《砌体结构设计》PPT课件.pptVIP

砌体结构,6.1 砌体结构的特点,砌体：采用砖、人造块材或天然石材，由铺砌的砂浆粘结而成的材料；,砌体构件：由砌体砌筑而成的构件；,砌体结构：由砌体构件组成的结构。,砌体结构特点：,（1）砌体结构中的砌体构件多为受压构件，稳定问题显得比较主要； （2）墙体在砌体结构中具有空间性质； （3）由于砌体的强度低，因此砌体结构构件需要的截面尺寸大，其自重也大； （4）砂浆和砖、石、砌块之间的粘结力较弱，因此无筋砌体结构的抗拉、抗剪和抗弯强度低，抗震及抗裂性能较差。应推广高粘结的砂浆，必要时采用配筋砌体，并加强抗震、抗裂的构造措施； （5）砌体结构砌筑工作繁重，保证施工中的砌体砌筑质量很重要。,一般无筋砌体结构可建57层；配筋砌体结构可建818层。,6.2 砌体材料,6.2.1块材,烧结普通砖,蒸压硅酸盐砖,烧结多孔砖,混凝土砌块,天然石材,1. 分类,标准试验方法得到的极限抗压强度,MUl0、MUl5、MU20、MU25、MU30,MUl0、MUl5、MU20、MU25,MU5、MU7.5、MU10、MU15、M20,MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20,2. 强度等级,表6-2 单排孔混凝土和轻骨料混凝土砌块砌体 的抗压强度设计值(MPa),（1）烧结普通砖由粘土、页岩或粉煤灰为主要原料经过烧制而成的实心或孔洞率不大于15的砖，如烧结粘土砖、烧结煤矸砖、烧结页岩砖和烧结粉煤灰砖，其截面尺寸为240 mm115 mm53mm；,(2)蒸压硅酸盐砖以硅质材料和石灰为主要材料，经坯料制备、压制成型、高压蒸汽养护而成，如灰砂砖、粉煤灰砖、矿渣硅酸盐砖等，灰砂砖的尺寸与烧结普通砖相同；,(3)烧结多孔砖以粘土、页岩、煤矸石或粉煤灰等为主要原料，经焙烧而成，有贯穿孔洞，孔洞率在25以上，规格如下；,(4)混凝土砌块采用普通混凝土或利用浮石、火山渣、陶粒等为骨料的轻集骨料混凝土制成的实心或空心砌块。通常将高度为180350mm的砌块称为小型砌块，高度为360900mm的砌块称为中型砌块，高度大于900mm的砌块称为大型砌块。小型砌块尺寸较小、自重较轻、型号多、使用灵活、便于手工操作，目前在我国应用较广泛。,(5)天然石材石材根据其外形和加工程度不同可分为料石和毛石两种。,6.2.2 砂浆,1. 作用,使块体与砂浆接触表面产生粘结力和摩擦力,使应力分布均匀,提高砌体的隔热性、防水性和抗冻性能,2. 种类,纯水泥砂浆 （不加塑性掺合料，如石灰膏）,具较高的强度和耐久性，但和易性差，不利于砌筑操作,混合砂浆 (水泥石灰砂浆) 掺加塑性掺合料,具有一定强度和耐久性，和易性和保水性较好，应用最广泛,石灰砂浆,用于简易建筑物,M2.5、M5、M7.5、M10、M15,3.砂浆的强度等级,抗压强度(Nmm2),砂浆强度等于零，不是一个强度等级，只是在验算新砌筑尚未硬结的砌体强度时所采用的砂浆强度。,2.5、5、7.5、10、15,表9-1 烧结普通砖和烧结多孔砖砌体 的抗压强度设计值(MPa),6.2.3 砌体的种类,按配筋与否,无筋砌体,配筋砌体,砖砌体,（仅由块材和砂浆组成 ）,砌块砌体,石砌体,网状配筋砖砌体,组合砖砌体,砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙,配筋砌块砌体,（2）常用的砌筑方式,图5.2-3常用砖砌体砌筑方法,1.