砌体结构王秀芬1---学生

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第1章砌体结构构件的承载力计算1.1砌体材料和砌体结构的力学性能1.1.1块体材料块体是砌体强度的主要提供者，块体的强度等级（MU）是由标准试验方法得出的块体极限抗压强度按规定的评定方法确定的，单位为“MPa”。是块体力学性能的基本标志。 《砌体规范》中采用的块体有以下几种：1）烧结普通砖由粘土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经过焙烧而成的实心或孔洞率不大于规定值且外形尺寸符合规定的砖(240mmx115mmx53mm,ρ=18～19kN/m3)分为烧结粘土砖、烧结页岩砖、烧结煤矸石砖、烧结粉煤灰砖等。其强度等级分为五级：MU30、MU25、MU20、MU15和MU10。 2）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%，孔的尺寸小而数量多，主要用于承重部位的砖。简称多孔砖。分为P（popurlar）型砖和M(modular)型砖。烧结多孔砖的强度等级也分为五级：MU30、MU25、MU20、MU15和MU10。烧结多孔砖的强度等级是由试件破坏荷载值除以受压毛面积确定，因此在设计计算时不需要考虑空洞率的影响。 3）蒸压粉煤灰砖以粉煤灰、石灰为主要原料，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。4）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。蒸压粉煤灰砖蒸压灰砂砖的规格尺寸均与烧结普通砖相同。二者的强度等级均分为四级：MU25，MU20，MU15和MU10。以上四种块体称为砖。 块体——砌块、石材名称强度等级砌块混凝土砌块MU20、MU15MU10、MU7.5MU5轻骨料混凝土砌块石材毛石MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20料石砌块是指采用普通混凝土或利用浮石、火山渣、陶粒等为骨料的轻骨料混凝土制成的实心或空心砌块。 5）混凝土小型空心砌块由普通混凝土或轻骨料混凝土制成，尺寸390mm×190mm×190mm、空心率在25%～50%的空心砌块。简称混凝土砌块或砌块。砌块的强度等级分为五级：MU20，MU15，MU10，MU7.5和MU5。砌块强度等级的划分是根据单块砌块的破坏荷载，按毛截面计算的抗压强度确定的，在设计计算时也不需要考虑空洞率的影响。 6）石材天然石材按容重大小可分重石与轻石两种。容重大于18kN/m3者为重石，容重低于18kN/m3者为轻石。石材一般采用重质天然石，按其外形加工的规整程度分为料石和毛石。毛石指形状不规则，中部厚度不应小于200mm的块石。 需注意以下问题：1．烧结多孔砖与空心砖有何区别？2．空心砖较实心砖有何优点？3．为何要重新确定砌体材料的最低强度等级？ 1．烧结多孔砖与空心砖有何区别？参考答案：1）多孔砖指孔洞率≥25%，孔的尺寸小而数量多。其孔洞垂直于砖的大面（竖孔），常用于建筑物的承重部位。2）空心砖指孔洞率≥40%，孔的尺寸大而数量少。其孔洞平行于砖的大面（水平孔），常用于建筑物的非承重部位。 2．空心砖较实心砖有何优点？参考答案：1）可减轻结构自重；2）砖厚较大，可节约砌筑砂浆和减少工时；3）粘土电力及燃料用量亦可减少。 3．为何要重新确定砌体材料的最低强度等级？参考答案：为不断提高砌体材料的质量，增强砌体结构的安全适用和耐久性，砌体规范已不允许使用MU7.5的砖，MU3.5的砌块，M1.0和M0.4的砂浆以及MU15、MU10的石材。 