砌体结构设计1

1、 第九章第九章 砌体和砌体结构砌体和砌体结构了解砌体结构的特点和适用范围；了解砌体结构的特点和适用范围； 熟悉砌体材料及力学性能熟悉砌体材料及力学性能；掌握无筋砌体受压构件承载力计算方法；掌握无筋砌体局部受压承载力计算方法。本章要求本章要求砌体结构砌体结构由块体和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑物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。主要受力构件的结构。砌体种类砌体种类砌砌 体体配筋砌体配筋砌体无筋砌体无筋砌体l优点：就地取材，造价低；就地取材，造价低；耐久性和耐火性好；耐久性和耐火性好；保温、隔热、隔音性能好；保温、隔热、隔音性能好；施工设备和方法简单，可连续施工。施工设备

2、和方法简单，可连续施工。砌体结构的特点及发展趋势l缺点：强度低；强度低；自重大；自重大；整体性较差；整体性较差；劳动强度高；劳动强度高；采用黏土砖侵占大量农田。采用黏土砖侵占大量农田。l发展趋势：发展趋势：轻质高强；轻质高强；约束砌体；约束砌体；墙体改革；墙体改革；工业化。工业化。l适用范围：适用范围：轴压、小偏压构轴压、小偏压构件。件。如：墙、柱、中小跨的桥、如：墙、柱、中小跨的桥、隧道、坝、水池、烟囱、料仓隧道、坝、水池、烟囱、料仓等。等。l设计依据：设计依据：砌体结构设计规范砌体结构设计规范（GB50003-2011）砌体结构的适用范围研究内容：块体的种类及其力学性质；砂浆的种类及其力学

3、性质；砌体的种类及其力学性质；9.1 9.1 砌体材料和砌体力学性能砌体材料和砌体力学性能* *块体的种类块体的种类砖石砌块实心砖空心砖料石毛石细料石半细料石粗料石毛料石烧结普通砖非烧结硅酸盐砖小型砌块中型砌块大型砌块（按大小分）（按大小分）（按材料分）（按材料分）混凝土空心砌块加气混凝土砌块硅酸盐砌块块体块体分类烧结粘土砖烧结页岩砖烧结煤矸石砖烧结粉煤灰砖（1 1）烧结普通砖）烧结普通砖实心砖实心砖烧结普通砖是由粘土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经过焙烧而成的实心或孔洞率不大于15%且外形尺寸符合规定的砖。定义标准砖的尺寸标准砖的尺寸 240115 53mm 重力密度为:1819kN/m

4、3（2 2）非烧结硅酸盐砖）非烧结硅酸盐砖硅酸盐砖是用硅酸盐材料压制成形并经高压蒸汽养护而成的。定义分类蒸压灰砂砖蒸压粉煤灰砖重力密度为:1418kN/m3注意：不适用于高温环境下的砌体结构。空心砖空心砖是以粘土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经焙烧而成，孔洞率大于15的砖。空心砖空心砖目前最常用的是粘土空心砖。孔洞率大于孔洞率大于4040的烧结空心砖，用于围护结构。的烧结空心砖，用于围护结构。按受力分类承重粘土空心砖是以粘土为主要原料，经焙烧而成，孔洞率在1540，孔的尺寸小而数量多，主要用于承重部位的砖。非承重粘土空心砖一般用于非承重墙，重量较轻且隔热、隔声性能好，孔洞率一般为4060，

5、又称大孔空心砖。 石材一般采用重质天然石，如花岗岩、砂岩、石灰岩等，石材一般采用重质天然石，如花岗岩、砂岩、石灰岩等，具有具有强度高、抗冻性好、耐久性好强度高、抗冻性好、耐久性好，可作为承重墙体、基础、，可作为承重墙体、基础、挡土墙等。挡土墙等。天然石材天然石材 石材导热系数大，在寒冷及炎热地区不宜作建筑物外墙。石材导热系数大，在寒冷及炎热地区不宜作建筑物外墙。石砌体石砌体由石材和砂浆或石材和混凝土砌筑而成的砌体，分为料石砌体、毛石砌体和毛石混凝土砌体。混凝土砌块混凝土砌块混凝土砌块混凝土砌块是指采用普通混凝土或利用浮石、火山渣、是指采用普通混凝土或利用浮石、火山渣、陶粒等为骨料的轻集料混凝土