砖砌体,实心粘土砖砌体,多孔砖砌体,蒸压灰砂砖砌体,蒸压粉煤灰砌体,（1）分类,混凝土小型空心砌块墙体,2.砌块砌体,混凝土小型空心砌块砌体,优点：,便于手工砌筑,使用较灵活,可做成配筋柱（构造柱）,有利于抗震,块小,具有一定的孔洞,特点：,不足：,砂浆和块体的结合较差,抗拉强度比相同等级的砖砌体的低,砌块孔洞率大,抗裂措施,(a)料石砌体 (b)毛石砌体 (c) 毛石混凝土砌体 图5.2-5 石砌体,3.石砌体,料石砌体,毛料石砌体,毛石混凝土砌体,由于钢筋的弹性模量大于砌体的弹性模量，因此受压时，网状配筋可约束砌体的横向变形，从而提高砌体的抗压强度。,图5.2-6 网状配筋砌体的构造,4.网状配筋砖砌体,34,68,方格钢筋网片,连弯钢筋网片,墙中的水平钢筋,图5.2-7 组合砖砌体,5.组合砖砌体,钢筋混凝土面层（或钢筋砂浆面层）与砖砌体间有较好的粘结力,能够共同参与受力,承载力和延性都有较大的提高,计算方法与钢筋混凝土构件类似,适用于,轴向力偏心距超过无筋砌体偏压构件限值时,已建成的砖砌体构件进行加固,截面尺寸受到限制的情况,竖向钢筋插入砌块砌体上下贯通的孔中，用灌孔混凝土灌实，使钢筋充分锚固，灌孔率一般大于50%； 竖向和水平钢筋使砌块砌体形成一个共同的整体。配筋砌块墙体受力模式类同于混凝土剪力墙结构，即配筋砌块剪力墙是结构的承重和抗侧力构件。,6.配筋砌块砌体,竖向钢筋,水平钢筋,由于配筋砌块砌体的强度高，延性好，可用于大开间和高层建筑结构。配筋砌块剪力墙结构在地震设防烈度为6度、7度和8度地区最高可以建造54米、45米和30米。,6.3 砌体的力学性能,6.3.1 砌体受压时的破坏过程及其抗压强度,1.砖砌体的破坏过程,80%90Nu,(a) (b) (c) 图5.3-1 砖砌体短柱的破坏过程,Nu,50%70Nu,Nu,第阶段：从开始加载到50%70的破坏荷载（Nu）。这个阶段的特征是砌体外观看不出任何损坏迹象，只有在个别单块砖上出现第一批竖向裂缝，这一阶段的特征是如果停止加载，则裂缝不再扩展。,第阶段：从某些砖块出现第一批竖向裂缝开始，到80%90Nu。这个阶段的特征是已有裂缝不断扩展，新裂缝不断产生，它们和竖向灰缝连成一段段的裂缝，此时荷载不再增加，裂缝仍会继续发展。,第阶段：破坏前阶段，将砌体分裂成几个互不相连的小柱，砌体产生明显横向变形并处于松散状态，最终砌体丧失承载力，砌体被压碎或失稳而破坏。,2影响砌体抗压强度的因素,强度等级高的块体抗弯、抗剪的强度高，因而砌体的抗压强度也提高。砂浆强度等级越高，砂浆的横向变形越小，砌体的抗压强度也有所提高。一般砌体强度随块体和砂浆等级的提高而增大，但并不按相同的比例提高砌体强度。,块体的外形比较规则、平整，块体的弯矩、剪力的不利影响相对较小，从而使砌体的强度提高。砌块高度大，其抗弯、剪的能力增大，块体长度大，块体在砌体中引起的弯矩、剪力大，因此砌体的强度随块体的厚度增大而增大，随块体的长度的增大而减小。