砌体结构讲义.ppt

砌体结构主讲教师：冯云平第一讲.绪论本课程主要内容：1、砌体及其基本材料力学性能2、砌体结构构件的承载力的计算3、混合结构房屋墙体设计4、配筋砌体构件的承载力的计算5、过梁、圈梁、墙梁、挑梁的计算6、砌体结构抗震设计一．砌体结构的概念种类及应用1．概念：砌体结构是指用砖、石或砌块为承重块材，用砂浆砌筑的结构。按照块材的不同，分为砖砌体、石砌体和砌块砌体三大类。2．种类：乱石块、土块――块石、条石、土砖（干打垒）――烧结砖（红砖）――页岩砖、空心红砖、空心页岩砖、煤渣砖――混凝土砌块（粉煤灰、煤矸石砌块）――加筋砖、加筋砌块—夹心墙板筑土砖墙：干打垒石墙房屋砖墙房屋尼罗河三角洲的吉萨建造的三座大金字塔（公元前2723～前2563年），是精确的正方锥体，其中最大的胡夫金字塔，塔高146.6米，底边长230.60米，约用230万块重2.5吨的石块建成。公元70～82年建造的罗马大斗兽场（科洛西姆圆形竞技场）平面为椭圆形，长轴189米，短轴156.4米，高48.5米，分四层，可以容纳5～8万观众，也用块石砌成。长城中国隋朝李春建造的赵州桥是中国最古和当时跨径最大的单孔空腹式石拱桥西安大雁塔也为砖砌单筒体结构，高60多米，1200多年来，历经数次地震，仍巍然屹立。二．砌体结构的发展方向：1．开发新材料（高强、低密度）2．发展新技术（墙体新处理方法）3．提倡环保、节约4．引进国外、东部的先进经验三、砌体结构的优缺点1．优点：（1）来源广泛、易于就地取材（2）有很好的耐火性、耐久性、使用年限长（相对于钢木结构）（3）保温、隔热性能好，节能效果明显（4）节约水泥和钢材，不需要模板及特殊的技术设备，造价低（5）相对于框架结构，平面形式较灵活2．缺点：（1）自重大（2）抗拉、抗弯及抗剪强度低，抗震及抗裂性能较差，抗压强度不太高（3）砌筑工作繁重、手工劳动、效率低（4）粘土砖用量大，不利于农田（5）只能建造低层房屋第二讲、砌体及其基本材料力学性能一．砌体材料及其强度等级（一）砖1．种类：烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖（1）烧结普通砖(标砖)：尺寸：240*115*53（2）烧结多孔砖：尺寸：240*115*90、190*190*190空洞率大于15％，小于40％，孔的尺寸小而数量多（3）蒸压灰砂砖：尺寸：240*115*53（4）蒸压粉煤灰砖：简称粉煤灰砖尺寸：240*115*53多孔砖2．强度等级：（1）普通砖、多孔砖：Mu30,Mu25,Mu20,Mu15,Mu10，常用为Mu10，最多不超过Mu15,原因:砖砌体房屋层数（7层）和高度（21M）的限制使采用高强度砖没有必要（2）灰砂砖、粉煤灰砖：Mu25,Mu20,Mu15,Mu10（二）砌块1．种类：混凝土空心砌块、加气混凝土砌块、硅酸盐实心砌块、烧结空心砌块2．优点：减轻劳动量、加快施工进度、相对强度高、密度低（实心为15～16KN/M3）3．分类：小型：高度180mm~360mm中型：高度360mm~900mm大型：高度大于900mm4．强度：Mu20,Mu15,Mu10,Mu7.5,Mu5,Mu3.5砌块(三)、石材：1．种类：料石与毛石2．用途：墙下条基、承重墙、桥3．优点：强度高、抗冻与抗气性能好4．缺点：笨重、保温性能差5．强度：Mu100,Mu80,Mu50,Mu40,Mu30,Mu206.其它指标(1)表观密度。与石材的矿物组成及孔隙率有关，根据表观密度可划分为轻质石材与重质石材两大类。(2)吸水性。石材吸水后强度降低，抗冻性变差，导热性增加，耐水性和耐久性下降。表观密度大的石材，孔隙率小，吸水率也小。6.其它指标(3)耐水性。石材的耐水性按其软化系数值的大小分为三等，即：高耐水性石材：软化系数大于o．9；中耐水性石材：软化系数介于0．7---0．9；低耐水性石材：软化系数介于0．6---0，7(4)抗冻性。石材的抗冻性与吸水率大小有密切关系。一般吸水率大的石材，抗冻性能较差。