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1、砌体结构设计,15.1 概述,15.1.1 概念 由 块体 (砖、石材、砌块)和 砂浆 砌筑而成的墙、 柱作为建筑物主要 受力构件 的结构称为砌体结构,赵州桥,万里长城,大、小雁塔,15.1.2 砌体结构的主要优、缺点,主要优点,（1）取材方便，造价低廉 （2）具有良好的耐火性及耐久性 （3）具有良好的保温、隔热、隔音性能，节能效果好 （4）施工简单，不需要特殊设备,主要缺点,自重大，强度低，整体性差，砌筑劳动强度大 普通实心粘土砖会毁可耕地(武汉市2003年7月1日起禁止使用，称为“禁实”),15.1.3 砌体结构的历史和发展趋势,发展历史 粘土做成版筑墙：商代（公元前1783年前1135年
2、） 烧制瓦：西周(前1134前771) 空心砖：西汉（公元前206年公元8年） 实心砖：东晋（公元317 419年） 秦代（公元前221-207年） “铅砖” 统一粘土砖规格:1952年 配筋砌体的应用：20世纪60年代 轻质、高强块材的应用：20世纪80年代 设计理论：弹性方法内力计算、概率极限状态设计 现行规范GB50003-2011,15.1.3 砌体结构的现状和发展趋势,发展趋势 发展轻质高强的块材和高强度砂浆 利用工业废料，发展混凝土小型砌块 我国砌块结构的发展尚处在初级阶段，目前砌块生产能力虽然已达1.2亿m3，而年产量仅有4000多万m3，推广应用尚有许多工作要做，如扩大砌块结构
3、的应用范围，增加砌块的品种和功能，完善和建立砌块建筑结构的配套技术、标准等 采用大型墙板结构，部分代替作为内、外墙的砌体结构 配筋砌体结构的研究和应用,15.1.4 砌体结构的适用范围,砌体结构抗压承载力较高，它最适用于受压构件，如混合结构房屋中的竖向承重构件 砌体结构抗弯、抗拉性能较差，一般不宜作为受拉或受弯构件 （1）多层房屋（6层以下，无抗震设防要求？） 1897年美国建成第一幢砌块建筑。1952年建成26栋613层的美退伍军人医院 1966年在圣地亚哥建成的8层海纳雷旅馆(位于9度区)和洛杉矶19层公寓等 （2）小型工业厂房、烟囱、无防渗要求的容器 （3）小型桥梁（拱桥）、涵洞、挡土墙
4、、坝体,15.2 块体与砂浆的种类和强度等级,15.2.1 块体的种类和强度等级 块体的种类砖、砌块、石材 15.2.1.1 砖 （1）烧结砖烧结普通砖和烧结多孔砖（孔洞率大于25） 由粘土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经焙烧而成的砖 强度等级：MU30、MU25、MU20、MU15、MU10 注：粘土砖（限制使用，武汉市禁用）,标准规格,蒸 压 灰 砂 砖： 定义：蒸压灰砂砖是以石灰、砂为主要原料制成的建筑用砖头 生产方法：以砂（约90%）和石灰（约10%）主要材料，及一些配色原料，经过坯料制备、压制成型、蒸压养护三个阶段制成 分类：实心砖和空心砖,（2）蒸压砖,活性炭墙体 加气混凝土砌
5、块 陶粒砌块 小型混凝土空心砌块 纤维石膏板 新型隔墙板,规格：240mm x 115mm x 53mm，可以直接代替实心粘土砖，是国家大力发展、应用的新型墙体材料,定义：是指以粉煤灰、石灰或水泥为主要原料，掺加适量石膏和集料经混合料制备、压制成型、高压或常压养护或自然养护而成的砖。 分类：蒸压粉煤灰砖经高压蒸汽养护制成 蒸养粉煤灰砖在常压下蒸汽养护制成 尺寸：240mm x 115mm x 53mm，可以直接代替实心粘土砖 强度等级：MU25、MU20、MU15、MU10,蒸压粉煤灰砖：,（2）蒸压砖,由普通混凝土或轻质混凝土制成的空心块材（大、中和小型空心砌块）或实心砖 强度等级MU20、
