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1、混凝土结构与砌体结构设计第5章 砌体结构第一讲中南大学土木工程学院建筑工程系,5 砌体结构,5.1 概述 5.2 块体、砂浆、砌体物理力学性能 5.3 砌体结构的基本设计原则 5.4 砌体构件承载力计算 5.5 混合结构房屋墙、柱设计 5.6 过梁、挑梁和墙梁的设计,5 砌体结构,主要内容：,块体、砂浆、砌体的力学性能 砌体构件的承载力计算 混合结构房屋墙、柱设计 过梁、挑梁和墙梁的设计,重点与难点：,砌体结构偏心受压、局部受压构件的承载力计算 砌体结构房屋的静力计算方案,5 砌体结构,学时分配：,5.1 概述,5.1.1 砌体结构的定义 5.1.2 优缺点及其应用范围 5.1.3 发展趋势与
2、最新进展,5.1.1 砌体结构的定义,5.1.1 砌体结构的定义,万里长城(中国),万里长城,河北赵县安济桥(中国),河北赵县安济桥赵州桥,是指用各种块体（砖、石、砌块等）通过砂浆铺缝砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要受力构件的结构，其中块体过去长期采用砖石材料，又称为砖石结构。 古代的砌体结构主要用于城墙、拱桥、寺院和佛塔，如：,5.1.1 砌体结构的定义,河北定县料敌塔(中国),河北定县的料敌塔,南京灵谷寺无量殿后走廊,南京灵谷寺无量殿后走廊 (中国),埃及胡夫金字塔(古埃及),雅典巴特农神庙(古希腊),胡夫金字塔,雅典巴特农神庙,5.1.2 优缺点及其应用范围,(2) 缺点 强度低、自重大，
3、抗震性能差； 粘结力小，抗拉、抗弯和抗剪强度较低； 砌筑工作量大，施工进度慢； 与农争地，对环保节能不利。,5.1.2 优缺点及其应用范围 (1) 优点 来源广泛，易就地取材； 具有良好的耐久抗蚀、防火保温、隔声隔热性能，以及较好的大气稳定性，节能效果较好； 具有承重和围护双重功能，节约三材。,5.1.2 优缺点及其应用范围,(3) 应用范围 五层的办公楼、教学楼、试验楼，七层的住宅、旅馆、宿舍等，普遍采用砌体作为竖向承重结构； 框架结构外墙、隔墙，排架结构外墙等，也常采用砌体作为围护或承重结构； 高层配筋砌体结构房屋承重墙和抗震剪力墙等。 其它：如围墙、烟囱、料斗、筒仓、地沟、管道支架和抗渗
4、要求不高的水池等。,混合结构： 砌体结构一般不宜作为受拉或受弯构件，其房屋楼(屋)盖结构，通常采用钢筋混凝土结构、钢结构或木结构，我们将由砌体和其它材料组成的结构称为混合结构。,5.1.2 优缺点及其应用范围,19世纪中叶至解放前，采用容许应力法 认为砌体结构是理想弹性材料，安全系数K凭经验确定，无明确的可靠度概念，结构静力分析缺乏理论依据。 20世纪50年代，采用原苏联55规范砖石及钢筋砖石结构设计标准和技术规范(HNTY120-55) 首次提出极限状态设计方法(包括承载能力、正常使用极限状态)，开始引入数理统计和概率取值方法(但更多的还是凭经验)，采用三个系数考虑荷载、材料、工作条件对承载
5、力的影响，属半经验半概率极限状态设计方法。 20世纪70年代，我国颁布第一本自主编制砌体规范砖石结构设计规范(GBJ3-73) 采用已综合考虑荷载、砌体强度、工作条件等因素的单一安全系数对承载力的影响，亦属半经验半概率极限状态设计方法，但同样未考虑结构可靠度与安全系数中间的差异。,(4) 我国砌体设计规范编制历程,5.1.2 优缺点及其应用范围,20世纪80年代开始，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，对砌体规范先后进行了三次修订，即 砌体结构设计规范(GBJ 3-88) 砌体结构设计规范(GB 50003-2001) 砌体结构设计规范(GB 50003-2011),(4) 我国砌体设计规
