第四章 砌体结构.ppt

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1、第四章 砌体结构1.砌体的种类2.砌体结构的优缺点及适用范围3.砖砌体的力学性能4.砌体受压构件承载力估算方法5.砌体受压构件的高厚比验算6.砌体的局部承压计算7.轴心受拉、受弯、受剪构件的承载力计算1.砌体的种类砌体结构是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。砌体根据是否配筋分为无筋砌体和配筋砌体两大类。无筋砌体根据块材的不同可分为砖砌体、砌块砌体和石砌体。在砌体中配有钢筋或钢筋混凝土的称为配筋砌体。砖砌体砖砌体通常用作内外墙、柱及基础等承重结构，围护墙及隔断墙等非承重结构。承重墙一般多做成实心的，三层以下民用建筑的承重墙也可以做成空

2、斗墙。空斗墙是将部分或全部砖侧砌而成的空心墙，具有用料省、自重轻和隔热、隔声性能好等优点，适用于13层民用建筑的承重墙或框架建筑的填充墙，广泛运用于长江流域及西南地区传统民间建筑。但在土质软弱，且可能引起建筑物不均匀下沉时，以及门窗洞口面积超过墙面积50%以上时不宜采用。空斗墙砌块砌体砌块代替粘土砖做墙体材料有利于建筑工业化、减轻体力劳动强度及加快施工进度。由于砌块单块自重大，常需借助吊装机具。常用的砌块有混凝土中型、小型空心砌块和粉煤灰中型实心砌块。主要用于住宅、学校、办公楼及一般工业建筑的承重墙或围护墙。石砌体有料石砌体、毛石砌体和毛石混凝土砌体。料石砌体一般用于建筑房屋、石拱桥、石坝等构

3、筑物。由于料石加工困难，故一般多采用毛石砌体。用毛石砌体建造的多层房屋可达到5层。毛石混凝土砌体是在模板内交替铺置混凝土层及形状不规则的毛石层构成的。毛石混凝土砌体通常用作一般房屋和构筑物的基础。配筋砌体配筋砌体就是在砖、石、块体砌筑的的砌体结构中加入钢筋混凝土（或混凝土砂浆)而形成的砌体。当砖砌体构件截面尺寸较大，需要减小其截面尺寸，提高砌体的强度时，可在砌体的水平灰缝中每隔几层砖放置一层钢筋网，称为网状配筋砖砌体或横向配筋砖砌体。当构件的偏心较大时，可在竖向灰缝内或在垂直于弯矩方向的两个侧面预留的竖向凹槽内，放置纵向钢筋和浇注混凝土，这种配筋称为组合砌体。网状配筋砖砌体组合砌体构件截面2.

4、砌体结构的优缺点及适用范围优点：抗压性能好，保温、耐火、耐久性能好；材料经济，就地取材；施工简便，管理、维护方便，应用范围广。缺点：抗压强度相对于块材的强度来说还很低，抗弯、抗拉强度则更低；粘土砖所需土源要占用大片良田，更要耗费大量的能源；自重大，施工劳动强度高，运输损耗大。适用于如下以受压为主的结构：(1)民用建筑物中的墙体、柱、基础、地沟等；(2)中小型工业建筑物中的墙体、柱、基础，起重量不超过3吨、中轻级吊车的砖拱吊车梁等；工业构筑物中的烟囱、水池、水塔、中小型贮仓等；(3)交通工程中的拱桥、隧道、涵洞、挡土墙等；(4)水利工程中的石坝、渡槽、围堰等。3.砖砌体的力学性能3.1砖砌体在轴

5、心受压下的破坏特征砖砌体的破坏大致经历以下三个阶段：第一阶段，从开始加荷到个别砖出现第一条（或第一批）裂缝。这个阶段的特点是如不再增加荷载，裂缝也不扩展。当砌体受压时，砖承受的压力是不均匀的，而是处于受弯、受剪和局部受压状态下。由于砖的厚度小，又是脆性材料，其抗剪、抗弯强度远低于抗压强度，砌体的第一批裂缝就是由于单块砖的受弯、受剪破坏引起的。此时轴力约为5070%Nu砌体中砖的应力状态(a)砌体中个别砖的受力状态；(b)砖表面砂浆不均匀第二阶段，随着荷载的增加，单块砖内个别裂缝不断开展并扩大，并沿竖向通过若干层砖形成连续裂缝。此时轴力约为8090%Nu第三阶段，砌体完全破坏的瞬间。继续增加荷载

