《砌体结构讲解》PPT课件.ppt

砌体结构 长春建筑学院主讲 陈敏杰 第1章绪论 1 1砌体结构概述1 2砌体结构的优缺点及应用范围1 3砌体结构发展方向 1 1 1砌体结构定义砌体 采用砌筑方法用砂浆将单个块体粘结而成的整体 砌体结构 由砖 石或各种砌块用砂浆砌筑而成的结构 也就是由砌体组成的墙 柱等构件作为建筑物或构筑物主要受力构件的结构 分类 按照块材不同分为砖砌体 石砌体 砌块砌体 1 1砌体结构概述 我国 素有 秦砖汉瓦 之说 足见砌体结构有着悠久的历史 考古资料表明 新石器时代 就有石砌围墙 石砌祭坛和木骨架泥墙建筑 商代以后 逐渐采用粘土做成板筑墙 西周时代 已有烧结瓦存在 战国时代 能烧制出大尺寸空心砖 南北朝 砖使用已经很普遍了 秦代 修建的闻名于世的万里长城 是我国砌体结构史上光辉的一页 隋代 由李春建造的河北赵县安济桥 即赵州桥 1 1 2砌体结构的发展简史 中国万里长城河北赵县安济桥 国外 古埃及在尼罗河三角洲的吉萨建成的大金字塔 采用块石建成 工程浩大 古罗马建成的罗马角斗场 采用石结构建成 至今仍供人们参观 人们从最初的乱石块发展为块石 从土坯发展成烧结砖瓦 出现了最早的砌体结构 古埃及大金字塔古罗马大角斗场 第一阶段 19世纪中叶以前砖石结构主要为城墙 佛塔 石桥 及佛殿 第二阶段 19世纪中叶以后到解放前大约100年期间 主要以粘土砖建造承重墙 第三阶段 解放以后 广泛采用砖砌多层房屋 扩大石结构范围 发展新结构 采用新材料新技术 如采用蒸压灰砂砖和粉煤灰砖 混凝土空心砌块 采用各种配筋砌体和大型墙板 砌体结构在我国的发展大致分为三个阶段 前两个阶段只凭经验设计不作计算 1956年开始使用前苏联 砖石及钢筋砖石结构设计标准及技术规范 该规范采用定值的极限状态设计方法 1973年才颁布我国第一部 砖石结构设计规范 GBJ3 73 采用半经验半概率极限状态计算方法 1988年进行修订 颁布了 砌体结构设计规范 GBJ3 88 增加了砌块结构 该规范采用计算理论是以概率理论为基础的极限状态设计方法 2001年修订 砌体结构设计规范 GB50003 2001 增加了组合砖墙 配筋砌块砌体剪力墙结构及地震区无筋和配筋砌体结构构件设计等内容 随着砌体新材料 新技术 新结构推广应用及人民生活水平的提高 又修订了新的规范 砌体结构设计规范 GB50003 2011 该规范在原规范基础上 增加了节能减排 墙材革新要求 增加了提高砌体耐久性的有关规定 增补了防止或减轻因材料变形而引起的墙体开裂措施等 计算理论和计算方法的发展 1 2砌体结构的优缺点及应用范围 1 2 1砌体结构的优缺点优点 就地取材 来源方便 比较经济 材料来源广泛 良好的耐火性和耐久性 性能优良 施工简单 保温隔热性能好 缺点 自重大 抗拉抗剪抗弯强度低 抗震性能差 工作量大 粘土砖占用良田 砌体主要用于承受压力的构件 房屋的基础 墙体 柱 无筋砌体房屋可建5 7层 配筋砌块剪力墙结构可建10 18层 在工业与民用建筑中 用于砌筑围护墙和填充墙 如住宅 烟囱 管道支架 水池 仓库 跨度不大的厂房 挡土墙等 在交通运输方面 用于桥梁 隧道工程 在水利建设方面 用石材砌筑坝 堰 渡槽 1 2 2砌体结构的应用范围 1 3砌体结构发展展望 1 发展轻质高强的砖和砌块及高粘结强度的砂浆 2 推广配筋砌体结构 3 加强对防止和减轻墙体裂缝构造措施的研究 4 提高砌体结构的施工技术水平和施工质量 第2章砌体材料及其力学性能 2 6砌体的变形性能 2 1块材 砌体材料包括 块材和砂浆常用的块材 砖 砌块 石材 类型 砖包括 一类是烧结砖 烧结普通砖 烧结多孔砖 一类是混凝土多孔砖和混凝土普通砖一类是蒸压砖 蒸压灰砂砖 蒸压粉煤灰砖 烧结普通砖 以粘土 页岩 煤矸石或粉煤灰为主要原料 经过焙烧而成的实心砖或孔洞率小于25 且外形尺寸符合规定的砖 标准砖尺寸 240 115 53MM墙体尺寸 120 240 370 490 620 MM强度等级 MU30 MU25 MU20 MU15 MU10适用范围 房屋上部及地下基础等部位 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超过25 且不大于35 砖 孔的尺寸小而数量多 孔洞平行于受力方向 主要用于6层以下承重部位的砖 简称多孔砖 承重多孔砖目前主要采用P型砖 240 115 90 和M型砖 190 190 90 多孔砖优点 可节约粘土 