配筋砌体结构设计

1、第六章第六章 配筋砌体结构设计配筋砌体结构设计1 1配筋砌体的概念：配筋砌体的概念：配筋砌体是在砌体中设配筋砌体是在砌体中设 置了钢筋或钢筋混凝土材料的砌体。置了钢筋或钢筋混凝土材料的砌体。2 2特点：特点：配筋砌体的抗压、抗剪和抗弯承载配筋砌体的抗压、抗剪和抗弯承载 力高于无筋砌体，并有较好的抗震性能。力高于无筋砌体，并有较好的抗震性能。3 3配筋砌体的分类：配筋砌体的分类：水平网状配筋砌水平网状配筋砌体体混凝土或钢筋砂浆混凝土或钢筋砂浆面层组合砖砌体面层组合砖砌体砖砌体和钢筋混凝土构砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙造柱组合墙在水平灰缝中配在水平灰缝中配置钢筋网片置钢筋网片偏心距超限的砖砌偏心

2、距超限的砖砌体外侧配置纵向钢体外侧配置纵向钢筋筋在房屋墙体中设置间距在房屋墙体中设置间距不大于不大于4m4m的构造柱的构造柱提高轴心抗压承提高轴心抗压承载力载力提高偏心抗压承载提高偏心抗压承载力力提高砖墙的承载力提高砖墙的承载力v一）受压性能一）受压性能v1）定义：网状配筋砖砌体是在水平灰缝内每隔35皮砖设置一层横向钢筋网片的砌体见下页图 (a)。v2 2）应用范围：当砖砌体受压构件的承载力不）应用范围：当砖砌体受压构件的承载力不足而截面尺寸又受到限制时，可以考虑采用足而截面尺寸又受到限制时，可以考虑采用网状配筋砌体。网状配筋砌体。v但对下列情况，不宜采用网状配筋砌体：v偏心距过大；v偏心距虽

3、未超过截面核心范围，但构件高厚比16。一、 网状配筋砖砌体图 (a)方格网配筋砖柱 (b)方格钢筋网 (c)连弯钢筋v体积配筋率：体积配筋率：v v v As钢筋面积钢筋面积,v a网眼尺寸网眼尺寸,v Sn沿高度配筋距离沿高度配筋距离1.受压性能（1）第一阶段 （0.60.75）Pu时开裂，与无筋砌体 相比，延缓了裂缝出现。（2）第二阶段 钢筋网阻止了裂缝发展。（3）第三阶段 部分砖压碎破坏，但不形成小柱体。 （由于钢筋网的弹性模量大于砌体的弹 性模量，故能阻止砌体横向变形，避免被竖向裂缝分割成小 柱体而发生失稳破坏。）aasn图 网状配筋砖砌体受压破坏2）受力特点：砌体承受轴向压力轴向压力

4、时，除产生纵向压缩变形纵向压缩变形外，还会产生横向膨胀横向膨胀，当砌体中配置横向钢筋网时，由于钢筋的弹钢筋的弹性模量大于砌体的弹性模量性模量大于砌体的弹性模量，因此： 钢筋能够阻止砌体的横向变形；阻止砌体的横向变形； 钢筋能够连接被竖向裂缝分割的小砖柱连接被竖向裂缝分割的小砖柱，避免了因避免了因小砖柱的过早失稳而导致整个砌体的破坏小砖柱的过早失稳而导致整个砌体的破坏，从而间接的提高了砌体的抗压强度，因此，这种配筋也称为间接配筋。 试验表明，砌体与横向钢筋之间足够的粘结力粘结力是保证两者共同工作，充分发挥块体的抗压强度，提高砌体承载力的重要保证。 水平网状配筋对砌体承载力的影响水平网状配筋对砌体

5、承载力的影响v 约束砂浆和砖的横向变形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阻止竖向裂缝的上下贯通，避免砖砌体被避免砖砌体被分裂成小柱导致失稳破坏。分裂成小柱导致失稳破坏。 v提高砖砌体小偏心抗压承载力 网状配筋砖砌体试验破坏状况网状配筋砖砌体试验破坏状况轴心受压时：轴心受压时：网状配筋砌体的极限强度与网状配筋砌体的极限强度与体积配筋率体积配筋率有关有关偏心受压时：偏心受压时：随着随着偏心距偏心距e e的增大，受压区面积减小，钢的增大，受压区面积减小，钢筋网片对砌体的约束效应降低筋网片对砌体的约

