砌体结构讲义.ppt

一 古代的历史建筑埃及迄今发现的金字塔共约八十座 公元前2723 前2563年间在尼罗河三角洲的古萨建成的三座大金字塔 为精确的正方锥体 其中最大的胡夫金宇塔 塔高146 6m 底边长230 60m 用重25kN的约230万块石块砌成 金字塔 它是一种方底 尖顶的石砌建筑物 在1889年巴黎埃菲尔铁塔落成前的四千多年的漫长岁月中 胡夫大金字塔一直是世界上最高的建筑物 概述 砌体的发展历史 古希腊最著名的建筑 世界七大奇迹之一 古典艺术的颠峰 公元前447前 前438年建造 位于希腊首都雅典的阿卡提半岛 希腊祭祀诸神之庙 以祭祀雅典娜女神为主 被认为是多立克式建筑艺术的典范 公元70 82年建成的罗马大斗兽场 采用块石结构 平面为椭圆形 长轴189m 短轴156 4M 该建筑总高48 5m 分四层 可容纳观众5 8万人 公元120年 公元124年兴建 作为奉祀诸神的神殿 万神庙穹顶直径43米的记录直到20世纪还未被打破 穹顶的圆眼 一直径为8 2米的采光圆孔 使阳光泻入万神庙 法国著名的中世纪哥特式大教堂 位于巴黎塞纳河城岛东端 1163年在莫里斯 德絮利主教主持下奠基动工 1245年基本完工 以后一百年中陆续装修 1345年正式完工 圣母院整个建筑为石砌 中央尖塔高90米 正面为立方形 分上 中 下3层 秦朝 公元前221 公元前206年 建造的万里长城 盘山越岭 气势磅礴 在砌体结构史上写下了光辉的一页 为人类在地球上留下一大奇观 她是中华民族的骄傲 隋朝 公元581 618年 李春建造的河北赵县安济桥 净跨37 02m 矢高7 23m 宽9 6m 距今约有1400年的历史 仍完好无损 据考证 该桥是世界上最早的一座空腹式石拱桥 无论在材料的使用上 结构受力上 还是在艺术造型上和经济上 都达到了很高的水平 1991年安济桥被美国土木工程师学会 ASCE 选为第12个国际历史上土木工程里程碑 这对弘扬我国历史文物具有重要意义 这座有着1300多年历史的大雁塔 成为古城西安独具风格的标志 大雁塔初建时只有5层 高60米 是仿照西域佛塔形式建造的 后经多次修葺至今塔高64米 共7层 底边各长25米 大雁塔是中国楼阁式砖塔的优秀典型 塔身用青砖砌成 每层四面都有券砌拱门 明代 公元1368 1644年 建造的南京灵谷寺无梁殿后走廊 为砖砌穹窿结构 将砖砌体直接用于房屋建筑中 使抗拉承载力低的砌体结构能跨越较大的空间 二 现代的砌体建筑1990年落成的拉斯维加斯28层配筋砌体结构 爱斯凯利堡旅馆位于地震2区 相当于我国的7度区 是目前最高的配筋砌体建筑 1998年上海住宅总公司在上海修建成一栋18层配筋砌块剪力墙房屋 所用砌块Mu20砌块 这是我国最高的砌块高层房屋 而且建在7度设防的上海市 其影响和作用都是比较大的 第一章砌体材料及其基本力学性能教学内容 1 砌体的材料 种类 受压性能 2 砌体的抗拉 弯 剪的性能及其变形 3 公路砖 石及混凝土砌体桥涵材料及性能 教学重点 砌体的材料 种类 受压性能 教学难点 无 第一章砌体及其基本力学性能一 砌体分类1 砖砌体 1 普通粘土砖的规格240 115 53mm 2 粘土空心砖 孔洞率 15 的砖 规格如下KP1型 240 115 90mm KP2型 240 180 115mm 配砖 240 115 115mm或180 115 115mmKM1型 