砌体结构教学课件PPT.ppt

砌 体 结 构,第1章:绪 论,1.1 砌体结构的特点及其适用范围 砌体结构是由砖、砌块及石块，用砂浆砌筑的结构，习惯上也称为砖石结构。 1.1.1 砌体结构的优缺点 优点： 能就地取材，如天然石材、粘土、砂等几乎到处都有，来源极广。 耐久，防火，隔热，保温性能良好，易满足建筑功能要求。,施工工序单一、方便，新铺砌体可承受一定的荷载，可连续施工，在寒冷地区可用冻结法施工。 与钢筋混凝土结构相比，能节约三材（钢、木和水泥），造价较低。 缺点： 自重大。 砌筑工作量大，且为手工操作，工人劳动强度大，施工进度较慢。 抗震性能差。 与农争地。,1.1.2 砌体结构的适用范围 砌体结构抗压承载力较高，它最适用于受压构件，如混合结构房屋中的竖向承重构件。 大量用于一般工业与民用建筑的竖向承重构件(墙体、柱、基础)，高塔、烟囱、料仓、挡土墙等构筑物，桥梁、涵洞、墩台, 水利工程中的石坝、渡槽、围堰等。 砌体结构抗弯、抗拉性能较差，一般不宜作为受拉或受弯构件。,1.2 国外砌体结构发展现状 苏联是最先建立砌体结构理论和设计方法的国家，于20世纪50年代提出了砌体结构按极限状态设计的方法。 20世纪60年代后欧美许多国家逐渐放弃了容许应力设计方法，而采用极限状态设计方法，或采用以近似概率理论为基础的安全准则。 国际交流：国际砌体结构会议1967年开始，以后每3年一次。,1.3 我国砌体结构的最新进展 1952年：砖石结构设计临时标准，规定结构分析和设计应基于弹性理论和允许荷载。 1955年：砖石及钢筋砖石结构临时设计规范 1960年：砖石结构设计规范草案 1973年：砖石结构设计规范（gbj3-73） 1988年：砖石结构设计规范（gbj3-88） 2001年：砌体结构设计规范（gb50003-2001）,1.4 砌体结构发展方向 1发展轻质高强的实心砖、空心砖、砌块和高强度砂浆，提高砌体强度、减轻自重、提高砌筑效率、节约材料、减少运输量和降低工程造价。空心制品还具有较好的保温、隔热性能。 2发展各种工业废料制品和混凝土砌块，对于解决城市工业废料处理、治理环境极为有效，还可解决生产黏土砖与农业争地的问题。,3发展配筋砖砌体结构，采用与钢筋混凝土或钢筋砂浆组成的组合砖砌体结构、后张预应力配筋砌体结构等，增强砌体结构的抗震性能。 4采用各种砌块、墙板，如粉煤灰砌块、加气混凝土砌块、振动成型的砖墙板、加气混凝土墙板、夹心墙板、石膏墙板等，改变手工砌筑小块砖的落后状态，减轻体力劳动，保证施工质量，加快建设速度，提高建筑施工机械化和工业化水平。 5 加强理论研究.,第2章 砌体材料及其力学性能,2.1 块材 2.1.1 块材的种类 块材分为砖、砌块和石材三大类。砖与砌块通常是按块体的高度尺寸划分的，块材高度小于180mm者称为砖；大于等于180mm者称为砌块。 1.烧结粘土砖 有普通粘土砖和粘土空心砖两种,(1)普通粘土砖 普通粘土砖指用塑压粘土制坯,干燥后经焙烧窑高温烧结而成的实心粘土砖. 标准实心砖的规格为240mm115mm53mm。实心粘土砖的重力密度=1819kn/m3，实心硅酸盐砖的重力密度=1415kn/m3。,(2)粘土空心砖 在粘土砖中竖向或水平向设孔, 且孔洞率大于15%的砖, 称为粘土空心砖. a) 承重粘土空心砖 孔洞率1540%, 三种常用型号: kp1型: 240mm115mm90mm kp2型: 240mm180mm115mm 配砖: 240mm115mm115mm 180mm115mm115mm km1型: 240mm180mm115mm 配砖: 190mm190mm90mm,km1型,km1型配砖,kp1型,kp2型,kp2型配砖,b) 非承重粘土空心砖 孔洞率4060%, 用于非承重墙, 能减轻自重并获得更好的隔热隔声性能. 烧结粘土砖在我国应用已有2000多年历史, 但生产粘土砖要占用和毁坏大量农田, 造成环境污染. 