1.2砂浆砂浆是用砂和适量的无机胶凝材料（水泥、石灰、石膏、粘土等）加水搅拌而成的一种粘结材料。砂浆在砌体中的作用是：1）将单个块体粘连成整体；2）垫平块体的上、下表面，使块体的应力分布较为均匀；3）填满块材间隙，以提高砌体的防水、抗冻、防风、保温等性能。 砂浆的强度等级是用龄期为28天的标准立方体试块(70.7mm×70.7mm×70.7mm)采用同类块体为砂浆试块底模，在适当的温湿度条件下，以MPa为单位的抗压强度来划分的。强度等级分为五级：M15、M10、M7.5、M5和M2.5。对砂浆的基本要求主要是强度、可塑性、耐久性和保水性（以保证砌筑质量，砌体强度及良好的粘结力）。 《砌体规范》中采用的砂浆有以下几种：1）纯水泥砂浆纯水泥砂浆是由水泥、砂和水拌合而成的砂浆。这种砂浆强度高耐久性好，能在潮湿环境下硬化，故一般多用于地下砌体。但这种砂浆的和易性和保水性较差，施工难度较大。 2）水泥混合砂浆水泥混合砂浆是在水泥砂浆中掺入一定比例塑化剂的砂浆。如水泥石灰砂浆、水泥石膏砂浆等。其可塑性和保水性较好，这会使砌筑质量较好，施工方便，常用于地上砌体。 3）非水泥砂浆非水泥砂浆为不含水泥的砂浆。有石灰砂浆、黏土砂浆和石膏砂浆；其强度较低、耐久性差，但可塑性和保水性较好，一般用于不受潮湿的地上砌体和承载不大的临时性建筑等砌体。以上三种砂浆的强度等级分为五级：M15、M10、M7.5、M5和M2.5。 4）混凝土砌块砌筑砂浆由水泥、砂、水以及根据需要掺入的掺和料和外加剂等组分，按一定比例，采用机械拌和而成，专门用于砌筑混凝土砌块的砌筑砂浆。简称砌块专用砂浆。其优点是使砌体灰缝饱满，粘结性能好，减少墙体开裂和渗漏，提高砌块建筑质量。混凝土砌块砌筑砂浆的强度等级用“Mb”表示，分为四级：Mb15、Mb10、Mb7.5和Mb5。 由水泥、集料（砂子和豆石）、水以及根据需要掺入的外加剂等组分，按一定比例，采用机械搅拌后，用于浇注混凝土砌块砌体芯柱或其他需要填实部位孔洞的混凝土。简称砌块灌孔混凝土。砌块灌孔混凝土的强度等级用“Cb”表示。砌块灌孔混凝土的强度等级Cb××等同于对应的混凝土的强度等级C××，例如Cb20砌块灌孔混凝土等同于C20混凝土。砌块砌体的灌孔混凝土的强度等级不应低于Cb20，也不宜低于两倍的块体强度等级。5）混凝土砌块灌孔混凝土 选用块体和砂浆的基本原则：1因地制宜，就地取材2既要考虑受力需要，又要考虑材料的耐久性问题。保证砌体在长期使用过程中具有足够的强度和正常使用的性能。3方便施工。材料强度等级不宜变化过多，同一层的砌体，一般不宜采用不同强度等级的材料。 参考答案：因不同材料的试块和底模，材料会在吸水、泌水等物理性能方面有差异，这些将影响到砂浆的硬化和强度。为消除底模材料对砂浆强度的影响，要采用同类块体作底模。需注意以下问题：1．在测定砂浆强度等级时，为何要采用同类块体作底模？ 2．为何引入混凝土砌块砌筑砂浆？参考答案：由于混凝土砌块的壁薄、孔洞率大，在同等的砂浆强度时，其砌体抗拉、抗弯和抗剪强度只有烧结普通砖砌体的1/3~1/2，这是用一般砂浆砌筑的混凝土砌块墙体容易开裂和渗漏的重要原因。 1.3砌体的种类(1)无筋砌体1）砖砌体采用烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压粉煤灰砖、蒸压灰砂砖砌筑的砌体统称为砖砌体。需分皮错缝搭砌，砌筑的方法一般有一顺一丁、三顺一丁、五顺一丁等。使用标准尺寸为240mm×115mm×53mm砖砌筑，可形成120mm（半砖）、240mm（一砖）、370mm（3/2砖）、490mm（2砖）等常用砌体厚度，如加一块侧转还可砌成180mm，300mm，430mm等厚度 2）砌块砌体国内普遍采用的是小型混凝土空心砌块砌体，用于民用房屋及工业厂房的墙体结构。