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1、砌体结构 第1章 主讲教师 邓寿昌 绪 论,返回总目录,概 述 砌体结构的特点及应用范围 砌体结构的发展简史 砌体结构的发展现状 砌体结构的发展展望 本章小结 思考题与习题,本章内容,概 述,砌体结构: 由天然的或人工合成的石材、粘土、混凝土、工业废料等材料制成的块体和水泥、石灰膏等胶凝材料与砂、水拌和而成的砂浆砌筑而成的墙、柱等作为建筑物主要受力构件的结构。 由烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖作为块体与砂浆砌筑而成的结构称为砖砌体结构。,概 述,由天然毛石或经加工的料石与砂浆砌筑而成的结构称为石砌体结构。 由普通混凝土、轻骨料混凝土等材料制成的空心砌块作为块体与砂浆砌筑而成的
2、结构称为砌块砌体结构。 根据需要在砌体的适当部位配置水平钢筋、竖向钢筋或钢筋网作为建筑物主要受力构件的结构则总称为配筋砌体结构。砖砌体结构、石砌体结构和砌块砌体结构以及配筋砌体结构统称砌体结构。,砌体结构的特点及应用范围,砌体结构有着与其他结构迥然独到的特点。主要优点有： (1) 砌体结构所用的主要材料来源方便，易就地取材。天然石材易于开采加工；粘土、砂等几乎到处都有，且块材易于生产；利用工业固体废弃物生产的新型砌体材料既有利于节约天然资源，又有利于保护环境。 (2) 砌体结构造价低。不仅比钢结构节约钢材，较钢筋混凝土结构可以节约水泥和钢材，而且砌筑砌体时不需模板及特殊的技术设备，可以节约木材
3、。,砌体结构的特点及应用范围,(3) 砌体结构比钢结构甚至较钢筋混凝土结构有更好的耐火 性，且具有良好的保温、隔热性能，节能效果明显。 (4) 砌体结构施工操作简单快捷。一般新铺砌体上即可承受一定荷载，因而可以连续施工；在寒冷地区，必要时还可以用冻结法施工。 (5) 当采用砌块或大型板材作墙体时，可以减轻结构自重，加快施工进度，进行工业化生产和施工。采用配筋混凝土砌块的高层建筑较现浇钢筋混凝土高层建筑可节省模板，加快施工进度。,(6) 目前，随着高强度混凝土砌块等块体的开发和利用，专用砌筑砂浆和专用灌孔混凝土材料的配套使用以及对芯柱内放置钢筋的砌体受力性能的研究和理论分析，配筋砌块砌体剪力墙结
4、构由于其具有造价低、材料省、施工周期短，在等厚度墙体内可随平面和高度方向改变重量、刚度、配筋，砌块竖缝的存在一定程度上可以吸收能量，增加延性，有利于抗震，总体收缩量比混凝土小等优点，因此在地震区、高层民用建筑应用中取得了较大的进展。,砌体结构的特点及应用范围,砌体结构除上述优点外也存在下列一些点: (1)砌体结构的自重大。因为砖石砌体的抗弯、抗拉性能很差，强度较低，故必须采用较大截面尺寸的构件，致使其体积大，自重也大(在一般砖砌体结构居住建筑中，砖墙重约占建筑物总重的一半)，材料用量多，运输量也随之增加。因此，应加强轻质高强材料的研究，以减小截面尺寸并减轻自重。 (2)由于砌体结构工程多为小型
5、块材经人工砌筑而成，砌筑工作相当繁重(在一般砖砌体结构居住建筑中，砌砖用工量占1/4以上)。因此在砌筑时，应充分利用各种机具来搬运块材和砂浆，以减轻劳动量；但目前的砌筑操作基本上还是采用手工方式，因此必须进一步推广砌块和墙板等工业化施工方法，以逐步克服这一缺点。,砌体结构的特点及应用范围,砌体结构的特点及应用范围,(3) 现场的手工操作，不仅工期缓慢，而且施工质量得不到保 证。应十分注意在设计时提出对块材和砂浆的质量要求，在施工时对块材和砂浆等材料质量以及砌体的砌筑质量进行严格的检查。 (4) 砂浆和块材间的粘结力较弱，使无筋砌体的抗拉、抗弯及抗剪强度都很低，造成砌体抗震能力较差，有时需采用配