6、束效应降低当采用无筋砖砌体受压构件的截面尺寸较大，不能满足使用要求时，可采用网状配筋砖砌体。 但，试验表明，网状配筋砖砌体构件在轴向力的试验表明，网状配筋砖砌体构件在轴向力的偏心距偏心距 e 较大或构件高厚比较大或构件高厚比 较大时，钢筋难以发挥较大时，钢筋难以发挥作用，构件承载力的提高受到限制。作用，构件承载力的提高受到限制。适用范围适用范围二）网状配筋砖砌体构件的适用范围二）网状配筋砖砌体构件的适用范围v水平网状配筋砖砌体受压构件使用范围应符水平网状配筋砖砌体受压构件使用范围应符合下列规定：合下列规定：v 偏心距超过截面核心范围，不宜采用网状偏心距超过截面核心范围，不宜采用网状配筋砖砌体构

7、件；（配筋砖砌体构件；（矩形截面矩形截面e/h0.17e/h0.17；e/h0.17e/h1616）v 矩形截面矩形截面轴向力轴向力偏心方向的截面边长大于偏心方向的截面边长大于另一方向的边长另一方向的边长时，除时，除按偏心受压按偏心受压计算外，计算外，还还应对较小边长方向按轴心受压应对较小边长方向按轴心受压进行验算；进行验算；v 当网状配筋砖砌体下端当网状配筋砖砌体下端与无筋砌体交接时与无筋砌体交接时，尚应验算无筋砌体的尚应验算无筋砌体的局部受压承载力局部受压承载力 。2.受压承载力计算 NNu fnA 式中：fn水平网状配筋砌体抗压强度设计值 式中fy为钢筋抗拉强度设计值，当fy320N/m

8、m2时，取fy320N/mm2 钢筋网体积配筋率（0.1 1.0） 、 、e/h对网状配筋砌体受压构件承载力的影响系数 （查表6-1）3.适用范围 (1)对于矩形截面：e/h0.17； (2)高厚比：16，构造要求(如钢筋直径、间距等)。nyn100)21 (2fyeff1002100nssaSAVVn网状配筋砖砌体构件的影响系数：或查表6-1确定。其中稳定系数: 对矩形截面，也应对较小边长方向按轴心受压进行验算。对矩形截面，也应对较小边长方向按轴心受压进行验算。v四）四） 构造要求构造要求v网状配筋砌体中的配筋率配筋率(按体积比计算)不应不应小于小于.1.1，过小效果不大，也不应大于不应大于

9、1 1。否则钢筋的作用不能充分发挥；v采用钢筋网采用钢筋网时，钢筋的直径钢筋的直径宜采用3 34mm4mm；当采用连弯钢筋网采用连弯钢筋网时，钢筋的直径不应大于不应大于8mm8mm。由于钢筋网砌筑在灰缝砂浆内，易于锈蚀，因此设置较粗的钢筋比较有利较粗的钢筋比较有利。钢筋过细过细，钢筋的耐久耐久性性得不到保证，钢筋过粗过粗，会使钢筋的水平灰缝水平灰缝过厚或保护层厚度得不到保证。过厚或保护层厚度得不到保证。v钢筋网中钢筋的间距钢筋的间距，不应大于不应大于120mm120mm，并不应小于小于30mm30mm；因为钢筋间距过小时过小时,灰缝中的砂浆不灰缝中的砂浆不易均匀密实易均匀密实,间距过大过大，钢

10、筋网的横向约束效应低。钢筋网的横向约束效应低。 钢筋网的钢筋网的竖向间距竖向间距，不应大于不应大于5 5皮砖皮砖，并不应大并不应大于于 400mm400mm；当采用连弯钢筋网当采用连弯钢筋网时，时，网的钢筋方向应网的钢筋方向应互相垂直互相垂直，沿砌体高度交错设置沿砌体高度交错设置，Sn Sn 为同一方向为同一方向网的间距。网的间距。 网状配筋砖砌体所用的砂浆强度等级砂浆强度等级不应低于不应低于M7.5M7.5， 施工时，水平灰缝的厚度水平灰缝的厚度应控制在8 812mm12mm范围内，并应保证在钢筋上下至少各有在钢筋上下至少各有2mm2mm厚厚的砂浆层。其目的是避免钢筋锈蚀和提高钢筋与砌体之间

11、的粘结力。 为了便于检查钢筋网是否漏放或错误，可在钢筋网中留出标记，如将钢筋网中的一根钢筋的末端伸出砌体表面5mm。 4.4.例题分析例题分析 已知砖柱490490mm，H05.88m，MU10、M7.5 混合砂浆，轴心压力设计值为500kN，试验算其受 压承载力。 822. 0120015. 0111122（1）不配筋 f1.50MPa (查表3-3)， A0.4920.2401m20.3m2 a 0.7A0.70.24010.9401 ， H0/h5880/49012 Nu= (a f)A= 0.822(0.94011.50)0.2401106 278.3kNN500kN (不安全)（2）

