且可在工地进行切锯，因此广泛应用于工业与民用建筑的围护结构。,混凝土空心砌块的强度等级是根据标准试验方法，
12、按毛截面面积计算的极限抗压强度值来划分的。混凝土小型空心砌块的强度等级为 MU20、MUl5、MUl0、MU7.5和MU5 五个等级。,砌块砌体也应分皮错缝搭接。排列砌块是设计工作中的一个重要环节，要求砌块类型最少，排列规律整齐，避免竖向通缝。排列空心砌块时还应做到对孔，对齐上下皮砌块的肋部，以利于传递荷载。,.石材,天然建筑石材重力密度多大于 18 kNm3，并具有很高的抗压强度，良好的耐磨性、耐久性和耐水性，表面经加工后具有较好的装饰性，可在各种工程中用于承重和装饰，且其资源分布较广，蕴藏量丰富，是所有块体材料中应用历史最为悠久、最为广泛的土木工程材料之一。砌体中的石材应选用无明显风化的石
13、材。因石材的大小和规格不一，通常由边长为70mm 的立方体试块进行抗压试验，取 3 个试块破坏强度的平均值作为确定石材强度等级的依据。石材的强度等级划分为 MUl00、MU80、MU60、MUS0、MU40、MU30 和MU20。,二、砌体的砂浆,将砖、石、砌块等块体材料粘结成砌体的砂浆即砌筑砂浆，它由胶结料、细集料和水配制而成，为改善其性能，常在其中添加掺入料和外加剂。砂浆的作用是将砌体中的单个块体连成整体，并抹平块体表面，从而促使其表面均匀受力，同时填满块体间的缝隙，减少砌体的透气性，提高砌体的保温性能和抗冻性能。砂浆按胶结料成分不同可分为水泥砂浆、混合砂浆以及不含水泥的石灰砂浆。水泥砂浆
14、是由水泥、砂和水按一定配合比拌制而成，混合砂浆是在水泥砂浆中加入一定量的熟化石灰膏拌制成的砂浆，而石灰砂浆是用石灰与砂和水按一定配合比拌制而成的砂浆。工程上常用的砂浆为水泥砂浆和混合砂浆，临时性砌体结构砌筑时多采用石灰砂浆。,对于混凝土小型空心砌块砌体，应采用由胶结料、细集料、水及根据需要掺入的掺合料及外加剂等组分，按照一定比例，采用机械搅拌的专门用于砌筑混凝土砌块的砌筑砂浆。砂浆的强度等级是根据其试块的抗压强度确定，试验时应采用同类块体为砂浆试块底模，由边长为 70.7mm 的立方体标准试块，在温度为 1525环境下硬化、龄期 28d的抗压强度来确定。,砌筑砂浆的强度等级为 M15、M10、
15、M7、M5 和 M2.5。其中 M 表示砂浆(Mortar)，其后数字表示砂浆的强度大小(单位为 MPa)。混凝土小型空心砌块砌筑砂浆的强度等级用 Mb 标记(b 表示block)，以区别于其他砌筑砂浆，其强度等级有Mb30、Mb25、Mb20、Mb15、Mb10、Mb7.5 和Mb5，其后数字同样表示砂浆的强度大小(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其砌体强度。对于砌体所用砂浆，总的要求是：砂浆应具有足够的强度，以保证砌体结构物的强度；砂浆应具有适当的保水性，以保证砂浆硬化所需要的水分；砂浆应具有一定的可塑性，即和易性应良好，以便于砌筑，提高工
16、效，保证质量和提高砌体强度。,三、对砌体材料的耐久性要求,对于具体的设计，砌体材料的选择应遵循如下原则:对于地面以下或防潮层以下的砌体所用材料，应提出最低强度要求，对于潮湿房间所用材料的最低强度等级要求见表；对于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：砖 MU10、砌块 MU30、砌筑砂浆 M5；对于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，还应比上述规定至少提高一级。,地面以下或防潮层以下的砌体、潮湿房间墙体所用材料的最低强度等级,四、砌体的种类,砌体可按照所用材料、砌法以及在结构中所起作用等方面的不同进行分类
