砌体结构讲稿

1概述(一)砌体结构的范畴承重构件由各种块材和砂浆砌筑而成的结构，称为砌体结构。块材有天然的石材(料石和毛石)、人工制造的砖(烧结的黏土砖和硅酸盐砖、非烧结硅酸盐砖等)和中、小型砌块(混凝土砌块和粉煤灰砌块等)；砂浆有人工制造的砂浆(石灰砂浆、水泥砂浆和混合砂浆等)和天然的胶泥。随承重结构所用块材种类的不同又分别称为砖结构、石结构和砌块结构。砖、石砌体结构又称为砖石结构。因此，砌体结构的范畴是砖石结构和砌块结构。本章讨论的重点是砖石结构。(二)砌体结构的优缺点及应用范围1．砌体结构的主要优点(1)便于就地取材天然石材、黏土、砂等几乎各地都有，还可以利用工业废料，采用的砌体材料可因地置宜，来源方便，能节约钢、木、水泥三大建筑材料，也较经济。(2)技术性能好具有较好的化学稳定性和大气稳定性，在天然环境中不易蚀损，耐久性好；有很好的耐火性；有较好的保温、隔热性能。(3)施工简便砌筑时不需要模板和特殊的施工设备；可仅一个工种操作，工种配合简单；新砌筑的砌体即可承受一定荷载，天寒地冻时还可采用冻结法施工，因而可以连续施工。2．砌体结构的主要缺点(1)强度低、材料用量多、构件自重大；(2)砌筑劳动繁重；(3)砂浆和块材间的黏结力较弱，无筋砌体的抗拉、抗弯、抗剪强度很低，不宜用于承受较大弯矩和拉力的构件，抗震性能亦较差；(4)砖结构中黏土砖的用量很大，造砖与农业争地。3．砌体结构的应用范围砌体结构适用于以受压为主的结构：(1)民用建筑物中的墙体、柱、基础、地沟等；(2)中小型工业建筑物中的墙体、柱、基础，起重量不超过3吨、中轻级吊车的砖拱吊车梁等；工业构筑物中的烟囱、水池、水塔、中小型贮仓等；(3)交通工程中的拱桥、隧道、涵洞、挡土墙等；(4)水利工程中的石坝、渡槽、围堰等。(三)砌体结构的发展趋势1．大力发展轻质高强的各种实心砖、空心砖、砌块和高强度砂浆，提高砌体强度、减轻自重、提高砌筑效率、节约材料、减少运输量和降低工程造价。空心制品还具有较好的保温、隔热性能。2．大力发展各种工业废料制品和混凝土砌块，对于解决城市工业废料处理、治理环境极为有效，还可解决生产黏土砖与农业争地的问题。3．发展配筋砖砌体结构，采用与钢筋混凝土或钢筋砂浆组成的组合砖砌体结构、后张预应力配筋砌体结构等，增强砌体结构的抗震性能。4．积极采用各种砌块、墙板，如粉煤灰砌块、加气混凝土砌块、振动成型的砖墙板、加气混凝土墙板、夹心墙板、石膏墙板等，改变手工砌筑小块砖的落后状态，减轻体力劳动，保证施工质量，加快建设速度，提高建筑施工机械化和工业化水平。2砌体材料的类别、强度级别与选用(一)砖1．砖的品种(1)烧结普通砖它是以黏土为原料制坯干燥后烧制而成。标准尺寸为240mm×115mm×53mm，称为“标准砖”。它有手工制和机制砖两种。(2)非烧结硅酸盐砖它是以硅酸盐材料为原料制坯经高压蒸汽养护而成。常用的硅酸盐砖有：灰砂砖、粉煤灰砖、矿渣硅酸盐砖、煤矸石砖等，其尺寸与标准砖相同。硅酸盐砖的强度与烧结普通砖大致相同，但耐久性较差，不宜用于潮湿、高温及有酸性侵蚀的环境中。(3)黏土空心砖它是以黏土为原料，经成型、干燥和焙烧而成的，有贯穿孔洞，其孔洞率在15％以上。黏土空心砖的品种有承重空心砖、非承重空心砖、楼板空心砖等。空心砖具有保温、隔热性能好等优点，其缺点是砌筑较为麻烦、劳动强度较大等。2．砖的强度等级及变形性能(1)砖的强度等级砖的强度等级为MU30，MU25，MU20，MU15，MU10和MU7.5共六种。砖的强度等级按照标准试验方法根据其抗压强度、抗折强度的值而确定。(2)砖的变形性能烧结普通砖的应力应变关系曲线接近于一条斜直线，属脆性材料。它的弹性模量为(2～3)×103N/mm2，泊松比在0.03～0.10之间。(二)石材1．石材的规格(1)料石细料石：通过细加工，外形规则，叠砌面凹入深度不应大于10mm，截面的宽度、高度不应小于200mm，且不应小于长度的1/4。半细料石：规格尺寸同上，但叠砌面凹入深度不应大于15mm。