砌体结构课件

砌体结构罗梅芳第一章、绪论第二章、砌体材料及其力学性能第三章、砌体结构的强度计算指标第四章、无筋砌体构件的承载力计算第五章、混合房屋墙、柱设计第六章、配筋砌体构件的承载力计算第七章、圈梁、过梁、挑梁的计算第八章、砌体结构抗震设计第一章绪论（Introduction）1.1砌体结构的特点一概念砌体结构：由块体和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要受力构件的结构。是砖砌体、砌块砌体和石砌体结构的统称。混合结构：工程结构中主要承重构件由不同的结构材料所构成的结构。目前我国大多数多层住宅等常采用砌体承重墙、混凝土楼（屋）盖的砌体-混凝土的混合结构。二砌体结构的主要优缺点优点：1就地取材，造价低;是砌体结构得以广泛采用的主要原因；2耐久性和耐火性好;砌体材料有较好的化学稳定性、大气稳定性和耐火性能；3保温、隔热、隔音性能好；4施工难度小。不需模板，也无需特殊的技术装备，采用简易措施即可四季施工。新铺砌体即可承受一定的荷载，可连续施工。缺点：1强度低;抗拉、抗剪及抗弯强度很低，远低于抗压强度；2自重大;截面面积、构件体积大；3整体性较差（抗震性差），受力性能的离散性较大；4劳动强度高;基本为手工操作；5采用黏土砖会侵占大量农田。1.2砌体结构的现状砌体结构主要用于轴心受压构件或偏心距比较小的偏心受压构件，如住宅等民用房屋以及部分工业房屋中的墙、柱等。此外，在桥梁与隧道工程、坝及渡槽以及水池、烟囱、料仓等特种结构中，有时也砌体结构。因砌体结构强度低、整体性和变形能力较差，不利于结构的抗震，致使砌体结构的应用受到一定的限制。砌体结构也采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，并采用分项系数的设计表达式进行计算。1.3砌体结构的发展方向轻质高强：既提高砌体的强度，又减轻砌体的重量。目前主要趋向是采用大尺寸、高强度、高孔洞率的块体材料和高强、高粘结性砂浆。约束砌体：当砌体的变形受到约束时，可有效地提高砌体的抗压、抗拉、抗剪强度，增强抗震能力。约束砌体的方法：•设置构造柱和圈梁；•在多孔砖或空心砌块的孔洞内配置竖向钢筋，必要时在水平缝内配置横向钢筋；•对柱或墙体采用配筋砌体；在墙体内设置钢筋砼约束柱，在窗台标高处设置钢筋砼水平面带，形成组合受压构件；•对砌体施加预压应力等。墙体改革：重点是发展非烧结材料，利用工业废料，不再侵吞农田，节约能源，以利于可持续发展。工业化：加速实现块体材料生产的工业化、自动化，发展房屋工厂化生产，采用现代化施工技术，以提高砌体结构的质量并减轻手工劳动。第二章砌体材料及其力学性能2.1块材一、块体材料的种类1.烧结普通砖：高温焙烧而成的实心或孔洞率不大于15%的砖。按材料不同分类：烧结粘土砖、烧结页岩砖、烧结煤矸石砖、烧结粉煤灰砖。尺寸：240mm×115mm×53mm；重力密度：16~18KN/m³特点：耐久性、保温、隔热性能好；取材方便，生产工艺简便，砌筑方便；农田破坏、能源消耗和环境污染。2.非烧结硅酸盐砖（蒸压砖）：不经过焙烧的蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖以及砼、粉煤灰砌块。蒸压砖：压制成型，蒸压养护而成。尺寸：240mm×115mm×53mm；重力密度：14~18KN/m³；适应范围：承重墙体和基础，但不能用在高温环境下的砌体结构。3.烧结多孔砖：承重烧结多孔砖：以粘土、页岩煤矸石或粉煤灰为主要原料，经焙烧而成，孔洞率不小于25%，孔洞竖向放置；分为P—普通（KP1、KP2）、K—空心、M—模数特点：自重较小，保温、隔热性能有了进一步的改善。非承重烧结空心砖：孔洞率为40%~60%，孔洞水平放置。主要用于框架填充墙和非承重隔墙。kM1型kM2型配砖kP1型kP2型KP1型烧结多孔砖尺寸：240X115X90（mm）4混凝土砌块：普通砼小型空心砌块：空心率≥25%（空心砌块）特点：强度高，自身质量轻、耐久性好、外形尺寸规整；轻骨料混凝土小型空心砌块：浮石、火山渣、陶粒等轻骨料混凝土制成。