6、制成的实心或空心砌块。陶粒等为骨料的轻集料混凝土制成的实心或空心砌块。小型砌块小型砌块中型砌块中型砌块大型砌块大型砌块按大小分混凝土混凝土空心砌块空心砌块加气混加气混凝土砌块凝土砌块粉煤灰硅粉煤灰硅酸盐砌块酸盐砌块砌块按材料分目前最常用的是目前最常用的是小型砌块小型砌块，中型、大型砌块使用较少。，中型、大型砌块使用较少。MU 块体强度等级的符号，块体强度等级的符号，如如MU15表示该块体的强度等级为表示该块体的强度等级为15MPa。* *块体的强度等级块体的强度等级定义：作用：将块材粘结成整体并找平块体间的接触面，使砌体受力均匀，同时因砂浆填满块材间的缝隙还能减少砌体的透气性、提高砌体的保温性

7、及抗冻性等。砂浆是用砂和适量的无机胶凝材料（水泥、石灰、石膏、粘土等）加水搅拌而成的一种粘结材料。* *砂浆砂浆砂浆分类混合砂浆：水泥砂浆：由水泥、砂和水拌合而成的无塑性掺和料的纯水泥砂浆砌筑受力砌筑受力较大或潮湿环境中的砌体。较大或潮湿环境中的砌体。 有塑性掺和料的水泥砂浆砌筑砌筑一般墙、柱砌体。一般墙、柱砌体。不含水泥的砂浆低层建筑和低层建筑和不受潮的地上砌体。不受潮的地上砌体。水泥砂浆混合砂浆非水泥砂浆强强 度度流动性流动性保水性保水性非水泥砂浆：*砂浆的强度等级M15、M10、M7.5、M5、M2.5M 砂浆强度等级的符号，砂浆强度等级的符号，如：M5表示该砂浆的强度等级为5MPa。

8、采用类似混凝土的标准试验方法，进行抗压试验得出采用类似混凝土的标准试验方法，进行抗压试验得出的以的以Mpa为单位的强度值划分为以下为单位的强度值划分为以下5级：级：一. 无筋砌体的抗压强度(一)砌体受压的破坏特征* *砌体的受力性能砌体的受力性能第一阶段未裂阶段 当荷载小于50%70%破坏荷载时，单块砖出现裂缝。出现第一条（或第一批）裂缝时的，此时如果荷载不增加，裂缝也不会继续扩大。第二阶段裂缝阶段 随着荷载的继续增加，原有裂缝不断扩展，同时产生新的裂缝，这些裂缝沿竖向形成通过几皮砖的连续裂缝（条缝）。此时即使荷载不再增加，裂缝仍会继续发展。第三阶段破坏阶段 当荷载增大至80%90%破坏荷载时

9、，裂缝迅速开展，其中几条连续的竖向裂缝把砌体分割成一个个单独的半砖小柱，整个砌体明显向外鼓出。最终砌体丧失承载力而破坏。1.裂缝首先在单块砖中出现 2.砌体的抗压强度远小于块体的抗压强度结论 ？1）砌体中单砖处于压、弯、剪复合受力状态2）砂浆使块体在横向受拉砂浆使块体在横向受拉3）竖向灰缝处应力集中使砖处于不利受力状态 1 1. . 砂浆表面不平整：砂浆表面不平整：块体不仅受压而且受弯和剪；块体不仅受压而且受弯和剪；2 2. . 竖向受压时，产生横向变形：竖向受压时，产生横向变形：砂浆的变形比砖大，由于砂浆的变形比砖大，由于粘结力的存在，砂浆横向受压，砌块横向受拉。砂浆强度粘结力的存在，砂浆横