6、，裂缝将迅速开展，砌体被几条贯通的裂缝分割成互不相连的若干小柱，小柱朝侧向突出，其中某些小柱可能被压碎，以致最终丧失承载力而破坏。3.2影响砌体强度的因素（1）块体的强度、尺寸和形状砌体的强度主要取决于块体的强度。增加块体的厚度，其抗弯、抗剪能力亦会增加，同样会提高砌体的抗压强度。块体的表面愈平整，灰缝的厚度将愈均匀，从而减少块体的受弯受剪作用，砌体的抗压强度就会提高。（2）砂浆的强度及和易性砂浆强度过低将加大块体与砂浆横向变形的差异，对砌体抗压强度不利。和易性好的砂浆具有很好的流动性和保水性。在砌筑时易于铺成均匀、密实的灰缝，减少了单个块体在砌体中弯、剪应力，因而提高了砌体的抗压强度。（3）

7、砌筑质量砌筑质量对砌体抗压强度的影响，主要表现在水平灰缝砂浆的饱满程度。灰缝的厚度也将影响砌体强度。水平灰缝厚些容易铺得均匀，但增加了砖的横向拉应力；灰缝过薄，使砂浆难以均匀铺砌。实践证明，水平灰缝厚度宜为812mm。3.3块体和砂浆的强度等级烧结普通砖、烧结多孔砖根据其抗压的强度可分为MU30，MU25，MU20，MU15，MU10五个级别，代表的毛截面极限抗压强度为30、25、20、15、10N/mm2。砌块的强度等级可分为MU20，MU15，MU10、M7.5，M5五个级别；石材的强度等级可分为MU100，MU80，MU60、M50，M40，MU30、M20七个级别。常用砂浆强度等级分为

8、M15，M10，M7.5，M5，M2.5五级，代表抗压强度为15、10、7.5、5、2.5N/mm2。3.4砖砌体的抗压强度砖砌体抗压强度标准值是在对标准试件（370*490*1000mm）进行抗压实验后得到的统计值，标示为fk，抗压强度设计值是考虑到材料分项系数rm（一般取1.5，相除）后得到的强度值f，相当于砖砌体在非正常生产情况下的最小可能值。3.5砖砌构件的破坏形态（1）受压破坏因砖对砂浆在横向变形的限制作用（变大），使得砖收到横向拉伸，是发生第一阶段受压破坏的重要因素。（2）轴心受拉破坏在圆形水池设计中，由于内部液体的压力在池壁中产生环向水平拉力，而使砌体垂直截面处于轴心受拉状态，有

9、两种基本破坏形式：1）当块体强度等级较高，砂浆强度等级较低时，砌体将沿齿缝破坏（如下页图中-、-截面）均为齿缝破坏。2）当块体强度等级较低，砂浆强度等级较高时，砌体的破坏可能沿竖直灰缝和块体截面连成的直缝破坏（如下页图中中的-）。砌体轴心受拉破坏形态（3）弯曲受拉破坏带支墩的挡土墙和风荷载作用下的围墙均属受弯构件，砌体的弯曲受拉破坏有三种基本形式：（1）当块体强度等级较高时，砌体沿齿缝破坏（如下页图中-截面）。（2）当块体强度等级较低，而砂浆强度等级较高时，砌体可能沿竖直灰缝和块体截面连成的直缝破坏（如下页图中-截面）。（3）当弯矩较大时，砌体将沿弯矩最大截面的水平灰缝产生沿通缝的弯曲破坏（如

10、下页图中-截面）。砌体弯曲受拉破坏形态（4）受剪破坏砌体结构中的门窗砖过梁、拱过梁支座均属受剪构件。它们可能沿阶梯形截面受剪破坏或沿通缝截面受剪破坏。砌体受剪破坏形态影响无筋砌体受压构件承载力的因素主要有：截面积A，砌体抗压强度f，构件的高厚比，偏心距e。（1）截面积A相同情况下，截面积越大，对轴心受压越有利；对于偏心受压，也可以使轴向力偏心距限定在可控的范围内（0.6y），避免出现过大的水平裂缝。若截面积小于0.3m2，需要用抗力调整系数a对抗压强度设计值进行修正，a=A+0.74.无筋砌体受压构件承载力估算方法（2）砌体抗压强度f砌体的抗压强度取决于砌块与砂浆的强度，在受压砌体截面积太小、

11、跨度太大或砂浆用料不同时还需要进行修正。（3）构件的高厚比高厚比是指构件的计算高度与规定厚度的比值。规定厚度对墙取厚度，对柱取对应的边长，对带壁柱的T字形截面墙取截面的折算厚度。高厚比3者为短柱、3者为长柱。长柱需要考虑因纵向弯曲而使承载力降低的影响。hT：折算厚度，截面为矩形时取偏心方向的边长，T形时取3.5倍回转半径。H0：计算高度，取决于静力计算方案、横墙间距以及墙体的高度；：不同砌筑材料的高厚比修正系数。静力计算方案是根据房屋的空间工作性能确定的结构静力计算简图。现有规范以屋盖类型及横墙间距作为主要依据，将混合结构房屋的静力计算方案划分为刚性方案、刚弹性方案和弹性方案。横墙对受力分配的