12、配筋 采用b4冷拔带肋钢筋（fy340MPa，取取320MPa） 方格网a=60mm，每3皮砖一层（Sn180mm）233. 0100180606 .1221002nsaSAMPa99. 2320100233. 0250. 1100)21 (2ynfyeff 查表6-1：e/h0，12， 0.233插入得： 0.733 Nu fnA0.7332.990.2401106 526.4kNN500kN （安全） (1)(2)比较：fn/f=2.99/1.502.0 Nu2/Nu1=526.4/278.31.9nnv例题例题6-3已知一砖柱，采用已知一砖柱，采用MU10砖，砖，M7.5混合砂浆砌筑，砖

13、柱截面尺混合砂浆砌筑，砖柱截面尺370mm490mm, 计算高度计算高度H0=3.92m, 承受承受轴向力设计值轴向力设计值N =223.2kN ，在柱长边方向作，在柱长边方向作用弯矩设计值用弯矩设计值M =12.41kNm。试验算此砖柱。试验算此砖柱的承载力；如承载力不够，按网状配筋砌体的承载力；如承载力不够，按网状配筋砌体设计此柱。设计此柱。解：解：（1 1）按无筋砌体偏压构件计算）按无筋砌体偏压构件计算查表可得查表可得MU10MU10砖，砖，M7.5M7.5混合砂浆砌体的抗压设计强混合砂浆砌体的抗压设计强度度 f=1.58MPaf=1.58MPa。 算得算得v查表可得。查表可得。v因为因

14、为 A=370mm490mm=0.1813m20.3m2，所，所以砌体强度乘上调整系数以砌体强度乘上调整系数 0.7+0.1813=0.8813。无。无筋砌体的承压能力为筋砌体的承压能力为v所以不符合要求。所以不符合要求。（2）按网状配筋砌体设计）按网状配筋砌体设计由于由于e/h=0.1130.17，816 材料为材料为MU10砖，砖，M7.5混合砂浆，其符合网状混合砂浆，其符合网状配筋砌体要求。配筋砌体要求。v用用 4冷拔低碳钢丝，方格网间距冷拔低碳钢丝，方格网间距a取取50mm，方格网采用焊接，方格网采用焊接，Sn=260mm ，配筋率：，配筋率：网状配筋砖柱的抗压强度：网状配筋砖柱的抗压

15、强度：由 e/h=0.113， 配筋率 0.19查表可得 承载力为： 查表可得： 满足要求。满足要求。再沿短边方向按轴心受压进行验算。此时 ，e/h=0， 短边轴心承载力为： 满足要求。满足要求。v1 1）定义：）定义：组合砖砌体是由砖砌体和其表面的钢筋混凝土面层见下图 (a)或钢筋砂浆面层见下图 (b)组合而成的受压构件见下图 。v 图 组合砖砌体构件截面(a)混凝土面层；(b)砂浆面层v二、 组合砖砌体图 组合砖砌体 （a）（b）（c）组合砖砌体构件截面；（d）混凝土或砂浆面层组合墙v2 2） 受压性能受压性能v在砖砌体与钢筋混凝土的组合砌体中，由于砖能砖能吸收混凝土中多余的水分吸收混凝土

16、中多余的水分，因此在砖砌体中结硬的混凝土比在木模或金属模板中结硬的混凝土强度高。混凝土强度高。v组合砖砌体在轴向压力作用下轴向压力作用下，常在砌体与面层砌体与面层混凝土混凝土( (或面层砂浆或面层砂浆) )的连接处产生第一批裂缝。的连接处产生第一批裂缝。v组合砖砌体受压时，由于两侧钢筋混凝土(或钢筋砂浆)的约束，砖砌体的受压变形能力较大受压变形能力较大。图 组合砖砌体受压破坏情况v组合砖柱的延性，主要与轴压比和配筋率轴压比和配筋率有关。v3 3） 承载力计算承载力计算v(1)(1)轴心受压构件轴心受压构件v轴心受压构件的承载力可按下式计算：v(2)(2)偏心受压构件偏心受压构件v组合砖砌体构件

17、在偏心受压时(图6-4)的受力和变形性能与钢筋泥凝土构件的接近与钢筋泥凝土构件的接近。采用与钢筋混凝土偏心受压构件相类似的方法。v 分析表明，组合砖砌体构件当e=0.05h时，按轴心受压轴心受压计算的承载力与按偏心受压偏心受压计算的承载力很接近。但当0e0.05h时按前者计算的承载力略低于后者的承载力。为避免这一矛盾，规定：规定：当偏心距很小，即当偏心距很小，即e 0.05h时时时，取时，取e=0.05h ，并按偏心受压的公式计算承，并按偏心受压的公式计算承载力。载力。v4 4） 构造要求构造要求v为了使砖砌体的强度不致过低，要求砖的强度砖的强度等级不低于等级不低于MU10MU10，砌筑砂浆的

