无筋砌体结构构件的承载力和构造.pptx

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1、第1页/共103页第2页/共103页第3页/共103页无论墙柱是否承重，首先应确保其稳定性。一片独立墙从基础顶面开始砌筑到足够高度时，即使未承受外力也可能在自重下失去稳定而倾倒。若增加墙片厚度，则不致倾倒的高度增大。若墙片上下或周边的支承情况不同，则不致倾倒的高度也不同。墙柱丧失整体稳定的原因，包括施工偏差、施工阶段和使用期间的偶然撞击和振动等。第4页/共103页需要进行高厚比验算的构件不仅包括承重的柱、无壁柱(pilaster,mural column)墙、带壁柱墙，也包括带构造柱墙以及非承重墙等。无壁柱墙是指壁柱之间或相邻窗间墙之间的墙体。构造柱(constructional column

2、,tie column)是在房屋外墙或纵横墙交接处先砌墙后浇筑混凝土并与墙连成整体的钢筋混凝土柱，用于抗震设防房屋中，详见第八章。墙柱高厚比还是计算其受压承载力的重要参数。第5页/共103页第6页/共103页 墙、柱的计算高度H0取值如表5-1。表中构件高度H按下列规定取值：房屋底层为楼顶面到构件下端的距离，下端支点的位置可取在基础顶面，当基础埋置较深且有刚性地面时可取室外地面以下500mm；房屋其他层次为楼板或其他水平支点之间的距离；无壁柱的山墙可取层高加山墙尖高度的1/2，带壁柱山墙可取壁柱处的山墙高度。第7页/共103页第8页/共103页第9页/共103页第10页/共103页第11页/共

3、103页第12页/共103页 计算构造柱墙的高厚比时，h取墙厚，计算高度H0应取相邻横墙的间距。第13页/共103页第14页/共103页第15页/共103页第16页/共103页第17页/共103页第18页/共103页第19页/共103页第20页/共103页整片墙的高厚比仍可按式（5-3）验算，但其中墙厚应采用折算高度hT，墙的长度S应取相邻横墙间距离。壁柱间墙的高厚比验算可按无壁柱墙验算。墙的长度S取壁柱间距离。由于此时的墙体四周支承条件对墙体稳定较为有利，故规定无论此时房屋结构属于何种静力计算方案，壁柱间墙计算高度H0一律按刚性方案取值。第21页/共103页例题5-1、5-2、5-3第22页

4、/共103页二.无筋砌体受压承载力第23页/共103页（一）单向偏心受压构件第24页/共103页1.短柱短柱是指其承载力仅与截面尺寸和材料强度有关的柱。设计中按高厚比值区分，可认为3的墙柱构件为短柱受力。第25页/共103页第26页/共103页第27页/共103页由上述砌体在单向偏心受压时的受力特性可以看出，一方面，砌体截面的压应力图形呈曲线分布，随水平裂缝的发展受压面积逐渐减小，荷载对减小了的受压截面的偏心距也逐渐减小，局部受压面积上的砌体抗压强度一般都有所提高（见第二节）。这些因素对砌体的承载能力产生有利影响；而另一方面，砌体截面受压面积的削弱又对承载能力产生不利影响。现有的试验研究对上述

5、因素的影响尚难以分别予以确定，因此，实用上用一个系数，即短柱偏心影响系数（3.0的墙柱构件属于长柱受力。第33页/共103页较细长的柱或高而薄的墙承受轴心压力时，由于偶然偏心(accidental eccentricity)的影响往往产生侧向变形，引起构件纵向弯曲因而导致受压承载力的降低。这种偶然偏心是由于砌体材料的非匀质性、砌筑时构件尺寸的偏差以及轴心压力实际作用位置的偏差等因素引起的。由于砌体中块体和砂浆的匀质性较差，又有大量灰缝，构件整体性差，增加了产生偶然偏心的机率。与钢结构构件或钢筋混凝土构件相比，砌体构件中的偶然偏心影响更为不利。第34页/共103页第35页/共103页(*1)第3