17、。按照所用材料不同砌体可分为砖砌体、砌块砌体及石砌体。,1.砖砌体,由砖和砂浆砌筑而成的整体材料称为砖砌体。在房屋建筑中，砖砌体常用作一般单层和多层工业与民用建筑的内外墙、柱、基础等承重结构以及多高层建筑的围护墙与隔墙等自承重结构等。,实心砖砌体墙常用的砌筑方法有一顺一丁(砖长面与墙长度方向平行的则为顺砖，砖短面与墙长度方向平行的则为丁砖)、三顺一丁或梅花丁。,砖墙的砌筑方法,砌筑要求：横平竖直 灰缝饱满 避免竖向通缝,490490mm砖柱的四皮砌筑法,试验表明，采用同强度等级的材料，按照上述几种方法砌筑的砌体，其抗压强度相差不大。但应注意上下两皮顶砖间的顺砖数量愈多，则意味着宽为 240mm
18、 的两片半砖墙之间的联系愈弱，很容易产生“两片皮”的效果而急剧降低砌体的承载能力。标准砌筑的实心墙体厚度常为 240mm(一砖)、370mm(一砖半)、490mm(二砖)、620mm(二砖半)、740mm(三砖)等。有时为节省材料，墙厚可不按半砖长而按 1/4砖长的倍数设计，即砌筑成所需的 180mm、300mm、420mm 等厚度的墙体。试验表明，这些厚度的墙体的强度是符合要求的。,2.砌块砌体,由砌块和砂浆砌筑而成的整体材料称为砌块砌体，目前国内外常用的砌块砌体以混凝土空心砌块砌体为主，其中包括以普通混凝土为块体材料的普通混凝土空心砌块砌体和以轻骨料混凝土为块体材料的轻骨料混凝土空心砌块砌
19、体。砌块按尺寸大小的不同分为小型、中型和大型三种。小型砌块尺寸较小，型号多，尺寸灵活，施工时可不借助吊装设备而用手工砌筑，适用面广，但劳动量大。中型砌块尺寸较大，适于机械化施工，便于提高劳动生产率，但其型号少，使用不够灵活。大型砌块尺寸大，有利于生产工厂化，施工机械化，可大幅提高劳动生产率，加快施工进度，但需要有相当的生产设备和施工能力。,3.石砌体,由天然石材和砂浆砌筑而成的整体材料称为石砌体。石材是最古老的土木工程材料之一，用石材建造的砌体结构物具有很高的抗压强度，良好的耐磨性和耐久性，且石砌体表面经加工后美观且富于装饰性。利用石砌体具有永久保存的可能性，人们用它来建造重要的建筑物和纪念性
20、的结构物。另外，石砌体中的石材资源分布广，蕴藏量丰富，便于就地取材，生产成本低，故古今中外在修建城垣、桥梁、房屋、道路和水利等工程中多有应用。,4.配筋砌体,为提高砌体强度、减少其截面尺寸、增加砌体结构(或构件)的整体性，可在砌体中配置钢筋或钢筋混凝土，即采用配筋砌体。在砌体受压时，网状配筋可约束和限制砌体的横向变形以及竖向裂缝的开展和延伸，从而提高砌体的抗压强度。网状配筋砖砌体可用作承受较大轴心压力或偏心距较小的较大偏心压力的墙、柱。,组合砖砌体是由砖砌体和钢筋混凝土面层或钢筋砂浆面层构成的整体材料。工程应用上有两种形式，一种是采用钢筋混凝土或钢筋砂浆作面层的砌体，这种砌体可以用作承受偏心距
21、较大的偏心压力的墙、柱；另一种是在砖砌体的转角、交接处以及每隔一定距离设置钢筋混凝土构造柱，并在各层楼盖处设置钢筋混凝土圈梁，使砖砌体墙与钢筋混凝土构造柱、圈梁组成一个共同受力的整体结构。组合砖砌体建造的多层砖混结构房屋的抗震性能较无筋砌体砖混结构房屋的抗震性能有显著改善，同时它的抗压和抗剪强度亦有一定程度的提高。,五、砌体的抗压强度,试验研究表明，砌体轴心受压从加载直到破坏，按照裂缝的出现、发展和最终破坏，大致经历三个阶段。,1.砌体受压破坏机理,特点：荷载不增加，裂缝也不会继续扩展，裂缝仅仅是单砖裂缝。,第阶段,特点：若不继续加载，裂缝也会缓慢发展。,第阶段,特点：荷载增加不多，裂缝也会迅