12、影响（以水平风荷载作用下的单层房屋为例）：1）如屋盖为装配式钢筋混凝土楼盖，两端没有设置山墙，则房屋的水平风荷载传递路线为：风荷载风荷载纵墙纵墙纵墙基础纵墙基础地基。地基。计算简图为单跨平面排架。2）如两端有山墙，因山墙的约束，其传力途径发生了变化。整个房屋墙顶的水平位移不再相同。距山墙距离愈远的墙顶水平位移愈大，距山墙距离愈近的墙顶水平位移愈小。房屋的水平风荷载传递路线为：风荷载风荷载纵墙纵墙地基地基两端有山墙的单层房屋受力及变形 以上两种情况说明：不同的横墙布置方式会显著的影响建筑物的传力路线和变形，进一步影响墙、柱的承重能力，因此在进行计算之前需要对砌体结构房屋的传力和变形情况进行界定。

13、刚性方案 房屋的空间刚度大。在荷载作用下，墙、柱顶端的相对位移很小，墙、柱顶端水平位移可视为等于零。这类房屋称为刚性方案房屋，其静力计算简图将承重墙视为一根竖向构件，屋盖或楼盖作为墙体的不动铰支座。因此刚性方案下受压构件的计算高度取得较小。弹性方案 房屋的空间刚度较差，在荷载作用下，墙顶的最大水平位移接近于平面结构体系，其墙柱内力计算应按不考虑空间作用的平面排架或框架计算。因此弹性方案下受压构件的计算高度取得较大。刚弹性方案 房屋的空间刚度介于上述两种方案之间，在荷载作用下，纵墙顶端水平位移比弹性方案要小，但又不可忽略不计，这类房屋称为刚弹性方案。静力计算时，可根据房屋空间刚度的大小，将其水平

14、荷载作用下的反力进行折减，然后按平面排架或框架进行计算，相当于在屋(楼)盖处加一弹性支座。在相同的水平荷载作用下，三种静力计算方案的内力差别较大：刚性方案房屋墙体弯矩最小，弹性方案房屋墙体弯矩最大。所以在进行墙体（特别是横墙）布置时尽量使内力计算为刚性方案。序序号号屋盖或楼盖类别屋盖或楼盖类别刚性方案刚性方案刚弹性方案刚弹性方案弹性方案弹性方案1整体式、装配整体式和装配式无檩体系钢筋混凝土屋盖或钢筋混凝土楼盖S722装配式有檩体系钢筋混凝土屋盖、轻钢屋盖和有密铺望板的木屋盖或木楼盖S483瓦材屋面的木屋盖和轻钢屋盖S36房屋的静力计算方案房屋类别柱带壁柱墙或周边拉结的墙排架方向垂直排架方向S2

15、H2HSHSH有吊车的单层房屋变截面柱上段弹性方案2.5Hu1.25Hu2.5Hu刚性、刚弹性方案2.0Hu1.25Hu2.0Hu变截面柱下段1.0Hl0.8Hl1.0Hl无吊车的单层和多层房屋单跨弹性方案1.5H1.0H1.5H刚弹性方案1.2H1.0H1.2H多跨弹性方案1.25H1.0H1.25H刚弹性方案1.1H1.0H1.1H刚性方案1.0H1.0H1.0H0.4S+0.2H0.6S受压构件的计算高度H01）轴心压力作用下（e=0），截面应力分布均匀，承载能力N=fA;2）较小偏心压力作用下，全截面受压，但分布不均匀，总承载能力N1f；3）较大偏心压力作用下，部分截面产生拉应力，总承

16、载能力继续下降：N2f1，直至部分截面受拉破坏退出工作，总承载能力显著降低N3N2（4）偏心距e为了综合考虑高厚比对长、短柱承载能力的影响，在砖砌体受压构件的承载能力公式中引入参数，称为：高厚比和轴向偏心距对受压构件承载力的影响系数。其中：e为轴向力的偏心距；h为矩形截面在轴向力方向的边长；为考虑砌体变形性能系数，主要取决于砂浆强度；为高厚比。此时无筋砌体受压构件的承载力表达式为：其中：A为构件截面积；f为砌体抗压强度设计值；为高厚比和轴向偏心距对受压构件承载力的影响系数。算例：P268 例8-15.砌体受压构件的高厚比验算 高厚比是影响受压构件承载力的一个重要因素，如果砖墙、砖柱的高厚比过大