6、范编制历程,在修订过程中，不再将设计参数看成定值而看成随机变量，运用数理统计和概率论方法对结构可靠度进行科学分析，找出各项影响参数与结构可靠度指标之间的对应关系， 属(近似)概率极限状态设计方法。,5.1.3 发展趋势与最新进展,5.1.3 发展趋势与最新进展,(1) 大力开发高强轻质砌体材料及高性能砂浆 国外：抗压强度一般30140MPa，最高达230MPa以上、空心砖孔洞 率达40%，容重最轻可达0.6kN/m3。 我国：抗压强度一般为7.5-30MPa，承重空心砖的孔隙率25%，和 发达国家相比，强度低、耐久性差。 通过不断的研究和改进，目前我国： 开发出20-100MPa的烧结页岩砖；
7、 研制出M15M30的高性能砂浆； 大力推广干拌砂浆及商品砂浆应用，如： 上海于2004年就发布了关于发布干粉砂浆强度等级配合比的通知； 建设部于2008年颁布了商品砂浆(JG/T230-2007)标准。,5.1.3 发展趋势与最新进展,(2) 利用工业废料发展新型节能环保块体材料 加大限制高能耗、高资源消耗、高污染低效益等产品的生产力度。 鼓励利用工业废料，发展新型块体材料，如钢渣砖、粉煤灰砖、炉渣 砖及其空心砌块等，达到节能环保的目的。,(3) 继续推进大型轻质墙板的开发与应用,废渣轻型砼墙板：以粉煤灰代替部分水泥，陶粒、矿渣或炉渣等为骨 料，加入玻璃纤维或其它纤维，可作隔墙墙板。,GRC
8、轻质平板：用抗碱玻璃纤维与低碱度水泥制成，具有自重轻、防 火、防水、施工安装容易等特点，可作为隔墙墙板或 外墙内保温面板。 蒸压纤维水泥板：如高性能砼砌块、蒸压纤维增强粉煤灰墙板等，具 有容重低、导热系数小、可加工性强等特点，目前 全国产量已超过700万m2。,5.1.3 发展趋势与最新进展,(4) 加速配筋砌体结构的研究与应用,包括：网状配筋砌体、砖砌体和钢筋砼(或钢筋砂浆)面层组合砌体、砖砌体和钢筋砼构造柱组合墙砌体、配筋砌块砌体等，具有耐火抗震、节省钢材、降低造价、吸声隔热性能好和施工速度快等优点，在中高层砌体建筑中应用越来越广泛。,株洲国脉家园高层住宅楼,北 湖 滨 大 道3660 大
9、 楼,盘锦15层住宅楼,5.1.3 发展趋势与最新进展,(5) 大力推进预应力砌体结构的理论研究与工程应用,在墙体或构造柱中设置预应力钢筋，通过圈梁和弹性地基梁对其施加预应力，提高砌体结构极限承载能力和变形能力，增强其抗震性能。 是现代砌体结构走向高层和抗震发展方向的一 种新的结构形式。 在设计理论方面，国内规范几乎空白，国外仅 在砌体结构设计和施工的国际建议(CIB58) 中有简单的条文。 目前研究重点： 砌体中的徐变以及预应力损失值的计算； 预应力砌体抗拉、 抗弯、 抗压强度的计算方法； 预应力施加工艺、钢筋接头、 锚固、 锈蚀保护等问题的研究； 预应力砌体多高层建筑抗震设计理论和方法研究
10、。,5.1.3 发展趋势与最新进展,20世纪70年代： 砌体结构振动台试验、数值分析及非线性分析。 20世纪80年代： 砌体结构可靠度、多层砖砌体结构地震反应分析方法。 20世纪90年代： 高层配筋砌体地震反应全程分析、砌体隔震技术等。 目前： 预应力砌体结构、新型节能环保墙体材料结构、砌体结构测试技术和数据处理、耐久性以及修复补强技术等方面的理论研究与完善。,(6) 进一步深入开展砌体结构的理论研究,5.2 块体、砂浆、砌体物理力学性能,5.2.1 块体 5.2.2 砂浆 5.2.3 砌体 5.2.4 砌体弹性模量 、剪变模量,5.2.1 块体,5.2.1 块体 包括砖、石和砌块，是砌体的主