22、速发展。,第阶段,砌体是由块体与砂浆粘结而成，砌体在压力作用下，其强度将取决于砌体中块体和砂浆的受力状态，这是与单一匀质材料的受压强度是不同的。在砌体试验时，测得的砌体强度是远低于块体的抗压强度，这是因其砌体中单个块体所处复杂应力状态所造成的。,首先，由于砌体中的块体材料本身的形状不完全规则平整、灰缝的厚度不一且不一定均匀饱满密实，故使得单个块体材料在砌体内受压不均匀，且在受压的同时还处于受弯和受剪状态。由于砌体中的块体的抗弯和抗剪的能力一般都较差，故砌体内第一批裂缝的出现在单个块体材料内。,其次，当砌体受压时，由于砌块与砂浆的弹性模量及横向变形系数并不同，砌体中块体材料的弹性模量一般均比强度
23、等级低的砂浆的弹性模量大。在砌体受压时块体的横向变形将小于砂浆的横向变形，但由于砌体中砂浆的硬化粘结，块体材料和砂浆间存在切向粘结力，在此粘结力作用下，块体将约束砂浆的横向变形，而砂浆则有使块体横向变形增加的趋势，并由此在块体内产生拉应力，故而单个块体在砌体中处于压、弯、剪及拉的复合应力状态，其抗压强度降低；相反砂浆的横向变形由于块体的约束而减小，因而砂浆处于三向受压状态，抗压强度提高。由于块体与砂浆的这种交互作用，使得砌体的抗压强度比相应块体材料的强度要低很多。,再次，砌体的竖向灰缝不饱满、不密实，易在竖向灰缝上产生应力集中，同时竖向灰缝内的砂浆和砌块的粘结力也不能保证砌体的整体性。因此，在
24、竖向灰缝上的单个块体内将产生拉应力和剪应力的集中，从而加快块体的开裂，引起砌体强度的降低。,2.影响砌体抗压强度的主要因素,砌体是一种复合材料，其抗压性能不仅与块体和砂浆材料的物理、力学性能有关，还受施工质量以及试验方法等多种因素的影响。通过对各种砌体在轴心受压时的受力分析及试验结果表明，影响砌体抗压强度的主要因素有以下几个。,1）块体与砂浆的强度,块体与砂浆的强度等级是确定砌体强度最主要的因素。一般来说，砌体强度将随块体和砂浆强度的提高而增高，且单个块体的抗压强度在某种程度上决定了砌体的抗压强度，块体抗压强度高时，砌体的抗压强度也较高，但砌体的抗压强度并不会与块体和砂浆强度等级的提高同比例增
25、高。对于砌体结构中所用砂浆，其强度等级越高，砂浆的横向变形越小，砌体的抗压强度也将有所提高。,2）砂浆的性能,除了强度以外，砂浆的保水性、流动性和变形能力均对砌体的抗压强度有影响。砂浆的流动性大与保水性好时，容易铺成厚度均匀和密实性良好的灰缝，可降低单个块体内的弯剪应力，从而提高砌体强度。但如用流动性过大的砂浆，如掺入过多塑化剂的砂浆，砂浆在硬化后的变形率大，反而会降低砌体的强度。对于纯水泥砂浆，其流动性差，且保水性较差，不易铺成均匀的灰缝层，影响砌体的强度，所以同一强度等级的混合砂浆砌筑的砌体强度要比相应纯水泥砂浆砌体高。,3）块体的尺寸、形状与灰缝的厚度,块体的尺寸、几何形状及表面的平整程