190 190 90mm 配砖 190 90 90mm3 非承重粘土空心砖 孔洞率达40 60 2 非烧结硅酸盐砖 蒸压灰砂砖 蒸压粉煤灰砖3 砌块砌体 按尺寸分小型 高180 350mm 中型 高360 900mm 大型 高 900mm 按材料有混凝土砌块 粉煤灰砌块等 4 石砌体 料石 毛石 4 配筋砌体 网状 纵向 组合砖砌体 二 材料的强度等级1烧结普通砖 烧结多孔砖 强度等级 MU30 MU25 MU20 MU15 MU10 MU MasonryUnit 单位 MPa N mm2 2非烧结硅酸盐砖 蒸压灰砂砖 蒸压粉煤灰砖强度等级 MU25 MU20 MU15 MU10 3混凝土砌块 MU20 MU15 MU10 MU7 5 MU5 4石材 取边长为70mm的立方体石块进行抗压试验 取3块的平均值 划分为 MU100 MU80 MU60 MU50 MU40 MU30 MU20 4 砂浆 取边长为70 7mm的立方体试块进行抗压试验 每组6块 取其平均值作依据等级划分 M15 M10 M7 5 M5 M2 5 M mortar 单位 MPa N mm2 三 砌体的受压性能1 砌体受压破坏阶段 形成小柱 局部压碎 小柱失稳 裂缝初成 50 70 P 裂缝开展 80 90 裂缝贯通 破坏 2 砌体破坏特征 砖砌体受压时不但单块砖先开裂 而且砌体的抗压强度也远低于所用砖的抗压强度 原因 砌体受压时并非均匀受压 而是处于受弯和受剪状态 3 影响砌体抗压强度的因素 1 材料的物理 力学性能和几何尺寸的影响 提高砖的强度等级比提高砂浆的强度等级有效 砖的平整度 砂浆的和易性等 2 砌筑质量的影响 3 试验方法等的影响 3 砌体抗压强度 砌体结构构件的承载力计算一 设计方法 以概率理论为基础的极限状态设计法 0S R二 受压构件长短柱的判别 高厚比 H0 h 3 短柱 3 长柱 一 受压短柱的强度分析2 偏心影响系数 对矩形截面 对 T 形或 十 字形截面 取hT 3 5i 二 轴心受压长柱的强度分析1 破坏形式 失稳破坏 即由于侧向变形增大而产生纵向弯曲破坏 2 计算处理 考虑稳定系数 0的影响 规范 规定三 偏心受压长柱的强度分析 同时考虑纵向弯曲和偏心距影响系数 四 受压构件承载力计算1 计算公式式中 N 荷载设计值产生的轴向力 高厚比 和轴向力的偏心距e对构件承载力的影响系数 按H0 h e h 查表4 2 4 4 P48 49 A 截面面积 对各类截面均按毛截面计算 对带臂柱墙 注意其翼缘宽度选取f 砌体抗压强度设计值 查表3 3 3 8 2 15 P34 36 再修正 2 使用注意1 矩形截面构件当偏心向边长大于另一向边长时还需按对较小边长方向按轴压验算 2 确定 时考虑不同种类砌体的受力差异 需先将 系数P44 3 轴向力偏心距限制 e 0 6yy为截面重心至轴向力所在偏心方向截面边缘的距离 a 在梁或屋架端部设置中心垫块或缺口垫块 适用于偏心矩较大且主要是由竖向荷载引起的 b 调整截面尺寸 设法增大y值 适用于截面尺寸稍许增加即可满足要求的情况 c 改变结构方案 适用于轴向力及偏心矩均较大 且偏心矩主要是由水平荷载产生的弯矩引起的情况 如配筋砌体 四 双向偏压承载力计算公式 式中 三 局部受压一 局部受压的基本性能1 局压类型 均匀 不均匀 三 局部受压一 局部受压的基本性能2 局压破坏形式 因纵向裂缝的发展而破坏 