另外，抗冻性还与石材吸水饱和程度、冻结程度和冻融次数有关。石材在水饱和状态下，经规定次数的冻融循环后，若无贯穿缝且重量损失不超过5％，强度损失不超过25％时，则为抗冻性合格。（四）、砂浆1．分类：（1）水泥砂浆（刚性砂浆）——能在潮湿环境中硬化，多用于含水量比较大的地下砌体。（2）混合砂浆——强度较好，施工方便，常用于地上砌体。（3）石灰砂浆、粘土砂浆、石膏砂浆（柔性砂浆）——不含水泥2．质量控制指标：1）、可塑性2）、保水性3）、耐久性为了适应砌块建筑应用的需要，提高砌块砌体的砌筑质量，新规范提出了砼砌块专用砂浆，即根据需要掺入掺合料和外加剂使砂浆具有更好的和易性和粘结力，其强度等级用Mb表示，Mb30，Mb25，Mb20，Mb15，Mb10，Mb7.5，Mb5。•3.砂浆的强度等级•（1）采用边长为70.7的立方体标准试块，在温度为20±3ºC环境下，水泥砂浆在湿度为90%以上、水泥石灰砂浆在湿度为60%-80%条件下养护28天，具有95%保证率的抗压强度。•（2）M15、M10、M7.5、M5、M2.5，M表示砂浆•注：验算施工阶段未硬化的新砌体强度时，按砂浆强度为0计算。砂浆品种塑性掺合料和易保水性强度耐久性耐水性水泥砂浆无差高好好混合砂浆有好较高较好差非水泥砂浆有好低差无4．选用原则：•（1）有足够的强度•（2）有较好的和易性•（3）有较好的保水性•（4）砌体材料（砖石、砌块）强度等级高于砂浆等级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≥MU7.5；石材≥MU30；砂浆≥M5。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》规定了用材料的最低强度等级，二．砌体的种类（一）．砖砌体1．砌筑方式：一顺一顶、三顺一顶、五顺一顶、空斗墙等（承重墙已取消空斗墙）2．标准墙厚：实心墙120、240、370、490、620、740及180、300、420空心砖120、2003．砌筑原则：不得出现竖向通缝(二)、石砌体料石砌体毛石砌体毛石砼砌体——在模板内交替浇筑不规则的毛石层及砼层而成的，用于毛石砼中的砼，其含砂量应比普通砼高，通常每浇筑120—150砼即设毛石一层。（三）、配筋砌体——提高砌体强度或当构件截面尺寸受到限制时，可在砌体砌体内配置适量钢筋或钢筋砼。1、配筋砖砌体（1）网状配筋砖砌体（横向配筋砖砌体）作用：提高砖砌体抗压强度（因为约束了砌体横向变形）（2）组合砖砌体（纵向配筋砌体）作用：提高构件抗弯能力。（3）砖砌体和钢筋砼构造柱组合墙a.水平网状配筋砌体，在水平灰缝中配置钢筋网片，提高轴心抗压承载力b.混凝土或钢筋砂浆面层组合砖砌体，偏心距超限的砖砌体外侧配置纵向钢筋，提高偏心抗压承载力c.砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙，在房屋墙体中设置间距不大于4m的构造柱，提高砖墙的承载力•2、配筋砌块砌体•（1）约束配筋砌块砌体——仅在砌体墙体的转角、接头部位及较大洞口的边缘设置竖向钢筋，并在这些部位设置一定数量的钢筋网片，主要用于中低层建筑•（2）均匀配筋砌块砌体三、砌体的受压性能•1．破坏特点：单块砖出现裂缝――竖向连续裂缝――通缝•2.受压应力状态：•（1）单砖在砌体内不是均匀受压，而是受弯和受剪•（2）砌体横向变形时砖和砂浆存在交互作用（砖强度降低而砂浆强度增高，砂浆强度越低越容易破坏）•（3）弹性地基梁作用（反弯）•（4）竖向灰缝上的应力集中3．影响砌体抗压强度的因素：（1）块体和砂浆的强度等级注：砌体强度远小于块体和砂浆的强度等级（2）块体的尺寸与形状（3）砂浆的流动性、保水性与弹性模量（4）砌筑质量和灰缝的厚度注：水平灰缝砂浆饱满度不低于80％，竖向不低于60％，灰缝的厚度为8－10mm4．砌体抗压强度平均值计算公式：其中f1和f2为块体和砂浆的抗压强度平均值，各系数取值见p20表2.22211)07.01(kffkfam四．砌体的受拉、受弯、受剪性能1.