6、筋砌体。 (5) 采用烧结普通粘土砖建造砌体结构，不仅毁坏大量的农田，严重影响农业生产，而且对环境造成污染。所以，应加强采用工业废料和地方性材料代替粘土实心砖的研究，以解决上述矛盾。现在我国一些大城市已禁止使用实心粘土砖。,砌体结构迥异的特点，使得它具有广泛的应用范围。在我国大约90%的民用建筑采用砌体结构，在美国、英国、德国分别约为60%、70%、80%。目前，一般民用建筑中的基础、内外墙、柱和过梁等构件都可用砌体建造。由于砖砌体质量的提高和计算理论的进一步发展，国内住宅、办公楼等5层或6层的房屋，采用以砖砌体承重的砌体结构非常普遍，不少城市已建到7层或8层。重庆市20世纪70年代建成了高达
7、12层的以砌体承重的住宅。在国外有建成20层以上的砖墙承重房屋。在我国某些产石地区，建成不少以毛石或料石作承重墙的房屋。毛石砌体作承重墙的房屋高达6层。对中、小型单层厂房和多层轻工业厂房，以及影剧院、食堂、仓库等建筑，也较广泛地采用砌体作墙身或立柱的承重结构。在交通运输方面，砌体可用于建造桥梁、隧道、涵洞、挡土墙等。在水利建设方面，可以用石料砌筑坝、堰和渡槽等。此外砌体还用于建造各种构筑物，如烟囱、水池、管道支架、料仓等。,砌体结构的特点及应用范围,由于砌体结构所存在的缺点，因此限制了它在某些场合下的应用。为有效地提高砌体结构房屋的抗震性能，在地震设防区建造砌体结构房屋，除保证施工质量外，还需
8、采取适当的构造措施，如设置钢筋混凝土构造柱和圈梁。经震害调查和抗震研究表明，地震设防烈度在六度以下地区，一般的砌体结构房屋能经受地震的考验；如按抗震设计要求进行改进和处理，完全可在七度或八度设防区建造砌体结构房屋。电磁吸力与反力特性,砌体结构的特点及应用范围,砌体结构的发展简史,砌体结构在我国有着悠久的历史。在约6000年前，就已有木构架和木骨泥墙。公元前20世纪，有土夯实的城墙。公元前1783年公元前1122年，已逐渐开始采用粘土做成的版筑墙。公元前1388年公元前1122年，逐步采用晒干的土坯砌筑墙。公元前1134年至公元前771年已有烧制的瓦。公元前475年公元前221年已有烧制的大尺寸
9、空心砖。公元317年558年已有实心砖的使用。石料也由最初的装饰浮雕、台基和制作栏杆，到后来用于砌筑建筑物。 在国外，大约在8000年前已开始采用晒干的土坯。50006000年前左右经凿琢的天然石材已广泛使用；采用烧制的砖也有约3000年的历史。,砌体结构的发展简史,古代砌体结构的成就是辉煌的。享有悠久历史声誉的埃及胡夫金字塔(如图1.1所示) ，是现存世界最古老的石结构。系约公元前3000年埃及第三王朝第二个国王乔赛尔为自己所修建的陵墓，是一座用230余万块巨石砌垒起来的高146.6m的伟大建筑。,图1.1 金字塔,砌体结构的发展简史,从现存最古老的石建筑古希腊的巴特农神庙(The Part
10、heon，如图1.2所示)的构造中可以看出，它是先在地下深处设置用石灰岩块石做成的基础，在基础上砌3或4层大理石平台，在平台上用石块叠成长立柱，在柱顶安放石过梁、石腰带和飞檐，形成人字形屋顶图。立柱通常由几个像鼓一样的单元构件连接而成，它们用埋置在铅内的销钉对中，其间灌有砂浆。在将单元构件仔细连接后，才由熟练雕工雕刻成凹槽(如图1.3所示)。,图1.2 巴特农神庙,图1.3 巴特农神庙构造示意图,(a)柱身做法 (b)柱身单元构件间的连接 (c)石块间连接,砌体结构的发展简史,古罗马万神殿外观很平凡(The Pantheon，如图1.4所示)，内部装饰却金碧辉煌，十分豪华。圆顶外表原来是用青铜
11、饰面层覆盖的，至17世纪后改为铅饰面覆盖。万神殿的前厅与巴特农神殿相似，后面用砌体结构做成有圆屋顶的圆形祭祀殿堂。该圆球形顶部直径约43.6m，顶端为一8.2m直径的孔洞，洞口至地平面也为43.6m高，球面用方形的下厚上薄、下大上小的平顶砖镶板叠合砌成，并在木支架上成型。圆球形屋顶在自重作用下有向四周推出的外推力，因而，需要在圆周边上砌筑约6m厚的圆筒形墙体加以支承。虽然该圆筒形墙很厚，但是内部是空的，用双层筒拱将两侧边墙连接起来，形成一个刚度和强度都很大的圆桶。,图1.4 万神殿示意图,(a)外形概貌 (b)圆顶施工示意 (c)圆筒形外墙断面,砌体结构的发展简史,建成于公元537年的位于伊斯