减少砂浆用量 提高工效 节省墙体造价 可减轻块体自重 增强墙体抗震性能适用范围 房屋上部结构 不宜用于冻胀地区地下部位 2 1 1砖 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 尺寸烧结普通砖 蒸压粉煤灰砖 以粉煤灰 石灰为原料 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 尺寸烧结普通砖适用范围 不得用于长期受热200 以上 受急冷急热和有酸性介质侵蚀的建筑部位 MU15和MU15以上的蒸压灰砂砖可用于基础及其他建筑部位 蒸压粉煤灰砖用于基础或用于受冻融和干湿交替作用的建筑部位必须使用一等砖 强度等级 烧结普通砖 烧结多孔砖 MU30 MU25 MU20 MU15 MU10 蒸压灰砂砖 蒸压粉煤灰砖 MU25 MU20 MU15 MU10 混凝土普通砖 混凝土多孔砖 MU30 MU25 MU20 MU15 类型 按大小不同 小型砌块 砌块高度为115 380mm 中型砌块 砌块高度为380 900mm 大型砌块 砌块高度为 900mm 按外观不同 实心和空心按材料不同 普通混凝土与装饰混凝土小型空心砌块 轻集料混凝土小型空心砌块 粉煤灰小型空心砌块 蒸压加气混凝土砌块 免蒸加气混凝土砌块和石膏砌块 强度等级 承重MU20 MU15 MU10 MU7 5 MU5 自承重轻集料混凝土小型空心砌块MU10 MU7 5 MU5 MU3 5 2 1 2砌块 类型 天然石材 当自重大于18kN m3的称为重石 如花岗石 石灰石 砂石等 当自重小于18kN m3的称为轻石 如凝灰石 贝壳灰岩等 按加工程度 料石和毛石 强度等级 MU100 MU80 MU60 MU50 MU40 MU30 MU20 石材的强度等级用边长70mm的立方体试块的抗压强度来表示 如果试块为其他尺寸 应乘以规定的换算系数 注 MU为块体 MasonryUnit 的缩写 特点 抗压强度高 抗冻性能好 多用于房屋基础的勒脚 2 1 3石材 砂浆 是由砂 矿物胶结材料 以及加入塑性掺和料 如粘土或石灰等 与水按合理配比经搅拌而制成的 作用 使块材与砂浆接触表面产生粘结力和摩擦力 将块材凝结成整体 抹平块材表面使其应力分布均匀 填塞块材间的缝隙 降低砌体透风性 提高砌体隔热性能 砌体结构对砂浆的基本要求 强度 可塑性 流动性 保水性 砂浆的强度等级的确定 边长为70 7mm的立方体试块在20 3 C的室内自然条件下养护24小时 拆模后再在同样的条件下养护28天 加压所测得的抗压强度极限值 砂浆的强度等级 M15 M10 M7 5 M5 M2 5 其中M表示Mortar的缩写 强度为零的砂浆指施工阶段尚未硬化或用冻结法施工解冻阶段的砂浆 2 2砂浆 砂浆的分类 1 水泥砂浆 由水泥与砂加水拌合而成 不加掺合料 石灰膏 粘土膏 的纯水泥砂浆 其强度高 耐久性较好 但和易性差 适用于强度较高及潮湿环境中的砌体 2 混合砂浆 它是有塑性掺合料的水泥砂浆 如水泥石灰砂浆 水泥粘土砂浆等 具有一定的强度和耐久性 和易性和保水性好 一般墙体用混合砂浆 但不宜砌筑潮湿环境的砌体 3 非水泥砂浆 它是不含水泥的石灰砂浆 石膏砂浆和粘土砂浆 其强度不高耐久性差 只用于受力不大的简易建筑物中的砌体 2 3砌体材料的选择 强度的要求 耐久性的要求 地面以下或防潮层以下的材料的最低强度要求 p110 2 4砌体种类及力学性能 2 4 1 砌体种类1砖砌体 1 按搭砌方式 一顺一丁 梅花丁 三顺一丁 2 按砌体类别 实心砌体 通常用作承重外墙 内墙以及砖柱 空心砌体 轻型砌体 空斗墙 空气夹层墙 填充墙等 2 砌块砌体 1 混凝土小型空心砌块砌体 2 混凝土中型空心砌块砌体 3 粉煤灰中型实心砌块砌体 4 轻骨料混凝土空心砌块砌体3 石砌体 1 料石砌体 细料石 半细料石 粗料石 毛料石 2 毛石砌体4 配筋砌体 1 网状配筋砌体 钢筋网配在砌体水平灰缝内 2 组合砌体 在砌体外侧预留的竖向凹槽内配置纵向钢筋 浇灌混凝土制成 1砌体的受压性能 砖砌体受压的破坏特征 2 4 2砌体力学性能 1 砌体开始受压到出现第一条 批 裂缝 第一阶段第一阶段是指当砖砌体上加的荷载大约为破坏荷载的50 70 单块砖在拉 弯 剪复作用下出现第一条 批 裂缝 特点 不再增加压力 裂缝将不会继续发展 2 第二阶段出现第一条 批 裂缝后的砌体 继续增加压力 单块砖内的个别裂缝会继续发展 