劈裂破坏 与垫板接触的砌体局部破坏3 局压强度提高的原因 1 套箍作用 局部受压区砌体处于双向或三向受压状态 2 力的扩散作用二 局部均匀受压1 局部抗压强度提高系数 2 影响局部抗压强度的计算面积 沿x方向扩散y向尺寸A0的计算 a A0 a c h h 2 5 b A0 a h h 1 25 c A0 a 2h h 2 0 d A0 a h h b h1 h h1 1 5限制 主要为了防止纵向劈裂破坏 3 承载力计算Nl Alf三 梁端支承处砌体的局部受压 局部不均匀受压 1 上部荷载对局部抗压强度的影响1 上部荷载形成内拱 2 内拱作用对局压承载力有利 3 A0 Al 3时 内拱作用减弱 不考虑其有利影响 2 梁端有效支承长度1 影响因素 梁的挠曲变形 支承处砌体的压缩变形 2 计算公式 特殊的 水平方向承受均布荷载作用的钢筋混凝土简支梁 可简化为 3 梁端支承处局压强度计算1 原则 边缘处 max f2 计算公式 式中 上部荷载的折减系数 当A0 Al 3时 0 N0 局压面积上由上部荷载设计值产生的轴向力 N0 0Al 0为上部荷载设计值产生的平均压应力 梁端底面压应力图形完整系数 一般取0 7 对过梁与墙梁可取1 0 Al 局部受压面积 Al a0b3 梁端下设有垫块时支承处的局压承载力计算4 梁端下设有垫梁时支承处的局压承载力计算 3 梁端下设有垫块时 垫块下砌体的局部受压承载力计算设垫块的目的 增大局压面积设置方法 1 设预制刚性垫块 2 与梁现浇在一起A 预制刚性垫块1 刚性垫块须满足 垫块高tb 180mm 挑出长度lb tb2 垫块下砌体的局压承载力计算 公式说明 N0 垫块面积Ab上由上部荷载设计值产生的轴向力 N0 0AbAb 垫块面积 Ab ab bb ab为垫块伸入墙内尺寸 1 垫块外砌体面积的有利影响系数 1 0 8 垫块上N0及Nl合力的影响系数 查表4 2 4 4B 与梁现浇成整体的垫块 与未设垫块是一致的 混合结构房屋墙 柱计算一 房屋的结构布置方案1 纵墙承重方案 2 横墙承重方案3 纵横墙承重方案 4 内框架承重方案 第四讲房屋的静力计算方案一 概述 考虑房屋空间作用 房屋空间性能影响系数 主要受屋盖类型和房屋横墙的间距影响 s p s 1 s 两端有山墙的单层多开间房屋屋面中点的最大位移 水平位移 取决于山墙的水平刚度 1 弯曲变形 取决于屋盖本身的水平刚度 p 平面排架的侧移 两端无山墙或不考虑山墙的作用 二 房屋静力计算方案的分类1 分类原则 房屋的空间工作性能 2 影响因素 屋盖刚度 横墙间距 屋架跨度 排架刚度 荷载类型等 3 简化处理 规范 只考虑屋盖刚度和横墙间距两个主要因素的影响 4 静力计算方案 弹性 刚性 刚弹性三种 注意 房屋结构设计时应尽量采用刚性方案 刚性方案 空间刚度大 墙柱顶端相对位移小可视为0 房屋空间性能影响系数 0 33 可将纵墙视为一根竖向梁 屋盖或楼盖为竖向梁的带水平连杆的不动铰支座 三 刚性房屋和刚弹性房屋的横墙1 横墙的厚度 不宜小于180mm 2 横墙中开有洞口时 洞口水平截面面积不超过横墙水平截面面积的50 3 单层房屋的横墙长度 不小于其高度 多层房屋的横墙长度 不小于其总高度的二分之一 注意 当横墙不能同时符合上述要求时 应对横墙的刚度进行验算 如其最大水平位移值 H为横墙总高度 时 仍可视作刚性和刚弹性房屋的横墙 