砌体结构讲解

砌体结构长春建筑学院主讲：陈敏杰第1章绪论1.1砌体结构概述1.2砌体结构的优缺点及应用范围1.3砌体结构发展方向1.1.1砌体结构定义砌体：采用砌筑方法用砂浆将单个块体粘结而成的整体。砌体结构：由砖、石或各种砌块用砂浆砌筑而成的结构。也就是由砌体组成的墙、柱等构件作为建筑物或构筑物主要受力构件的结构。分类：按照块材不同分为砖砌体、石砌体、砌块砌体。1.1砌体结构概述我国：素有“秦砖汉瓦”之说，足见砌体结构有着悠久的历史。考古资料表明：●新石器时代：就有石砌围墙、石砌祭坛和木骨架泥墙建筑；●商代以后：逐渐采用粘土做成板筑墙；●西周时代：已有烧结瓦存在；●战国时代：能烧制出大尺寸空心砖；●南北朝：砖使用已经很普遍了。●秦代：修建的闻名于世的万里长城，是我国砌体结构史上光辉的一页。●隋代：由李春建造的河北赵县安济桥（即赵州桥）。1.1.2砌体结构的发展简史：中国万里长城河北赵县安济桥国外：※古埃及在尼罗河三角洲的吉萨建成的大金字塔，采用块石建成，工程浩大。※古罗马建成的罗马角斗场，采用石结构建成，至今仍供人们参观。人们从最初的乱石块发展为块石，从土坯发展成烧结砖瓦，出现了最早的砌体结构。古埃及大金字塔古罗马大角斗场第一阶段：19世纪中叶以前砖石结构主要为城墙、佛塔、石桥、及佛殿；第二阶段：19世纪中叶以后到解放前大约100年期间，主要以粘土砖建造承重墙；第三阶段：解放以后，广泛采用砖砌多层房屋，扩大石结构范围，发展新结构，采用新材料新技术（如采用蒸压灰砂砖和粉煤灰砖、混凝土空心砌块、采用各种配筋砌体和大型墙板）。砌体结构在我国的发展大致分为三个阶段：※前两个阶段只凭经验设计不作计算，1956年开始使用前苏联《砖石及钢筋砖石结构设计标准及技术规范》,该规范采用定值的极限状态设计方法。※1973年才颁布我国第一部《砖石结构设计规范》（GBJ3-73）采用半经验半概率极限状态计算方法。※1988年进行修订，颁布了《砌体结构设计规范》(GBJ3-88)，增加了砌块结构，该规范采用计算理论是以概率理论为基础的极限状态设计方法。※2001年修订《砌体结构设计规范》（GB50003-2001），增加了组合砖墙、配筋砌块砌体剪力墙结构及地震区无筋和配筋砌体结构构件设计等内容。※随着砌体新材料、新技术、新结构推广应用及人民生活水平的提高，又修订了新的规范《砌体结构设计规范》（GB50003-2011）,该规范在原规范基础上，增加了节能减排、墙材革新要求，增加了提高砌体耐久性的有关规定，增补了防止或减轻因材料变形而引起的墙体开裂措施等。计算理论和计算方法的发展1.2砌体结构的优缺点及应用范围1.2.1砌体结构的优缺点优点：就地取材，来源方便，比较经济；（材料来源广泛）良好的耐火性和耐久性；（性能优良）施工简单；保温隔热性能好。缺点：※自重大；※抗拉抗剪抗弯强度低，抗震性能差；※工作量大；※粘土砖占用良田。※砌体主要用于承受压力的构件：房屋的基础、墙体、柱。无筋砌体房屋可建5~7层；配筋砌块剪力墙结构可建10~18层。※在工业与民用建筑中：用于砌筑围护墙和填充墙，如住宅、烟囱、管道支架、水池、仓库、跨度不大的厂房、挡土墙等。※在交通运输方面：用于桥梁、隧道工程。※在水利建设方面：用石材砌筑坝、堰、渡槽。1.2.2砌体结构的应用范围1.3砌体结构发展展望1、发展轻质高强的砖和砌块及高粘结强度的砂浆。2、推广配筋砌体结构。3、加强对防止和减轻墙体裂缝构造措施的研究。4、提高砌体结构的施工技术水平和施工质量。第2章砌体材料及其力学性能2.1块材2.2砂浆2.3灌孔混凝土及砌体材料的选择2.4砌体种类及其力学性能2.5砌体的强度计算指标2.6砌体的变形性能2.1块材砌体材料包括：块材和砂浆常用的块材——砖、砌块、石材◆类型：砖包括：一类是烧结砖（烧结普通砖、烧结多孔砖）一类是混凝土多孔砖和混凝土普通砖一类是蒸压砖（蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖）※烧结普通砖：以粘土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经过焙烧而成的实心砖或孔洞率小于25%且外形尺寸符合规定的砖。