并逐渐扩展连通形成贯通几皮砖的竖向裂缝 此时砌体承受的压力为破坏压力的80 90 特点 压力不增加 裂缝有继续开展的趋势 3 第三阶段进入第三阶段的砌体 压力稍有增加 砌体中的裂缝将迅速发展 其中几条主要竖向裂缝上下贯通 将砌体分割成几个小段柱 特点 独立小短柱因失稳或压碎而导致整个砌体破坏 砌体内单块砖的应力状态和受力特点 1 砖的表面不平整 砂浆的铺砌不可能十分均匀 2 砖和砂浆的力学性质不一致 3 竖向灰缝上的应力集中 结论 砌体的抗压强度低于单块砖的抗压强度 块体和砂浆的强度等级块体的强度高和砂浆的强度高 砌体的强度高 块材的外形与尺寸块材的外形比较规则 平整 尺寸加大 提高砌体的抗压强度 砂浆的流动性 保水性及弹性模量的影响砂浆的流动性大和保水性好 铺砌灰缝厚度均匀 提高砌体抗压强度 砂浆的弹性模量越大 砌体的抗压强度提高 砌筑质量与灰缝的厚度砂浆铺砌饱满均匀 改善块体在砌体中的受力性能 使之较均匀的受压而提高砌体抗压强度 砌体施工及验收规范 规定 砌体水平灰缝的砂浆饱满程度不得低于80 砖柱和宽度小于1m的窗间墙竖向灰缝的砂浆饱满程度不得低于60 砂浆的厚度实践证明10 12mm为宜 影响砌体抗压强度的因素 砌体的抗压强度计算公式 砌体的抗压强度平均值 如 混凝土小型空心砌块 表2 7及注解 f1和f2分别为砌块和砂浆的强度 2砌体的抗拉 抗弯和抗剪性能 砌体的抗压性能要比抗拉 抗弯和抗剪好的多 但工程中也会遇到受拉 受剪情况 砌体受拉 受弯和受剪破坏可能发生三种破坏 沿齿缝 灰缝 的破坏 沿砖石和竖向灰缝的破坏 沿通缝 灰缝 的破坏 砌体抗拉 弯曲抗拉及抗剪强度主要取决于灰缝的强度 粘结力分为 法向粘结力和切向粘结力两种 砌体的轴心受拉性能截面破坏 当块材的强度低 砂浆的强度高 砂浆与块材的切向粘结强度高于砖的抗拉强度时 将沿竖向灰缝及砖面发生破坏 齿缝破坏 当块材的强度高 砂浆的强度低 砂浆与块材间的切向粘结力低于块材的抗拉强度时 将沿灰缝的齿状发生破坏 通缝破坏 力的方向垂直于水平灰缝时 在水平灰缝中产生法向拉应力 由于砂浆与块材间的法向粘结度小 将沿水平通缝发生破坏 不允许出现此种破坏 不允许出现沿通缝截面的受拉构件 如图c 水平受拉时 可能沿齿缝破坏 如图b 也可能沿砖和竖向灰缝破坏 如图a 2 3 f k f m t 砌体沿齿缝截面破坏的轴心抗拉强度平均值计算公式 砌体的弯曲抗拉破坏在竖向弯曲时 应采用沿通缝的抗拉强度 当在水平方向上弯曲时 可能有两种破坏形式 沿齿缝截面和沿竖向灰缝截面 取两种强度较小的计算 与块体类别有关的参数 值 砌体弯曲抗拉强度平均 4 2 4 Mpa k f k 砌体沿齿缝与沿通缝截面受弯破坏时的弯曲抗拉强度平均值计算公式为 砌体受剪性能砌体中常遇到的受剪构件有门窗过梁 拱过梁以及墙体过梁 砌体常见的受剪工作是沿通缝截面或沿阶梯形截面 2 5砌体的强度计算指标 2 5 1砌体抗压强度设计值 2 5 2砌体轴心抗拉强度 弯曲抗拉强度 抗剪强度设计值 2 5 3砌体抗压强度调整系数 2 5 1砌体强度和稳定性验算 各类砌体的强度设计值在下列情况下应乘以调整系数 a 对无筋配筋砌体 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 当砌体用强度等级小于M5的水泥砂浆砌筑时 对表中的数值 a为0 9 对表2 8的数值 a为0 8 当验算施工中的房屋时 a为1 1 2 6砌体的变形性能 砌体的变形性能包括 砌体的应力和应变关系 砌体的受压弹性模量 剪变模量 线膨胀系数 收缩率 摩擦系数等 2 6 1砌体的弹性模量根据国内外资料 砌体的应力和应变关系曲线为 为与砂浆强度和块体品种有关的系数弹性模量的定义为 在实际工程中 按时的变形模量为砌体的弹性模量 砌体的弹性模量 f 是砌体抗压强度设计值 第3章无筋砌体构件 教学目的 通过本课的学习使大家掌握受压砌体的承载力计算方法并能熟练计算 教学重点 计算公式的运用 教学难点 偏心距影响系数 砌体结构可靠度设计方法的改革一 直接经验阶段二 安全系数阶段三 以概率论为基础的设计阶段 3 1以概率理论为基础的极限状态设计方法 3 1 1极限状态设计方法的基本概念1 结构的功能要求 安全性 适用性 耐久性 安全性 适用性 耐久性可概括成为结构的可靠性 2 结构的极限状态 承载能力极限状态和正常使用极限状态根据砌体结构特点 截面尺寸往往较大 砌体结构正常使用极限状态的要求 