特点：轻质、高强、保温隔热性能好，特别适用于保温隔热要求较高的围护结构。用普通砼或轻砼以及硅酸盐材料制作的实心和空心块材。按尺寸大小和质量分为可手工砌筑的小型砌块（高度180mm~350mm)和采用机械施工的中型(360mm~900)和大型(大于900mm)砌块。粉煤灰小型空心砌块：水泥、粉煤灰，各种轻重骨料、水为主要材料制成。砌块的孔洞沿厚度方向只有一排孔的为单排小型砌块；双排孔小型砌块；多排孔小型砌块。5天然石材：花岗石、石灰石、砂石等具有抗压强度高，抗冻性能好、耐久性好；按加工后的外形规则程度分为细料石、半细料石、粗料石和毛料石。形状不规则、中部厚度不小于200mm的块石称为毛石。6、块体材料的强度等级块体材料的强度等级由标准试验方法得出的块体极限抗压强度的平均值确定。《砌体结构设计规范》中规定的块体强度等级：烧结普通砖、烧结多孔砖等：MU30、MU25、MU20、MU15和MU10；蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖：MU25、MU20、MU15和MU10；砌块：MU20、MU15、MU10、MU7.5和MU5；石材：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30和MU20。2.2砂浆和灌孔混凝土砂浆在砌体中的作用：填满块体间的空隙，使块体所受应力均匀分布，并使块体与砂浆接触面产生粘结力和摩擦力，从而将单个块体凝结成整体以承受荷载。要求：足够的强度、较好的可塑性和保水性。组成：由砂、无机胶结料（石灰岩、石膏、水泥、粘土等）按一定比例加水搅拌而成。一、砂浆水泥砂浆——纯水泥砂浆；特点：强度高、耐久性好；和易性和保水性较差；适用：强度要求较大的地上砌体及地下砌体。混合砂浆（如水泥石灰砂浆、水泥石膏砂浆）特点：和易性和保水性较好；适用：砌筑一般地面以上墙、柱砌体。非水泥砂浆——不含水泥的砂浆（石灰砂浆、石膏砂浆、粘土砂浆等）；特点：强度低、耐久性差；适用：砌筑承受荷载不大的砌体或临时性建筑物、构筑物的砌体。1、砂浆的种类强度等级：边长为70.7mm的立方体试块在20±3℃环境下，水泥砂浆在湿度为90%以上，水泥石灰砂浆在60%~80%条件下养护28天龄期的标准立方体试块的抗压强度平均值划分。等级分为：M15、M10、M7.5、M5和M2.5。当采用砼小型空心砌块时，应根据国家建材行业标准《砼小型空心砌块砌筑和灌孔砼》（JC860/861-2000）的规定，采用专用砂浆（Mb）和专用灌孔砼（Cb）。2、砂浆的强度等级基土的潮湿程度粘土砖混凝土砌块石材水泥砂浆严寒地区一般地区稍潮湿的很潮湿的含饱和水MU10MU15MU20MU10MU10MU15MU7.5MU7.5MU10MU30MU30MU40M5M7.5M10二、砖石和砂浆的选择因地制宜，就地取材；选择强度等级适宜的块体和砂浆；耐久性的要求：耐久性不足时，经冻融循环后会引起砖石剥落和强度降低；地面以下或防潮层以下的砂浆的最低强度要求：砖石和砂浆最低强度等级要求多层房屋承重墙中，变化不宜过多，且同一层内不宜采用不同等级的块体及砂浆。砌块结构特别是配筋砌块砌体剪力墙结构：采用具有高粘结性、工作性能好和强度较高的专用砂浆及高流态、低收缩和高强度的专用灌孔砼。五层及五层以上房屋的墙以及受振动或层高大于6m的墙、柱所用材料的最低强度等级：砖MU10；砌块MU7.5；石材MU30；砂浆M5。当安全等级为一级或设计使用年限大于50年时提高一级。蒸压砖的使用受长期温度、冷热变化、酸性介质、建筑部位、冻融及干湿交替作用的影响。冻胀地区，地面以下或防潮层以下的砌体，不宜采用多孔砖。若采用，需cb20混凝土灌实。2.3砌体的分类和应用一.无筋砌体：仅有块材和砂浆组成的砌体,无筋砌体房屋抗震性能和抗不均匀沉降能力较差。1.