高等砌体结构20132讲课资料

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1、（28学时） 姜洪斌 哈尔滨工业大学,高等砌体结构 Higher Masonry Structure,参考教材,巴黎圣母院,万里长城,砌体结构应用实例,埃及金字塔,河北赵州桥,罗马角斗场,砌体结构应用实例,1-1 砌体结构的特点,由砖、石或各种砌块用砂浆砌筑而成的结构，称为砌体结构。,优点： （1）容易就地取材，造价低廉； （2）良好的耐火性和较好的耐久性； （3）受环境气候和施工条件的影响较小； （4）良好的隔声、隔热和保温性能； （5）采用配筋砌体可提高强度，改善延性和抗震性能。 缺点： （1）与钢和混凝土相比，砌体强度较低，结构自重大； （2）砌体的砌筑施工劳动量大； （3）砌体的抗拉和

2、抗剪强度较抗压强度更低，因此无筋砌体抗震性能较差； （4）粘土砖制造耗用粘土，影响农业生产，不利于环保。,第1章 绪 论,美国拉斯维加斯28 层旅馆（配筋混凝土砌块砌体）,国外砌块建筑应用实例的图片,1-2 国内外砌体结构发展现状,国外砌块建筑应用实例的图片,（2）发展高强、轻质、高性能的材料,1-3 砌体结构的主要发展方向,（1）使砌体结构适应可持续发展的要求,（3）采用新技术、新的结构体系和新的设计理论,发展非粘土砖和普通砖多孔化； 混凝土小型空心砌块的推广； 充分利用工业废料和地方材料（火山渣、陶粒、浮石、粉煤灰）。,采用高强、轻质砌块 ； 采用配套专用高强砌筑砂浆。,完善结构的破坏机理

3、和受力性能，建立更完整的砌体结构理论； 加强对配筋砌体结构体系的研究； 采用隔振技术减轻地震作用危害。,目 录,第2章 砌体材料及其力学性能,按 块 材,烧结普通砖（240*115*53mm)、烧结多孔砖、非烧结硅酸盐砖等。 强度等级：（MU30）,MU25,MU20,MU15, MU10,混凝土、轻骨料混凝土、粉煤灰小型空心砌块 强度等级：MU20,MU15,MU10, MU7.5,MU5.0,天然石材（毛石和料石）建筑物基础或挡土墙。 强度等级：MU100,MU80,MU60, MU50, MU40,MU30, MU20,2-1 块体,常用的几种烧结多孔砖 （a）KM1型 (b) KM1型

4、配砖 （c）KP1型 (d) KP2型 (e)(f) KP2型配砖,大孔空心砖,常用混凝土小型空心砌块,常用混凝土小型空心砌块,一、砂浆,砂浆：由胶凝材料（水泥、石灰、石膏、粘土）、砂子和水组成。,砂浆作用： （1）将单个的块体粘结成整体、促使构件应力分布均匀； （2）填实块体之间的缝隙，提高砌体的保温与隔热、防水、抗冻性能。,对砂浆的性能要求： （1） 强度；（2） 和易性 ；（3） 保水性。 强度等级： M15, M10, M7.5, M5.0, M2.5, M0,砂浆分类： （1）水泥砂浆；（2）混合砂浆；（3）非水泥砂浆（石灰、粘土砂浆）。,2-2 砂浆和灌孔混凝土,二、灌孔混凝土,灌

5、孔混凝土由水泥、砂子、碎石（豆石）、水以及根据需要加入的掺合料和外加剂等按一定比例配制机械搅拌而成，碎石直径一般不大于10mm。灌孔混凝土应具有较大流动性，其坍落度应控制在200mm250mm左右。灌孔混凝土的强度等级用“Cb”表示。,配筋混凝土砌块砌体,配筋砖结构,无筋砌体结构,配 筋 方 式,砖砌体、砌块砌体和石砌体。一般配筋率0.07%抗震不利，用于少层或多层建筑。,横向配筋砖砌体，组合砖砌体,在砌筑中，上下孔洞对齐，在竖向孔中配置钢筋、在横肋凹槽中配置水平钢筋并浇注灌孔混凝土或在水平灰缝配置水平钢筋 。,2-3 砌体的分类和应用,预应力砌体结构,在砌体构件或结构的某些部位配置一定的预应