一方面砌块砌体应分皮错缝搭砌，小型砌块上、下皮搭砌长度不应小于90mm。另一方面，要保证空心砌块孔对孔肋对肋砌筑。块体不得与普通砖等混合砌筑。砌块墙体一般由单排砌块砌筑。 3）天然石材砌体广泛应用于山区民用建筑和农业建筑中。料石砌体：对石材外形尺寸做细微加工毛石砌体：对石材外形尺寸不做过多加工特点石材价格低廉，可就地取材，自重大、导热系数高，作外墙时一般厚度较大，用于挡土墙、承重墙或基础，有一定装饰作用。 (2)配筋砌体1）网状配筋砖砌体当需要在砖砌体截面尺寸和原材料不变的前提下提高砌体的抗压强度时，可在水平灰缝中每隔几皮砖放置一层钢筋网，这称为横向配筋砖砌体或网状配筋砖砌体。其主要应用于轴心受压和偏心距较小的偏压构件；由于构件的横向变形受到约束，因而提高了构件的承载能力和变形能力及抗剪能力。 图3.1网状配筋砖砌体 2）组合砌体构件（由砖砌体和钢筋混凝土或钢筋砂浆构成的砌体）在大偏心受压构件中，有时为了有效地提高砌体的承载能力，可在竖向灰缝内或在垂直于弯矩方向的两个侧面预留的竖向凹槽内，配置纵向钢筋和浇筑混凝土，形成组合砌体构件。其使构件的抗压抗弯抗剪能力均有提高。图3.2组合砖砌体 3）砖砌体与混凝土构造柱组合墙由混凝土构造柱与圈梁形成约束边框使其中的砖砌体与构造柱和圈梁组成一个整体受力构件，称为砖砌体与混凝土构造柱组合墙。由于对砌体有较强的约束作用，使多层砖混结构房屋的抗震性能明显改善，并对抗压抗剪性能有一定程度的提高。 4)配筋砌块砌体在混凝土小型空心砌块砌体水平灰缝中配置水平钢筋和在孔洞内配置竖向钢筋并用灌孔混凝土灌实的砌体。该种砌体具有良好的静力和抗震性能，是多高层砌体的重要承重材料。在我国上海辽宁和大庆等地分别建成18层15层和16层的民用住宅建筑。 1.4砌体的抗压强度（力学性能基本指标）砌体是由单块块体，用砂浆垫平粘接而成。由于块体强度高，变形小，而砂浆的变形大，强度低；砌筑时水平灰缝较饱满，竖向灰缝饱满度很差，因而砌体的受压工作与匀质的整体结构构件有很大差别。由于砂浆形成的灰缝厚度和密实性不均匀，以及块体和砂浆的相互作用等原因，使块体的抗压强度不能充分发挥，即砌体的抗压强度将低于块体的抗压强度。 1）  砌体抗压强度的平均值《砌体规范》规定：砌体抗压强度平均值fm的通用表达式（对各类砌体都适用）如下：fm＝k1f1α(1+0.07f2)k2(1-1)k1——砌体类型、砌筑方法等因素对砌体强度的影响系数；k2——强度较低的砂浆对砌体强度的影响系数；f1、f2——用标准试验方法测得的块体和砂浆的抗压强度平均值；α——与块体有关的系数。（k1k2α详见附表8P183） 2）砌体轴心抗压强度的标准值各类砌体强度的标准值fk统一规定取值如下：fk＝fm(1-1.645δf)δf–砌体强度的变异系数类别δffkf各类砌体受压0.170.72fm0.45fm毛类砌体受压0.240.60fm0.37fm各类砌体受拉、受弯、受剪0.200.67fm0.42fm毛类砌体受受拉、受弯、受剪0.260.57fm0.36fm 3）  砌体轴心抗压强度的设计值除毛石砌体外，各类砌体的抗压强度设计值f可由下式得出。f＝fk/γf(1-3)式中γf—砌体结构的材料性能分项系数，对各类砌体和各种强度，当施工控制等级为A级时取γf＝1.5，B级时取γf＝1.6，当为C级时取γf＝1.8。各类砌体抗压强度设计值见《砌体规范》表3.2.1-1～3.2.1-7。表中数值是按B级确定的。故对AC级应分别乘以1.05（1.6/1.5）和0.89(1.6/1.8)。