建筑结构(下)砌体结构.ppt

第1章 砌体材料及其力学性能,本章提要 本章叙述了砌体材料及其强度等级，介绍了常见砌体种类，较详细地叙述了砌体受压、受拉、受弯、受剪的性能以及影响抗压强度的主要因素，砌体的抗压强度设计值。介绍了砌体的弹性模量、膨胀系数及摩擦系数等变形。,砌体结构是指由块体和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要受力构件的结构。是砖砌体、砌块砌体和石砌体结构的统称。砌体是由块体和砂浆粘结而成的复合体。,1.1 砌体材料,1.1.1 砌体材料及强度等级 砌体材料：块体、砂浆 1.块体 常用的砌体块体有砖、砌块、石材。,（1）砖 砌体结构用砖： 1）烧结普通砖； 2）烧结多孔砖（M、P型砖）； 3）蒸压灰砂砖； 4）蒸压粉煤灰砖。,1)烧结普通砖 原料：粘土、煤矸石、页岩或粉煤灰。 烧结普通砖：烧结粘土砖、烧结煤矸石砖、烧结页岩砖和烧结粉煤灰砖。 标准砖尺寸：24011553 mm。 适用范围： 房屋上部及地下基础等。,240墙,180墙,灰缝的厚度为,2)烧结多孔砖 烧结多孔砖（fired perforated brick）是以粘土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经焙烧而成、孔洞率不小于25%，孔的尺寸小而数量多，主要用于承重部位的砖。 承重多孔砖分为P型砖（24011590）和M型砖（19019090）； 多孔砖优点：可节约粘土、减少砂浆用量、提高工效、节省墙体造价， 可减轻块体自重、增强墙体抗震性能。 适用范围： 房屋上部结构（不宜用于冻胀地区地下部位）。,3)蒸压灰砂砖 蒸压灰砂砖（autoclaved sand-lime brick）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。 4)蒸压粉煤灰砖 蒸压粉煤灰砖（autoclaved flyash-lime brick）是以粉煤灰、石灰为主要原料，掺加适量石膏及集料，经坯料制备、压制成型、高压蒸汽养护而成的实心砖。 蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖的规格尺寸同烧结普通砖。,适用范围：不得用于长期受热200以上、受急冷急热和有酸性介质侵蚀的建筑部位，MU15和MU15以上的蒸压灰砂砖可用于基础及其他建筑部位，蒸压粉煤灰砖用于基础或用于受冻融和干湿交替作用的建筑部位必须使用一等砖。,（2） 砌块 小型 砌块高度180350mm 尺寸： 390mm 190mm 190mm 中型 砌块高度390900mm 大型 砌块高度大于900mm 空心率：25%50%,混凝土小型砌块,（3）石材 （按其加工后的外形规则程度）可分为料石和毛石。 石材的规格尺寸,强度等级 MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30和 MU20,2. 砂浆 砂浆是由胶凝材料（如水泥、石灰等）及细骨料（如粗砂、中砂、细砂）加水搅拌而成的粘结块体的材料。砂浆的强度等级是用龄期为28天的标准立方试块（70.7mm70.7mm70.7mm）采用同类块体作为砂浆底模，以Mpa为单位的抗压强度划分的。 砂浆的主要作用是：粘结块体，使单个块体形成受力整体；找平块体间的接触面，促使应力分布较为均匀；充填块体间的缝隙，减少砌体的透风性，提高砌块的隔热性和抗冻性能。对砂浆基本要求是强度、可塑性和保水性。,砌体规范中采用的砂浆有以下几种。 （1）水泥砂浆 水泥砂浆是由水泥和砂加水拌和而成；由于水泥砂浆无塑性掺和料（石灰浆或粘土浆），其可塑性和保水性较差，这会导致砌筑质量较差，因此砌体规范规定用这种砂浆砌筑的砌体强度应折减，详见砌体规范第3.2.3条第3小条。 水泥砂浆能在潮湿环境下硬化，一般用于对强度有较高要求的砌体及对防水有较高较高要求的砌体。 (2)混合砂浆 混合砂浆是指在水泥砂浆中掺入一定塑性掺合料（石灰浆或粘土浆）。这种砂浆的和易性和保水性都好，水泥用量较少，适用于砌筑一般墙、柱砌体。,（3）非水泥砂浆 非水泥砂浆是指不含水泥的石灰砂浆、石膏砂浆、粘土砂浆等。这类砂浆强度低、耐久性较差，只适用于砌筑受力不大的砌体或临时性简易建筑的砌体。 （4）混凝土砌块砌筑砂浆 由水泥、砂、水以及根据需要掺入的掺和料和外加挤等组分，按一定比例，采用机械拌和制成，专门用于砌筑混凝土砌块的砌筑砂浆。简称砌块专用砂浆。,3.块体和砂浆的强度等级 （1）块体的强度等级 块体的强度等级是根据标准试验方法所得到的极限抗压强度标准值的大小而划分的，是确定砌体在各种受力情况下强度的基础。 烧结普通砖的抗压强度试件为两个半砖（半截砖边长应100mm），断口反向叠置，中间用强度等级为32.5MPa或42.5Mpa的水泥调制成稠度适宜的水泥净浆粘结，厚度5mm；上下表面用同样的水泥浆抹平，厚度3mm；上下面应平行，并垂直于侧面；砌块试件采用单块砌块；石材通常采用边长为70 mm的立方体试块。 块体的强度等级用符号“MU”加相应数字表示，其数字表示块体的强度大小，单位为Mpa（即N/mm2）。,烧结普通砖、烧结多孔砖的强度等级 共分为5级，依次为MU30、MU25、MU20、MU15和MU10。 蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖的强度等级 共分为4级，依次为MU25、MU20、MU15和MU10。 砌块的强度等级 共分为5级，依次为MU20、MU15、MU10、MU7.5和MU5。 确定蒸压粉煤灰砖和掺有粉煤灰15%以上的混凝土砌块的强度等级时，其抗压强度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。,石材的强度等级 共分为7级，依次为MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30和MU20。,表1-1 石材强度等级的换算系数,（2）砂浆的强度等级 砂浆的强度等级用符号“M”或“Mb”加相应数字表示，其数字表示砂浆的强度大小，单位为Mpa（即N/mm2）。 水泥砂浆、混合砂浆的强度等级 共分为5级，依次为M15、M10、M7.5、M5和M2.5。 混凝土砌块砂浆的强度等级 共分为4级，依次为Mb15、Mb10、Mb7.5、Mb5。,1.1.2 砌体的种类 砌筑目的：使块体均匀受力保证砌体的整体性，使竖缝填满达到保温效果。 砌筑要求：块体排列应横平竖直、上下错缝、内外相互搭接。 分类： 承重砌体和非承重砌体； 砖砌体和砌块砌体及石砌体； 无筋砌体和配筋砌体。,1. 无筋砌体 （1）砖砌体 砖砌体在房屋建筑中广泛用于内外墙、柱、基础等承重结构以及围护墙与隔墙等非承重结构等。 砌筑方法：一顺一丁、三顺一丁、五顺一丁和梅花丁。 施工严禁：包心柱和不同强度等级砖块混用。 墙体尺寸：240mm（一砖）、370mm（一砖半）、490mm（二砖）620mm（二砖半）、740 mm（三砖）。,（a）一顺一丁,（b）三顺一丁,（c）五顺一丁,（d）梅花丁,图1-5 多孔砖墙的砌筑方式,图1-4 通缝示意图,烧结多孔砖在砌筑时，其孔是沿竖向放置的。标准砌筑的墙体厚度为190mm、240mm、370mm。,包心砌法砌筑砖柱,（2）砌块砌体 由砌块和砂浆砌筑而成的砌体称为砌块砌体。包括普通混凝土空心砌块砌体和轻骨料混凝土空心砌块砌体。 砌筑应选用配套砌块先排块后施工。 墙体尺寸：190、200、240、290 mm。 砌块砌体主要用于住宅、办公室及学校等建筑以及一般工业建筑的承重墙或围护墙。,砌块砌体,（3）石砌体 石砌体是由天然石材和砂浆（或混凝土）砌筑而成，分为料石砌体、毛石砌体和毛石混凝土砌体等。石砌体主要用于房屋建筑以及石拱桥、石坝、渡槽和储液池等构筑物。,（a）料石砌体,（b）毛石砌体,（c）毛石混凝土砌体,网状配筋砌体,2.配筋砌体 配筋目的：提高砌体强度、减少截面尺寸、增加砌体结构（或构件）的整体性。 （1）网状配筋砌体 网状配筋砌体又称横向配筋砌体，是砖柱或砖墙中每隔几皮砖在其水平灰缝中设置直径为34mm的方格网式钢筋网片，或直径为68mm的连弯式钢筋网片。,（2）组合砖砌体 组合砖砌体是由砖砌体和钢筋混凝土面层或配筋砂浆面层组成的构件，可以承受较大的偏心轴压力。沿墙纵向留槽、配筋外覆盖砂浆或混凝土。,组合砖砌体构件截面,砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙截面,（3）砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙 砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙是在砖砌体中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和圈梁组成一个整体结构共同受力。