6、6页/共103页砌体应力-应变关系：得切线模量E：代入到前(*1)式，得：第37页/共103页从而得轴心受压稳定系数0为其中，从而解得：第38页/共103页对矩形截面，2=122，=H0/h为构件高厚比，则有第39页/共103页Additional eccentricity eiInfluence coefficient（短柱相应公式）第40页/共103页第41页/共103页式（59）第42页/共103页试验表明，偏心距相当大时，承载能力值很离散且较低，可靠度难以保证。因此，计算时要求控制偏心距。规范规定e0.6y，其中y为截面重心到轴向力所在偏心方向截面边缘的距离。第43页/共103页为方便

7、计算，规范给出了影响系数的计算表格，见表5-35-5。根据构件所用砂浆强度等级、高厚比 和相对偏心距e/h（或e/hT）可查得值。表5-5（砂浆强度为0）用于施工阶段砂浆尚未硬化的新砌砌体计算。第44页/共103页第45页/共103页第46页/共103页第47页/共103页第48页/共103页490620第49页/共103页第50页/共103页第51页/共103页例5-6，例5-7第52页/共103页（二）双向偏心受压构件轴向压力在矩形截面的两个主轴方向都有偏心距、或同时承受轴心压力及两个方向弯矩的构件，即为双向偏心受压构件。双向偏心受压构件截面承载力的计算，显然比单向偏心受压构件复杂。国内外

8、有关研究较少，目前尚无精确的理论求解方法。根据湖南大学的试验研究，规范建议仍采用附加偏心距法。第53页/共103页第54页/共103页承载力仍按单向偏心受压公式（5-13）计算。N f A 第55页/共103页式（510）附加偏心距式第56页/共103页试验表明，当偏心距eb0.3b和eh0.3h时，随着荷载的增加，砌体内水平裂缝和竖向裂缝几乎同时发生，甚至水平裂缝早于竖向裂缝出现，因而设计双向偏心受压构件时，规定偏心距限值为eb0.5x和eh0.5y。x、y分别为自截面重心沿x轴、y轴至轴向力所在偏心方向截面边缘的距离。附加偏心距法分析还表明，当一个方向的偏心率（如eb/b）不大于另一方向偏

9、心率（eh/h）的5%时，可简化按另一方向的单向偏心受压（eh/h）计算，其承载力的计算误差小于5%。上述计算方法与单向偏心受压承载力计算相衔接，且与试验研究结果符合良好。单向偏心和双向偏心用统一的公式，只是的计算不同。第57页/共103页例5-8第58页/共103页第二节砌体局部受压第59页/共103页第60页/共103页一.砖砌体局部受压破坏形态通过大量试验研究发现，砖砌体局部受压有三种破坏形态（其他砌体也相似）：竖向裂缝发展而破坏 劈裂破坏(splitting failure)与垫板直接接触处的局部破坏(local failure)第61页/共103页（一）竖向裂缝发展而破坏 首先在垫块

10、下方一段长度上出现竖向裂缝，随着荷载的增加，裂缝向上、下方向发展，同时出现其他竖向裂缝和斜裂缝。砌体临破坏时砖块被压碎并有脱落。破坏时均有一条主要竖向裂缝贯穿整个试件（图5-11a）。破坏是在试件内部，而不是在局部受压面积处发生的。在局部受压中，这是较为常见的也是基本的破坏形态。第62页/共103页第63页/共103页（二）劈裂破坏当局部受压面积Al与试件面积A的比值相当小时，试件的开裂与破坏几乎同时发生，形成劈裂破坏。裂缝少而集中，犹如刀劈（图5-11b）。第64页/共103页（三）与垫板直接接触处的局部破坏这种情况较少见，一般当墙梁的墙高与跨度的比值较大、砌体强度较低时，可能发生梁支座附近