11、要组成部分，占砌体总体积的78以上。,承重结构块体强度等级(GB50003-2011）： 烧结普通砖/烧结多孔砖：MU30、MU25、MU20、MU15 、MU10 蒸压灰砂普通砖、蒸压粉煤灰普通砖：MU25、MU20、MU15 砼普通砖、砼多孔砖： MU30、MU25、MU20、MU15（增加） 砼砌块、轻集料砼砌块：MU20、 MU15、MU10、MU7.5、MU5 石材：MU100、 MU80、 MU60、 MU50、 MU40、 MU30、 MU20,5.2.1 块体,5.2.1 块体 包括砖、石和砌块，是砌体的主要组成部分，占砌体总体积的78以上。,非(自)承重结构块体强度等级(GB
12、50003-2011增加）： 空心砖：MU10、MU7.5、MU5、MU3.5 轻集料混凝土砌块：MU10、 MU7.5、MU5、MU3.5,轻集料混凝土砌块：包括煤矸石砼砌块和孔洞率35%的 火山渣、浮石和陶粒砼砌块。 MUMasonry Unit 砌体结构中的块体,5.2.1 块体,(1) 砖, 烧结普通砖 以粘土、页岩、煤矸石及粉煤灰等为主要原料经高温焙烧而成(红砖)； 孔洞率15%，标准尺寸 24011553mm，比重 =16-18kN/m3； 经久耐用、保温隔热性能好、以前应用最为广泛，目前已限制使用。,5.2.1 块体, 烧结多孔砖,以煤矸石、页岩、粉煤灰或粘土为主要原料，经过焙烧
13、而成、孔洞率小于35%，主要应用于承重部位的砖； 与实心砖比，可节约粘土、砂浆，减轻自重，提高保温隔热性能。 强度等级与实心砖相同，是根据破坏压力折算到受压毛面积上的抗压强度来划分的，计算时不需再考虑孔洞率的影响。,5.2.1 块体, 烧结空心砖,以煤矸石、页岩、粉煤灰或粘土为主要原料，经过焙烧而成、孔洞率不小于40%，因截面削弱过多，只适用于隔墙和填充墙等非承重部位。,5.2.1 块体,以硅质材料和石灰为主要原料压制成坯并经高压釜蒸汽养护而成的实心砖。 常用的有：蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖、炉渣砖、矿渣砖等。其规格尺寸与实心粘土砖相同。 不宜用于砌筑壁炉、烟囱等承受高温之类的砌体。, 非烧结硅
14、酸盐砖,5.2.1 块体,蒸压粉煤灰砖,(b) 蒸压粉煤灰砖 粉煤灰为主要原料，掺入一定的石灰或石膏、炉(矿)渣骨料，高压蒸汽养护而成，又称烟灰砖； 抗冻、防水以及长期强度稳定性不及粘土砖，可用于一般建筑。,蒸压灰砂砖,(a) 蒸压灰砂砖 石灰和石英砂为主要原料，高压蒸汽养护而成，一般为灰白色； 不能用于温度200，急冷急热或酸性介质侵蚀部位。,5.2.1 块体,炉渣砖,(c) 炉渣砖 以炉渣为主要原料，掺入一定的石灰或石膏，又称为煤渣砖； 耐热温度可达300，能基本满足一般建筑使用要求。,矿渣砖,(d) 矿渣砖 以未经水淬处理的高炉矿渣为主要原料，掺配一定的石灰、粉煤灰或炉渣，高压蒸汽养护而
15、成； 外表呈灰白色、光洁密实； 不宜做壁炉、烟囱等高温砌体。,5.2.1 块体,以水泥为胶凝材料、以砂、石为主要集料，加水搅拌、成型、养护的一种多孔的混凝土半盲孔砖或实心砖。 分为混凝土普通砖和混凝土多孔砖两种。 近几年来，在我国得到迅速推广应用。, 混凝土砖,5.2.1 块体,承重用的砌块主要包括普通混凝土空心砌块和轻集料混凝土砌块。 普通混凝土空心砌块又分为： 混凝土小型砌块(h390mm) 混凝土中型砌块(h390-940mm),(2) 砌块,5.2.1 块体,承重用的砌块主要包括普通混凝土空心砌块和轻集料混凝土砌块。,(2) 砌块,轻集料混凝土砌块：包括煤矸石砼砌块和孔洞率35%的 火山渣、浮石和陶粒砼砌块。,5.2.1 块体,(3) 石材,常用天然石材有花岗岩、砂岩和石灰石等，18kN/m3； 按外形规则程度有毛石和料石(细料石、半粗料石、粗料石和毛料石)之分。 抗压强度高、抗冻性强，但保温隔热效果较差。 常用于条基、挡土墙、护坡等的砌筑。,5.2.1 块体,足够强度，保证砌体结构安全，具有足够承载能力； 良好的耐久性，主要是抗冻性，能经受多次冻融循环的不利影响； 保温隔热。,(4) 块体设计要求,5.2.2 砂浆,组成材料：水泥、砂