6、力钢筋，通过张拉预应力钢筋使砌体获得预应力。,（a）料石砌体 （b）毛石砌体 （c）毛石混凝土砌体,砖的砌筑方式,石砌体的几种类型,砌体结构中的几种配筋方式：,钢筋连接的空腔墙,或90砌块面层,一、 砌体受压试验研究,(a)出现单砖裂缝 (b)形成贯通竖向裂缝 (c)极限状态,1）单块块材先开裂； 2）砌体的抗压强度总是低于所用块材的抗压强度,2-4 砌体的受压性能,二、单砖在砌体中的受力状态分析,在均匀压力作用下，砌体内的块材并非均匀受压，处于弯曲、剪切的共同作用。,E砂浆E块材,块体与砂浆的强度等级；,三、影响砌体抗压强度的因素,块体的尺寸与形状及其表面的规则与平整程度；,施工砌筑质量。,

7、砂浆的流动性、保水性及变形性能（弹性模量）的影响；,砌筑质量与灰缝厚度（水平灰缝饱满度80，厚度812mm)砂浆的变形性能；,fm 砌体轴心抗压强度平均值； f1 、f2 块材和砂浆抗压强度平均值； k1 与块材类别和砌筑方法有关的系数； k2 砂浆强度影响的修正系数； a 与块材高度有关的系数；,四、各类砌体抗压强度平均值,轴心抗压强度平均值fm(N/mm2)中各种系数,注：1. k2在表列条件以外时均等于1。 2混凝土小型空心砌块体的轴心抗压强度平均值，当f210N/mm2时，应乘系数 1.10.01f2，MU20的砌体应乘系数0.95，且满足f1f2，f120N/mm2。,2-5 砌体抗

8、拉、抗弯、抗剪性能,受拉构件的三种破坏情况,砌体受拉、受弯、受剪强度取决于砂浆与块体的粘结强度,砌体的粘结强度 水平灰缝的粘结强度：切向粘结强度和法向粘结强度 竖向灰缝的粘结强度：强度较弱，设计中不予考虑。,一、砌体的抗拉性能轴心受拉 沿齿缝截面破坏； 沿块体与竖向灰缝截面破坏当限制了低强度块材的使用，该破坏可避免； 沿通缝的破坏法向粘结力不宜保证，实际工程不允许应用。,二、砌体的抗弯性能 沿齿缝截面破坏 (a) 沿块体与竖向灰缝截面破坏(b)，当限制了低强度块材的使用，该破坏可避免； 沿通缝截面破坏(c),三、砌体的抗剪性能 沿通缝截面破坏 沿齿缝截面或阶梯形截面破坏 试验表明：一般情况下，

9、不同形式的受剪破坏，其抗剪强度基本一样。,(a) 沿水平灰缝破坏 (b) 沿齿缝破坏 (c) 沿阶梯形缝破坏,砌体受剪破坏特征,规范对于各类砌体的拉、弯、剪强度平均值采用统一的计算模式,2-6 砌体的变形性能,一、砌体的弹性模量 砌体受压时应力-应变呈曲线关系，材料明显呈弹塑性，其应力-应变关系可近似按对数规律采用：,工程上实际应用时取 =0.43fm时的变形模量作为砌体的弹性模量，这样规定是为了比较符合砌体在使用受力状态下的工作性能 。 砌体的弹性模量受砂浆影响大,二、砌体的剪切变形模量,砌体的泊松比： 砖砌体取=0.15；砌块砌体=0.3 剪变模量： G=0.4E, 与砂浆强度和块材品种有

10、关的系数,砌体的弹性模量（N/mm2）,三、砌体的线膨胀系数和收缩率,温度变化引起砌体的热胀冷缩，当这种变形受到约束时，砌体会产生附加内力和附加变形及裂缝。当需要计算这种附加内力和变形裂缝时，线膨胀系数是重要的参数。 砌体中含水率降低时，会产生较大的干缩变形，当这种变形受到约束时，砌体会产生干燥收缩裂缝。,目 录,第3章 砌体结构的强度计算指标,砌体结构设计规范(GB500032001)采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用可靠指标度量结构的可靠度，用分项系数设计表达式进行设计。 对一般的砌体结构属于脆性破坏，当其安全等级为二级时，允许可靠度指标=3.7。,砌体结构针对砌体结构自重较大的特

11、点，增加了以自重为主的荷载效应组合计算公式:,3-1 砌体结构的可靠度,一、荷载效应组合模式,由可变荷载控制的组合：可变荷载主要是楼面（屋面）活荷一项； 由永久荷载控制的组合：组合系数为0.7，则 1.4*0.7=0.98，可简化为1.0。,二、其它几项可靠度因素的调整,1、住宅楼面活荷由1.5kN/m2调整为2.0kN/m2 ; 2、结构可靠度与施工质量相联系：施工质量控制等级B级时 f=1.6，施工质量控制等级C级时, f=1.8； 3、风荷载由30年一遇，改为50年一遇； 4、偏压构件偏心距限值由0.7y调整为不应超过0.6y（y为截面重心到受压边缘的距离） ； 5、取消较低的材料强度等

