第7-10章建筑材料

第七章木材与木结构木材的优点木材的缺点轻质高强、有很好的弹性和塑性、容易加工、在干燥和潮湿环境中均有很好的耐久性。构造不均匀；各向异性；易吸湿吸水从而导致物理、力学性能变化；易燃，易腐，天然疵病较多。木材主要用于屋架、桁条、梁、柱、模板等。木材7.1根据树叶的外观形状•针叶树木——树干直而高大，纹理顺直，木质较软，又称软木材。易加工，表观密度和涨缩变形较小，强度高，耐腐蚀性强。常用作承重材料。•阔叶树木——材质坚硬，又称硬木材。一般较重，加工较困难，胀缩变形较大，易翘曲、开裂。多用于装饰，家具根据承重程度一等材——受拉及拉弯构件二等材——受弯及压弯构件三等材——受压构件木材的分类7.1.1宏观构造木材构造7.1.2树干的3个切面1—树皮；2—木质部；3—年轮；4—髓线；5—髓心树皮横切面弦切面年轮径切面微观构造木材构造7.1.2显微镜下松木的横切片示意图1—细胞壁；2—细胞腔；3—树脂流出孔；4—木髓线含水率物理性质7.1.3木材中的水分：自由水：存在于木材细胞腔和细胞间隙中的水分吸附水：吸附在细胞壁内细纤维之间的水分结合水：形成细胞化学成分的化合水湿涨干缩性物理性质7.1.3木材细胞壁内吸附水的变化而引起木材的变形，即湿胀干缩。由于木材构造的不均匀性，在不同的方向干缩值不同。顺纹方向(纤维方向)干缩值最小，平均为0.1%-0.35%；径向较大，平均为3%-6%；弦向最大，平均为6%-12%。　　一般来讲，表观密度大、夏材含量多的木材，湿胀变形较大。影响：木材的胀缩容易引起木材产生变形、开裂和翘曲。湿涨干缩性物理性质7.1.3表观密度木材表观范围很大，常用的为500kg/m3,各种木材的密度均为1.55g/cm3,说明木材孔隙率很大。木材的强度分为抗拉、抗压、抗弯和抗剪四种，其中抗拉、抗压、抗弯强度又有顺纹和横纹之分。力学性质7.1.4抗压抗拉抗弯抗剪顺纹横纹顺纹横纹顺纹横纹11/10-1/32-31/20-1/31.5-21/7-1/31/2-1木材各种强度间的关系(a)顺纹剪切(b)横纹剪切(c)横纹切断木材的剪切力学性质7.1.4影响木材强度的因素力学性质7.1.4当含水率在纤维饱和点以上变化时，仅仅是自由水的增减，对木材强度没有影响；当含水率在纤维饱和点以下变化时，随含水率的降低，细胞壁趋于紧密，木材强度增加。木材在长期荷载作用下，只有当其应力远低于强度极限的某一范围时，才可避免木材因长期负荷而破坏。木材在长期荷载作用下不致引起破坏的最大强度，称为持久强度。木材的持久强度比其极限强度小得多，一般为极限强度的50%~60%。温度对木材强度有直接影响。木材自身的缺陷。木材连接7.1.5榫卯连接(半刚性连接)榫，即是构件的凸起部分；卯，即是构件的凹进部位。榫卯搭接是指在木料上分别开桦头和卯眼，通过它们之间的咬合，把木材连接起来的搭接方式。木材连接7.1.5木材连接7.1.5齿连接齿连接是将受压构件的端头做成齿榫，在另一构件上锯成齿槽，使齿榫直接抵承在齿槽内，通过抵承面的承压工作传力。因此，齿连接只能用来传递压力，这是它的特点。木材连接7.1.5螺栓连接和钉连接允许材料与螺栓或钉之间有微小变形，是木结构中常用的连接方法。木结构7.2中国古代：木构架作为承重的骨架，是房屋的主要结构。现代建筑中的木结构:多出现在别墅建筑中、民房中屋架等，复合结构、组合结构。优点：轻巧、保温、隔声、抗震性能较好。缺点：易变形、不耐火。木结构7.2第八章砖石材砌块与砌体结构砖8.1u取材方便、价廉。u性能好（耐火性、耐久性、抗腐性）。u保温、隔热、隔声性能好。u节约水泥、钢材和木材。优点：（1）砖：烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压砂砖，蒸压粉煤灰砖。•烧结普通砖：烧结普通砖是由粘土、煤矸石、页岩或粉煤灰为主要原料，经过烧结而成。•蒸压砖：通过蒸养或蒸压工艺制得的，也称免烧砖。•外观：（240×115×53mm）。砖的分类8.1.1（1）砖的外观质量要求（2）抗压强度：MU30、MU25、MU20、MU15、MU10（3）泛霜现象（4）爆裂问题（5）耐久性砖的特性8.1.1石材8.2•特点：强度高、抗冻与抗气性能好，可用于砌筑条形基础、承重墙及重要房屋的贴面装饰材料。