粗料石：规格尺寸同上，但叠砌面凹入深度不应大于20mm。毛料石：外形大致方正，一般不加工或仅稍加修整，高度不应小于200mm，叠砌面凹入深度不应大于25mm。(2)毛石：形状不规则，中部厚度不应小于200mm。2．石材的强度等级石材的强度等级为MUl00，MU80，MU60，MU50，MU40，MU30，MU20，MUl5和MUl0共九级。石材的强度等级是用边长为70mm的立方体试块的抗压强度来表示，抗压强度取三个试件破坏强度的平均值。(三)砌块1．砌块的划分(1)按尺寸：块体的高度为350mm及其以下者称为小型砌块，块体的高度为360～900mm之间者为中型砌块。(2)按材料：分为混凝土砌块、硅酸盐砌块、加气混凝土砌块等。(3)按抗渗程度：分为防水砌块和普通砌块。防水砌块用于清水外墙。此外，还有实心与空心、承重与非承重砌块等划分方法。但最主要的是按尺寸分为中、小型砌块，它是当前我国制定标准、规程等分类的依据。2．砌块的强度等级砌块的强度等级为：MUl5，MUl0，MU7.5，MU5和MU3.5共五个等级。砌块的强度等级由抗压强度确定，抗压强度应按照标准试验方法得到，砌块的强度等级根据五个砌块抗压强度的平均值来确定。(四)砂浆1．砂浆的种类(1)水泥砂浆由水泥与砂加水拌合而成，不加掺合料。具有硬化快、强度高、耐久性好，但和易性差的特点，适用于水中及潮湿环境中的砌体。(2)水泥混合砂浆加入塑性掺合料的水泥砂浆。如掺入石灰或黏土就是广为应用的水泥石灰砂浆和水泥黏土砂浆。这类水泥混合砂浆的和易性好，便于施工，容易保证质量。(3)非水泥砂浆在配合成分中不含水泥的砂浆，如石灰砂浆、石膏砂浆、黏土砂浆等。这种砂浆和易性好，但硬化慢、强度低、抗水性差，仅适用于地面以上一般建筑物的砌体。黏土砂浆仅适用于气候干燥地区的低层建筑。砂浆按其重度分为重砂浆(重力密度≥15kN/m3)和轻砂浆(重力密度15kN/m3)，承重砌体中采用的一般都是重砂浆。2．砂浆的强度等级及变形性能(1)砂浆的强度等级砂浆的强度等级分为：M15，M10，M7.5，M5，M2.5，M1和M0.4共七个等级。另外，当验算施工阶段砂浆尚未硬化的新砌砌体强度时，可按砂浆强度为0来确定。砂浆的强度等级是按标准试验方法，采用70.7mm×70.7mm×70.7mm砂浆立方体一组试块(每组试块为6块)养护28天后加压测得的抗压强度平均值。(2)砂浆的变形性能砂浆的应力应变关系曲线表明其塑性变形比砖大得多，砂浆的弹性模量随其强度等级的变化而有明显改变，砂浆强度等级愈高，变形愈小，弹性模量愈大。砂浆的泊松比约为0.16，大致是砖泊松比的1.5～5倍。砂浆还有流动性(稠度)、保水性等要求。水泥混合砂浆、非水泥砂浆的流动性及保水性，即和易性都比较好，砌筑质量好，因而可以使砌体得到较高的强度。(五)砌体材料的选用1．对于一般建筑，用于承重砌体的材料等级：砖MU5，MU7.5和MUl0；石材MUl5，MU20，MU30和MU40；砌块MU3.5，MU5，MU7.5和MUl0；砂浆M1，M2.5和M5，当荷载较大或重要构件时采用M7.5及M10。2．对于六层及六层以上房屋的外墙、潮湿房间的墙，以及受振动或层高大于6m的墙、柱，从耐久性要求出发，考虑到强度等级低的材料易腐蚀风化，《砌体规范》规定了材料最低强度等级：砖≥MU10；砌块≥MU5；石材≥MU20；砂浆≥M2.5。3．对于地面以下或防潮层以下的砌体，按其潮湿程度，《砌体规范》规定了所用材料的最低强度等级，如下表所示。地面以下或防潮层以下的砌体所用材料的最低强度等级表基土的潮湿程度黏土砖混凝土砌块石材混合砂浆水泥砂浆严寒地区一般地区稍潮湿的很潮湿的含水饱和的MUl0MUl5MU20MUl0MUl0MUl5MU5MU7.5MU7.5MU20MU20MU30M5——M5M5M7.5注：①石材的重力密度，不应低于18kN/m3。②地面以下或防潮层以下的砌体，不宜采用空心砖。