,（1）块体和砂浆的强度等级,（2）块体的形状与尺寸,砖砌体水平灰缝中砂浆的饱满程度(即砂浆层实际覆盖面积与砖水平面积之比)不得低于80，否则将增加砌体内砖的弯曲、剪切和局部压应力。灰缝厚度以8mm12mm较好(标准厚度10mm)，灰缝太厚将使砖所受的横向拉力增大，灰缝过薄将使砂浆层不易铺得均匀平整。 熟练而认真的技工砌筑的砌体，一般比不熟练、不认真操作所得到的砌体强度高。,砂浆的流动性（即和易性）和保水性好，容易使之铺砌成厚度和密实性都均匀的水平灰缝。砂浆层铺得均匀密实，可以降低砌体内块体的弯曲、剪切和局部压应力，从而提高砌体抗压强度。因此，用和易性较差的纯水泥砂浆砌筑的砌体抗压强度，比同强度等级的混合砂浆砌体的抗压强度大约低15左右。,（3）砂浆的性能,（4）砌筑的质量及灰缝的厚度,砌体的龄期、搭缝方式、竖向灰缝填满程度、试件尺寸等对砌体的抗压强度有一定的影响。,砌体在拉力作用下，一般沿齿缝截面破坏。抗拉强度主要取决于块体与砂浆连接面的粘结强度。砌体的轴心抗拉强度主要取决于砂浆的强度等级。,6.3.2砌体的受拉性能,砌体中受弯破坏可分为沿齿缝截面受弯破坏和沿通缝截面受弯破坏。主要取决于砂浆与块体之间的粘结强度，故砌体弯曲抗拉强度主要与砂浆的强度等级有关。,6.3.3砌体的受弯性能,砌体在剪力作用下，发生沿水平灰缝破坏、沿齿缝破坏或沿阶梯形缝的破坏。其中沿阶梯形缝破坏是地震中墙体破坏的常用形式。由破坏现象可知墙体抗剪强度主要与砂浆的强度等级有关。,6.3.4砌体受剪性能,附表9-3 沿砌体灰缝截面破坏时砌体的轴心抗拉强度设计值、 弯曲抗拉强度设计值和抗剪强度设计值(MPa),（ ， 砌体抗压平均强度）时的变形模量，作为设计中采用的“砌体弹性模量”。,在工程设计中，通常取相当于,6.3.5 砌体轴心受压时的变形及弹性模量,砌体受压时应力应变关系曲线,初始弹性模量：通过原点的应力应变曲线切线的斜率,变形模量：用曲线上某点与原点连成的割线的斜率,附表6-4 砌体的弹性模量(MPa),砌体的弹性模量E主要与砂浆的强度等级有关,以常用的MU10砖和M5砂浆的砌体为例：,约为混凝土C20弹性模量2.55104N/mm2的1/10。,6.4 无筋砌体构件的承载力计算,6.4.1 砌体受压截面的应力分析,图5.4-1砌体受压时截面应力变化,轴心受压,较小偏心距全截面受压,偏心距较大引起拉力,形成水平裂缝,短而粗的受压构件(高厚比,6.4.2 砌体受压构件承载力计算,细长受压砌体构件(高厚比,砌体轴心受压和偏心受压构件的承载力计算公式为：,抗力调整系数,当受压构件截面面积A小于0.3m2时，,当用水泥砂浆砌筑构件时，,当施工质量控制等级为C级时，,当验算施工中房屋的构件时，,6.4.2 砌体受压构件承载力计算,细长受压砌体构件(高厚比,砌体轴心受压和偏心受压构件的承载力计算公式为：,高厚比,和轴向力偏心距e对受压构件承载力的影响系数,构件的高厚比,应按下列公式确定,对矩形截面,对T形截面,附表F影响系数,(砂浆强度等级M5),附表F-2影响系数,(砂浆强度等级M2.5),偏心受压构件的偏心距过大，构件的承载力明显下降，从经济和合理性考虑都不宜采用，此外，偏心距过大可能使截面受拉，出现过大的水平裂缝。因此，砌体规范规定轴向力偏心距e应不大于0.6y（ y为从构件截面形心到受压边缘的距离)。