保温性能差，需要较大的墙厚而显得不经济。•按地质分类：火成岩、沉积岩和变质岩。•按外形分类：料石、毛石。（1）表观密度（2）吸水性（3）耐水性（4）抗冻性（5）抗压强度：MUl00、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30和MU20石材的特性8.2.2砌块8.3•混凝土小型空心砌块，简称混凝土砌块或者砌块。•外观390×190×190或390×190×240空心率25-50%自重：3/8.11mkN•分类：实心砌块、空心砌块混凝土砌块、硅酸盐砌块小型砌块、中型砌块（1）强度：MU5.0、MU7.5、MU10.0、MU15.0和MU20.0（2）密度（3）吸水率（4）软化系数（5）收缩以及导热性石材的特性8.3.2连接材料8.4传递荷载、协调变形，改善砌体的性能（保温性能、抗冻性能）。作用分类（1）水泥砂浆：由水泥与砂加水拌合而成的砂浆。强度高，耐久性好，但和易性和保水性较差。（2）混合砂浆：由水泥、石灰与砂加水拌合而成的砂浆。具有一定的强度和耐久性，而且和易性和保水性较好，应用较多。连接材料8.4砂浆性质：（1）和易性：包括流动性和保水性。流动性用稠度表示，保水性反映了砂浆中各组分材料不易分离的性质。（2）强度：M2.5、M5、M7.5、M10、M15和M20（3）耐久性砌体结构8.5砖砌体轴心受压时破坏特征8.5.1砖砌体的受力变形特点50%-70%80%-90%破坏瞬间砌体结构8.5•块体与砂浆的强度，最主要的因素。•砂浆的性能：流动性、保水性及变形性能的影响。•块体的尺寸以及灰缝的厚度。•砌筑质量：其中灰缝的砂浆饱满度影响最大。影响砌体抗压强度的原因：砌体结构8.5砌体的抗压、抗弯、抗剪性能砌体的抗拉、弯曲抗拉、抗剪强度主要取决于砂浆的强度。砌体结构8.5砌体结构未来发展方向8.5.4砌体结构未来发展方向8.5.41、构造柱定义：在房屋拐角处和纵横墙交接处设置的与砌筑墙体浇筑在一起的钢筋混凝土柱。2、圈梁定义：在基础顶部和各层楼盖下设置的闭合混凝土梁。砌体结构未来发展方向8.5.4砌体结构未来发展方向8.5.4配筋砌体砌体结构未来发展方向8.5.4•轻质高强材料。和国外比较，我国在“轻质高强”方面还是有较大差距的。•推广配筋砌体结构•加强对防止和减轻墙体裂缝构造措施的研究•加强对砌体结构理论的研究•提高砌体结构的施工技术水平和施工质量砌体结构未来发展方向8.5.4第9章钢筋混凝土材料与结构混凝土9.1混凝土的分类按表观密度重混凝土普通混凝土轻混凝土按特殊需求高强混凝土流态混凝土防水混凝土耐热混凝土纤维混凝土聚合物混凝土喷射混凝土混凝土构造9.1.2•混凝土：由水泥、水、砂子、石子搅拌凝结硬化而形成的具有一定性能的人造石材。抛光的混凝土断面砂+石子=骨料：起着支撑和骨架的作用水+水泥=水泥浆：起胶结和硬化的作用混凝土性质9.1.3和易性：指混凝土拌和物能保持组成成分均匀，不会发生分层离析和泌水现象，适于运输、浇筑、振捣、成型等施工工序，并能获得均匀密实的混凝土的性能。流动性：黏聚性：保水性：混凝土拌和物在自重或机械压力的作用下能产生流动的性能并均匀密实地填满模板的性能。保证水分不能泌出的能力。混凝土拌和物在施工过程中内部组分间有一定的粘聚力，不致产生分层和离析的现象。混凝土性质9.1.3影响和易性的因素：1、水泥浆的数量2、水泥浆的稠度3、砂率4、水泥品种和骨料的性质5、外加剂6、时间和温度混凝土性质9.1.3混凝土强度：混凝土立方体抗压标准强度fcu，k•边长150mm立方体标准试件，在标准条件下[20±3℃，≥90%湿度]养护28天，用标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度，用符号C表示。C30：fcu,k=30N/mm2《规范》根据强度范围，从C15-C80共划分为14个强度等级，级差为5N/mm2。C50以上为高强混凝土。混凝土轴心抗压强度标准值fck•轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号fc表示。