10、向受压，砌块横向受拉。砂浆强度提高（套箍作用）；提高（套箍作用）；3 3. . 砌体的灰缝不可能充满：砌体的灰缝不可能充满：截面面积有所减小；在垂直裂截面面积有所减小；在垂直裂缝截面上的砖内产生横向拉应力和剪应力的应力集中，引缝截面上的砖内产生横向拉应力和剪应力的应力集中，引起砌体结构的降低。起砌体结构的降低。 当砌体受压时，砖承受的压力是不均匀的，而处于受弯、当砌体受压时，砖承受的压力是不均匀的，而处于受弯、受剪和局部受压状态下，如下图所示。由于砖的厚度小，又受剪和局部受压状态下，如下图所示。由于砖的厚度小，又是脆性材料，其抗剪、抗弯强度远低于抗压强度，砌体的第是脆性材料，其抗剪、抗弯强度远

11、低于抗压强度，砌体的第一批裂缝就是由于单块砖的受弯、受剪破坏引起的。一批裂缝就是由于单块砖的受弯、受剪破坏引起的。单块砖在砌体内除了受弯、受剪外还要受拉。这种横向单块砖在砌体内除了受弯、受剪外还要受拉。这种横向拉力也是促使砖在较小的荷载下提早开裂的原因之一。拉力也是促使砖在较小的荷载下提早开裂的原因之一。(二)影响砌体抗压强度的因素1)块体和砂浆的强度3)砂浆的性能 2)块体尺寸和几何形状的影响4)砌筑质量灰缝的厚度 水平灰缝的均匀和饱满程度 灰缝厚度在812mm较好，一般采用10mm 块材的搭接方式砖的含水量1. 砌体砌体抗压强度抗压强度设计值设计值 f* *砌体的计算指标砌体的计算指标砌体

12、的施工质量控制等级2. 砌体抗拉砌体抗拉ft、抗弯强度、抗弯强度ftm和抗剪强度和抗剪强度fv轴心受拉轴心受拉ft弯曲抗拉弯曲抗拉ftm 受剪破坏受剪破坏fv1)对无筋砌体构件，其截面面积对无筋砌体构件，其截面面积A0.3m2时，时，a= A+0.7。对配。对配筋砌体构件，当其中砌体截面面积筋砌体构件，当其中砌体截面面积A3，与偏心距和高厚比均相关，与偏心距和高厚比均相关 对矩形：对矩形： 对对T形：形：22121111）（或）（heie2/1211）（The200011)11(1211211)11(1211211Thehe 公式方法公式方法IiAh矩形截面轴向力偏心方向的边长，轴心受压时为截

13、面矩形截面轴向力偏心方向的边长，轴心受压时为截面 较小边长较小边长。 可根据可根据高厚比高厚比、砂浆强度等级、及偏心矩（、砂浆强度等级、及偏心矩（e/h、e/hT）查查表。表。高厚比高厚比按下式计算：按下式计算：对对矩形截面：矩形截面： 对对T形截面：形截面： 其中，其中，高厚比修正系数，按表高厚比修正系数，按表15-4采用；采用； hT T形截面折算厚度，形截面折算厚度，hT=3.5i，i为回转半径。为回转半径。 查表方法查表方法0Hh0THh 对矩形截面构件，当对矩形截面构件，当轴向力偏心方向的截面边长大于另一轴向力偏心方向的截面边长大于另一方向的边长时方向的边长时，除按，除按偏心受压偏心

