建筑结构-砌体结构.ppt

第九章 砌体和砌体结构,1,2,3,概述 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，称为砌体结构，是砖砌体、砌块砌体和石砌体建造结构的统称。,砌体结构是中国的传统结构。,砌体,4,秦始皇陵兵马俑坑,5,万里长城 两千多年前用“秦砖汉瓦”建造的世界上最伟大的砌体工程之一,6,河北赵县安济桥（建于1400年前，世界上最早单孔圆弧石拱桥）,7,嵩山寺塔，河南登封，建于1470多年前，是我国现存最古老的砖砌佛塔。,8,都江堰：水利工程,9,盘锦国税局15层配筋砌块住宅，建于1997年，节省钢材45%、土建造价降低18%。,10,上海园南新村，建于1998年18层混凝土空心砌块配筋砌体，节约钢材25%，土建造价降低7.4%。,11,金字塔,12,罗马大角斗场:罗马斗兽场,13,砌体结构的优缺点,1优点 就地取材加工 施工设备和方法简单 良好的耐火性、化学稳定性和大气稳定性 保温、隔热、隔音性能好 造价低廉 可以掺入较高成分的工业废弃物（如：粉煤灰、炉 渣、矿渣、电石泥、煤矸石等）,14,2. 缺点 自重较大、强度低 砌筑工作量大，工作效率低 砂浆和块体间的粘结力较弱，抗震性能差 粘土砖用量很大，占用农田多，能源浪费大,15,应用,民用建筑中的墙体、柱、基础等 工业建筑物和构筑物中的承重墙、围护墙、烟囱、小型水池、地沟等。 交通工程中的拱桥、隧道、涵洞、挡土墙等。 水利工程中的石坝、渡槽、围堰等。,16,第一节 砌体材料和砌体力学性能,17,一、 砌体材料 砌体材料包括块体和砂浆 （一） 块体 1烧结砖 烧结普通砖 烧结多孔砖 烧结普通砖：以粘土、煤矸石、页岩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统称为烧结普通砖（标准砖）。 规格全国统一，其尺寸为24011553mm3，自重为1819kN/m3。,18,19,粘土是一种含水铝硅酸盐产物，是由地壳中含长石类岩石经过长期风化和地质的作用而生成的，粘土具有颗粒细、可塑性强、结合性好。 煤矸石是一种沉积岩,是在煤层形成的时候就同期形成的,大多数是石灰岩,由于长期受煤层浸润扩散,也有比较低的含碳量,颜色呈黑灰色。 页岩是由粘土在地壳运动中挤压而形成的岩石。它是一种沉积岩，是固结较弱的粘土经过挤压、脱水、重结晶和胶结作用而形成的。 粉煤灰是燃煤过程中产生的一种固体废弃物,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，孔洞率不小于25，孔的尺寸小而数量多，主要用于承重部位的砖。 烧结多孔砖：竖孔，用于承重墙 M型：规格为19019090mm3 P 型：规格为24011590mm3,20,21,多孔砖与普通砖相比，其优点是：,减轻结构自重 改善保温隔热性能 厚度大的砖抗折能力强 节约砂浆，减少砌筑量,烧结粘土砖的取土要占用大量良田，故在城市建设中已严格限制使用。,22,2蒸压砖 以硅质材料和石灰为主要原料压制成坯并经高压釜蒸汽养护而成的实心砖统称为硅酸盐砖也称为灰砂砖。常用的有蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖。其规格与实心粘土砖相同。,非烧结硅酸盐砖不需焙烧，因此这类砖不宜用于砌筑壁炉、烟囱之类承受高温的砌体。,青海碱厂废渣,23,3.砌块 砌块是指采用普通混凝土、轻骨料混凝 土、粉煤灰等制作的实心或空心块体。 