符合此刚度要求的一段横墙或其他结构构件 如框架 也可视为刚性或刚弹性房屋的横墙 第五讲墙柱的高厚比验算 一 容许高厚比1 确定原则 根据房屋中墙 柱的稳定性和刚度条件 由经验确定 与墙 柱的强度计算无关 2 影响因素 砂浆等级 高 横墙间距 小 砌体材料质量 好 施工水平 高 3 容许高厚比 值如下表所示 注 1 毛石墙 柱容许高厚比应按表中数值降低20 2 组合砖砌体构件容许高厚比提高20 但不大于28 3 验算施工阶段砂浆尚未硬化的新砌体高厚比时 容许高厚比对墙取14 对柱取114 的调整 1 非承重墙 可提高为 1 当h 240mm时 1 1 2当h 90mm时 1 1 5当240mm h 90mm时 1按内插法取值 当非承重墙的上端为自由端时 值除按上述规定提高外 尚可再提高30 对于厚度小于90mm的墙 当双面用不低于M10的水泥砂浆抹面 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 2 对有门窗洞口的墙 需降低为 2 当算得 2值小于0 7时 取 2 0 7 当洞口高度等于或小于墙高的1 5时 可取 2 1 0 二 墙 柱的计算高度H01 影响因素 房屋静力计算方案 梁柱的周边拉结情况 2 构件高度H的采用 1 对多层房屋底层以上各层 为楼板或其它支点间的距离 2 在多层房屋的底层及单层房屋中 为楼板至构件下端支点的距离 下端支点的位置一般可取至基础顶面或砖放大脚顶面 当基础埋得较深时 可取室内设计地面或室外设计地面以下300 500mm 专家建议 室内地坪是刚性的 取室外地坪以下500mm 对于山墙 为层高加山墙尖高度的1 2 山墙壁柱取壁柱处的山墙高度 三 墙 柱高厚比验算1 矩形截面墙 柱高厚比验算 0 h 1 2 h 墙厚或矩形柱边长 根据所验算方向取用 2 带壁柱墙的高厚比验算 1 整片墙高厚比的验算 0 hT 1 2 hT 带壁柱墙截面的折算厚度 取为3 5i 注意 在确定截面回转半径i值时 带壁柱墙截面翼缘宽度bf的取值如下 对多层房屋 有门窗洞口时取窗间墙宽度 无门窗洞口时 每侧翼墙高度可取臂柱高度的1 3 对单层房屋取bf b 2H 3 b 壁柱宽度 H 墙高 且bf小于或等于相邻窗间墙的宽度或相邻壁柱间的距离 当确定带臂柱墙的计算高度H0时 s应取相邻横墙间的距离 2 带构造柱墙高厚比的验算 当构造柱的截面宽度不小于墙厚时 按 0 h 1 2 验算 此时公式中的h取墙厚 当确定墙的计算高度时 s应取相邻横墙间的距离 墙的允许高厚比 可乘以提高系数 c c 1 bc l式中 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 l 构造柱的间距 3 壁柱间墙或构造柱间墙的高厚比的验算 将壁柱或构造柱视为壁柱间或构造柱间墙的不动铰支座 计算H0时 S取相邻壁柱间或构造柱间的距离 且不论带壁柱或构造柱墙体的房屋静力计算方案如何 H0一律按刚性方案选用 注意 带壁柱或构造柱墙内设有钢筋混凝土圈梁时 当圈梁的宽度b与相邻壁柱或构造柱的距离S之比不小于1 30时 圈梁可作为壁柱间墙的不动铰点 若具体条件不允许增加圈梁宽度时 可按墙体平面外等刚度原则增加圈梁高度以满足要求 因此 有圈梁时墙的计算高度为圈梁之间的距离 另 当与墙连接的相邻两横墙墙间的距离S 1 2 h时 墙的高度可不受计算限制 