14、受压计算外，还应对较小边长方计算外，还应对较小边长方向，按向，按轴心受压轴心受压进行验算。进行验算。 由于各类砌体在强度达到极限时的变形值有较大的差别，由于各类砌体在强度达到极限时的变形值有较大的差别，因此砌体的类型对构件的承载力有较大的影响。为了考虑因此砌体的类型对构件的承载力有较大的影响。为了考虑不同种类砌体在受力性能上的差异，不同种类砌体在受力性能上的差异，在确定影响系数在确定影响系数 时，时，应按砌体的类型及构件的高厚比应按砌体的类型及构件的高厚比乘以不同砌体材料的高厚乘以不同砌体材料的高厚比修正系数比修正系数。v设计计算时应注意下列问题：设计计算时应注意下列问题： 对于偏心距超过限值

15、的构件应优先考虑采取适当的措对于偏心距超过限值的构件应优先考虑采取适当的措施来减小偏心距，如采用施来减小偏心距，如采用垫块垫块来调整偏心距，也可采取修来调整偏心距，也可采取修改构件截面尺寸的方法调整偏心距。规范规定，改构件截面尺寸的方法调整偏心距。规范规定，按荷按荷载设计值计算轴向力的偏心距，并不应超过载设计值计算轴向力的偏心距，并不应超过0.6y，即：，即：0.6ey y截面重心到轴向力所在偏心方向截面边缘的距离。截面重心到轴向力所在偏心方向截面边缘的距离。 若若e0.6y，则宜采用组合砖砌体。，则宜采用组合砖砌体。 轴向力的偏心距轴向力的偏心距e较大时的设计方法较大时的设计方法【例例15.

16、1】截面为截面为370mm490mm的砖柱，采用强度等级的砖柱，采用强度等级为为MU10的烧结普通砖及的烧结普通砖及M2.5混合砂浆砌筑，柱计算高度混合砂浆砌筑，柱计算高度H0=4.2m，柱顶承受轴心压力设计值为，柱顶承受轴心压力设计值为155kN，试验算其，试验算其承载力是否满足要求。承载力是否满足要求。【解解】（1）考虑砖柱自重后，柱底截面所承受轴心压力最大，故应对）考虑砖柱自重后，柱底截面所承受轴心压力最大，故应对该截面进行验算。当砖砌体重力密度为该截面进行验算。当砖砌体重力密度为19kN/m3时，柱底截面的轴向时，柱底截面的轴向力设计值：力设计值：N=155+GGK=155+1.2（1

17、90.370.494.2）=17.4kN(2) 求柱的承载力求柱的承载力 MU10烧结普通砖和烧结普通砖和M2.5混合砂浆砌体抗压强度设计值查附表混合砂浆砌体抗压强度设计值查附表11-4得：得：f=1.3N/mm2 截面面积截面面积A=0.370.49 =0.1813m20.3m2，则砌体抗压强度设，则砌体抗压强度设计值应乘以调整系数计值应乘以调整系数a： a=A+0.7=0.1813+0.7=0.8813 由由=H0/h=11.35及及e/h=0，查附表，查附表11-12-2得影响系数得影响系数: =0.796。 则得柱的承载力：则得柱的承载力：afA=165.3kNN=172.4kN，不满

18、足要求。不满足要求。【例例15.2】已知一矩形截面偏心受压柱，截面为已知一矩形截面偏心受压柱，截面为490mm740mm，采用强，采用强度等级为度等级为MU10烧结普通砖及烧结普通砖及M5混合砂浆，柱的计算高度混合砂浆，柱的计算高度H0=5.9m，该，该柱承受轴向力设计值柱承受轴向力设计值N=320kN，沿长边方向作用的弯矩设计值，沿长边方向作用的弯矩设计值M=33.3kNm，试验算其承载力是否满足要求。，试验算其承载力是否满足要求。【解解】1.验算长边方向的承载力验算长边方向的承载力（1） 计算偏心距计算偏心距e=M/N=33.3106/320103=104mmy=h/2=740/2=370