一般情况下可由相应的构造措施保证 3 结构上的作用 作用效用和结构的抗力4 结构的可靠度与可靠指标 5 设计表达式砌体结构按承载能力极限状态设计时 应按下列公式进行最不利组合 结构的重要性系数 一级或设计年限50年以上的不应小于1 1 二级或设计年限50年的 不应小于1 0 三级或设计年限1 5年的 不应小0 9 第i个可变荷载的组合值系数 一般情况下取0 7 对书库 档案库 储藏室或通风机房 电梯机房应取0 9 3 1 2砌体的强度标准值和设计值1 砌体抗压强度标准值的取值 为砌体受压强度的变异系数 2 砌体抗压强度设计值的取值为 为砌体结构的材料性能分项系数 一般情况下 易按施工控制等级为B级考虑 取为1 6 当为C级时 取1 8 注意 当施工质量控制等级为C级时 表中系数应乘以调整系数0 89 当施工质量控制等级为A级时 表中系数应乘以调整系数1 05 3 2受压构件 受压的类型 轴心受压 偏心受压和局部受压 3 2 1受压构件的高厚比受压构件的高厚比 是指构件的计算高度H0与截面在偏心方向的高度h的比值 构件高厚比的计算公式 对于矩形截面 对于T形截面 为不同砌体材料的高厚比修正系数 3 2 2 受压构件承载力计算 1 受压短柱当柱的高厚比 3时 构件的纵向弯曲对承载力的影响很小 可以不加考虑 该柱称为受压短柱 1 轴心受压 e 0 3 此时砌体截面的应力是均匀分布的 破坏时截面承受的最大压应力达到砌体的轴心抗压强度 轴心受压短柱的承载力设计值可按下式计算 2 偏心受压 e 0 3 当压力作用于构件截面的重心时为轴心受压构 不作用于重心时为偏心受压构件 两种情况 即纵向压力有较大偏心 一侧受拉 一侧受压 以及有较小偏心 不均匀压应力 时 此时受压区压应力的合力将与所施加的偏心压力保持平衡 偏压短柱的承载力设计值可按下式计算 N 为轴向力设计值 A 为截面面积 按毛截面计算 f 砌体的抗压强度设计值 偏心影响系数 指偏心受压构件与轴心受压构件承载能力的比值 对于矩形截面 则当截面为T形或其他形状时 h用折算厚度代替 而仍按计算 2 受压长柱时 构件纵向弯曲的影响不能忽略 需考虑其对承载力的影响 偏压长柱的承载力设计值可按下式计算 的计算 附加偏心距可由 的边界条件确定 可得 其中 为轴心受压的纵向弯曲系数 偏心受压长柱影响系数 在实际计算时 可直接查表 适用条件 当偏心距过大时 构件截面受拉边将出现过大的水平裂缝 导致截面面积A减小 构件承载力显著降低 规范 规定 e 0 6y y 截面重心到轴向力所在偏心方向截面边缘的距离 其中M N为截面上所受的弯矩和轴力设计值 统一公式 注意 1 fraf2 e 0 6y3 查表e h4 矩形截面 偏心方向边长为长边时 除了沿长边方向按偏心受压计算外 还应沿短边按轴心受压计算 例题 截面尺寸为370 490mm的砖柱 砖的强度等级为MU7 5 混合砂浆的强度等级为M2 5 柱高为3 2m 两端为不动铰支座 柱顶承受设计轴心压力N 117kN 已考虑荷载分项系数 不包括柱自重 试验算柱的承载力 解 先计算柱底压力设计值 砖的标准容重为19kN m3 则N 117 117 1 2 0 37 0 49 19 3 2 130kN查表 柱截面面积为A 0 37 0 49 0 18m2 0 3m2故 0 7 0 18 0 88查表可得砌体轴心受压抗压强度为则 安全 3 3局部受压3 3 1砌体局部受压的特点1 局部受压分类 1 局部均匀受压 当砌体截面作用局部均匀压力时 例如 a 2 局部不均匀受压 当砌体截面作用非均匀压力时 例如 b 2 局部受压破坏形态 1 由于竖向裂缝发展而引起的破坏 2 劈裂破坏 3 局压面积上的砌体压坏 3 局部受压时的砌体强度试验表明 在局部受压时 按局部受压面积计算的砌体强度高于砌体全截面受压时的强度 强度提高的原因 一是 套箍强化 作用 另一个原因是力的扩散作用 结论 由于局部受压的砌体处于三向受压状态 环向压力将会阻止局部受压的变形 起着套箍作用 提高局部受压强度 而套箍作用的大小取决于A0 AL比值的大小 一般说在一定范围内 A0 AL比值越大 套箍作用越大 强度提高越多 但试验表明A0 AL比值超过一定范围 套箍作用将不会增加 3 3 2砌体截面局部均匀受压局部受压承载力计算公式如下 式中 局部受压面积上荷载设计值产生的轴向力局部受压面积 局部抗压强度提高系数 影响局部抗压强度的计算面积 3 3 3梁端支承处砌体的局部受压 