研制轻质高强节能的新型墙体材料, 取代烧结粘土砖.,2. 非烧结硅酸盐砖 它是以硅酸盐材料为原料制坯经高压蒸汽养护而成。常用的硅酸盐砖有：灰砂砖、粉煤灰砖、矿渣硅酸盐砖、煤矸石砖等，其尺寸与标准砖相同。硅酸盐砖的强度与烧结普通砖大致相同，但耐久性较差，不宜用于潮湿、高温及有酸性侵蚀的环境中。,3.混凝土砌块 我国当前采用砌块的主要类型有实心砌块、空心砌块和微孔砌块。 砌块按尺寸大小分为手工砌筑的小型砌块和采用机械施工的中型和大型砌块。高度为180350mm的块体一般称为小型砌块；高度在360900mm之间的称为中型砌块，高度在900mm以上的称为大型砌块.,常用混凝土小型砌块,4. 石材 一般为重岩天然石，如花岗岩、砂岩、石灰石等，其重力密度18kn/m3。这些石材具有强度高，抗冻性能好等优点, 但导热系数大。按加工外形规则程度分料石和毛石。,5. 块材的强度等级 根据规范，块材强度等级应按下列规定采用： 烧结普通砖和承重粘土空心砖等的强度等级：mu30（300），mu25（250），mu20（200），mu15（150）和mu10（100）。括号内为工程制单位的值，以便与烧结普通砖（gb510185）中仍保留的工程制单位对照。 常用的烧结普通实心砖为mu10mu15。 非烧结硅酸盐砖的强度等级：mu25，mu20，mu15和mu10。 砌块强度等级：mu20，mu15，mu10，mu7.5和mu5。,石材强度等级：mu100，mu80，mu60，mu50，mu40，mu30和mu20 2.1.2 块体的设计要求 块体应具有足够的强度，以保证砌体结构的承载能力。 块体应具有良好的耐久性，主要是抗冻性，以保证砌体结构在使用期间内，能经受多次冻融循环的不利影响。 块体应具有保温隔热的性能。,1.砂浆的种类 砂浆按其不同组成可分为三类： 水泥砂浆是不掺塑化剂（石灰、石膏、粘土等）的砂浆，强度高，耐久性好, 但和易性、保水性稍差。 混合砂浆是在水泥砂浆中掺塑化剂的砂浆，一般为水泥石灰砂浆。和易性、保水性好。 非水泥砂浆，如石灰砂浆、粘土砂浆及石膏砂浆, 这类砂浆不含水泥，又称为柔性砂浆。强度低，耐久性差。,2.2 砂浆和灌孔混凝土 2.2.1 砂浆,3. 砂浆的设计要求 砂浆应具有足够的强度； 砂浆应具有一定的可塑性，即和易性，以便于砌筑，提高工效，保证质量和提高砌体强度，但砂浆的可塑性也不宜过大； 砂浆应具有适当的保水性，以保证砂浆硬化所需的水分。,2.2.2 灌孔混凝土 灌孔混凝土也称注芯（填芯）混凝土, 即在砌块竖向孔洞中设置钢筋并浇入混凝土，使其形成钢筋混凝土柱。有时不设钢筋，只用混凝土灌孔。 根据灌孔尺寸大小和灌注高度不同分为粗灌孔混凝土和细灌孔混凝土。 灌孔混凝土强度等级用cb表示。,2.2.3 块材及砂浆的选择 按以下原则和规定： 因地制宜，就地取材； 按承载力要求选择强度等级适宜的块材和砂浆 保证砌体的耐久性 地面以下或防潮层以下的砌体应符合表2-1的要求p12.,2.3 砌体的分类和应用 砌体可分为无筋砌体和配筋砌体两大类。 2.3.1 无筋砌体 包括砖砌体、砌块砌体和石砌体。 (1)砖砌体 按砖类型不同，有普通粘土砖砌体、粘土空心砖砌体及各种硅酸盐砖砌体。 按砌筑形式不同又分为实心砌体和空心砌体. 砖砌体用作内外承重墙或围护墙及隔墙。砖砌墙体一般可砌成实心的，有时也可砌成空心的，砖柱则应实砌。,实心砌体常采用一顺一丁、梅花丁和三顺一丁的砌筑方式。 一顺一丁法又称满丁满条法，这种砌法第一皮排顺砖，第二皮排丁砖，操作方便，施工效率高，又能保证搭接错缝，是一种常见的排砖形式。一顺一丁法根据墙面形式不同又分为“十字缝”和“骑马缝”两种。两者的区别在于顺砌时条砖是否对齐。,三顺一丁法的组砌方式是先砌一皮丁砖，再砌三皮条砖。此法操作方便，容易使墙面达到平整美观的要求。拉结及整体性不如一顺一丁法。,梅花丁法俗称沙包式。此法在同一皮砖内，丁顺相间排列，因此美观而富于变化，常见于清水墙面。