26、度对砌体的抗压强度的影响也较为明显。砌体强度随块体高度的增大而加大，随块体长度的增大而降低。而当块体的形状越规则，表面越平整时，块体的受弯、受剪作用越小，单块块体内的竖向裂缝将推迟出现，故而砌体的抗压强度可得到提高。砂浆灰缝的作用在于将上层砌体传下来的压力均匀地传到下层去。应控制灰缝的厚度，使其处于既容易铺砌均匀密实，厚度又尽可能的薄。实践证明，对于砖和小型砌块砌体，灰缝厚度应控制在 812mm。,4）砌筑质量,砌筑质量的影响因素是多方面的，砌体砌筑时水平灰缝的饱满度，水平灰缝厚度，块体材料的含水率以及组砌方法等关系着砌体质量的优劣。例如，在砌筑砖砌体时，砖应在砌筑前提前 12 天浇水湿透。砌
27、体的抗压强度将随块体材料砌筑时的含水率的增大而提高，而采用干燥的块体砌筑的砌体比采用饱和含水率块体砌筑的砌体的抗压强度约下降 15%。,砌体工程除与上述砌筑质量有关外，还应考虑施工现场的技术水平和管理水平等因素的影响。砌体工程施工质量验收规范(GB 502032002)依据施工现场的质量管理、砂浆和混凝土强度、砌筑工人技术等级综合水平，从宏观上将砌体工程施工质量控制等级分为 A、B、C 三级，将直接影响到砌体强度的取值。,砌体的抗压强度除以上一些影响因素外，还与砌体的龄期和抗压试验方法等因素有关。因砂浆强度随龄期增长而提高，故砌体的强度亦随龄期增长而提高，但在龄期超过 28d 后，强度增长缓慢
28、。,砌体施工质量控制等级,3.砌体的抗压强度,在我国，有关单位多年来对各类砌体进行了大量的抗压强度的试验，取得了大量试验数据。各类砌体轴心抗压强度平均值主要取决于块体的抗压强度平均值 f1，其次为砂浆的抗压强度平均值 f2，新的砌体结构设计规范提出了如下的计算公式。,（）各类砌体轴心抗压强度平均值fm,轴心抗压强度平均值fm(N/mm2),（2）各类砌体轴心抗压强度标准值fk,砌体的强度标准值是表示各类砌体抗压强度的基本代表值。,（3）各类砌体轴心抗压强度设计值f,砌体的强度设计值是在承载能力极限状态设计时采用的强度值，可按下式计算。,施工质量控制等级为 B级、龄期为 28d、以毛截面计算的各
29、类砌体的抗压强度设计值、轴心抗拉强度设计值、弯曲抗拉强度设计值及抗剪强度设计值可查表。当施工质量控制等级为 C 级时，表中数值应乘以 1.6/1.8=0.89 的系数；当施工质量控制等级为A 级时，可将表中数值乘以 1.05 的系数。,六、砌体的抗拉、抗弯与抗剪强度,在实际工程中，因砌体具有良好的抗压性能，故多将砌体用作承受压力的墙、柱等构件。与砌体的抗压强度相比，砌体的轴心抗拉、弯曲抗拉以及抗剪强度都低很多。但有时也用它来承受轴心拉力、弯矩和剪力，如砖砌的圆形水池、承受土壤侧压力的挡土墙以及拱或砖过梁支座处承受水平推力的砌体等。,1.砌体的轴心抗拉和弯曲抗拉强度,砌体轴心受拉时，依据拉力作用
30、于砌体的方向，有三种破坏形态。,砌体结构弯曲受拉时，按其弯曲拉应力使砌体截面破坏的特征，同样存在三种破坏形态。即可分为沿齿缝截面受弯破坏、沿块体与竖向灰缝截面受弯破坏以及沿通缝截面受弯破坏三种形态。,2.砌体的抗剪强度,实际工程中，砌体截面上存在垂直压应力的同时往往同时作用剪应力，因此砌体结构的受剪是受压砌体结构的另一种重要受力形式。,影响砌体抗剪强度的因素有很多，主要有砂浆的强度、垂直压应力的大小和施工质量等。,七、砌体强度设计值的调整,考虑实际工程中各种可能的不利因素，各类砌体的强度设计值，当符合表 中所列使用情况时，应乘以调整系数a。,砌体强度设计值的调整系数,注：表中构件截面面积A以m