,（4）配筋砌块砌体 配筋砌块砌体是在砌块墙体的转角、接头部位及较大洞口的边缘设置竖向钢筋，并在这些部位设置一定数量的钢筋网片。,配筋砌块砌体,3. 墙板 矿渣混凝土墙板、空心混凝土墙板、振动砖墙板及整体混凝土墙板。,砼空心墙板,振动砖墙板,1.1.3 砌体的选用原则 在进行砌体结构设计时，可按以下几方面原则具体选用。 1.因地制宜，就地取材 各地区砌体材料的供应情况不同，应根据当地可能提供的砌体材料种类，选择经济指标较好的砌体种类。 2.应考虑结构的受荷性质、受荷大小 对于层数较多的房屋宜选择自重小、强度高、整体性好的砌体种类以及相应的材料强度等级，以满足结构承载力的要求。 3.应考虑房屋的使用要求、使用年限和工作环境 对于寒冷地区，块体应具有较好的保温性能，并应满足抗冻性要求；在潮湿环境下砌体材料应具有长期不变的强度及其他正常使用功能。,1.2 砌体的受压性能 1.2.1 砌体的受压破坏特征,1第一阶段，从加载开始到5070 的破坏荷载，出现第一条(批)裂缝，如图 (a)所示，在单块砖内出现竖向裂缝。 2第二阶段，继续加载，单块砖裂缝延伸形成连续的裂缝，垂直通过几皮块体，同时发生新的裂缝。当荷载约为破坏荷载的8090，即使荷载不增加，裂缝仍继续扩展，此砌体处于危险状态。在长期荷载作用下，砌体可达到破坏。,3第三阶段，荷载再略有增加，裂缝迅速发展，并出现几条贯通的裂缝，将砌体分割成几个半砖的独立小柱，砌体明显地向外鼓出，最后小柱失稳导致砌体完全破坏。,砌体轴心受压破坏特征,1.单块砖在砌体内受压不均匀，出现受弯受剪的状态 由于砖与上下层的砂浆不饱满，砖在砌体中实际上处于受弯、受剪和局部受压的复杂应力状态，因此砌体的抗压强度比砖的抗压强度低。,1.2.2砌体的受压应力状态 在应力作用下，砌体内单块砖的应力状态有以下特点：,砌体内砖的受力状态示意图,单块砖受弯、受剪的应力值不仅与灰缝的厚度及密实性不均匀有关，而且还与砂浆的弹性性质有关，每块砖可以视为弹性地基上的梁，其下面的砌体可以视为弹性地基，砖上面承受由上面砌体传来的力。这块砖下面引起的反压力又反过来形成自下而上的荷载，使它又成为倒置的弹性地基梁。,单块砖在砌体中处于压，弯，剪及拉的复合应力状态，其抗压强度降低；而砂浆处于三向受压状态，抗压强度提高。由于砖和砂浆这种交互作用，使砌体的抗压强度比相应砖的强度要低的多，而对于较低强度等级砂浆砌筑的砌体抗压强度有时较砂浆本身的强度高的多。砖和砂浆这种交互作用在砖的内部产生附加拉应力，从而加快了砖内裂缝的出现，因此，在用较低强度等级砂浆砌筑的砌体内,砖内裂缝出现较早。,砂浆对砖的作用力,（2）砌体横向变形时砖和砂浆存在交互作用。,砖、砂浆的受压应力-应变曲线,3.竖向灰缝的应力集中 砌体的竖向灰缝没能很好的填平，同时竖向灰缝的砂浆和砖的粘结力也不能保证砌体的稳定性，因此，竖向灰缝上的砖内将产生拉应力和剪应力的集中，从而加快砖的开裂，引起砌体强度的降低 。,1.2.3影响砌体抗压强度的因素 1.块体与砂浆的等级强度 块体与砂浆的等级是确定砌体强度最注意的因素，单个块体的抗压，抗弯强度在某种层度上决定了砌体的强度。 块体和砂浆的强度越高、则砌体强度也越高 2.块体的尺寸与形状 块体的尺寸，几何形状及表面的平整程度对砌体的抗压强度有较大影响。 块体高度大，砌体强度高；长度大，砌体强度低；表面平整，砌体强度高；,3.砂浆的流动性、保水性及弹性模量的影响 砂浆的流动性和保水性好时，容易形成厚度和密实性较均匀的灰缝，因而减少单块砖内的弯剪应力，而提高砌体强度。 砂浆性质变形越大，砌体强度越低； 砂浆的流动性流动性差，砌体强度降低； 砂浆的弹性模量弹性模量越大，砌体强度越高； 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。,4.砌筑质量与灰缝的厚度 砂浆铺砌饱满、均匀，可改善块体在砌体中的受力性能，使之较均匀的受压而提高砌体的抗压强度；反之，降低砌体强度。 错缝搭接、砂浆均匀、灰缝饱满； 水平灰缝饱满程度不得低于80%，灰缝厚度以1012mm为宜。