砌块按尺寸大小和重量可分为： 小型砌块 ：高度为180mm350mm 中型砌块：高度为360mm900mm 大型砌块：高度大于900mm,24,目前国内在承重墙体中使用最为普遍的是混凝土小型空心砌块，主要规格尺寸为390190190mm3 ，孔洞率在2550之间。,25,4石材 无明显风化的经过人工开采和加工后，外形规则的建筑用材。按加工后的外形规则程度，分为： 料石：细料石、半细料石、粗料石、 毛料石 毛石：形状不规则，中部厚度不小于200mm,26,（二）砂浆,1定义：砂浆是由胶凝材料（水泥、石灰）、细骨料（砂）和水按一定配合比搅拌而成的混合材料。 2. 作用 使块体与砂浆接触表面产生粘结力和摩擦力，从而把散放的块体材料凝结成整体以承受荷载。 垫平块体上、下表面，使块体应力分布较为均匀，提高砌体强度。 砂浆填满了块体间的缝隙而减少了砌体的透气性，从而提高了砌体的保温性能和抗冻性能。,27,3.基本要求： 砂浆的质量与砂浆的强度、可塑性和保水性 三项指标有关。,28,砂浆强度等级 砂浆强度等级是用边长为70.7mm的砂浆立方体试块，每组为6块，成型后放在铺有湿纸的底模上，养护至28天，然后进行抗压试验，按计算规则得出砂浆试件强度值（以MPa为单位）。 砂浆的强度等级有五级： M15、M10、M7.5、M5、M2.5,29,可塑性（也称流动性或稠度） 指砂浆在外力作用下易于产生流动的性能。可塑性好的砂浆便于操作，能将砂浆很容易且均匀地铺开，使灰缝平整、密实，从而提高工作效率，保证砌筑质量。可塑性用砂浆稠度测定仪的标准圆锥体沉入砂浆的深度进行测定，沉入深度越大，流动性越好。一般砖砌体用的砂浆沉入深度为70100mm。,30,保水性 指砂浆在运输、砌筑过程中保持水分不很快流失的能力，用分层度表示（30mm），一般为1020mm为宜。（稠度之差）,31,4. 分类 砂浆按其配合成分可分为： 水泥砂浆 混合砂浆 非水泥砂浆 混凝土砌块砌筑砂浆,32,水泥砂浆（水泥和砂）：没有加任何塑性掺合料 特点：硬化快、强度高、耐久性好，适用于对 强度要求较高的砌体。由于能在潮湿环境中硬化，一般多用于含水量较大的地基土中的地下砌体。但和易性差。 和易性是指混凝土拌和物易于操作(搅拌、运输、浇筑、捣实)并能获得成型密实、质量均匀的性能.包括流动性、粘聚性和保水性等三方面,是确保混凝土外观质量的关键因素之一。,33,混合砂浆 ： 有塑性掺合料 砂浆中的砂子是细骨料，水泥起活化剂胶结料的作用，石灰或粘土既是胶结料又是塑性掺合料，它能增加铺砌时的和易性，但不提高砂浆强度。 特点：具有较好的强度和耐久性，可塑性和保水性（即和易性）较好，适用于非地下水位以下的砌体，是一般墙体中常用的砂浆。,34,非水泥砂浆：不含水泥的砂浆 如：石灰砂浆（石灰和砂）、石膏砂浆和粘土砂浆。 特点：和易性好，但硬化慢、强度低、耐久性差、抗水性差，适用于强度要求不高的砌体或简易临时性建筑。,35,混凝土砌块砌筑砂浆 专门用于砌筑混凝土砌块的砂浆，有水泥、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、采用机械拌和制成。,36,37,38,（二）材料的强度等级和砌体的计算指标,1.材料的强度等级 块体： 根据各类砌体的块体标准试件用标准试 验方法测得的以MPa（即N/mm2）为单位的 块体极限抗压强度平均值称为块体强度等 级。它是块体力学性能的基本标志，用符 号“MU”表示。