梁端底面没有离开砌体的长度称为有效支承长度令梁端底面压应力图形完整系数 边缘最大局压应力 经过简化 当a0大于a时 应取a0等于a 1 梁端有效支承长度 2 上部荷载对局部抗压的影响 砌体的内拱卸荷作用 规范 规定 A0 Al 3时 可不考虑上部荷载的作用 2 上部荷载对局部抗压的影响 上部荷载的折减系数 当A0 Al大于等于3时 应取等于0 上部荷载作用在梁端的力为 3梁端砌体局部受压计算 规范 规定梁端砌体局部受压承载力采用如下公式计算 上部荷载的折减系数 当A0 Al大于等于3时 应取等于0 局部受压面积内上部轴压力设计值 N 梁端支承压力设计值 N 上部平均压应力设计值 N mm2 梁端底面压应力图形完整系数 可取0 7 对于过梁和墙梁可取1 0 梁端有效支承长度 mm 当a0大于a时 应取a0等于a 梁端实际支承长度 梁的截面宽度 梁的截面高度 砌体的抗压强度设计值 3 3 4垫块下砌体的局部受压 1 梁下设置刚性垫块定义 当垫块的高度tb 180mm 且垫块自梁边缘起挑出的长度不大于垫块的高度时 称为刚性垫块 垫块面积Ab上由上部荷载设计值产生的轴压力 垫块上N0和Nl的轴向力影响系数 不考虑纵向弯曲影响 取的值 基本上是偏心受压公式 垫块外砌体面积的有利影响系数 但不小于1 0 为砌体局部抗压强度提高系数 以Ab代替Al 垫块面积 mm2 垫块伸入墙内的长度 mm 垫块的宽度 mm 2 刚性垫块应符合下列要求 1 刚性垫块的高度不宜小于180mm 自梁边算起的垫块挑出长度不宜大于垫块高度 2 在带壁柱墙的壁柱内设置刚性垫块时 其计算面积应取壁柱范围内的面积 同时壁柱上垫块伸入翼墙内的长度不应小于120mm 3 当现浇垫块与梁整体浇筑时 垫块可以在梁高度范围内设置 3 梁端设有刚性垫块时 两端的有效支承长度按下式计算 刚性垫块的影响系数 3 3 5梁下设有垫梁的局部受压承载力计算 梁下设有长度大于垫梁下的局部受压承载力计算 垫梁上部轴向力设计值 KN 垫梁在厚度方向的宽度 mm 当荷载沿厚度方向均匀分布时取1 0 不均匀分布时取0 8 垫梁折算高度 分别为垫梁的混凝土弹性模量和截面惯性矩 垫梁的高度 mm 砌体的弹性模量 墙厚 mm 3 4砌体受拉 受弯及受剪承载力计算砌体的受拉 弯 剪构件的承载力计算 实质上利用材料力学公式计算构件控制截面上的最大应力设计值 使之不超过相应砌体强度设计值 3 4 1轴心受拉构件适用范围 小型砖砌水池和筒仓轴心受拉构件承载力计算公式 Nt ftA式中 Nt 轴心拉力设计值 ft 砌体的轴心抗拉强度设计值 A 砖砌体截面积 3 4 2受弯构件 适用范围 砖砌过梁 挡土墙 砖砌体受弯构件的破坏形态 沿齿缝 沿砖块和竖向灰缝截面弯曲受拉破坏 沿通缝截面弯曲受拉破坏 支座处受剪破坏 工程中的砖砌平拱过梁 挡土墙等结构构件均属于受弯构件 从两个方面进行强度计算 进行受弯承载力计算 同时在支座处还存在较大剪力 应进行相应的抗剪计算 其承载力按下式计算 3 4 3受剪构件砌体受剪承载力按下式计算 V fv ams0 A当永久荷载分项系数为 G 1 2时 0 26 0 082s0 f当永久荷载分项系数为 G 1 35时 0 26 0 082s0 f V 截面剪力设计值 A 水平截面面积 当有孔洞时 取净截面面积 fv 砌体抗剪强度设计值 对灌孔的混凝土砌块砌体取fvG 修正系数 当 G 1 2时 砖砌体取0 60 混凝土砌块砌体取0 64 当 G 1 35时 砖砌体取0 64 混凝土砌块砌体取0 66 剪压复合受力影响系数 与 的乘积可查表5 5 1 0 永久荷载设计值产生的水平截面平均压应力 f 砌体的抗压强度设计值 0 f 轴压比 且不大于0 8 3 5配筋砖砌体构件 一 水平网状配筋对砌体承载力的影响 约束砂浆和砖的横向变形 间接提高砌体竖向抗压承载力 延缓砖块的开裂及其裂缝的发展 阻止竖向裂缝的上下贯通 避免砖砌体被分裂成小柱导致失稳破坏 提高砖砌体小偏心抗压承载力 3 5 1网状配筋砖砌体受压构件 二 受压承载力计算1 网状配筋砖砌体的抗压强度计算公式 式中 fn 网状配筋砖砌体的抗压强度设计值 f 砖砌体的抗压强度设计值 e 轴向力的偏心距 体积配筋率 y 截面重心到轴向力所在偏心方向截面边缘的距离 fy 钢筋的抗拉强度设计值 fy 320MPa Vs V 钢筋和砌体的体积 2 网状配筋砖砌体构件的影响系数考虑高厚比 和初始偏心距e对承载力的影响 网状配筋砖砌体构件的影响系数 