31、2计。当砌体同时符合表中所列几种使用情况时，应将砌体的强度设计值连续乘以调整系数a。,八、砌体的弹性模量、摩擦系数和线膨胀系数,砌体的弹性模量是其应力与应变的比值，主要用于计算构件在荷载作用下的变形，是衡量砌体抵抗变形能力的一个物理量。砌体的弹性模量的大小可通过实测砌体的应力应变曲线求得。,在应力应变曲线上某点A与坐标原点连成的割线的正切称之为割线模量。工程上一般取时的割线模量作为砌体的弹性模量，这是比较符合砌体在使用阶段受力状态下的工作性能的。,为便于应用，现行砌体结构设计规范对砌体受压弹性模量采用了更为简化的结果，按不同强度等级砂浆，取弹性模量与砌体的抗压强度设计值成正比关系。,砌体的弹性
32、模量(MPa),当需计算墙体的剪切变形时，需用到砌体的剪变模量。砌体的剪变模量与砌体的弹性模量和泊松比有关，根据材料力学公式，剪变模量 G 为：,式中为材料的泊松比，取值一般为 0.10.2，而规范取近似取G=0.4E。,当砌体结构产生滑移趋势或发生滑移时，由于法向压力的存在，在滑移面上将产生摩擦阻力。摩擦阻力与摩擦面上法向应力和摩擦系数有关，而摩擦系数的大小与摩擦面的材料和干湿程度有关。规范规定的砌体摩擦系数见表。,摩擦系数,温度变化时，砌体将产生热胀冷缩变形。当这种变形受到约束时，砌体内将产生附加内力，而当此内力达到一定程度时，此附加内力将造成砌体结构开裂和裂缝的扩展。除热胀冷缩变形外，砌
33、体在浸水时体积膨胀，在失水时体积收缩，这种收缩变形为干缩变形，它比膨胀变形大得多。同样，当这种变形受到约束时，砌体内将产生干缩应力，当此应力大到一定程度时，将引起砌体结构变形和裂缝开展。,砌体的线膨胀系数和收缩率,第三节砌体结构构件的承载力计算,根据现行国家标准建筑结构可靠度设计统一标准(GB 500682001)，砌体结构采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用分项系数的设计表达式进行计算。,结构的极限状态可分为如下两类：,承载能力极限状态,正常使用极限状态,结构设计要求,结构构件应根据承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求，分别进行下列计算和验算。(1
34、)对所有结构构件均应进行承载力计算，必要时还应进行结构的滑移、倾覆或漂浮验算。(2)对使用上需要控制变形的结构构件，应进行变形验算。(3)对使用上要求不出现裂缝的构件，应进行抗裂验算；对使用上允许出现裂缝的构件，应进行裂缝宽度验算。,结构设计的一般程序是先按承载能力极限状态的要求设计结构构件，然后再按正常使用极限状态的要求进行验算。考虑砌体结构的特点，其正常使用极限状态的要求，在一般情况下，可由相应的结构措施保证。,一、设计表达式,砌体结构构件的承载能力极限状态设计表达式为,当砌体结构作为一个刚体，需验算整体稳定性，例如倾覆、滑移、漂浮等时，应按下式进行验算。,二、无筋砌体受压承载力计算,在砌
35、体结构中，最常用的是受压构件，例如，墙、柱等。砌体受压构件的承载力主要与构件的截面面积、砌体的抗压强度、轴向压力的偏心距以及构件的高厚比有关。构件的高厚比是构件的计算高度 H0与相应方向边长h的比值，用表示，即=H0/h。当构件的 3 时称为短柱，反之称为长柱。对短柱的承载力可不考虑构件高厚比的影响。,对轴心受压情况，其截面上的压应力为均匀分布，当构件达到极限承载力时，截面上的压应力达到砌体抗压强度 f。对偏心距较小的情况，此时虽为全截面受压，但因砌体为弹塑性材料，截面上的压应力分布为曲线，构件达到极限承载力时，轴向压力侧的压应力b大于砌体抗压强度 f。随着轴向压力的偏心距继续增大，截面由出现