,6.5砌体结构内力分析和墙、柱设计,6.5.1砌体结构房屋静力计算的三种方案,图9.5-1 水平荷载作用在外纵墙时荷载传递,水平荷载,纵墙,楼（屋）盖结构,横墙,横墙基础,地基,纵墙基础,图5.5-2 建筑物在水平荷载作用下的空间工作情况,风,楼盖水平方向受弯,屋盖水平方向受弯,纵墙竖向受弯,当建筑物的横墙间距S较小，楼(屋)盖的水平刚度较大，则建筑物的空间刚度较大，在水平荷载作用下，,砌体规范根据建筑物空间刚度的大小，将建筑物墙体的内力计算按以下三种方案进行：,这类建筑物称为刚性方案房屋(即房屋按刚性方案作内力计算)(如图6.5.2a)。,1刚性方案,在对这类建筑物的墙体进行内力计算时，楼(屋)盖均可视作墙体的不动铰支承，即,屋盖,横墙,纵墙,横墙间距S,当建筑物的横墙间距S较大，则建筑物的空间刚度很小，在水平荷载作用下，横墙对建筑物侧移的约束作用应予忽略，纵墙墙体的内力应按有侧移的平面排架计算(图6.5.2b)纵墙在水平荷载作用下按平面排架算得的墙顶侧移为ff。这类建筑物称为弹性方案房屋。,2弹性方案,屋盖,横墙,纵墙,横墙间距S,屋盖,横墙,纵墙,当建筑物的横墙间距介于上述两种情况之间时，横墙对水平荷载作用下建筑物的侧移有一定约束作用，但是这种作用较刚性方案时为小，即,且,于是可以把横墙看作平面排架顶部的弹性水平支承(图6.5.2c)，并按此计算简图进行墙体内力计算这类建筑物称为刚弹性方案房屋。,3.刚弹性方案,屋盖,横墙,纵墙,横墙间距S,ymax ff,ymax ff,空间性能影响系数,反映横墙在各类计算方案房屋中所起的作用,当,值较大对，表明,接近,，建筑物的空间性能较弱；,砌体规范根据实测结果确定了空间性能影响系数,反之，表明建筑物的空间性能较强。,附表5-7 房屋各层的空间性能影响系数i,注：i取1n，n为房屋的层数。,图5.5-4三种静力计算方案的内力比较（弯矩图） （a） 刚性方案 （b） 刚弹性方案 （c） 弹性方案,刚性方案房屋墙体所受的弯矩值最小，以弹性方案房屋墙体所受的弯矩值最大，而刚弹性方案房屋居中。,附表6.5.1房屋的静力计算方案,注：1 表中s为房屋横墙间距，其长度单位为m； 2 当屋盖、楼盖类别不同或横墙间距不同时，可按第4.2.7条的规定确定房屋的静力计算方案； 3 对无山墙或伸缩缝处无横墙的房屋，应按弹性方案考虑。,6.5砌体结构内力分析和墙、柱设计,6.5.2 多层刚性方案房屋承重纵墙的计算,（1）选取计算单元,6.5砌体结构内力分析和墙、柱设计,6.5.2 多层刚性方案房屋承重纵墙的计算,（1）选取计算单元,6.5砌体结构内力分析和墙、柱设计,6.5.2 多层刚性方案房屋承重纵墙的计算,（2）竖向荷载作用下的计算,在竖向荷载作用下，多层房屋的墙、柱在每层高度范围内，可近似视为两端铰支的竖向构件。,多层房屋上下层墙体在楼盖支承处均为铰接。在计算某层墙体时，以上各层荷载传至该层墙体顶端的弯距为零；而在所计算层墙体顶端截面处，由楼盖传来的竖向力则应考虑其偏心距。,6.5砌体结构内力分析和墙、柱设计,6.5.2 多层刚性方案房屋承重纵墙的计算,6.5砌体结构内力分析和墙、柱设计,6.5.2 多层刚性方案房屋承重纵墙的计算,（3）水平荷载作用下的计算,6.5砌体结构内力分析和墙、柱设计,6.5.2 多层刚性方案房屋承重纵墙的计算,承重横墙的计算简图和内力分析和刚性方案承重纵墙相同，但有以下区别：,1.