标准砖尺寸：240×115×53MM墙体尺寸：（120）、240、370、490、620…MM强度等级：MU30、MU25、MU20、MU15、MU10适用范围：房屋上部及地下基础等部位※烧结多孔砖：以粘土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经过焙烧而成孔洞率超过25%且不大于35%砖。孔的尺寸小而数量多，孔洞平行于受力方向，主要用于6层以下承重部位的砖，简称多孔砖。承重多孔砖目前主要采用P型砖（240×115×90）和M型砖（190×190×90）多孔砖优点：可节约粘土、减少砂浆用量、提高工效、节省墙体造价；可减轻块体自重、增强墙体抗震性能适用范围：房屋上部结构（不宜用于冻胀地区地下部位）2.1.1砖※蒸压灰砂砖：以石灰和砂为主要原料经坯料制备、压制成型、蒸压养护而成的实心砖，简称灰砂砖。尺寸烧结普通砖※蒸压粉煤灰砖：以粉煤灰、石灰为原料，掺加适量石膏和集料，经坯料制备、压制成型、高压蒸汽养护而成的实心砖，简称粉煤灰砖。尺寸烧结普通砖适用范围：不得用于长期受热200℃以上、受急冷急热和有酸性介质侵蚀的建筑部位，MU15和MU15以上的蒸压灰砂砖可用于基础及其他建筑部位，蒸压粉煤灰砖用于基础或用于受冻融和干湿交替作用的建筑部位必须使用一等砖。◆强度等级：烧结普通砖、烧结多孔砖：MU30、MU25、MU20、MU15、MU10；蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖：MU25、MU20、MU15、MU10；混凝土普通砖、混凝土多孔砖：MU30、MU25、MU20、MU15◆类型：按大小不同：小型砌块（砌块高度为115-380MM)中型砌块（砌块高度为380-900MM)大型砌块（砌块高度为〉900MM)按外观不同：实心和空心按材料不同：普通混凝土与装饰混凝土小型空心砌块、轻集料混凝土小型空心砌块、粉煤灰小型空心砌块、蒸压加气混凝土砌块、免蒸加气混凝土砌块和石膏砌块。◆强度等级：承重MU20、MU15、MU10、MU7.5、MU5；自承重轻集料混凝土小型空心砌块MU10、MU7.5、MU5、MU3.5。2.1.2砌块◆类型：天然石材：当自重大于18KN/M3的称为重石，如花岗石、石灰石、砂石等；当自重小于18KN/M3的称为轻石，如凝灰石、贝壳灰岩等；按加工程度：料石和毛石◆强度等级：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20，石材的强度等级用边长70MM的立方体试块的抗压强度来表示，如果试块为其他尺寸，应乘以规定的换算系数。注：MU为块体（MASONRYUNIT）的缩写。特点：抗压强度高、抗冻性能好，多用于房屋基础的勒脚2.1.3石材※砂浆：是由砂、矿物胶结材料（以及加入塑性掺和料，如粘土或石灰等）与水按合理配比经搅拌而制成的。※作用：使块材与砂浆接触表面产生粘结力和摩擦力，将块材凝结成整体；抹平块材表面使其应力分布均匀；填塞块材间的缝隙，降低砌体透风性，提高砌体隔热性能。※砌体结构对砂浆的基本要求：强度、可塑性（流动性）、保水性。※砂浆的强度等级的确定：边长为70.7MM的立方体试块在20±3˚C的室内自然条件下养护24小时，拆模后再在同样的条件下养护28天，加压所测得的抗压强度极限值。※砂浆的强度等级：M15、M10、M7.5、M5、M2.5，其中M表示MORTAR的缩写；强度为零的砂浆指施工阶段尚未硬化或用冻结法施工解冻阶段的砂浆。2.2砂浆※砂浆的分类：1）水泥砂浆：由水泥与砂加水拌合而成，不加掺合料（石灰膏、粘土膏）的纯水泥砂浆，其强度高，耐久性较好，但和易性差,适用于强度较高及潮湿环境中的砌体。2）混合砂浆：它是有塑性掺合料的水泥砂浆，如水泥石灰砂浆、水泥粘土砂浆等，具有一定的强度和耐久性，和易性和保水性好，一般墙体用混合砂浆，但不宜砌筑潮湿环境的砌体。