11、砌体被压碎的现象。有关墙梁的内容见第七章。第65页/共103页构件的局部受压承载力与全截面受压相比有明显提高。受压承载力提高的机理可以用“力的扩散作用”解释（图5-12）。第66页/共103页第67页/共103页一般墙段在中部局部受压荷载作用下，试件中线上的横向应力x和竖向应力y的分布如图5-13所示，表明由于力线扩散，使钢垫板下的砌体处于双向或三向（当中心局部受压时）受压状态。中部以下砌体处于竖向受压、横向受拉的应力状态，当最大横向拉应力x达到砌体抗拉强度时，出现第一条竖向裂缝。但由于只是在小范围内的x达到抗拉强度，砌体并不破坏。随着竖向裂缝的发展，出现其他的竖向裂缝和斜裂缝，砌体内部应力分

12、布情况发生变化，只有当被竖向裂缝分割的条带内的竖向压应力y达到砌体抗压强度时，砌体才告破坏。而随着Al与A的比值减小，最大横向拉应力的位置逐渐上移，力的扩散作用在上部较小范围内完成，局部受压破坏应在上部发生，故Al与A的比值相当小时引起劈裂破坏。第68页/共103页第69页/共103页砌体的受压只要存在未直接受压面积，就有力的扩散作用，就会引起双向或三向应力，在不同程度上提高直接受压部分的抗压强度。第70页/共103页二.局部均匀受压砌体局部抗压强度提高系数 Local strength(increase)coefficient第71页/共103页图514 局部抗压强度提高系数第72页/共10

13、3页 式中 A0 影响砌体局部抗压强度的计算面积；Al 局部受压面积。（517）第73页/共103页图515 局部受压面积Al 和影响砌体局部抗压强度的计算面积A0第74页/共103页 图515（a）的情况，2.5；图515（b）的情况，2.0；图515（c）的情况，1.5；图515（d）的情况，1.25；烧结多孔砖，1.5；第75页/共103页试验证实，由于空心砌块的内壁较薄，如未用灌孔混凝土灌实空腔，在局部荷载下因砌块内壁压酥而提前破坏，所以未灌孔时不能考虑局部受压强度的提高，取=1.0。一般应将A0范围内的砌体空腔用不低于砌块材料强度等级的混凝土灌实，灌实部分的高度从局部荷载作用面算起应

14、不少于三皮砌块，砌体强度设计值可按第二章规定采用。局部抗压强度提高系数1.5。第76页/共103页所以，砌体局部均匀受压承载力按下式计算：Nl f Al （5-18）式中 Nl 局部受压面积上的轴向力设计值；f 砌体抗压强度设计值，可不考虑强度调整系数 0。第77页/共103页三.梁端支承处砌体局部受压The caseThe unloading due to internal arch effect第78页/共103页图516 砌体中的内拱卸荷作用第79页/共103页试验还表明，内拱卸荷作用的程度与A0/Al比值有关，上部荷载的效应随A0/Al值增大而逐渐减弱，A0/Al2.0时已很小。因而规

15、范规定，A0/Al3.0时，可以不考虑上部荷载的作用。第80页/共103页根据上述试验结果，可按下式验算梁端支承处砌体局部不均匀受压承载力：N0 Nl f Al （5-19）（5-20）式中 上部荷载的折减系数，当A0/Al 3时，取=0；N0 局部受压面积内的上部轴向力设计值，N0=0Al；N l 梁端荷载设计值产生的支座压力；0 上部荷载设计值产生的平均压应力；梁端底面受压应力图形的完整性系数，一般可取=0.7；对于过梁 和墙梁可取=l.0。Al 支承下局部受压面积，Al=a0b；a0 梁端有效支承长度（mm）（其推导详见第四章），第81页/共103页四.梁端下设有刚性垫块时的砌体局部受压