,39,烧结砖：MU30、MU25、MU20、MU15、MU10 蒸压砖： MU25、MU20、MU15、MU10 砌块 ： MU20、MU15、MU10、MU7.5、MU5 石材 ： MU100、MU80、MU60、MU50、MU40 MU30、MU20,40,砂浆： 砂浆强度等级是用边长为70.7mm的 砂浆立方体试块，每组为6块，成 型后放在铺有湿纸的底模上，养护 至28天，然后进行抗压试验，按计 算规则得出砂浆试件强度值（以 MPa为单位）。 砂浆的强度等级有五级： M15、 M10、M7.5、M5、M2.5,41,二、 砌体的力学性能,（一）砌体的受压性能 1.砌体受压破坏的三个受力阶段 以MU10烧结普通砖和M5混合砂浆砌筑的尺寸为240370720mm3（12皮）的标准试件在轴心压力作用下从加载至破坏大致分为三个阶段。,高厚比等于3,42,43,1由开始加荷起，到个别砖块出现细微可见裂缝止，称为第一阶段，此时荷载约为破坏荷载的5070%（与砌体所用的砂浆有关）。 特点：裂缝细小，如果停止加载，裂缝不会继续开展 。,44,2继续增加荷载，原有裂缝不断扩展，同时产生新的裂缝，单块砖内的个别裂缝逐渐连接起来，形成贯通几皮砖的竖向裂缝，此时荷载为破坏荷载的8090，称为第二阶段。 特点：如果荷载不再增加，裂缝仍不断发展。因为房屋是处在长期荷载作用下工作，应认为砌体已临近破坏，在工程中视构件处于危险状态。,45,3. 当荷载继续增加，则裂缝随荷载的增加而迅速发展，加长、加宽，形成几条贯通的竖向裂缝，将砌体分割成几个宽度为半砖左右的小柱体，整个砌体明显向外鼓出。因为各个小柱受力不均匀，最后将由于某些小柱的失稳或压碎而导致整个砌体的破坏，称为第三阶段。,46,2.影响砌体抗压强度的主要因素,块体和砂浆的强度 块体尺寸和几何形状的影响 砂浆性能的影响 砌筑质量,47,块体和砂浆的强度,块体和砂浆的强度是影响砌体强度的主要因素，块体和砂浆强度越高，砌体的抗压强度越高。 在砖砌体中，提高砖强度效果明显；在毛石砌体中，提高砂浆强度效果好。,48,烧结砖：MU30、MU25、MU20、MU15、MU10 蒸压砖： MU25、MU20、MU15、MU10 砌块 ： MU20、MU15、MU10、MU7.5、MU5 石材 ： MU100、MU80、MU60、MU50、MU40 MU30、MU20,49,块体尺寸和几何形状的影响,块体厚度大，抵抗弯、剪的能力强，其抗折强度高；另一方面，由于块体较高，水平灰缝相应较少，砂浆层对块体的附加水平拉应力也相应减小，所以砌体抗压强度随块体的厚度而增加。 块体规则、表面平整，块体内弯矩、剪力的不利影响相对较小，砌体抗压强度高。,50,砂浆性能的影响,砂浆的和易性好、流动性大时，易于使砖块比较均匀地砌筑在砂浆层上，能更好地发挥块体抗压强度较大的作用，砌体抗压强度高。 砂浆的弹性模量越低时（变形率大），块体受到的横向拉应力越大，使砌体强度降低。,51,砌筑质量,水平灰缝的饱满度砌筑质量的标志之一 砂浆层的铺砌厚度 一般为1012mm 砌合方法 砖的含水率（1015） 砌筑工人的技术水平 。,52,2.砌体的计算指标,表9-1 烧结普通砖和烧结多孔砖砌体的抗压强度设计值(N/mm2),53,我国砌体工程施工质量验收规范（GB 50203-2002）规定了施工质量控制等级，它根据现场质量管理，砂浆和混凝土强度，砂浆拌和方式及砌筑工人技术等级等方面的综合水平，将施工质量控制等级分为A、B、C三级。施工质量控制等级的选择由设计单位和建设单位商定，并应在工程设计图中明确设计采用的施工质量控制等级。 规范列出了当施工质量控制等级为B级时，各类砌体的抗压、抗拉和抗剪强度设计值。当施工质量控制等级为C级时，表中数值应乘以调整系数 ；当施工质量控制等级为A级时，可将表中砌体强度设计值提高5。