或见教材附表1-7（P180） 4）影响砌体抗压强度的主要因素（fm＝k1f1α(1+0.07f2)k2）⑴块体的抗压强度f1和砂浆强度f2是影响砌体轴心抗压强度的主要因素:f1和f2的值越大则砌体抗压强度越高。⑵块体的形状和高度的影响:块体的形状越规整；高度越高则砌体抗压强度越高。 ⑶砌筑质量与砂浆的和易性与保水性：砌筑质量与砂浆的和易性与保水性越好，铺砌厚度越均匀，灰缝饱满度越高，块体在砌体内的受力就越均匀，其抗压强度就相应提高。⑷砂浆的变形性能：砂浆的变形性能越大，块体中的水平拉应力越大，导致砌体抗压强度降低。 ⑸施工砌筑质量：①水平灰逢的均匀和饱满程度好，可改善块体在砌体中的应力状态，提高砌体的抗压强度。«砌体工程施工质量验收规范»规定：砖砌体水平灰逢砂浆饱满度不小于80%；砌块砌体水平灰逢砂浆饱满度按净面积计算不得低于90%，竖向灰逢砂浆饱满度不小于80%； ②灰缝的厚度Ø1灰缝愈厚，灰缝的变形愈大，砌体强度愈低。Ø2灰缝厚度愈薄，砂浆不易均匀饱满和密实，砌体强度会降低。Ø3规范规定，砖和砌块砌体的水平灰缝厚度及竖向灰缝的厚度宜为10mm，且应在8-12mm之间。 ③砖的含水率Ø1砖的含水率太小，砂浆中大部分水很快被砖吸收，这不利于砂浆的铺设和硬化，会使砌体强度降低。Ø2砖的含水率过高，会使砌体的抗剪强度降低。同时，当砌体干燥时，会产生较大的收缩应力，导致砌体出现垂直裂缝。Ø3施工规范规定，烧结普通砖多孔砖含水率宜为10%--15%，蒸压灰砂砖蒸压粉煤灰砖含水率宜为8%--12%，砖应在砌筑前1—2天浇水湿润。 ④块体的搭接方式砌筑时块体的搭接方式影响砌体的整体性，从而影响砌体的强度。因此，烧结普通蒸压砖砌体应上下错缝，内外搭砌。实心砌体宜采用一顺一丁，梅花丁，三顺一丁的砌筑形式。 需要了解以下问题：Ø1.如何确定砌体施工质量控制等级？Ø2.烧结普通砖与烧结多孔砖砌体的抗压强度有何差异？ 1参考答案：砌体施工以手工方式为主，其质量受到诸多因素的制约。«砌体工程施工质量验收规范»规定：根据施工现场的质保体系、砂浆和混凝土的强度，砂浆拌和方式，砌筑工人技术等方面的综合水平划分A、B、C三级。其选择主要根据设计和建设单位商定，并在工程设计图纸中明确设计采用的施工控制等级。对我国目前施工水平，对一般多层房屋按B级控制，而对配筋砌体剪力墙高层建筑，为提高结构体系的可靠性，设计时宜选用B级，而施工时宜采用A级，配筋砌体不允许采用C级。 参考答案：在烧制多孔砖时，需增大压力来挤压，使砖的密实性增加，它抵消或部分抵消了由于孔洞引起的强度降低；且多孔砖的高度大于普通砖的高度，有利于改善砌体内复杂的应力状态，砌体抗压强度提高，但受压时脆性增大。因此，规范将两种砌体的抗压强度列在一个表格内。但当多孔砖的孔洞率大于30%时，应将表中数值乘0.9。 、1.5砌体抗拉、抗弯和抗剪强度砌体大多用来承受压力，以充分利用其抗压性能；但也有用于受拉、受弯、受剪的情况，比如圆形水池的池壁上存在拉力，挡土墙受到土侧压力形成的弯矩作用，拱支座处的剪力作用等。试验表明，砌体在轴心受拉、受弯和受剪时的破坏，一般发生在砂浆和块体的结合面上。因此，砌体的拉、弯、剪强度将主要取决于灰缝与块体的粘结强度，即取决于砂浆本身的强度。 1.6砌体强度设计值取用时应注意的问题(1)砌体强度设计值的调整《砌体规范》规定，下列情况各类砌体强度设计值应乘以调整系数γa：1）有吊车房屋砌体，跨度不小于9m的梁下烧结普通砖砌体，跨度不小于7.5m的梁下烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖砌体，混凝土和轻骨料混凝土砌块砌体，取γa＝0.9。 