对变截面柱 可按上 下截面分别验算高厚比 其计算高度按上表3 4取用 且验算上柱高厚比时 可将查表所得的数值 1 3后采用 第六讲刚性方案房屋墙 柱计算一 单层房屋承重纵墙计算1 计算单元 一般取一个开间 2 计算简图 墙上端不动铰支承于屋盖 下端嵌固于基础的竖向构件 如右图示 3 计算特点 无侧移 A B两柱可独立进行计算 4 所受荷载 屋面荷载 风荷载 自重5 控制截面 柱上端截面 柱下端截面 水平均布荷载作用下的最大弯矩截面 6 荷载组合 同混凝土结构构件 7 承载力验算 按实际受力分别进行压 拉 弯 剪验算 二 多层房屋承重纵墙的计算1 选取计算单元 通常从纵墙中取一段有代表性的 宽度等于一个开间的竖墙条 柱作为计算单元 受荷范围取 S1 S2 2 S S1 S2为相邻两开间的距离 计算截面应按 有窗洞时取窗间墙宽乘以墙厚 无窗洞时取一个开间宽度内的墙截面面积 两侧开间S1和S2不等时截面宽度取两者平均值 对于带壁柱的墙 当壁柱间隔较大而层高较小时 计算截面宽度按下式计算 式中 b 壁柱宽度 2 确定计算简图1 竖向荷载作用下 可简化为两端铰支的竖向构件 见右图 2 竖直荷载作用下的控制截面 墙顶部大梁或板底 偏压 墙底面 轴压 3 水平荷载作用下 可简化成一条竖向的连系梁 见下图 图中 三 多层房屋承重横墙的计算1 选取计算单元 取宽度为1m的横墙 横墙承受均布线荷载且很少开洞口 2 计算简图 每层横墙视为两端铰支的竖向构件 高度为层高 当顶层为坡顶时 顶层层高算至山墙尖高的1 2 底层层高算至基顶或等于一层层高加上300 500mm 受荷范围宽度取1m 纵向取相邻两侧各1 2开间 简图及荷载见下图 3 控制截面 取该层底部截面 左右两开间荷载不等时 还应验算顶部截面 第七讲过梁 圈梁 墙梁及悬挑构件一 过梁1 过梁的分类和应用范围 砖砌体过梁L 1 2m 砖砌平拱 砖砌弧拱 钢筋砖过梁L 1 5m 钢筋混凝土过梁 2 过梁上的荷载 1 墙体荷载2 楼板荷载类型分界点类型分界点砖砌体ln 3砖砌体ln混凝土砌块砌体ln 2小型砌块砌体ln 3 混凝土过梁的计算 按简支梁进行正截面抗弯和斜截面抗剪的计算 二 圈梁1 圈梁的作用 增加砌体结构房屋的空间整体性和刚度 抑制因地基不均匀沉降而导致的墙体开裂或延缓开裂时间 兼做过梁 2 圈梁的布置 3 圈梁的种类 钢筋混凝土圈梁 钢筋砖圈梁4 圈梁的构造要求 1 圈梁宜连续闭合在同一水平面上 若断开需增设相同截面附加圈梁见右图2 圈梁兼做过梁时 在过梁范围内配筋按过梁计算确定 3 纵墙上的圈梁每隔一段距离伸入横墙以加强相互间的连接 4 在刚弹性和弹性方案中 檐口圈梁应与屋架或屋面大梁等构件牢靠连接 5 圈梁在房屋转角处或丁字接头处连接构造见下图 三 墙梁 由钢筋混凝土托梁及其以上计算高度范围内的墙体所组成的组合构件 1 一般规定 2 墙梁的破坏形态 3 墙梁的计算 略 墙梁一 墙梁的破坏形态二 墙梁的受力特征三 墙梁的设计方法一 墙梁设计的一般规定二 墙梁的计算简图三 使用阶段墙梁的承载力计算四 施工阶段墙梁的承载力验算五 构造要求 四 悬挑构件1 挑梁的受力性能 悬臂端在弯矩和剪力作用下 埋入端梁内也将产生弯曲变形 变形大小与墙体和挑梁埋入端的刚度有关 2 挑梁及周围砌体的破坏形式 挑梁本身强度足够 挑梁倾覆破坏 挑梁下砌体局部受压破坏 3 挑梁的抗倾覆验