6、MU15、MU10、MU7.5、MU5,混凝土小型空心砌块的主要尺寸390mmX190mmX190mm,15.2.1.2 砌块,15.2.1.3 石材 按加工程度分：细料石、半细料石、粗料石、毛料石、毛石 按重力密度分：重石（花岗岩、砂岩、石灰岩等）和轻石（凝灰岩、贝壳岩等）（ 强度等级MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、 MU30、MU20 ）,（1）砂浆的作用 填满块体间的空隙，使块体受力更均匀，并将单个块体凝结成整体承受荷载 （2）砂浆的种类 水泥砂浆(水泥：水)（1:1、1:2、1:3、1:2.5) 混合砂浆(水泥：水：石灰)(水泥：水：粘土）（1:3:9、1:2:8)
7、 每立方用量：水泥190公斤、 沙子1450公斤、 石灰160公斤 非水泥砂浆(石灰砂浆、粘土砂浆等) （3）砂浆的设计要求 足够的强度 良好的可塑性。便于砌筑，使灰缝平整、密实，提高工效，保证砌筑质量 适当的保水性。以保证砂浆硬化所需的水分 （4）砂浆的强度等级 根据28天的砂浆立方块70.7抗压强度确定，分为M15、M10、M7.5、M5和M2.5,15.2.2 砂浆的种类和强度等级,5层及5层以上房屋的墙体，以及受振动或层高大于6m的墙体、柱所用的材料最低强度等级应符合以下要求,（1）砖采用MU10 （2）砌块采用MU7.5 （3）石材采用MU30 （4）砂浆采用M5,地面以下或防潮层以
8、下的砌体、潮湿房间的墙所用材料的最低强度等于应满足以下要求,15.2.3 块材和砂浆的选择,15.2.4 砌体的种类,15.2.4.1 无筋砌体,砖砌体,砌块砌体：墙体改革中的一项重要措施,实心砖砌体 空心砖砌体,石砌体,15.2.4.2 配筋砌体,（1）配筋砖砌体,（2）配筋砌块砌体,15.2.4.2 配筋砌体,15.3 砌体结构设计方法与砌体强度设计值,（1）结构功能的极限状态 按承载能力极限状态设计，由构造措施保证正常使用极限状态 （2）承载能力极限状态设计表达式,15.3.1 砌体结构按近似概率理论的极限状态设计方法,（3）整体稳定性验算,结构构件抗力模型不定性系数。对静力设计，设计使
9、用年限 为50a、100a时，取1.0、1.1,15.3.2 砌体的强度设计值,15.3.2.1 砌体的抗压强度设计值 见砌体结构设计规范（GB500032011）表3.2.1-17,15.3.2.2 砌体的轴心抗拉强度、弯曲抗拉强度和抗剪强度设计值 均取决于灰缝强度（沿砌体灰缝截面破坏） 见砌体规范表3.2.2,15.3.2.3 在特殊情况下各类砌体强度设计值的调整系数,见砌体规范第3.2.3条,砌体抗压强度平均值：,砌体抗压强度标准值：,砌体抗压强度设计值：,15.3.3 砌体的受压性能,15.3.3.1 砌体受压的全过程与特点,受压砌体试验现象,砌体受压破坏形态,在压力作用下，块体在砌体
10、中承受弯剪作用，致使其受拉或受剪破坏。受力机理？,15.3.3.2 砌体受压时块体的受力机理,？,（1）块体处于压、弯、剪的复杂受力状态,15.3.3.3 砌体受压时块体的受力机理,砂浆较大的横向变形趋势使砖横向受拉 砖较小的横向变形能力使砂浆横向受压（或横向受到约束） 处于三向受压状态，其强度有所提高 这种现象称为“相互作用”，在其影响下，砖内出现附加拉应 力，砌体强度小于块体强度,（2）砌体横向变形时砖和砂浆的相互作用,（2）砌体横向变形时砖和砂浆的相互作用,15.3.3.3 砌体受压时块体的受力机理,在竖向压力作用下，砖和砂浆将产生变形,15.3.3.3 砌体受压时块体的受力机理,砖内受
11、弯、受剪应力大小与砖表面平整与否、水平灰缝 厚度及密实性等有关，每块砖可视为弹性地基上梁（板？）,（3）弹性地基梁的作用,（4）竖向灰缝处应力集中,块体间竖向灰缝不可能填满，使块体间竖向灰缝处应力集中，砖受拉、受剪,15.3.3.4 影响砖砌体抗压强度的因素,（1）块体的种类、强度等级和形状 单块砖主要承受压应力 砌体中的砖还承受弯剪应力，抗压强度未被充分利用 在选择砖的等级时既要考虑其抗压强度也要考虑抗弯强度 采用形状相同和强度相同的砖 （2）砂浆的强度等级、种类 砂浆强度高，则砌体抗压强度高 弹塑性性质：砂浆强度低时横向变形率增大，使砌体强度降低 铺砌时的流动性：流动性大有利于砌体密实性，