计算单元和计算简图,横墙一般承受屋盖、楼盖传来的均布荷载，通常取b=1m宽度作为计算单元，每层横墙视为两端不动铰接的竖向构件。,构件的高度H取值和纵墙相同，对于底层房屋，为楼板顶面到基础顶面的距离，当基础埋置较深且有刚性地坪时，可取室外地面下500mm处；对于房屋其他层次，为楼板或其他水平支承点间的距离（即层高）；但当顶层为坡屋顶时，则取层高加上山墙高度的一半。,6.5砌体结构内力分析和墙、柱设计,6.5.2 多层刚性方案房屋承重纵墙的计算,承重横墙的计算简图和内力分析和刚性方案承重纵墙相同，但有以下区别：,2.承载力验算,横墙所受荷载也和纵墙一样计算，但对中间墙则承受两边楼盖传来的竖向力。当由横墙两边的恒载和活载引起的竖向力相同时，沿整个墙体高度都承受轴心压力，这是控制截面应取墙体底部。如果横墙两边的楼板的构造不同或开间不等，则作用于墙顶上的荷载为偏心荷载，尚应按偏心受压构件来验算横墙上部截面的承载力；当活荷载很大时，也应考虑只有一边作用着活荷载的情况，按偏心受压构件来验算横墙上部截面的承载力。,6.6 墙、柱的高厚比的验算及砌体的构造要求,6.6.1 墙、柱的高厚比的验算,定义 ： 高厚比 是指墙柱的计算高度H0与墙厚或柱截面边长h的比值。 H0 /h 高厚比越大，构件越细长，其稳定性就越差，进行墙柱的高厚比验算，就是要求其实际高厚比小于允许高厚比。,6.6 墙、柱的高厚比的验算及砌体的构造要求,6.6.1 墙、柱的高厚比的验算,砌体墙、柱的计算高度和厚度的比值称为高厚比。,验算高厚比的目的是：,（1）使墙、柱具有足够稳定性；,（2）避免墙、柱在使用阶段出现过大侧向挠曲变形；,（3）使墙、柱在施工期间出现的轴线偏差不致过大。,保证受压构件的稳定和侧向刚度,6.6 墙、柱的高厚比的验算及砌体的构造要求,6.6.1 墙、柱的高厚比的验算,砂浆强度等级愈高，砌体的弹性模量愈大，构件的侧向刚度和稳定性愈好，允许高厚比值愈大。,1.影响墙、柱高厚比的主要因素,(1)砂浆强度等级,(2)墙、柱支承条件,刚性方案房屋的墙柱在屋盖和楼盖处假定为不动铰支座，无侧移，刚性好， 相同高度的墙、柱其计算高度比弹性和刚弹性时小。,（3）墙体门窗洞口,当门窗洞口对墙体削弱得愈多，对墙体的稳定和侧向刚度愈不利，它的允许高厚比值愈小。,(4)砌体截面厚度,砌体截面的厚度愈厚，墙体的稳定性和侧向刚度愈好，墙中加壁柱，即增加的墙的厚度，增加稳定性。,(5)横墙间距,横墙距离愈近，墙体的稳定性和侧向刚度愈好。墙体的计算高度H0愈小。,(6)构件的重要性,房屋中的次要构件，如非承重墙，允许高厚比值可以适当提高。,构造柱间距愈小，截面愈大，对墙体的约束作用愈大，墙体的稳定性愈好，允许高厚比值愈大。,（7）构造柱间距及截面,2 墙、柱的高厚比的验算：,（1）无壁柱的承重墙以及独立砖柱,墙、柱允许高厚比限值,附表6.4.1受压构件的计算高度H0,其间用插值法,对上端为自由端的非承重墙，除按上述规定外，,尚可提高30；,对厚度小于90mm的墙，当双面用不低于M10的水泥砂浆抹面时，包括抹面层的墙厚不小于90mm时，可按墙厚等于90mm验算高厚比。