3 网状配筋砖砌体受压构件的承载力计算公式 式中 N 轴向力设计值 A 砖砌体截面面积 三 网状配筋砖砌体构件的适用范围水平网状配筋砖砌体受压构件使用范围应符合下列规定 偏心距超过截面核心范围 不宜采用网状配筋砖砌体构件 矩形截面e h 0 17 e h16 矩形截面轴向力偏心方向的截面边长大于另一方向的边长时 除按偏心受压计算外 还应对较小边长方向按轴心受压进行验算 当网状配筋砖砌体下端与无筋砌体交接时 尚应验算无筋砌体的局部受压承载力 四 构造规定 网状配筋砖砌体中的体积配筋率 不应小于0 1 并不应大于1 采用方格钢筋网时 钢筋的直径宜采用3 4mm 当采用连弯钢筋网时 钢筋的直径不应大于8mm 当采用连弯钢筋网时 网的钢筋方向应互相垂直 沿砌体高度交错布置 Sn取同一方向网的间距 钢筋网中钢筋的间距不应大于120mm 并不应小于30mm 钢筋网的间距 不应大于5皮砖 并不应大于400mm 网状配筋砖砌体所用砂浆不应低于M7 5 钢筋网应设置在砌体的水平灰缝中 灰缝厚度应保证钢筋上下至少各有2mm厚的砂浆层 3 5 2组合砖砌体构件 混凝土或钢筋砂浆面层组合砖砌体 当荷载偏心距较大时 无筋砖砌体承载力不足而截面尺寸又受到限制时 可采用砖砌体和钢筋混凝土面层或钢筋砂浆面层组成的组合砖砌体构件 3 5 3砖体和钢筋混凝土构造柱组合墙 砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙 是在砖墙中间隔一定离设置钢筋混凝土构造柱 并在各楼层处设置钢筋混凝土圈梁 使砖砌体墙于钢筋混凝土构造柱和圈梁组成一个整体结构共同受力 3 6配筋砌块砌体构件 配筋砌块砌体构件是在砌体中配置一定数量的竖向和水平钢筋 竖向钢筋一般是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 配筋砌体的灌孔率一般大于50 水平箍筋一般可设置在水平灰缝中或设置箍筋 竖向和水平钢筋使砌块砌体形成一个共同的整体 混合结构房屋墙体设计 第四章 4 1混合结构房屋的组成及结构布置方案4 1 1混合结构房屋的组成 混合结构房屋 是指主要承重构件由不同的材料所组成的建筑物 其中竖向构件如房屋的墙 柱 基础等采用砌体结构材料 而水平构件如楼盖及屋盖等 则采用钢筋砼或其他材料 木材 轻钢结构 建造 混合结构房屋的结构设计主要包括楼 屋 盖设计 墙体 基础设计等方面的内容 由于楼 屋 盖广泛采用钢筋砼梁板结构 在砼结构中已有详细介绍 基础也要系统学习 所以墙体设计是本章的主要内容 4 1 2混合结构房屋的结构布置方案混合结构的结构布置方案主要是指承重墙体的布置方案 而墙体布置要满足建筑和结构两个方面的要求 按竖向荷载传递途径不同 承重墙布置方案有以下四种 1横墙承重方案2纵墙承重方案3纵横墙承重方案4内框架承重方案 一 横墙承重体系 竖向荷载传力路线 屋 楼 面荷载 横墙 基础 地基 横墙承重体系特点 1 横墙为承重墙 间距较小 3 4 5m 结构整体性好 空间刚度大 有利于抵抗水平作用和调整地基的不均匀沉降 2 纵墙作为围护 隔断墙 其设置门窗洞口的限制较少 纵墙立面处理比较灵活 可保证横墙的侧向稳定 3 楼盖的材料用量较少 但墙体的用料较多 施工方便 适用于宿舍 住宅 旅馆等居住建筑和由小房间组成的办公楼等 二 纵墙承重体系 竖向荷载传力路线 屋 楼 面荷载 屋架 梁 纵墙 基础 地基 纵墙承重体系特点 1 纵墙为承重墙 横墙数量相对较少 承重墙间距一般较大 房屋的空间刚度比横墙承重体系小 纵墙上门窗洞口的大小和位置受到限制 2 横墙为自承重墙 可保证纵墙的侧向稳定和房屋的整体刚度 房屋的划分比较灵活 3 楼盖的材料用量较多 墙体的材料用量较少 适用于教学楼 图书馆 食堂 俱乐部 中小型工业厂房等单层和多层空旷房屋 三 纵横墙承重体系 竖向荷载传力路线 纵横墙承重体系特点 兼有横墙和纵横墙承重体系的特点 房屋平面布置比较灵活 空间刚度较好 适用于住宅 教学楼 办公楼及医院等建筑 四 内框架承重体系 竖向荷载传力路线 内框架承重体系特点 1 室内空间较大 梁的跨度并不相应增大 2 由于横墙少 房屋的空间刚度和整体性较差 3 由于钢筋混凝土柱和砖墙的压缩性能不同 结构易产生不均匀的竖向变形 4 框架和墙的变形性能相差较大 在地震时易由于变形不协调而破坏 五 内框架承重体系与其他体系相结合就成为混合承重体系 六 底层框架承重体系 