此法也常用于外皮砌整砖，里皮砌土坯或碎砖的单层砖房，以利节约整砖。,(a)一顺一丁；(b)三顺一丁；(c)梅花丁,240mm115mm90mm多孔砖砌筑形式,空心砖墙砌筑形式,当砖砌体为空斗墙时，常采用一眠一斗、一眠多斗或无眠空斗墙的砌筑方法，如图所示。 空斗墙砌筑方法 (a)一眠一斗 (b)一眠多斗 (c)无眠空斗,(2)砌块砌体 采用砌块建筑，是墙体改革中的一项重要措施。 砌块墙不与粘土砖等混合砌筑； 一般由单排砌块砌筑，墙厚度等于砌块宽度。 (3)石砌体 由石材和砂浆或石材和混凝土砌筑而成的砌体。 石砌体可就地取材，在产石的山区采用较广泛。类型有料石砌体、毛石砌体及毛石混凝土砌体。,2. 配筋砌体 (1)横向配筋砖砌体 如图所示，砌体内配筋以限制构件在压力作用下的横向变形，这种配筋砖砌体，称为网状配筋砖砌体或横向配筋砖砌体。,主要用于轴心受压或偏心距较小的偏心受压构件。,(2) 组合砖砌体：外表面或内部配有钢筋混凝土或钢筋砂浆的砖砌体 外包式组合砖砌体：提高抗拉、 压、弯、剪能力,组合砖墙砌体结构房屋，应在纵横墙交接处、墙端部和较大洞口的洞边设置构造柱，其间距不宜大于4m。各层洞口宜设置在相应位置，并宜上下对齐；构造柱的截面尺寸不宜小于240mm240mm，厚度不应小于墙厚，边柱、角柱的截面宽度宜适当加大。砖砌体与构造柱的连接处应砌成马牙槎，并应沿墙高每隔500mm设2根6mm拉结钢筋，且每边伸入墙内不宜小于600mm；组合砖墙的施工程序应为先砌墙后浇混凝土构造柱。,内嵌式组合砖砌体(砖砌体+构造柱),3. 配筋混凝土空心砌块砌体,(a)上皮 (b)下皮,4、预应力砌体 在砌体构件或结构的某些部位配置一定得预应力钢筋，通过张拉预应力钢筋使砌体获得预应力。 提高了砌体结构的抗倒塌能力，有效地改善了结构变形、延性和耗能等抗震性能。,2.4 砌体的受压性能 1.砌体受压破坏试验研究 以240x370x720砖砌体标准试件为试样。 破坏过程可分为三个阶段。 第一阶段 从砌体开始受压，到出现第一条（批）裂缝 第二阶段 随着压力的增加，单块砖内裂缝不断发展，并沿竖向通过若干块砖，在砌体内逐渐连接成一段段裂缝。 第三阶段 压力继续增加，砌体中裂缝迅速加长加宽，并连成几条贯通的裂缝，最后将砌体分割成几个半砖小柱体，各小柱体受力极不均匀，个别砖可能被压碎或小柱体失稳，导致砌体完全破坏。,砖砌体受压破坏情况,2.砌体受压应力状态分析 由于灰缝厚度和密实性不均匀，单块砖在砌体内并非均匀受压，而是处于压、弯、剪复合受力状态。 砌体横向变形时砖和砂浆的交互作用。 弹性地基梁的作用。 竖向灰缝上的应力集中。,砌体内砖的复杂应力状态示意,3、影响砌体抗压强度的因素 1）块材的强度和外形尺寸 2）砂浆的强度 3）砂浆的变形性能 4）砂浆铺砌时的流动性和保水性 5）砌筑质量主要体现在： 水平灰缝的均匀和饱满程度 灰缝的厚度 砖的含水率 块材的搭接方式, 砖柱不得采用包心砌。,严禁采用以上包心组砌法,4、砌体抗压强度平均值,fm砌体轴心抗压强度平均值(mpa)； ,k1与块材类别有关的参数； f1块材的抗压强度等级或平均值(mpa) f2砂浆抗压强度平均值(mpa)； k2砂浆强度影响的修正系数。,此公式适用于各种砌体。,试验和研究表明，当 f120mpa，f215mpa以及当 f2 f1时，公式计算值高于试验值，要进行修正（p19）。,2.5 砌体抗拉、抗弯和抗剪性能 1. 砌体抗拉性能 (1)砌体轴心受拉破坏特征及轴心抗拉强度 砌体轴心受拉时，有三种破坏形态(拉力方向)。,(a)沿齿缝破坏,(b)沿块材和竖向灰缝破坏,(c)沿水平通缝破坏,轴心拉力与水平灰缝平行,轴心拉力与水平灰缝垂直,砌体沿齿缝截面破坏时，起决定作用的是水平灰缝的切向粘结力。 砌体沿齿缝截面破坏时的轴心抗拉强度公式：,烧结普通砖砌体沿块体截面破坏的轴心抗拉强度平均值按下式计算：,2. 