,1.2.4 砌体的抗压强度设计值 根据试验和结构可靠度分析结果，砌体结构设计规范规定，龄期为28d的以毛截面计算的各类砌体抗压强度设计值，当施工质量控制等级为B级时，应根据块体和砂浆的强度等级按以下规定采用。对施工阶段砂浆尚未硬化的新砌砌体的强度和稳定性，可采用表中“砂浆强度为零”的数值进行验算。 表1-2表1-7为不同砌体材料的抗压强度设计值。,砌体大多数用来承受压力，以充分利用其抗压性能；但也有用于受拉、受弯、受剪的情况，比如圆形水池的池壁上存在拉力，档土墙受到土侧压力形成的弯矩作用，砌体过梁在自重和楼面荷载作用下受到的弯、剪作用，拱支座处的剪力作用等。,1.3 砌体的受拉、受弯、受剪性能,1.3.1砌体的轴心受拉性能 破坏形态： 沿齿缝破坏 砌体的抗拉强度主要取决块体与砂浆的连接面的粘结强度，并与齿缝破坏面水平灰缝的总面积有关，由于块体与砂浆间的粘结强度取决于砂浆强度等级，故此时的砌体的轴心抗拉强度可由砂浆的等级来确定。,破坏形态,沿砌体（块体）截面破坏 当块体的强度等级较低，而砂浆强度等级较高时，砌体则可能沿块体与竖向灰缝截面破坏。此时，砌体的轴心抗拉强度取决于块体的强度等级。,1.3.2砌体的受弯性能,沿砌体与竖向缝,破坏形态： 沿齿缝截面受弯破坏发生于灰缝粘结强度低于块体本身的抗拉强度情况，故与砂浆的强度等级有关。 沿通缝破坏 沿水平通缝截面受弯破坏主要取决砂浆与块体之间的法向粘结强度，故也与砂浆的强度等级有关。 沿砌体与竖向缝破坏 沿块体与竖向通缝截面受弯破坏发生于灰缝粘结强度高于块体本身的抗拉强度情况，故主要取决于块体强度等级。,1.3.3砌体的受剪性能 砌体结构中的受剪构件：门窗过梁、拱过梁、墙体的过梁等。 砌体在受剪时，可发生沿阶梯形截面的受剪破坏、沿通缝截面的受剪破坏及沿块体截面或灰缝的受剪破坏。,砌体的受剪破坏 （a）沿阶梯形截面；（b）沿通缝截面；（c）块体截面,1.3.4砌体的轴心抗拉、弯曲抗拉、抗剪强度设计值 根据试验和结构可靠度分析结果，砌体结构设计规范规定，龄期为28d的以毛截面计算的各类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，当施工质量控制等级为B级时，按表1-8采用。 表1-8 为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。,考虑到一些不利的因素，下列情况的各类砌体，其砌体强度设计值应乘以调整系数a。 （1）有吊车房屋砌体、跨度不小于9m的梁下烧结普通砖砌体、跨度不小于7.5m的梁下烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖砌体和混凝土砌块砌体， a为0.9 。 （2）对无筋砌体构件，其截面面积小于0.3m2时， a为其截面面积加0.7；对配筋砌体构件,当其中砌体截面面积小于0.2m2时， a为其截面面积加0.8。构件截面面积以m2计。,1.3.5 砌体的强度设计值调整系数,（3）当砌体用水泥砂浆砌筑时，对表1-21-7中的数值, a为0.9；对表3.9中的数值, a为0.8；对配筋砌体构件，当其中的砌体采用水泥砂浆砌筑时，仅对砌体的强度设计值乘以调整系数a。 （4）当施工质量控制等级为C级时，a为0.89；当施工质量控制等级为A级时，a为1.05； （5）当验算施工中房屋的构件时，a为1.1。 当需要验算施工阶段砂浆尚未硬化的新砌砌体的强度和稳定性时，可按砂浆强度为零进行验算。,1.4.1砌体的弹性模量和剪变模量 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，按砂浆的不同强度等级，取弹性模量与砌体的抗压强度设计值成正比关系。而对于石材抗压强度和弹性模量均远高于砂浆相应值的石砌体，砌体的受压变形主要集中在灰缝砂浆中，故石砌体弹性模量可仅按砂浆的强度等级来确定。 砌体的弹性模量E可按表1-9采用，剪变模量G可按弹性模量的0.4倍采用。,1.4砌体的变形和其他性能,1.4.2砌体的线膨胀系数和收缩率 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的多，因此工程对砌体的干缩变形十分重视。 砌体的线膨胀系数和收缩率见表1-10。 1.4.3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摩擦系数，其值与摩擦面的材料和潮湿程度有关。 摩擦系数见表1-11。,