竖向荷载传力路线 屋 楼 面荷载 上层墙体 墙梁 框架柱 基础 地基 底层框架承重体系特点 1 底层使用空间较大 梁的尺度并不相应增大2 由于底层墙体较少 沿房屋高度方向 结构空间刚度将发生变化 3 经过合理设计 可获得使用和抗震性能较好的底层框架结构体系 实现强柱弱梁的目标 适用于上部住宅底层商店或车库类房屋 4 2砌体房屋的静力计算方案进行混合结构房屋的静力计算 实际上是计算房屋的墙体和基础承受的内力 其计算简图的确定 即静力计算方案 取决于房屋的空间受力性能 墙体构造等多方面因素 4 2 1房屋的空间受力性能 1 两端没有山墙的单层单跨房屋 外纵墙承重 屋面是钢筋混凝土平屋顶 由预制板和大梁组成 1 计算单元 相邻窗口中线之间的一段 2 荷载的传递路线 通过计算单元墙体本身传至基础 3 结构计算体系 平面受力体系 房屋自由侧移变形up房屋约束侧移变形us空间性能影响系数 2 两端有山墙的单层单跨房屋 4 2 2房屋静力计算方案的划分1弹性计算方案当山墙 横墙 间距很大时 屋面水平梁的水平刚度较小 值比较大 2刚弹性计算方案当山墙 横墙 间距比较小时 屋面的跨度相对短一些 相应的水平刚度相对较大 楼板处的相对位移比弹性方案小一些 3刚性计算方案当山墙 横墙 间距更短时 由于屋面水平梁的水平刚度很大 可以认为屋面没有水平位移 比较以上三种房屋 刚性方案最好 一般应尽量设计成刚性方案 规范规定 混合结构房屋静力计算方案划分如下 根据房屋空间工作的程度不同 砌体房屋计算单元应采用相应的计算简图 砌体结构设计规范 根据横墙和楼盖对计算单元约束程度 将砌体结构静力计算方案分为刚性 刚弹性和弹性三种计算方案 刚性方案 刚弹性方案计算简图 弹性方案计算简图 4 2 3刚性和刚弹性方案房屋的横墙刚性方案和刚弹性方案中横墙应当满足以下几项要求 横墙中开有洞口时 洞口的水平截面面积应不超过横墙截面面积的50 横墙的厚度一般不小于180mm 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1 2 当不符合上述要求时 应对横墙的刚度进行验算 最大的水平位移不超过横墙总高度的1 4000 4 3墙柱高厚比验算 混合结构房屋中的墙柱均是受压构件 除了满足承载力要求外 还必须保证墙体稳定性 在设计时一般是在确定承重体系 进行结构布置和选择计算方案之后 就要对墙体和柱进行高厚比验算 满足要求后再进行静力计算和截面承载力计算 墙 柱的高度与其厚度之比称为高厚比 高厚比验算包括两方面 一是允许高厚比的限值 二是墙柱实际高厚比的确定 4 3 1允许高厚比及影响高厚比的因素1 允许高厚比限值 墙柱的允许高厚比主要是根据构件的稳定性条件和刚度条件 由实际工程经验确定 见下表 墙 柱的允许高厚比限值 2 影响高厚比的主要因素为 砂浆的强度等级 强度等级越大 越大 横墙的间距 间距越远 越小 构造的支承条件 如刚性方案 可以大一些 弹性和刚弹性方案应小一些 砌体的截面形式 截面惯性矩越大 可越大 墙体上门窗洞口削弱越多 应越低 构件的重要性和房屋的使用条件 次要构件如非承重墙 可适当提高 对使用时有振动的房屋 应比一般房屋适当降低 4 3 2高厚比验算 1 一般墙柱高厚比验算应符合下列要求 式中 H0 墙柱的计算高度 见表4 4h 轴心取短边 偏心方向长边 墙柱的允许高厚比 1 非承重墙 的修正系数 当墙厚h 240mm时 1 1 2 h 90mm时 1 1 5 当240mm h 90mm时 插值 上端为自由端的墙的 除按上述规定提高外 还可提高30 2 有门窗洞口的墙 的修正系数 当洞口高度 1 5墙高时 可取 2 1 0 式中 bs 宽度s范围内的门窗洞口的宽度 s 相邻窗间墙或壁柱之间的距离 墙 柱的计算高度 表注 1表中Hu为变截面柱的上段高度 Hl为变截面柱的下段高度 2对于上端为自由端的构件 H0 2H 3独立砖柱 当无柱间支撑时 柱在垂直排架方向的H0应按表中数值乘以1 25后采用 4s 房屋横墙间距 5自承重墙的计算高度应根据周边支承或拉接条件确定 6表中的构件高度H应按下列规定采用 1 在房屋底层 为楼板顶面到构件下端支点的距离 下端支点的位置 可取在基础顶面 当埋置较深且有刚性地坪时 可取室外地面下500mm处 2 在房屋其他层次 为楼板或其他水平支点间的距离 3 对于无壁柱的山墙 可取层高加山墙尖高度的1 2 对于带壁柱的山墙可取壁柱处的山墙高度 2 对于带壁柱墙的高厚比验算 