17、，刚度就会不足，过大的侧向挠曲变形严重影响构件的稳定性。根据长期的实践经验，要求砖墙、砖柱的高厚比不超过允许高厚比,以保证砖墙、砖柱在施工和使用阶段的稳定性和刚度。因此在构件承载力验算之后就必须对高厚比进行验算。如高厚比不符合要求，可采取增加砖墙厚度、加大砖柱截面尺寸及提高砂浆标号等措施加以解决。砂浆强度等级M7.5M5M2.5墙262422柱171615墙、柱允许高厚比限值影响高厚比限值的因素：（1）砂浆的强度等级。等级越高，值越大；（2）墙、柱的支承条件。支承条件越好，值越大；（3）墙体削弱洞口。削弱越多，值越小；（4）砌体截面厚度。截面越厚，值越大；（5）横墙间距。间距越近，值越大。验算

18、方法：=H0/hT12 其中：为墙、柱的计算高厚比；H0为构件计算高度，根据不同的内力计算方案和工况查表取值；hT为截面折算厚度，hT=3.5(I/A),I、A分别为截面惯性矩和截面面积；为不同砌筑材料的高厚比修正系数 1为自承重墙允许高厚比修正系数；2为有门窗洞口墙体的允许高高厚比修正系数；为墙、柱的允许高厚比限值。三种不同受压构件的高厚比验算方法：1）一般墙、柱 对墙体的全长进行高厚比验算，遵循公式：=H0/hT122）带壁柱墙体 先验算整个带壁柱墙体的高厚比，在满足整片墙体稳定要求的前提下，再验算两相邻壁柱之间局部墙体的高厚比。遵循公式：=H0/hT123）带构造柱墙体 先验算整个带构造

19、柱墙体的高厚比，此时需要对允许高厚比 进一步修正，乘以一个大于1的提高系数c;然后再验算两构造柱之间局部墙体的高厚比。受压构件在承载力计算满足后，可以保证构件的整个计算截面在其所承担的外荷载作用下不会发生破坏。但在实际工程中，外荷载有时并不是均匀地作用在整个计算截面上，而是作用在一个较小的局部受压面积上。此时因受压面积变小，可能导致砌体局部受压破坏，需要进行局部受压承载力计算。6.砌体的局部承压计算（1）局部均匀受压的应力分布 当砌体截面上作用有局部均匀压力时，其压应力自局部受压面起，通过砌体的一定深度向整个截面扩散，形成一段局部受压区段。处于局部受压区段的砌体，其横向变形受到周围砌体的约束作

20、用处于三向受压状态。此时扩散面之外的环形砌体具有一定的套箍作用，在中心受压材料的外撑作用下形成环向拉应力。如果局部压应力超过砌体的局部抗压强度，则可能将局部砌体压碎；如果由局部压应力引起的环向拉应力超过砌体的抗拉强度，则可能产生竖向裂缝以至于造成砌体沿竖向劈裂破坏。（2）局部受压承载力 主要取决于砌体的抗压强度和周围砌体对局部受压区段的约束程度。通常计算截面面积越大，这种约束作用越强。凡是能够对局部抗压强度提高产生影响的面积范围，称为影响局部抗压强度的计算面积A0 砌体截面中受有局部均匀压力时的局部受压强度计算公式为：NLfAL 其中：NL为局部受压面积AL上的轴向力设计值；为因周围砌体的约束

21、而引起的砌体局部抗压强 度提高系数，表达为在不同情况下均有一定上限。AL为局部受压面积，一般取接触面积；A0为影响局部抗压强度的计算面积，根据下图中不同情况分布选用：情况a：A0=（a+c+h）h 情况b：A0=（b+2h）h 情况c：A0=（a+h）h+（b+h1-h）h1 情况d：A0=（a+h）h7.轴心受拉、受弯、受剪构件的承载力计算 砌体结构的抗拉、抗弯、抗剪能力是其弱项，如遇到上述三种内力，也需要进行针对性的计算。（1）轴心受拉构件的承载力计算 NtftA 其中：Nt为轴向拉力设计值；ft为砌体轴心抗拉强度设计值。（2）受弯构件的承载力计算 需要从两个方面计算 1）受弯承载力 M ftmW 其中：M为弯矩设计值 ftm为砌体的弯曲抗拉强度设计值；W为截面抵抗矩。2）受剪承载力 V fvbz 其中：V为剪力设计值 Fv为砌体的抗剪强度设计值；b为截面宽度 z为内力臂，z=I/S;对于矩形截面，z=2h/3;S为截面面积矩 h为截面高度（3）受剪构件的承载力计算 沿通缝或沿阶梯型截面破坏时受剪构件的承载力，应进行如下计算：V（fv+0）A 其中：为材料强度修正系数；为剪压复合受力影响系数；0为永久荷载设计值产生的水平截面平均压应力。第四章完