砖砌体结构：实砌体（建筑中的柱、墙、基础、涵洞等）砌体通常采用一顺一丁、梅花丁、三顺一丁砌筑方式（120mm,240mm,370mm,490mm,620mm墙厚）和空斗砌体（节能效果明显）用砖侧砌或平、侧交替砌筑成的空心墙体;具有用料省、自重轻和隔热、隔声性能好等优点;适用于1～3层民用建筑的承重墙或框架建筑的填充墙;空斗墙在中国是一种传统墙体，明代以来已大量用来建造民居和寺庙等，长江流域和西南地区应用较广。2.砌块砌体结构:由砌块和砂浆砌筑而成的结构。（民用、工业建筑墙体）3.石砌体结构：由天然石材和砂浆砌筑而成的结构。料石砌体(墙、柱、基础）、毛石砌体（挡土墙、护坡）和毛石混凝土砌体（基础和挡土墙）二、配筋砌体有横向配筋砌体、组合砌体和配筋混凝土空心砌块。1、在砖柱或墙体的水平灰缝内配置钢筋网片，称为横向配筋砌体。2、在竖向灰缝内或预留的竖槽内配置纵向钢筋，并浇筑混凝土，形成组合砌体，也称为纵向配筋砌体，适用于承受偏心压力较大的墙和柱。外包式组合砖砌体：墙或柱外侧配置一定厚度的钢筋混凝土面层或钢筋砂面层，提高砖砌体的强度。内嵌式组合砖砌体：先砌墙，后浇混凝土构造柱。砌体与墙体按构造砌成马牙槎，保证共同工作。3、配筋混凝土空心砌块砌体：上下孔对齐，竖向孔内配钢筋、浇混凝土，在横肋凹槽内配水平钢筋并浇混凝土或水平灰缝配置水平钢筋。特点：自重轻，地震作用小，抗震性能好，造价比钢筋混凝土低。使用前景广泛。三、预应力砌体预应力砌体——在砌体构件或结构的某些部位配置一定的预应力钢筋，通过张拉预应力钢筋获得预应力；施工方法：先张法（标准的中、小构件）、后张法（现场施工，主要用于墙柱的预应力施加。特点：抗裂性能得到改善，结构的整体性增强，提高了砌体的抗倒塌能力和抗震性能。一、无筋砖砌体受压破坏三阶段：（240×370×720mm的标准试件）第一阶段：加载→单块砖内出现细小裂缝N1=50%～70%Nu第二阶段：细小裂缝→穿过几皮砖的连续裂缝N2=80%～90%Nu第三阶段：若干皮砖的连续裂缝→贯通整个构件的纵向裂缝，形成半砖小柱，失稳破坏。N3=Nu2.4砌体的受压性能1.裂缝首先在单块砖中出现2.砖柱的抗压强度远小于砖的抗压强度？结论二、受压砌体应力状态的分析块体处于压、弯、剪的复杂应力状态：块体表面不平整，砂浆铺砌厚度和密实性不均匀，使单个块体不均匀受压，而处于压、弯、剪复合状态。由于块体的抗弯、剪强度远低于抗压强度，因而较早出现单个块体裂缝。块体抗压能力不能充分发挥，所以砌体的抗压强度总低于块体。块体与砂浆的交互作用使砖承受水平拉应力：两者弹性模量和横向变形系数不一致，横向变形时，块体处于竖向受压、横向受拉状态，从而降低了抗压强度。在块体间的竖向灰缝处存在应力集中：竖向灰缝不可能填满，使得砂浆与块体的粘结力不足砌体的整体性削弱，造成块体间的竖向灰缝存在剪应力和横向拉应力集中，导致块体受力更不利。1、块体的物理力学性能（抗压强度和块材规格）2、砂浆的物理力学性能（强度、变形性能和易性、保水性）块材的抗压强度高，砌体的抗压强度越大；块体厚度大，外形规则平整（砌体中的拉弯剪应力较小），砌体抗压强度越大。砂浆强度等级不高的情况下，提高砂浆强度等级，砌体抗压强度有明显提高，但砂浆强度等级过高时，对砌体的抗压强度的提高并不明显。砂浆与砌块等级相互匹配，比较合理；砂浆变形越大，砌体的抗压强度越低；砂浆的和易性、保水性越好，是灰缝饱满、均匀和密实，砌体的抗压强度越高，但过大的流动性是砂浆变形过大，砌体的强度反而降低。三、影响砌体抗压强度的主要因素3、砌筑质量1）水平灰缝的均匀和饱满程度《砌体工程施工质量验收规范》GB50203-2002规定，水平灰缝的砂浆饱满度不得小于80%，并根据质保体系、砂浆强度、混凝土强度、砌筑工人技术等综合水平将施工技术水平划分为A、B、C三个等级。A级施工质量，砌体强度设计值提高5%，B级施工质量，砌体强度设计值按表采用，C级施工质量，砌体强度设计值应降低。2）灰缝的厚度砖砌体灰缝厚度一般应控制在8～12mm3）砖的含水率干燥的块体会降低20%左右砌体强度，《施工规范》规定砖提前1~2d浇水湿润，普通砖、多孔砖含水