它比较接近实际构件中混凝土的受压情况，故在设计中常用。棱柱体试件高宽比一般为h/b=3-4，我国通常取150mm×150mm×450mm的棱柱体试件，也常用100×100×300试件。对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。混凝土轴心抗拉强度标准值ftk•抗拉强度是确定混凝土抗裂度的重要指标。混凝土性质9.1.3影响混凝土强度的因素：1、水灰比和水泥强度等级。这两项条件相同时，碎石混凝土的强度往往高于卵石混凝土的强度。2、养护温度和湿度。3、龄期（在一定条件下养护的混凝土，可根据其早期强度大致地估计28d的强度。）混凝土性质9.1.3混凝土变形：收缩：混凝土在空气中硬化时失去水分体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。和外力无关。主要体现在自身变形与受力作用下的变形。干湿变形：取决于周围环境的湿度变化。是不能完全恢复的。温度变形：热胀冷缩引起，一般通过设置温度缝避免。三峡大坝泄洪段－发电段大体积混凝土混凝土性质9.1.3短期荷载作用引起混凝土在荷载作用下的变形分为长期荷载作用引起3070100形变极限荷载(%)IIIIIIIV在长期恒定荷载作用下，随时间而沿受力方向增大的非弹性变形称为徐变。混凝土性质9.1.3混凝土的耐久性：抗渗性：混凝土抵抗水、油等液体在压力作用下渗透的性能。混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构的安全，正常使用的能力称为耐久性。抗冻性：混凝土在水饱和状态下，经受多次冻融循环作用，能保持强度和外观完整性的能力。抗侵蚀性：侵蚀环境下抵抗侵蚀的能力。碳化作用：是混凝土中性化的形式，是指大气中的二氧化碳（CO2）不断向混凝土内部扩散，并与其中的碱性物质发生反应，使混凝土的PH值降低。碱骨料反应：某些活性矿物与混凝土微孔中的碱性溶液产生化学反应称为碱骨料反应。凝胶吸水导致混凝土胀裂。钢筋9.2钢筋分类热轧钢筋：HPB300、HRB335、HRB400、RRB400热处理钢筋：将热轧的螺纹钢筋再经过淬火和回火的调质热处理。低碳钢中碳钢高碳钢光圆钢筋带肋钢筋钢筋性质9.2.2强度：钢筋的强度是指钢筋的屈服强度及极限强度。屈服强度fy：是钢筋强度的设计依据。极限强度fu：最大承载力，作为安全储备。设计中并不直接采用。塑性：钢筋的塑性要求是为了使钢筋再断裂前有足够的变形。0010or5lll冷弯性能：钢筋在弯折情况下不至于脆断的性能，反映钢筋塑性的一种方法。伸长率：钢筋拉断时的应变，是反映钢筋塑性性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。钢筋性质9.2.2可焊性：焊接后不产生裂纹或过大的变形，接头良好。耐火性：200度以上钢筋的弹性模量明显下降，300度以上钢筋的屈服强度开始下降。结构设计时应注意混凝土保护层厚度对构件耐火极限的要求。钢筋混凝土9.3钢筋混凝土混凝土主要承担压力，钢筋主要承担拉力。2、钢筋与混凝土之间存在良好的粘结力，在荷载作用下，保证两种材料共同受力；钢筋混凝土可以共同工作的原理1、钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数（钢材为1.2×10-5，混凝土为(1.0~1.5)×10-5）。共同工作原理9.3.1粘结作用的组成（2）混凝土因收缩将钢筋握紧而产生的钢筋与混凝土间摩擦力；其大小取决于握裹力和钢筋与混凝土表面的摩擦系数（3）钢筋表面凸凹不平与混凝土之间产生机械咬合力。共同工作原理9.3.1保证粘结作用的构造：（1）保证最小搭接长度和锚固长度（2）满足钢筋最小间距和混凝土保护层最小厚度的要求（3）在钢筋的搭接接头范围内应加密箍筋（4）在钢筋两端应设置弯钩预应力混凝土9.3.2预应力的实例钢筋混泥土结构施加预应力的目的（1）克服混凝土抗拉强度过低的缺点。（2）对于裂缝控制严格的结构可以解决高强钢筋不能充分发挥强度的缺