3）各类砌体，当用水泥砂浆砌筑时，对于抗压强度设计值，γa＝0.9；对于抗拉、抗弯、抗剪强度设计值，γa＝0.8。4）当施工控制质量为C级时，γa＝0.89。5）当验算施工中房屋的构件时，破坏概率则可适当放大，故取γa＝1.1。2）对无筋砌体，当构件截面面积A小于0.3m2时，γa＝A+0.7；对配筋砌体，当砌体截面面积A小于0.2m2时，γa＝A+0.8；截面面积A的单位以m2计。 调整原因大致如下：一方面因砌体强度确有可能降低1）当用水泥砂浆砌筑时，由于砂浆的保水性不好，和易性差，砌体抗压强度降低5-15%，其它受力强度降低25%。2）构件截面过小，受各种偶然因素影响（截面缺口，构件碰损），可能导致砌体强度有较大降低。 二是从安全储备考虑有吊车砌体房屋，轴向力的偏心距往往较大，不但砌体的抗拉能力低，墙柱还受到振动的不利影响，因此要求提高安全储备。验算施工中房屋时，安全储备可适当降低。按不同施工质量控制等级施工的砌体，为保证它们具有相同的可靠度，可通过该系数进行调整。 （2）灌孔砌体抗压强度设计值对于单排孔混凝土砌块对孔砌筑且进行混凝土灌孔时，灌孔砌体抗压强度设计值fg按下列公式计算：fg=f+0.6αfc（1-7）α=δρ（1-8）式中：fg——灌孔砌体抗压强度设计值;并不应大于2ff——未灌孔砌体抗压强度设计值，按《砌体规范》表3.2.1-3取用；fc——灌孔混凝土轴心抗压强度设计值;不应低于Cb20和1.5倍的块体强度等级α——砌块砌体中灌孔混凝土面积和砌体毛面积的比值;δ——混凝土砌块的孔洞率ρ——混凝土砌块砌体的灌孔率，系截面灌孔混凝土面积和截面孔洞面积的比值，ρ不应小于33% （3）灌孔砌体抗剪强度设计值对于单排孔混凝土砌块对孔砌筑且进行混凝土灌孔时，灌孔砌体抗剪强度设计值fvg按下列公式计算：fvg=0.2fg0.55(1-9)式中：fvg——灌孔砌体抗剪强度设计值;fg——灌孔砌体抗压强度设计值，按（1-7）取用； 1.7砌体的变形性能(1)砌体的弹性模量《砌体规范》规定，取σ=0.43fm时割线模量，作为设计中取用的“砌体弹性模量”，用E来表示，这样求得的变形比较符合砌体在使用阶段的工作情况。各类砌体的弹性模量见《砌体规范》表3.2.5-1，表中的f为砌体的轴心抗压设计强度。（2）砌体的剪切模量《砌体规范》规定取G＝0.4E。 （3）砌体的其它变形性能1）砌体的线膨胀系数砌体的线膨胀系数是计算砌体的温度变形的重要参数。不同的砌体具有不同的砌体的线膨胀系数。砌体的线膨胀系数和收缩率砌体类别线膨胀系数10-6/℃收缩率mm/m烧结粘土砖砌体5-0.1蒸压灰砂压、蒸压粉煤灰砖砌体8-0.2混凝土砌块砌体10-0.2轻骨料混凝土砌块砌体10-0.3料石和毛石砌体8—表中的收缩率系由达到收缩允许标准的块体砌筑28d的砌体收缩率，当地方有可靠的砌体收缩试验数据时，亦可采有缇地的试验数据。 2）砌体的收缩系数砌体的干燥收缩变形是造成墙体开裂的重要原因之一。砌体的干燥收缩变形的特点是早期收缩变形大，28天的收缩可达50%，而后逐渐变慢，几年后停止。各类砌体的收缩系数见《砌体规范》表3.2.5-2。 3）砌体的摩擦系数砌体与常用材料间的摩擦系数与摩擦面的材料及摩擦面的干湿情况有关，砌体的摩擦系数见《砌体规范》表3.2.5-3。 思考题：1我国常用的砌体块体裁和砂浆的种类有哪些？2砖砌体中砖和砂浆的强度是如何确定的？3常用无筋砌体有哪几类？各自的适用范围如何？4轴心受压砌体的破坏特征如何？影响砌体抗压强度的因素有哪些？如何提高砌体结构的施工质量？5轴心受拉砌体的三种破坏形态及破坏机理如何？在设计中如何避免？6砌体块体砂浆的强度之间有何联系？7配筋砌体有哪几类？各自的优越性和适用范围如何？8砌体的弹性模量和剪切模量各如何确定？