当采用混凝土中、小型空心砌块砌体时，其孔洞应采用强度等级不低于C15的混凝土灌实。③各种硅酸盐材料及其他材料制作的块体，应根据相应材料标准的规定选择采用。3材料的强度与变形性能(一)砌体的抗压强度1．砖砌体轴心受压时的破坏过程第Ⅰ阶段由开始加载，到个别砖块上出现微细可见的裂缝，为第Ⅰ阶段。该阶段砌体的横向变形较小，应力应变呈直线关系，故也称为弹性阶段。出现微细可见裂缝时轴向荷载约为砖砌体破坏时极限荷载的(50～70)%。第Ⅱ阶段继续加载，个别砖块上的裂缝裂通，并沿竖向灰缝通过若干皮砖，形成平行于加载方向的纵向间断裂缝，为第Ⅱ阶段。此时轴向荷载约为砖砌体破坏时极限荷载的(80～90)%。在此阶段，若荷载不增加，裂缝发展可以稳定，不会出现新的裂缝。第Ⅲ阶段当荷载增加不多，裂缝亦会发展很快，此后即使不增加荷载，裂缝仍能不断增加，形成上下贯通的裂缝将砌体分割成若干半砖小柱，这时砌体横向变形明显增大，向外鼓出，半砖小柱丧失稳定而破坏，至此为第Ⅲ阶段。2．砖砌体受压时的应力分析(a)砌体中个别砖的受力状态(b)砖和砂浆横同变形的差异砌体中的应力状态图试验表明：轴心受压砖砌体在远小于砖的抗压强度下，个别砖块就出现裂缝；轴心受压砖砌体的抗压强度远小于砖的抗压强度。要解释这些现象，必须分析砌体受压时砖和砂浆的应力状态：(1)由于砂浆层的非均匀性以及砖表面的不规整，使得砖与砂浆并非全面接触，而是支承在凹凸不平的砂浆层上。因此，砖在中心受压的砌体中实际上是处于受弯、受剪和局部承压的复杂受力状态，如上图(a)所示。(2)由于砖和砂浆横向变形的差异(砂浆的泊松比是砖泊松比的1.5～5倍)，以及砖和砂浆间的粘结力和摩擦力，使二者不能自由变形。因此砖受到横向拉力，而砂浆受到横向压力，如上图(b)所示。(3)竖向灰缝处砂浆不可能填实，不能保证砌体的整体性，因而在竖向灰缝处发生应力集中现象。综上所述，中心受压砌体中的砖处于局部受压、受弯、受剪、横向受拉的复杂应力状态下。由于砖的抗弯、抗拉强度很低，故砖砌体受压后砖块将出现因弯拉应力而产生的竖向裂缝。这种裂缝随着荷载增加而上下贯通，直至将整个砌体分割成若干半砖小柱，小柱失稳导致整个砌体的破坏。可见砌体的破坏不是由于砖受压耗尽了其抗压强度，而是由于形成半砖小柱，侧向凸出，破坏了砌体的整体工作。3．影响砖砌体抗压强度的主要因素(1)块材的强度等级和厚度砖的强度等级愈高，其抗折强度愈大，在砌体中愈不容易开裂；砖的厚度增加，其抗弯、抗拉能力增大，因而可提高砌体的抗压强度。(2)砂浆的强度等级和性能砂浆的强度等级愈高，受压后它的横向变形愈小，减少了砂浆与块材横向变形的差异，使得块材所受的横向拉应力减少，可改善砌体的受力状态，提高砌体的抗压强度。砂浆的流动性(稠度)和保水性(和易性)好，易于砌筑均匀密实，可降低砌体内块体的弯曲、剪切应力，使砌体的抗压强度得到提高。试验表明纯水泥砂浆的和易性较差，当采用纯水泥砂浆砌筑时，其砌体的抗压强度比采用水泥混合砂浆砌体的抗压强度降低15％。但若砂浆流动性太大，受压后的横向变形增大，反而会降低砌体的抗压强度。(3)砌筑质量砌筑质量是指砌体的砌筑方式、灰缝砂浆的饱满度、砂浆层的铺砌厚度等。砌筑质量与工人的技术水平有关，砌筑质量不同，则砌体强度不同。4．砌体的轴心抗压强度(1)砌体的轴心抗压强度平均值fmfm=k1f1α(1+0.07f2)k2式中fm——砌体轴心抗压强度平均值(N/mm2)；f1、f2——分别为块材、砂浆的抗压强度平均值；k1——随块材类别和砌筑方法而变化的参数，砖砌体取k1=0.78；α——与块材高度有关的系数，砖砌体取α=0.5；k2——低强度等级砂浆砌体的强度降低系数，砖砌体当f21时，k2=0.6+0.4f2；当f21时，取k2=1.0。其他种类砌体的k1、k2及α取值，详见《砌体规范》。(2)砌体的轴心抗压强度标准值fk《砌体规范》取具有95％保证率的fm为砌体强度的标准值fkfk=fm(1-1.645δi)式中δ