整片墙高厚比验算 hT 3 5ii 在确定截面回转半径i时 带壁柱墙的计算截面翼缘宽度bf按下列规定采用 a 多层房屋 当有门窗时 可取窗间墙宽度 当无门窗洞口时 每侧翼墙宽度可取壁柱高度的1 3 b 单层房屋 可取壁柱宽加2 3墙高 但不大于窗间墙宽度和相邻壁柱间距 壁柱间高厚比验算 除按上述方法验算整体高厚比外 还应对壁柱之间墙厚为h的墙面进行高厚比验算 壁柱可看作墙的侧向不动铰支点 所以确定计算高度H0时 s应当取壁柱间距 不论带壁柱墙体的房屋的静力计算属何种方案 H0 按刚性方案考虑 3 带构造柱墙的高厚比验算 整片墙的验算当验算带构造柱墙的高厚比时 当构造柱截面宽度不小于墙厚时 h取墙厚 确定计算高度时 s应当取相邻横墙的间距 允许高厚比乘以提高系数式中 系数 对于细石料 半细石料砌体 对于混凝土砌块 粗料石 毛料石及毛石砌体取其它砌体 为构造柱沿墙长方向的宽度 构造柱的间距 当时 取 当时 取 壁柱间墙的验算 矩形截面 在确定H0时 墙长s取相邻壁柱间或相邻构造柱间的距离 4 5多层房屋墙体计算 4 5 1多层刚性方案房屋承重纵墙计算1 计算简图设计时取一段具有代表性的一段进行计算 计算简图如下 外纵墙计算图形 竖向荷载作用下的计算简图为竖向的简支梁 由于楼板端部翘起作用 使梁端反力产生偏心 偏心距距墙边为0 4a0 所以墙体受弯 水平荷载作用下简化成连续梁 纵墙荷载作用位置 跨中和支座处的弯矩可以近似取为 2 最不利截面的位置及内力计算一般取以下几段为最不利截面 刚性方案外纵墙在水平荷载作用下的计算方法 在水平风荷载作用下 计算单元可以看作一个竖向的连续梁 跨中和支座处的弯矩可以近似为对于刚性方案外墙 当洞口水平截面面积不超过全截面面积的2 3时 其层高和总高不超过下表要求 屋面自重不小于 可以不考虑风荷载的影响 4 5 2多层刚性方案房屋承重横墙计算 刚性构造方案房屋由于横墙间距不大 在水平荷载作用下 纵墙传给横墙的水平力对横墙的承载力计算影响很小 因此 横墙只需计算垂直荷载作用下的承载力 1 计算简图刚性方案的计算简图取1米宽的墙体作为计算单元 楼板削弱了墙体 将连接处视为铰支座 刚性方案房屋横墙计算简图 2 最不利截面位置及内力计算由于是轴心受压 可以取III III处为最不利截面 该截面处的轴向力为3 截面承载力计算按轴心受压构件计算 横墙上设有洞口时 取洞口中心线之间的墙体作为计算单元 由楼面大梁作用于横墙时 应取大梁间距作为计算单元 局部受压验算 4 5 4刚弹性方案房屋的计算 自学 4 6地下室墙 自学 5 1过梁5 1 1过梁分类及应用范围承受门窗洞口上部墙体的重量和楼盖传来的荷载的梁 称为过梁 一般包括砖砌过梁和钢筋混凝土过梁 砖砌平拱和钢筋砖过梁 1 砖砌平拱 高度一般为240mm和370mm 厚度与墙厚相同 其净跨度不应超过1 2m 2 钢筋砖过梁 在其底部水平灰缝内配置纵向受力钢筋 梁的净跨度不应超过1 5m 第5章过梁 圈梁 墙梁 悬挑梁及墙体的构造措施 关于过梁的跨度的规定 钢筋砖过梁为1 5米 砖砌平拱为为1 2米 对有较大振动荷载或可能产生不均匀沉降的房屋 应采用钢筋混凝土过梁 5 1 2过梁上的荷载 2 墙体荷载 对砖砌体 当过梁上的墙体高度时 应按墙体的均布自重采用 当墙体的高度时 应按高度为墙体的均布自重采用 对混凝土砌块砌体 当过梁上的墙体高度时 应按墙体的均布自重采用 当墙体的高度时 应按高度为墙体的均布自重采用 梁板荷载 对于砖和小型砌块砌体 当梁板下墙体的高度时 为过梁的净跨 应计入梁板传来的荷载 当梁板下的墙体高度时 不考虑梁板荷载 5 1 3过梁计算1 平拱过梁 受弯承载力受剪承载力式中 z为内力臂 当截面为矩形时等于2h 3 砖砌平拱的允许均布荷载设计值 2 钢筋砖过梁 过梁的抗剪承载力计算方法与平拱过梁相同 过梁跨中截面抗弯承载力计算如下3 钢筋混凝土过梁 按钢筋混凝土受弯构件计算 5 2圈梁圈梁是沿建筑物外墙四周及纵横墙内墙设置的连续封闭梁 圈梁的作用是增强房屋的整体性和墙体的稳定性 防止由于地基不均匀沉降或较大振动荷载等对房屋引起的不利影响 5 2 1圈梁的设置 1 对于车间 仓库 食堂等空旷的单层房屋 砖砌体房屋 檐口标高为5 8米时 应在檐口标高处设置圈梁一道 檐口标高大于8米时 应增加设置数量 砌块及料石砌体房屋 檐口标高为4 5米时 应在檐口标高处设置圈梁一道 檐口标高大于5米时 应增加设置数量 2 宿舍 办公楼等多层砌体民用房屋