,54,施工质量等级的划分,55,（三）强度调整系数 考虑不同因素对砌体强度的影响，在设计时对下列情况的各种砌体，其强度设计值应乘以调整系数；,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， ；,这是考虑厂房受吊车动力作用和较大跨度多层 房屋墙、柱受力的复杂性而采取的降低抗力、保证 安全的措施。,56,对无筋砌体构件，其截面面积 ， ； 对配筋砌体构件，当其中砌体截面面积 ， ；,考虑局部缺陷对小截面构件的相对影响较大（个别 块体强度的变异可能影响到全部截面的强度），局部受 压计算中强度不乘此系数。,57,各类砌体用水泥砂浆砌筑时， 抗压强度设计值，取 ； 轴心抗拉、弯曲抗拉及抗剪强度设计值，取 ； 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 。,试验表明，水泥砂浆由于其和易性较差，砂浆中应力 分布均匀性差，砂浆强度相同时的水泥砂浆砌体强度比混 合砂浆砌体强度略低。,58,58,当施工质量控制等级为C级时， 为0.89。 当验算施工中房屋的构件时， 为1.1。,59,59,（四）砌体的其他性能,1.砌体的干缩变形 2.砌体的受热性能 3.砌体的弹性模量,60,1.砌体的干缩变形,砌体在浸水时体积膨胀，失水时体积收缩。但收缩量要比膨胀量大很多。尤其以硅酸盐砖，轻混凝土砌块严重。,61,2.砌体的受热性能,砂浆受热作用，不超过400度时，强度不降低，但当达到600度时，降低10%； 砂浆受冷却时，强度降低明显，从400度冷却，降低50%； 砖受热强度提高。还应注意不同材料砌体温度线膨胀系数的差距。,62,砖砌体在受压后的压缩变形由砂浆的压缩变形、砖的压缩变形和空隙的压缩变形三部分组成，其中砂浆的压缩变形是砖砌体压缩变形的主要影响因素，因此弹性特征值主要与砂浆的强度等级有关。砂浆的塑性变形比砖大得多，且强度等级低的砂浆塑性变形更大，弹性模量更低。,3.砌体的弹性模量,63,为实用上的方便，新规范对砌体弹性模量采用了较为简化的结果，按砂浆的不同强度等级，取弹性模量与砌体抗压强度设计值成正比。 由于石材的抗压强度设计值远高于砂浆的相应值，砌体的受压变形主要取决于水平灰缝内砂浆的变形，因此对于石砌体的弹性模量可仅由砂浆的强度等级来确定。,64,砌体的弹性模量E（MPa）,65,第二节 无筋砌体构件的承载力计算,66,66,砌体结构构件按受力情况分为受压、受拉、受弯和受剪； 按有无配筋可分为无筋砌体构件和配筋砌体构件； 采用极限状态设计方法； 一般不进行正常使用极限状态验算，采用构造措施来保证正常使用要求； 在进行承载力极限状态计算时，也往往是先选定截面后进行计算，属于截面校核。,67,一、受压构件的承载力计算 无筋砌体的抗压承载力远远大于它的抗拉、抗弯、抗剪承载力，因此，在实际工程中，砌体结构多用于以承受竖向荷载为主的墙、柱等受压构件，如混合结构中的承重墙体、单层厂房的承重柱、砖烟囱的筒身等。,68,计算公式 式中： 轴向压力设计值； 高厚比 和轴向力的偏心距 对受压 承载力的影响系数（还与砂浆强度等级 有关） 砌体抗压强度设计值； （注意调整系数 的适用条件） 截面面积，对各类砌体均可按毛面积计 算。,69,70,短柱：指高厚比 的柱。 对矩形截面： 式中： 计算高度 当轴心受压时，指矩形截面较小边的长度； 当偏心受压时，指矩形截面轴向力偏心方向的边长（可能为长边，也可能为短边） 不同砌体材料的高厚比修正系数,构件的纵向弯曲对承载力的影响很小，可不考虑,71,为了考虑不同类型砌体在受压性能上的差异，对 乘以系数 ： 对砖砌体，取 ； 对混凝土小型空心砌块砌体，取 ； 对蒸压砖，取 ； 对毛石，取 。