12、坦布尔的索菲亚大教堂(Hagia Sophia，如图1.5所示)，是一座用砖砌球壳(直径约30 m，壳顶离地约50 m)、石砌半圆拱和巨型石柱组成的宏伟砖石建筑。它们至今仍完整地矗立在原址，供世人观赏。,(a)索非亚大教堂外观,(b)索非亚大教堂内部,(c)索非亚大教堂的结构体系,图1.5 索非亚大教堂,砌体结构的发展简史,巴黎圣母院(Notre Damede Paris，如图1.6所示)是世界著名歌德式教堂建筑，始建于1163年，约建成于1180年，建筑平面宽47m，深125m，可容纳万人。它是12世纪西方典型的有划时代创造性的砌体结构建筑。采用的是以柱墩骨架、券拱和飞扶壁等组成的砖石框架结
13、构，墙体不承重(如图1.7所示)。由于在始建时就决定它的中厅(也称中殿)要比同期其他教堂的中厅高1/41/3的高度，使得中厅两侧的墙体要承受更大的风力；为了迎接这个挑战，建造者开发设计了飞扶壁的结构做法。飞扶壁是外墙外侧的既高又薄的扶壁，顶部呈弧形拱状，它越过侧廊屋顶，抵住中厅骨架拱脚，可以承受通过四方肋形穹顶砖券拱传来的外推力以及施加于中厅侧墙的风力；同时，它还能解脱两侧墙体的承重功能，使墙上可以开设各种形状的大玻璃窗。飞扶壁不仅受力合理，而且建筑造型美观，又有利于室内采光，在结构上是一个了不起的创造。在巴黎圣母院建成后，很快它就被后来建造的歌德式教堂所仿造，在西方曾风靡一时。,砌体结构的发
14、展简史,图1.6 巴黎圣母院,图1.7 巴黎圣母院结构特征,砌体结构的发展简史,中国是砌体大国，在历史上有举世闻名的万里长城(如图1.8所示)，它是两千多万年前用“秦砖汉瓦”建造的世界上最伟大的砌体工程之一；有在春秋战国时期就已兴修水利，如今仍然起灌溉作用的秦代李冰父子修建的都江堰水利工程(如图1.9所示)；有在1400年前由料石修建的现存河北赵县的安济桥(如图1.10所示)，这是世界上最早的单孔敞肩式石拱桥，净跨为37.02m，宽约9m，为拱上开洞，既可节约石材，且可减轻洪水期的水压力，它无论在材料使用、结构受力、艺术造型和经济上，都达到了相当高的成就，该桥已被美国土木工程学会选入世界第12
15、个土木工程里程碑。几种:,图1.8 万里长城,图1.9 都江堰,图1.10 安济桥,砌体结构的发展简史,明代建造的南京灵谷寺无梁殿以砖拱券为主体结构，室内空间为一大型砖拱，总长53.5m，总宽37.35m，纵横两个方向均为砖砌穹拱，无一根梁(如图1.11所示)。中列最大跨度11.25m，净高11.4m；前后列跨度5m，净高7.4m；与列正交的小洞跨度3.85m，净高5.9m；外部出檐、斗拱、檩、枋等均以砖石仿造木构件制作。,图1.11 灵谷寺无梁殿,砌体结构的发展简史,河北定县开元寺塔(又称料敌塔，如图1.12所示)于公元1055年建成，是当时世界上最高的砌体结构。它高84.2m，共11层，平
16、面为八边形，底部边长9.8m，采用砖砌双层筒体结构体系。,图1.12 开元寺塔,砌体结构的发展简史,20世纪以前，世界上最高的砌体结构办公用楼房是1891年在美国芝加哥建成的莫纳德洛克大楼(Monadnock Building，如图1.13所示)，它长62m，宽21m，高16层。但由于当时的技术条件限制，其底层承重墙厚1.8m；瑞士在50年代后期用抗压强度达60MPa、孔洞率为28%的多孔砖建成19层和24层高的塔式住宅建筑，砖墙仅380mm厚。由此加强了各国对砌体结构材料的研究，使砌体结构在理论研究和设计方法上取得了众多成果，推动了砌体结构的发展。,图1.13 莫纳德洛克大楼,砌体结构的发展现状,从国外近些年来的发展情况看，由于高强