12、级，砖的最低强度等级为MU10；砌块为MU5；砂浆为M2.5； 6、材料分项系数由 f= 1.5调整为1.6,新规范的设计可靠度指标以住宅为例，其可靠度水平比88规范提高16。,注意：规范中规定各类砌体强度设计值在一些情况下需要乘以调整系数,砌体强度设计值调整系数,3-2 砌体抗压强度设计值,砌体抗压强度平均值与设计值的关系：,取砌体抗压强度变异系数为0.17 （毛石除外）,砌体材料的分项系数1.6 （施工质量为B级时）,为便于设计，根据块体和砂浆强度等级可直接查表获得砌体的抗压强度设计值 。,对各类砌体拉、弯、剪强度的变异系数为0.2（毛石砌体为0.26) 。,3-3 砌体的轴心抗拉、弯曲抗

13、拉及抗剪强度设计值,灌孔砌块砌体的抗压强度,灌孔砌块砌体的抗剪强度,灌孔砌块砌体的弹性模量,灌孔混凝土Cb，具有较大的流动性，其坍落度在200250mm。 砌筑砂浆Mb;,3-4 灌孔砌块砌体的抗压强度和抗剪强度设计值,目 录,4-1 受压构件承载力计算,一、 偏心受压短柱(3),矩形截面,第4章 无筋砌体受压构件承载力计算,砌体偏心受压构件的1与e/i关系曲线,高后比3，构件的纵向弯曲对承载力影响很小，可忽略。,砌体短柱受压时应力的变化,二、 偏心受压长柱,当构件的高后比3时，纵向弯曲的影响已不可忽视，需考虑其对承载力的影响；,采用了附加偏心距法，即增加由纵向弯曲产生的附加偏心距ei,由边界

14、条件确定附加偏心矩ei ，即,为轴心受压构件的纵向弯曲系数, 为与砂浆强度等级有关的系数：当砂浆强度等级M5时， =0.0015； 为M2.5时， =0.002；当砂浆强度为零时， =0.009。 构件的高厚比，,为轴心受压构件的纵向弯曲系数,矩形截面,随着试件高厚比的增大，轴心受压砌体构件的纵向弯曲现象显著，同时块材与砂浆等因素也对纵向弯曲程度产生影响。,受压构件的高厚比： 指构件的计算高度H0与截面在偏心方向的截面高度h的比值：,受压构件的计算高度H0,高厚比和偏心矩e对受压构件承载力的影响系数；,计算相当麻烦，因此也可直接查附表,为了反映不同砌体类型受压性能的差异，计算影响系数时，应先对

15、构件高厚比乘以修正系数,y截面重心到轴力所在偏心方向截面边缘的距离,偏心受压构件的偏心距过大，构件的承载力下降明显; 偏心距过大可能使截面受拉边出现较大的水平裂缝。,矩形截面 T形截面,4-2 砌体局部受压计算,砌体结构常与钢筋混凝土结构、钢结构组成混合结构，会出现大梁、屋架等的支反力作用在砌体墙、柱截面中的局部面积上局压。 局部面积上的压力加大，可能成为整个结构中的薄弱环节。,局压特点：压应力不断扩散； 直接受压的局部范围内，砌体抗压强度比均匀受压时有所提高,局部受压平面位置,应力分布,一、砌体局部面积上均匀受压,Nl局部受压面积上的轴向力设计值； 砌体局部抗压强度提高系数；,A0 影响砌体局部抗压强度的计算面积； Al 砌体局部受压面积；,只要存在未直接受荷的面积就有力的扩散现象，也就能在不同程度上提高直接受荷部分的砌体强度套箍作用； 为避免发生脆性的劈裂破坏，应限制局部抗压强度提高系数的最大值。,对于未灌实的混凝土小型空心砌块砌体=1.0,影响局部抗压强度的计算面积和强度提高系数限值,局压面积,计算面积,二、梁端有效支承长度,作用在梁端砌体上的轴向力包括：梁端支承压力Nl和上部轴向力N0,梁端有效支承长度,Nl作用点距墙内表面0.4a0,上部荷载对局压影响,三、梁端砌体局部受压,当有上部荷载时（例如多层砖房楼盖梁支承处），梁端底面处不但有梁上传来局压荷载产生的局压应力，而且