,72,对T形截面： 式中： T形截面的折算厚度，近似取 截面回转半径,73,y 截面重心至最大压应力一侧边缘的距离,74,均匀局压：荷载均匀地作用在砌体的局部面积上，通 常用于砖基础承受柱压力； 非均匀局压：压应力不是均匀分布的，通常用于大梁 或屋架支承于砖墙（柱）,二、局部受压,75,（一）局部受压的破坏形态和局部抗压强度提高系数： 1.局部受压的破坏形态（三种破坏形态）,试件截面面积,局部受压面积,（1）先裂后坏 适中时，首先在加载垫板12皮砖以下的砌体内出现竖向裂缝，随荷载增加，裂缝数量增多，最后出现一条主要裂缝贯穿整个试件，导致砌体破坏。,76,（2）劈裂破坏 较大时，横向拉应力在一段长度上分布较均匀，当砌体压力增大到一定数值，试件将沿竖向突然发生脆性劈裂破坏，破坏无预兆。,77,（3）与垫板直接接触处砌体局部破坏 当块体强度很低时，可能出现垫板下块体表面被压碎而破坏（如轻骨料混凝土砌块）。,78,2.砌体局部抗压强度提高系数,“套箍强化”作用：未直接承受压力的外 围砌体对直接受压的内部砌体具有约 束作用，使直接受压的内部砌体处于三向受压状 态。 “力的扩散”作用：由于砌体搭缝砌筑，局部压力 迅速向未直接受压的砌体扩散，从而使单位面积 上的应力很快变小。,在上述两个作用下，使砌体局部 抗压强度高于砌体全截面抗压强度。,79,2. 砌体局部抗压强度提高系数 表示砌体局部抗压强度与砌体抗压强度之比，与 有关， ， 。, 局部受压面积；, 影响砌体局部抗压强度的计算面积， 按“厚度延长”的原则取用。,80,69,“厚度延长”原则,81,82,83,80,84,为避免 较大而出现突然劈裂破坏，对 值加以限制： 中心局压（四边约束）： 中部（边缘）局压（三边约束）： 角部局压（两边约束）： 端部局压（一边约束）：,85,（二）砌体均匀局压时的承载力计算公式,式中： 局部受压面积上的轴向力设计值 局部受压面积 砌体抗压强度设计值 （不考虑面积的强度调整系数 ） 砌体局部抗压强度提高系数,86,（三）局部非均匀受压 梁端支承处砌体局部受压,1.梁直接支承在砌体上时 （1）梁端有效支承长度当梁直接支承在砌体上时，由于梁的弯曲，使梁的末端有脱开砌体的趋势，梁端底面没有离开砌体的长度称为有效支承长度 。,87,梁的有效支承长度 按下式计算：, 梁的截面高度，mm；, 砌体抗压强度设计值，N/mm2。,计算的有效支承长度不应大于实际支承长度,88,（2）作用在砌体上的局部压应力,梁端下砌体的局部压应力包 括两部分：一为梁端支承压力 所产生，二为上部砌体传至梁端下砌体的压应力。,内拱卸荷作用,89,90,试验表明，这种内拱卸荷作用与 有关。当 时，卸荷作用十分明显，墙上的应力 将主要通过拱作用向梁两侧传递；当 时，上述有利影响将逐渐减弱。 上部荷载折减系数： 为偏于安全，规范规定，当 时，取 ，即不考虑上部荷载作用。,91,梁端下砌体所受的局部平均压应力为：,局部受压的最大压应力可表达为：, 压应力图形完整系数，一般可取0.7 对于过梁和墙梁可取1.0。,92,(3) 梁端支承处砌体局压承载力验算,当 时，梁端支承处的局部受压承载力满足要求。 即： 式中： 局部受压面积内上部轴向压力设计值； 梁端支承压力设计值；,93,2. 梁端下设置刚性垫块,当梁端或屋架端部传来的荷载较大，支承处砌体局部受压承载力不足时，常常需要在梁或屋架端部设置垫块或垫梁，通过垫块或垫梁扩大梁端支承面积，使砌体具有足够的承载力。,94,第三节 配筋砌