36、小部分受拉区大部分为受压区，逐渐过渡到受拉区开裂且部分截面退出工作的受力情况。此时，截面上的压应力随受压区面积的减小、砌体材料塑性的增大而有所增加，但构件的极限承载力减小。当受压区面积减小到一定程度时，砌体受压区将出现竖向裂缝导致构件破坏。,1.受压短柱,偏心影响系数的计算公式为,偏心受压砌体短柱的承载力计算,当为矩形截面时，影响系数按下式计算,h 矩形截面沿轴向力偏心方向的边长，当轴心受压时为截面较小边长。,当为 T 形或十字形截面时，影响系数按下式计算：,hT T 形或十字形截面的折算厚度，hT=3.5i。,砌体受压构件的承载力按下式计算,式中：N 轴向力设计值。高厚比 和轴向力的偏心距e
37、对受压构件承载力的影响系数，可按公式计算或查表。,2.受压长柱,注意的问题,(1)对矩形截面构件，当轴向力偏心方向的截面边长大于另一方向的边长时，除按偏心受压计算外，还应对较小边长方向按轴心受压进行验算。,(2)由于砌体材料的种类不同，构件的承载能力有较大的差异，因此，计算影响系数或查表时，构件高厚比 按下列公式确定。,高厚比修正系数,(3)由于轴向力的偏心距 e 较大时，构件在使用阶段容易产生较宽的水平裂缝，使构件的侧向变形增大，承载力显著下降，既不安全也不经济。因此，规范规定按内力设计值计算的轴向力的偏心距e0.6y。y为截面重心到轴向力所在偏心方向截面边缘的距离。当轴向力的偏心距 e超过
38、 0.6y时，宜采用组合砖砌体构件；亦可采取减少偏心距的其他可靠工程措施。,例一轴心受压砖柱，截面尺寸为370mmX490mm，采用MU10烧结普通砖及M2.5混合砂浆砌筑，荷载引起的柱顶轴向压力设计值为N=155kN，柱的计算高度为H0=4.2m。试验算该柱的承载力是否满足要求。,解：考虑砖柱自重后，柱底截面的轴心压力最大，取砖砌体重力密度为19kN/m3，则砖柱自重为,柱底截面上的轴向力设计值,砖柱高厚比,查附表，项，得,因为，砌体设计强度应乘以调整系数,查附表，MU10烧结普通砖，M2.5混合砂浆砌体的抗压强度设计值,该柱承载力不满足要求。,例已知一矩形截面偏心受压柱，截面尺寸为490m
39、mX740mm，采用MU10烧结普通砖及M5混合砂浆，柱的计算高度H0=5.9m，该柱所受轴向力设计值N=320kN（已计入柱自重），沿长边方向作用的弯矩设计值M=33.3kNm，试验算该柱的承载力是否满足要求。,解：（1）验算柱长边方向的承载力,偏心距,相对偏心距,高厚比,查附表，则,查附表，,满足要求。,（2）验算柱短边方向的承载力,由于弯矩作用方向的截面边长740mm大于另一方向的边长490mm，故还应对短边进行轴心受压承载力验算。,高厚比,查附表，,满足要求。,例一单层单跨厂房的窗间墙截面尺寸如图所示，计算高度H0=6m，采用MU10烧结普通砖和M5混合砂浆砌筑。所受弯矩设计值M=34
40、kNm，轴向力设计值N=290kN。以上内力均已计入墙体自重，轴向力作用点偏向翼缘一侧。试验算其承载力是否满足要求。,解：确定截面几何尺寸,截面形心位置,截面惯性矩,截面回转半径,截面折算厚度,偏心距,相对偏心距,高厚比,查表,查表得砌体的抗压强度设计值,满足要求,三、砌体局部受压承载力计算,当轴向力仅作用在砌体的部分面积上时，即为砌体的局部受压。它是砌体结构中常见的一种受力形式。如果砌体的局部受压面积上受到的压应力是均匀分布的，称为局部均匀受压；否则，为局部非均匀受压。例如：支承轴心受压柱的砌体基础为局部均匀受压；梁端支承处的砌体一般为局部非均匀受压。,通过大量的试验发现，砌体局部受压可能有