特点：砌体的抗弯、抗剪与抗拉强度远低于砌体的抗压强度，这是因为砌体的抗压强度主要取决于块材的强度，然而在大多数情况下，砌体的受弯、受剪与受拉破坏一般均发生在砂浆与块材的连接面上。因此，砌体的抗弯、抗剪、与抗拉强度取决于砌缝的强度，亦即取决于砌缝中砂浆的粘结强度。鉴于结构构件中块材与砂浆实际强度值的不同，砌体在受剪、受拉及弯曲受拉时，砌体破坏可分为两种情况：（1）．破坏沿砌体通缝，即破坏系沿砂浆与块材的粘着面发生这时，砌体的抗剪、抗拉、及弯曲抗拉是在保证块材强度大于砂浆强度的情况下，由砂浆标号决定；（2）．破损沿砌体齿缝截面的砌缝和块材本身发生。这时，砌体的抗剪、抗拉强度则主要由块材强度决定。四．砌体的受拉、受弯、受剪性能2．砌体的轴心抗拉性能破坏类型：沿齿缝破坏、沿竖向通缝破坏、沿水平通缝破坏抗拉强度平均值公式：强度决定因素：块体和砂浆强度23,fkfmt2．砌体的受弯性能•破坏类型：沿齿缝破坏、沿竖向通缝破坏、沿水平通缝破坏•抗弯强度平均值公式：•强度决定因素：块体和砂浆强度3．砌体的受剪性能•破坏类型：沿齿缝破坏、沿阶梯形缝破坏、沿水平通缝破坏•抗剪强度平均值公式：•强度决定因素：（1）块体和砂浆强度（2）垂直压应力（3）砌筑质量五．砌体的弹性模量•1．砌体的材料性质：弹塑性•2．弹性模量：由块体和砂浆强度决定•P27表2.4六．砌体的强度计算指标：•一.砌体的强度标准值、设计值及其调整系数：•1．标准值：•对于除毛石砌体以外的各类砌体的抗压强度，δf=0.17,则：•2．设计值：p35•3．调整系数：p38•（1）大跨度、有动力荷载•（2）水泥砂浆•（3）小面积•（4）施工质量)645.11(fmkfffkff/例.•某工业厂房吊车梁下一砖柱，截面面积为370mm*490mm，采用Mu10红砖，M5水泥砂浆，问其抗压强度设计值为多少？•解：砖柱A＝0.37×0.49＝0.18m30.3m3•故：γa1=0.7+0.18=0.88•查表3.3，有f=1.5Mpa•有吊车γa2=0.9•采用水泥砂浆γa3=0.9•故：fa=1.5*0.88*0.9*0.9=1.07Mpa•注：凡没有特别说明施工质量控制等级则均为B级第3章无筋砌体构件的承载力计算•教学内容：•1.砌体结构可靠度设计；•2.无筋砌体受压构件（受压短柱、受压长柱承载力计算）；•3.无筋砌体局部受压（砌体局部受压的特点、砌体局部均匀受压、梁端局部受压、梁下设有钢筋混凝土垫梁）；•4.轴心受拉、受弯和受剪承载力计算；•教学要求：•1、掌握砌体结构可靠度设计方法；•2、掌握影响无筋砌体受压构件承载力的主要因素；•3、了解砌体受压构件承载力计算公式的建立，并掌握公式的应用；•4、掌握砌体局部受压破坏的类型，了解公式的建立，掌握公式的应用；•5、掌握砌体轴心受拉、受弯、受剪构件的计算方法；•重点：•砌体受压构件的承载力计算。3.1砌体结构的可靠度设计3.1.1极限状态设计方法的基本概念研究砌体结构设计方法是为了解决的根本问题是：在结构可靠与经济之间选择一种合理平衡，力求最经济的途径，使所建结构以适当的可靠度满足功能要求。1、结构的功能要求（1）安全性——在正常设计、正常施工和正常使用条件下，结构应能承受可能出现的各种荷载作用和变形而不发生破坏；在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必要的整体性。（2）适用性——在正常使用时，结构应具有良好的工作性能。（3）耐久性——在正常维护条件下，结构应在预定的设计使用年限内满足各项使用功能的要求，即具有足够的耐久性。2、结构的极限状态可靠或有效：结构在使用期间能够满足上述功能要求而良好地工作；不可靠或失效：结构在使用期间能够满足上述功能要求而良好地工作；区分结构可靠或失效的标志就是“结构的极限状态”。整个结构或结构的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能的要求时，此特定状态称为该功能的极限状态。结构的极限状态分为：承载能力极限状态和正