12、一般采用混合砂浆 （3）砌筑质量 标志之一是水平灰缝，要求水平灰缝的饱满程度大于80%，灰缝厚度要求为11.2厘米 块体要求湿水,15.3.3.5 砌体抗压强度平均值,（1）砌体平均抗压强度,（2）公式特点 砌体强度与砌块和砂浆强度有关；公式形式适合各类砌块构成的砌体；反映了不同砌块对砌体强度的影响；考虑了低强度砂浆对砌体强度的影响；接近国际标准,15.3.4.1 砌体的轴心受拉性能,15.3.4 砌体的轴心抗拉、抗弯和抗剪性能,（1）砌体轴心受拉破坏形态,砌体抗压强度主要取决于块体的强度，而砌体受拉、授弯和受剪破坏取决于灰缝强度，即砂浆和块体的粘接强度,（2）砂浆和块体的粘接强度,竖向灰缝由
13、于砂浆没有填满，加上砂浆硬化时的收缩大大削弱了粘结强度，因此竖向灰缝的粘结强度不考虑。 水平灰缝中，砂浆硬化收缩时，砌体下沉，增大了上下块体的摩擦力，粘结强度提高，因此应考虑水平灰缝的粘结强度,15.3.4.2 砌体的弯曲抗拉强度,15.3.4.3 砌体的抗剪强度,说明：对砌体轴心抗拉强度只考虑沿齿缝截面破坏的情况， 并只计及水平灰缝的粘结强度,15.3.4.3 砌体抗拉、抗弯和抗剪强度计算公式,15.4.1无筋砌体构件的受压承载力,15.4.1.1 偏心受压构件的破坏形态,15.4 砌体结构构件的承载力,特点： （1）偏心距不大时，全截面参加工作并受压 （2）偏心距较大时，截面大部分受压，小
14、部分沿通缝受拉 （3）随轴向力增大，构件产生纵向裂缝，直至破坏(失稳) 15.4.1.2 影响因素 （1）偏心距的大小 （2）构件的长细比(高厚比) （3）偏心距与长细比的相对关系,15.4.1 无筋砌体构件的受压承载力,Y为截面重心至轴向力所在偏心方向截面边缘距离,无筋砌体适用范围：墙、柱等，偏心距满足以下条件,计算公式,例题,解：,确定砌体抗压强度设计值,计算构件的承载力影响系数,验算砖柱承载力,砖柱截面为490mm370mm，采用粘土砖MU10，混合砂浆M5砌筑，柱计算高度H0=5m，承受轴心压力设计值为170kN(包括自重)，试验算柱底截面强度,15.4.2 无筋砌体局部受压承载力计算
15、,15.4.2.2 砌体局部均匀受压,（1）均匀局部受压特点,砌体结构常常处于局部受压 状态，如梁下砌体 由于套箍作用，砌体抗压强 度将有所提高，其幅度与受压 部位及直接受压面积大小有关,15.4.2.1砌体的局部受压特点,15.4.2.3 梁端局部受压,（2）计算公式,（1）梁有效支承长度a0,裂缝,局部受压面积与梁端 有效支承长度有关,局部受压面积上的荷载： 、,15.4.2.4 梁端下设刚性垫块,0.4a0,截面上的内力：,受压截面面积：Ab,计算公式：,与高厚比和偏心距e有关的影响系数,NL,15.4.2.4 梁端下设垫梁,当梁支承在钢筋混凝土垫梁上，如圈梁,小结,（1）提高墙体局部受
16、压的工程措施 抱壁柱 刚性垫块 柔性钢筋混凝土梁 钢筋混凝土柱 （2）局部受压的特点：由于套箍作用，局部受压 砌体强度有所提高,15.4.3 砌体轴心受拉、受弯和受剪承载力计算,15.4.3.1 轴心受拉构件 15.4.3.2 受弯构件 （1）受弯承载力： （2）受剪承载力： 15.4.3.3 受剪构件 沿通缝或阶梯形截面的受剪构件的承载力,15.4.4 配筋砌体构件,15.4.4.1 网状配筋砌体受压构件,15.4.4.2 组合砖砌体-组合砌体构件,15.4.4.3 组合砖砌体-组合墙,15.5 混合结构房屋的砌体结构设计,15.5.1 混合结构房屋的结构布置,15.5.2 混合结构房屋的静力计算方案,根据构件的实际工作情况，抓住最主要的影响 因素，忽略次要的影响因素，将具体的构件抽 象为力学分析和计算的简化图形 1个定