41、三种破坏形态。,1)纵向裂缝发展而破坏 图(a)所示为一在中部承受局部压力作用的墙体，当砌体的截面面积 A 与局部受压面积 Al的比值较小时，在局部压力作用下，试验钢垫板下 1 或 2皮砖以下的砌体内产生第一批纵向裂缝；随着压力的增大，纵向裂缝逐渐向上和向下发展，并出现其他纵向裂缝和斜裂缝，裂缝数量不断增加。当其中的部分纵向裂缝延伸形成一条主要裂缝时，试件即将破坏。开裂荷载一般小于破坏荷载。在砌体的局部受压中，这是一种较为常见的破坏形态。,2)劈裂破坏 当砌体的截面面积 A与局部受压面积 Al的比值相当大时，在局部压力作用下，砌体产生数量少但较集中的纵向裂缝(如图(b)所示)；而且纵向裂缝一出
42、现，砌体很快就发生犹如刀劈一样的破坏，开裂荷载一般接近破坏荷载。在大量的砌体局部受压试验中，仅有少数为劈裂破坏情况。,3)局部受压面积处破坏 在实际工程中，当砌体的强度较低，但所支承的墙梁的高跨比较大时，有可能发生梁端支承处砌体局部被压碎而破坏。在砌体局部受压试验中，这种破坏极少发生。,试验分析表明：在局部压力作用下，砌体中的压应力不仅能扩散到一定的范围(如图所示)，而且非直接受压部分的砌体对直接受压部分的砌体有约束作用，从而使直接受压部分的砌体处于双向或三向受压状态，其抗压强度高于砌体的轴心抗压强度设计值 f。,1.砌体局部均匀受压,砌体局部抗压强度提高系数,根据试验研究结果，砌体的局部抗压
43、强度可取f。称为砌体局部抗压强度提高系数，按下式计算,局部受压面积,影响砌体局部抗压强度的计算面积,砌体的局部抗压强度主要取决于砌体原有的轴心抗压强度和周围砌体对局部受压区的约束程度。当砌体为中心局部受压时，随着周围砌体的截面面积 A 与局部受压面积 Al 之比增大，周围砌体对局部受压区的约束作用增强，砌体的局部抗压强度提高。但当 A/Al 较大时，砌体的局部抗压强度提高幅度减少。为此，规范规定了影响砌体局部抗压强度的计算面积 A0。同时，试验还表明，当 A/Al 较大时，可能导致砌体产生劈裂破坏。所以上式计算所得的 值不得超过图中所注的相应值；对多孔砖砌体及按规定要求灌孔的砌块砌体，1.5；
44、未灌孔的混凝土砌块砌体，=1.0。,局部均匀受压承载力计算,砌体截面中受局部均匀压力时的承载力按下式计算,局部受压面积 Al 上的轴向力设计值,砌体的抗压强度设计值，可不考虑强度调整系数的影响,2.梁端支承处砌体局部受压,上部荷载对砌体局部抗压的影响,梁端支承处砌体的局部受压面积上除承受梁端传来的支承压力 Nl 外，还承受由上部荷载产生的轴向力 N0。如果上部荷载在梁端上部砌体中产生的平均压应力 0 较小，即上部砌体产生的压缩变形较小；而此时，若 Nl 较大，梁端底部的砌体将产生较大的压缩变形；由此使梁端顶,面与砌体逐渐脱开形成水平缝隙，砌体内部产生应力重分布。上部荷载将通过上部砌体形成的内拱
45、传到梁端周围的砌体，直接传到局部受压面积上的荷载将减少。但如果 0 较大，Nl 较小，梁端上部砌体产生的压缩变形较大，梁端顶面不再与砌体脱开，上部砌体形成的内拱卸荷作用将消失。试验指出，当 A0/Al2 时，可忽略不计上部荷载对砌体局部抗压的影响。规范偏于安全，取 A0/Al3时，不计上部荷载的影响，即 N0=0。,上部荷载对砌体局部抗压的影响，规范用上部荷载的折减系数 来考虑，按下式计算,当 A0/Al 3时取=0,梁端有效支承长度,当梁支承在砌体上时，由于梁受力变形翘曲，支座内边缘处砌体的压缩变形较大，使得梁的末端部分与砌体脱开，梁端有效支承长度a0可能小于其实际支承长度a,经试验分析，为