18、强度等级不低于，砌筑砂浆的强度等级不低于M5M5，面层混凝土强度等级宜采用面层混凝土强度等级宜采用C15C15或或C20C20。为防止钢筋锈蚀，并使钢筋与砂浆有较好的粘结能力，面面层水泥砂浆的强度等级不低于层水泥砂浆的强度等级不低于M7.5M7.5。v受力钢筋保护层的厚度，不小于表受力钢筋保护层的厚度，不小于表4.24.2的规定。v采用砂浆面层的组合砖砌体，砂浆面层不能太薄，也不宜太厚。v受力钢筋一般采用级钢筋。v箍筋的直径，不宜小于箍筋的直径，不宜小于4mm4mm及及d/5(dd/5(d为受压钢筋为受压钢筋直径直径) )，也不宜大于，也不宜大于8mm8mm。v组合砖砌体构件一侧的受力钢筋多于

19、一侧的受力钢筋多于4 4根时，应根时，应设置附加箍筋或拉结钢筋。设置附加箍筋或拉结钢筋。v组合砖砌体构件组合砖砌体构件的顶部、底部以及牛腿处顶部、底部以及牛腿处，是直接承受或传递荷载的主要部位，必须设置钢筋必须设置钢筋混凝土垫块混凝土垫块，受力钢筋伸入垫块的长度必须满足锚固要求，以确保构件安全可靠地工作。图 组合砖砌体墙的配筋v受力钢筋的搭接长度搭接长度，搭接处的箍筋间距箍筋间距等应符合现行混凝土结构设计规范的要求。三、砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙三、砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙一、受压性能钢筋混凝土构造柱组合墙在轴心受压时其破钢筋混凝土构造柱组合墙在轴心受压时其破坏过程可分为坏过程可分为

20、3个受力阶段。个受力阶段。（1）第一阶段：弹性阶段（00.4）Pu）主压应力迹线主压应力迹线：明：明显向构造柱扩散显向构造柱扩散(图图中虚线为主拉应力中虚线为主拉应力迹线，其值很小迹线，其值很小)；砌体内竖向压应力砌体内竖向压应力的分布不均匀，的分布不均匀，b图图中中虚线虚线为墙体开裂为墙体开裂前的坚向压应力的前的坚向压应力的分布，在分布，在墙顶部墙顶部、中部中部和和底部截面上底部截面上竖向压应力为竖向压应力为上部上部大、下部小大、下部小，它，它沿沿墙体水平方向墙体水平方向是是中中间大、两端小。间大、两端小。（2）第二阶段：弹塑性工作阶段。 上圈梁上圈梁与构造柱连接的附近与构造柱连接的附近及构

21、造柱之间中部砌体构造柱之间中部砌体出现竖向裂缝竖向裂缝，且上部圈梁在跨中处产生自下而上的竖向裂缝如图6-10所示。 图图6-9b中点划线中点划线为按有限元分析开裂时开裂时砌体内的竖向压应力分布。由于构造柱与圈梁形成的约束作用，直至压力达破坏压力的约约70时，裂缝发展慢裂缝发展慢裂裂缝走向大多指向构造枝柱脚缝走向大多指向构造枝柱脚。这一阶段经历的时间较长，所施加压力可达破坏压力的90。 图图6-9b中实线中实线为临近破坏时临近破坏时砌体内的竖向压应力分布。按有限元分析，构造柱下部截面压应力较上部截面压应力增加较多中部构造柱为均匀受压中部构造柱为均匀受压，边构边构造柱则处于小偏心受压造柱则处于小偏心受压，如图69c所示。由于边构造柱横向变形的增大，试验时可观测到边构造柱略向外鼓边构造柱略向外鼓如图6-10所示（3）第三阶段：破坏阶段 砌体内裂缝贯通，最终裂缝穿过构造柱柱脚，构造砌体内裂缝贯通，最终裂缝穿过构造柱柱脚，构造柱内钢筋压屈，混凝土被压碎、剥落，与此同时构造柱之柱内钢筋压屈，混凝土被压碎、剥落，与此同时构造柱之间中部的砌体亦受压破坏，如图间中部的砌体亦受压破坏，如图6-10所示。所示。构造柱的作用v一是：一是：因混凝土构造柱和砖墙的刚度不同及内力重分布，它直接分担直接分担作用于墙体上的压