3）非水泥砂浆：它是不含水泥的石灰砂浆、石膏砂浆和粘土砂浆，其强度不高耐久性差，只用于受力不大的简易建筑物中的砌体。2.3砌体材料的选择强度的要求；耐久性的要求。地面以下或防潮层以下的材料的最低强度要求：p1102.4砌体种类及力学性能2.4.1．砌体种类1砖砌体：（1）按搭砌方式：一顺一丁、梅花丁、三顺一丁（2）按砌体类别：①实心砌体：通常用作承重外墙、内墙以及砖柱；②空心砌体（轻型砌体）：空斗墙、空气夹层墙、填充墙等；2．砌块砌体：（1）混凝土小型空心砌块砌体（2）混凝土中型空心砌块砌体（3）粉煤灰中型实心砌块砌体（4）轻骨料混凝土空心砌块砌体3．石砌体：（1）料石砌体（细料石、半细料石；粗料石、毛料石）（2）毛石砌体4．配筋砌体：（1）网状配筋砌体：钢筋网配在砌体水平灰缝内；（2）组合砌体：在砌体外侧预留的竖向凹槽内配置纵向钢筋，浇灌混凝土制成。1砌体的受压性能砖砌体受压的破坏特征2.4.2砌体力学性能（1）、砌体开始受压到出现第一条（批）裂缝——第一阶段第一阶段是指当砖砌体上加的荷载大约为破坏荷载的50-70%，单块砖在拉、弯、剪复作用下出现第一条（批)裂缝。特点：不再增加压力，裂缝将不会继续发展。（2）、第二阶段出现第一条（批）裂缝后的砌体，继续增加压力，单块砖内的个别裂缝会继续发展，并逐渐扩展连通形成贯通几皮砖的竖向裂缝。此时砌体承受的压力为破坏压力的80-90%。特点：压力不增加，裂缝有继续开展的趋势。（3）、第三阶段进入第三阶段的砌体，压力稍有增加，砌体中的裂缝将迅速发展，其中几条主要竖向裂缝上下贯通，将砌体分割成几个小段柱。特点：独立小短柱因失稳或压碎而导致整个砌体破坏。砌体内单块砖的应力状态和受力特点（1）砖的表面不平整，砂浆的铺砌不可能十分均匀。（2）砖和砂浆的力学性质不一致。（3）竖向灰缝上的应力集中。结论：砌体的抗压强度低于单块砖的抗压强度。①块体和砂浆的强度等级块体的强度高和砂浆的强度高，砌体的强度高。②块材的外形与尺寸块材的外形比较规则、平整，尺寸加大，提高砌体的抗压强度.③砂浆的流动性、保水性及弹性模量的影响砂浆的流动性大和保水性好，铺砌灰缝厚度均匀，提高砌体抗压强度；砂浆的弹性模量越大，砌体的抗压强度提高。④砌筑质量与灰缝的厚度砂浆铺砌饱满均匀，改善块体在砌体中的受力性能，使之较均匀的受压而提高砌体抗压强度。《砌体施工及验收规范》规定，砌体水平灰缝的砂浆饱满程度不得低于80%，砖柱和宽度小于1m的窗间墙竖向灰缝的砂浆饱满程度不得低于60%。砂浆的厚度实践证明10—12mm为宜。影响砌体抗压强度的因素砌体的抗压强度计算公式砌体的抗压强度平均值：如：混凝土小型空心砌块：（表2.7及注解）f1和f2分别为砌块和砂浆的强度。2砌体的抗拉、抗弯和抗剪性能砌体的抗压性能要比抗拉、抗弯和抗剪好的多。但工程中也会遇到受拉、受剪情况。砌体受拉、受弯和受剪破坏可能发生三种破坏：沿齿缝（灰缝）的破坏；沿砖石和竖向灰缝的破坏；沿通缝（灰缝）的破坏。砌体抗拉、弯曲抗拉及抗剪强度主要取决于灰缝的强度；粘结力分为：法向粘结力和切向粘结力两种。砌体的轴心受拉性能①截面破坏:当块材的强度低，砂浆的强度高，砂浆与块材的切向粘结强度高于砖的抗拉强度时，将沿竖向灰缝及砖面发生破坏。②齿缝破坏:当块材的强度高，砂浆的强度低，砂浆与块材间的切向粘结力低于块材的抗拉强度时，将沿灰缝的齿状发生破坏。③通缝破坏:力的方向垂直于水平灰缝时，在水平灰缝中产生法向拉应力，由于砂浆与块材间的法向粘结度小，将沿水平通缝发生破坏。不允许出现此种破坏。※不允许出现沿通缝截面的受拉构件（如图c）※水平受拉时，可能沿齿缝破坏（如图b）※也可能沿砖和竖向灰缝破坏（如图a）23,fkfmt=砌体沿齿缝截面破坏的轴心抗拉强度平均值计算公式）砌体轴心抗拉强度平均值Mpa,-mtf）（砂浆的抗压强度平均值Mpa2-f数与块块体类别有关的参k3-砌体的弯曲抗拉破坏在竖向弯曲时，应采用沿通缝的抗拉强度；当在水平方向上弯曲时，可能有两种破坏形式：沿齿缝截面和沿竖向灰缝截面。取两种强度较小的计算。与块体类别有关的参数）值（砌体弯曲抗拉