砌体抗弯性能 (1)砌体弯曲受拉破坏特征 砌体弯曲受拉时，也有三种破坏形态。,(a)沿齿缝破坏,(b)沿块材和竖向灰缝破坏,(c)沿水平通缝破坏,（2）砌体沿齿缝和通缝截面的弯曲抗拉强度按下式计算,砌体弯曲抗拉强度计算系数k4,烧结普通砖砌体沿块体截面破坏的弯曲抗拉强度平均值按下式计算：,材料单元的受剪状态,3、砌体抗剪性能 (1)砌体受剪破坏特征,砌体沿通缝截面受剪,砌体沿阶梯形截面受剪 (2)影响砌体抗剪强度的因素 1）材料强度的影响 2）垂直压力的影响 3）砌筑质量的影响,砌体的三种剪切破坏形态,垂直压应力对砌体抗剪强度的影响,(3)砌体抗剪强度理论 根据材料力学，为避免砌体由于主拉应力超过砌体的抗主拉应力强度（砌体截面上无垂直荷载作用时沿阶梯形截面的抗剪强度fv0），而产生剪切破坏，应符合下式要求：,由此得砌体抗剪强度的一般表达式为 库仑理论表明，当砌体摩擦系数为时，其抗剪强度可采用下列表达式： 根据我国的试验和研究，并令fv.m和fv0,m表示砌体抗剪强度的平均值，可得：,此式具有以下特点： 符合大量的试验结果。 符合墙体的实际破坏模式。 能较好地解释试验以及房屋遭受地震震害现象。 与砌体结构设计和施工的国际建议（cib58）以及前苏联和英国等国砌体结构规范的公式比较一致。 (4)砌体抗剪强度 砌体的抗剪强度主要取决于水平灰缝中砂浆与块体的粘结强度，因此规范规定砌体抗剪强度按下式计算。,2-6 砌体的变形性能 一、砌体受压的应力应变曲线（短期一次加载） 砌体受压时的应力应变关系是砌体结构的基本力学性能之一。随着应力的增加，应变增加，应变增加的速度较应力增加得快，应力应变关系呈曲线关系，曲线的表达式可以砌体抗压强度的平均值（fm）作为基本变量，采用下列对数应力应变关系式： 砖砌体受压的应力应变曲线公式为：,砖砌体受压的应力应变曲线图,砖砌体受压力应变全曲线图,二、砌体在长期荷载作用下的变形 砌体具有徐变性能，影响徐变的主要因素： 砌体所受的应力大小 加载时砌体的龄期 砌体的种类 砂浆的徐变的大小,三、砌体的变形模量,砖砌体受压应力-应变全曲线,1）切线模量,砌体受压变形模量的表示方法,2）初始弹性模量,3）割线模量,砌体受压变形模量的表示方法,砖砌体：,砌体的弹性模量e/mpa,剪切模量可近似按下式计算：,4. 砌体的剪变模量（剪切模量）,5.砌体的线膨胀系数、收缩率及摩擦系数,砌体的线膨胀系数和收缩率,砌体的摩擦系数,第3章 砌体结构的强度计算指标,3.1 砌体结构的可靠度 1. 结构的极限状态 统一标准对极限状态定义为：“整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。” 结构能够满足完成其预定各项功能而有效地工作，称为结构的“可靠”或“有效”；反之则称结构“不可靠”或“失效”。区分结构工作状态的可靠与失效的标志是“极限状态”。 结构的极限状态分为两类：承载力极限状态和正常使用极限状态。,2. 砌体结构设计表达式 按承载力极限状态设计表达式为：,材料强度标准值 统一标准规定材料强度的标准值fk，都是取其平均强度fm概率密度分布函数的0.05分位数:,3 . 荷载效应组合模式,当只有一个可变荷载时:,3.2 砌体抗压强度设计值,砌体抗压强度标准值,砌体抗压强度变异系数,材料分项系数为1.6, 因此强度设计值,下列情况的各类砌体，其砌体强度设计值应乘以调整系数a： 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，a为0.9； 2 对无筋砌体构件，其截面面积小于0.3m2时，a为其截面面积加0.7。对配筋砌体构件，当其中砌体截面面积小于0.2m2时，a为其截面面积加0.8。构件截面面积以m2计； 3 当砌体用水泥砂浆砌筑时，对抗压强度，a为0.9；对抗剪强度，a为0.8；对配筋砌体构件，当其中的砌体采用水泥砂浆砌筑时，仅对砌体的强度设计值乘以调整