16、第82页/共103页设垫块可提高局压承载力：若梁端支承处砌体的局部受压承载力不能满足式（519）的要求，一个有效措施是在屋架或大梁下设置刚性垫块，增大砌体的局部受压面积。垫块可以预制，也可以与梁浇成整体（图517）。若墙中设有圈梁，垫块宜与圈梁浇成整体。若梁支承于独立砖柱上，则不论梁跨大小均须设置垫块。第83页/共103页图517 与梁浇成整体的刚性垫块第84页/共103页图518 壁柱上设有垫块时梁端局部受压 构造要求：刚性垫块的高度tb不宜小于180mm，挑出梁边的长度不宜大于垫块高度tb；在带壁柱墙的壁柱内设置刚性垫块时（图5-18），垫块伸入翼墙内的长度不应小于120mm；当现浇垫块与

17、梁端整体现浇时，垫块可在梁高范围内设置。第85页/共103页计算刚性垫块下的砌体局部受压承载力时，应考虑荷载偏心距的影响但不必考虑纵向弯曲；应考虑局部抗压强度的提高但不必考虑有效支承长度。计算公式如下（有垫块时不考虑内拱卸荷）：（主要是按受压截面计算，兼考虑局压的有利影响。）N0 Nl 1f Ab （5-22）式中 N0 垫块面积Ab内上部轴向力设计值，N0=0Ab；垫块上N0及Nl合力的影响系数（即偏心影响系数），应取3.0时的值（表5-35-5）；1 垫块外砌体面积的有利影响系数，1应取为0.8，但不小于1.0。为砌体局部抗压强度提高系数，按式（5-17）并以A b替代Al计算；Ab 垫块

18、面积，Ab=ab bb；在带壁柱墙的壁柱上设置刚性垫块时，计算面积A0应取壁柱面积，不应计入墙体翼缘面积（图5-18）；第86页/共103页确定支座压力Nl合力点的位置时，应按下式计算刚性垫块上表面梁端有效长度a0：（5-23）式中，系数1可按表5-66取用,表中其间的数值可采用插入法求得。Nl合力点的位置按图5-19取用。（1均小于10，说明有垫块时的有效支承长度比无垫块时小。）第87页/共103页图5-19 垫块上N l合力点的位置第88页/共103页五.梁下设置垫梁的砌体局部受压为了扩散梁端的集中力，有时采用钢筋混凝土垫梁代替垫块，也可以利用圈梁作为垫梁。垫梁可视为弹性地基上的无限长梁，

19、墙体即为弹性地基。垫梁能把集中荷载分布于砌体较大范围，砌体中的应力分布如图5-20。为便于计算可近似视为三角形分布，分布长度S=h0。h0为垫梁的折算高度。根据力的平衡条件和试验结果，梁下设有长度大于h0的垫梁下的砌体局部受压承载力应按下列公式计算：第89页/共103页图520 垫梁下的砌体局部受压第90页/共103页第91页/共103页第三节轴心受拉、受弯和受剪构件第92页/共103页一.轴心受拉构件第93页/共103页第94页/共103页第95页/共103页二.受弯构件第96页/共103页房屋中的砖砌过梁、挡土墙等是受弯构件。在弯矩作用下砌体可能沿齿缝或沿砖和竖向灰缝截面、沿通缝截面因弯曲受拉破坏（图525）。此外，支座处的剪力较大时，可能发生受剪破坏。所以对受弯构件应进行受弯承载力和受剪承载力计算。第97页/共103页第98页/共103页第99页/共103页三.受剪构件第100页/共103页图526无拉杆拱的支座截面在拱的推力作用下承受剪力，同时上部墙体对支座水平截面产生垂直压力。试验研究表明，当构件水平截面上作用有压应力时，由于灰缝粘接强度和摩擦力的共同作用，砌体抗剪承载力有明显的提高，因此计算时应考虑剪、压的复合作用。第101页/共103页第102页/共103页感谢您的观看。第103页/共103页