46、了便于工程应用，规范给出梁端有效支承长度的计算公式为,梁端支承处砌体局部受压承载力计算,考虑上部荷载对砌体局部抗压的影响，根据上部荷载在局部受压面积上产生的实际平均压应力与梁端支承压力在相应面积上产生的最大压应力 之和不大于砌体局部抗压强度的强度条件，可推得梁端支承处砌体局部受压承载力计算公式为,3.刚性垫块下砌体的局部受压,梁端支承处的砌体局部受压承载力不满足要求时，可在梁端下的砌体内设置垫块。通过垫块可增大局部受压面积，减少其上的压应力，有效地解决砌体的局部承载力不足的问题。,刚性垫块的构造要求,实际工程中常采用刚性垫块。刚性垫块按施工方法不同分为预制刚性垫块和与梁端现浇成整体的刚性垫块。
47、垫块一般采用素混凝土制作，当荷载较大时，也可为钢筋混凝土的。,刚性垫块的构造应符合下列规定。(1)垫块的高度 tb180mm，自梁边缘算起的垫块挑出长度不宜大于垫块的高度 tb。(2)在带壁柱墙的壁柱内设置刚性垫块时，其计算面积应取壁柱范围内的面积，而不应计算翼缘部分，同时壁柱上垫块伸入翼墙内的长度不应小于 120mm。(3)现浇垫块与梁端整体浇筑时，垫块可在梁高范围内设置。,图14.6 梁端刚性垫块（Ab=abbb）,(a)预制垫块；(b)现浇垫块；（c）壁柱上的垫块,垫块下砌体局部受压承载力计算,试验表明垫块底面积以外的砌体对局部受压范围内的砌体有约束作用，使垫块下的砌体抗压强度提高，但考
48、虑到垫块底面压应力分布不均匀，偏于安全，取垫块外砌体的有利影响系数=0.8；同时，垫块下砌体的受力状态接近偏心受压情况。故垫块下砌体局部受压承载力可按下式计算,垫块上的N0及Nl合力的影响系数，可根据e/ab查附表中3的值,梁端有效支承长度,当梁端设有刚性垫块时，梁端有效支承长度 a0 考虑刚性垫块的影响，按下式计算,刚性垫块的影响系数1,4.梁端柔性垫梁下砌体局部受压,在实际工程中，常在梁或屋架端部下面的砌体墙上设置连续的钢筋混凝土梁，如圈梁等。此钢筋混凝土梁可把承受的局部集中荷载扩散到一定范围的砌体墙上起到垫块的作用，故称为垫梁。,根据试验分析，当垫梁长度大于h0 时，在局部集中荷载作用下
49、，垫梁下砌体受到的竖向压应力在长度h0 范围内分布为三角形。此时，垫梁下的砌体局部受压承载力可按下列公式计算,3,四、受拉、受弯和受剪构件的承载力计算,1.轴心受拉构件计算,因砌体的抗拉强度较低，故实际工程中采用的砌体轴心受拉构件较少。对小型圆形水池或筒仓，可采用砌体结构。,砌体轴心受拉构件的承载力按下式计算,2.受弯构件计算,在实际工程中，常见的砌体受弯构件有砖砌平拱过梁及挡土墙等。对受弯构件，除进行受弯承载力计算外，还应考虑剪力的存在进行受剪承载力计算。,(1)受弯承载力计算,由材料力学公式可推得，受弯承载力计算公式为,(2)受剪承载力计算,3.受剪构件计算,砌体拱型结构在拱的支座截面处，
50、除承受剪力外，还作用有垂直压力。,试验表明砌体的受剪承载力不仅与砌体的抗剪强度 fv 有关，而且与作用在截面上的垂直压应力 的大小有关。随着垂直压应力 的增加，截面上的内摩擦力增大，砌体的受剪承载力提高。但当垂直压应力 增加到一定程度后，截面上的内摩擦力逐渐减少，砌体的受剪承载力下降。,规范给出沿通缝或沿阶梯形截面破坏时受剪构件承载力计算公式为,五、网状配筋砌体承载力计算,网状配筋砖砌体构件在轴向压力作用下，不但发生纵向压缩变形，同时也发生横向膨胀。由于钢筋、砂浆层与块体之间存在着摩擦力和粘结力，钢筋被完全嵌固在灰缝内与砖砌体共同工作；当砖砌体纵向受压时，钢筋横向受拉，因钢筋的弹性模量比砌体大