,：有门窗洞口墙允许高厚比的修正系数，按下式取用：,S为相邻窗间墙或壁柱之间的距离，bs为宽度S范围内的门窗洞口宽度；当洞口高度等于或小于墙高的1/5时，,1.0。,在验算某片承重墙的高厚比时，若与该墙相连的相邻横墙（若验算的是横墙，则为相邻两纵墙）间的距离S满足下列要求时：,则这片墙的高度可不受的限制。,(2)带壁柱的承重墙,整片墙高厚比验算,看成T形或十字形截面柱进行整体高厚比验算。,单层房屋，取壁柱宽加2/3墙高，但不大于窗间墙宽和相邻壁柱间距。,hT为带壁柱墙的折算厚度,计算带壁柱墙的回转半径时，墙截面的翼缘宽度bf按以下方法确定：,多层房屋，当有门窗洞口时，取门、窗间墙宽度；,无门窗洞口时，取壁柱高度的1/3；,S取壁柱之间距离。当壁柱间墙体较簿、较高以致超过 时，可在墙高范围内设置钢筋混凝土圈梁，b/S1/30(b为圈梁的宽度)时，该圈梁可以作为壁柱间墙的不动铰支点。,壁柱间的墙体高厚比验算,3.带构造柱墙高厚比的验算,整片墙高厚比验算,c带构造柱墙允许高厚比提高系数,系数。对细料石、半细料石砌体，=0； 对混凝土砌块、粗料石、毛料石及毛石砌 体，=1.0；其他砌体，=1.5；,bc构造柱沿墙长方向的宽度；当bc/l0.25时， 取bc /l=0.25；当bc/l0.05时，取bc/l=0,l构造柱间距；,3.带构造柱墙高厚比的验算,S取构造柱间距离，H取墙体实际高度。,构造柱间墙高厚比验算,最低强度等级：保证砌体的耐久性,最小截面尺寸：避免墙柱的截面过小导致墙柱的稳定性较低,构造要求：增强砌体房屋的整体性和避免局部受压损失,1、五层及五层以上房屋的墙体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：砖为MU10、砌块MU7.5、石材MU30、砂浆M5。对安全等级为一级或设计使用年限大于50年的房屋，墙、柱使用的材料的最低强度等级至少提高一级。,6.6.2 墙体的主要构造要求,2、地面以下或防潮层以下的砌体、潮湿房间的墙，所用材料的最低强度等级应符合下表要求。,3、 承重的独立砖柱截面尺寸不应小于240mm370mm，毛石墙的厚度不宜小于350mm，毛料石柱较小边长不宜小于400mm。,6.7墙体设计中的其它问题,6.7.1梁垫,局部受有较大压力,1.设置预制刚性垫块,2.设置长度较大的垫梁,3.将现浇钢筋凝土梁端放大， 形成扩大端现浇梁垫,采用扩大端现浇梁垫固然可以将较大的局部支承压力扩散到较大的面积上，达到减小砌体局部压应力的目的，但梁端加大后却引起墙体与梁端共同变形，使梁端和墙体都产生较大的约束弯矩。,在工程设计中，梁垫的最好做法是设置预制刚性垫块；当有钢筋混凝土圈梁时，可将垫梁与圈梁结合；不提倡扩大端现浇梁垫的做法，即使采用这种做法，也不应将梁端放得过大过长，且不宜将梁的支承长度伸得过长。,6.7.2挑梁,（3）挑梁倾覆点附近正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不足引起弯曲或剪切破坏。,挑梁的破坏形式,（1）挑梁倾覆力矩大于抗倾覆力矩，挑梁尾端墙体斜裂缝不断开展，挑梁绕着倾覆点o发生倾覆破坏。,（2）挑梁下靠近墙边小部分砌体由于压应力过大发生砌体局部受压破坏。,6.7.3过梁,图9.7-5 过梁的几种型