19、mm0.6y=0.6370=222mme=104mm(2) 承载力验算承载力验算 MU10烧结普通砖及烧结普通砖及M5混合砂浆砌体抗压强度设计值查附表混合砂浆砌体抗压强度设计值查附表11-4得：得：f=1.5N/mm2。 截面面积：截面面积：A=0.490.74=0.363m20.3m2，a=1.0。 由由=H0/h=7.97及及e/h=0.1405，查附表，查附表11-12-1得影响系数得影响系数=0.61。则。则得柱的承载力：得柱的承载力：afA=332.1kN320kN满足要求。满足要求。2.验算柱短边方向轴心受压承载力验算柱短边方向轴心受压承载力由由=H0/h=12.04及及e/h=0

20、查附表查附表11-12-1得影响系数得影响系数=0.819。 则得柱的承载力则得柱的承载力:afA=394.18kN240kN满足要求。满足要求。【例例15.3】某单层单跨无吊车工业厂房，其窗间墙带壁柱的截面如图某单层单跨无吊车工业厂房，其窗间墙带壁柱的截面如图所示。墙的计算高度所示。墙的计算高度H0=10.5m，采用强度等级为，采用强度等级为MU10烧结普通砖烧结普通砖及及M5水泥砂浆砌筑，施工质量控制水泥砂浆砌筑，施工质量控制B级。该柱柱底截面承受轴向力级。该柱柱底截面承受轴向力设计值设计值N=320kN，弯矩设计值，弯矩设计值M=51kNm，偏心压力偏向截面肋部，偏心压力偏向截面肋部一侧

21、，试验算窗间墙的承载力。一侧，试验算窗间墙的承载力。【解解】1.计算截面几何特征值计算截面几何特征值截面面积截面面积A=2000240+490500=725000mm2形心至截面边缘的距离：形心至截面边缘的距离： y1=245mm y2=740-245=495mm 惯性矩：惯性矩：I=296108mm4 回转半径：回转半径：i=202mm T形截面折算厚度：形截面折算厚度： hT=3.5i=3.5202=707mm2.计算偏心距计算偏心距e=M/N=159mme/y2=0.320.63.承载力计算承载力计算 MU10烧结普通砖与烧结普通砖与M5水泥砂浆砌体抗压强度设计值，查表水泥砂浆砌体抗压强

22、度设计值，查表11-4得得f=1.5N/mm2。 根据规定，施工质量控制为根据规定，施工质量控制为B级强度不予调整，但水泥砂浆应乘级强度不予调整，但水泥砂浆应乘以以a=0.9。 由由=H0/h=0.225，查附表，查附表11-12-1得影响系数得影响系数=0.44，则得窗间，则得窗间墙承载力：墙承载力： afA=430.65kN320kN满足要求。满足要求。9.2.2 无筋砌体局部受压承载力计算无筋砌体局部受压承载力计算 局部受压是砌体结构局部受压是砌体结构中常见的受力形式，如支中常见的受力形式，如支承墙或柱的基础顶面，支承墙或柱的基础顶面，支承钢筋混凝土梁的墙或柱承钢筋混凝土梁的墙或柱的支承

23、面上，均产生局部的支承面上，均产生局部受压，受压，如图所示如图所示。前者当。前者当砖柱承受轴心压力时为砖柱承受轴心压力时为局局部均匀受压部均匀受压，后者为，后者为局部局部不均匀受压不均匀受压。 压力仅仅作用在砌体部分面积上的受力状态称为压力仅仅作用在砌体部分面积上的受力状态称为局部受压局部受压。 其共同特点是局部受压截面周围存在未直接承受压力的砌体，其共同特点是局部受压截面周围存在未直接承受压力的砌体，限制了局部受压砌体在竖向压力下的横向变形，使局部受压砌体限制了局部受压砌体在竖向压力下的横向变形，使局部受压砌体处于三向受压的应力状态。处于三向受压的应力状态。 砖砌体局部受压情况砖砌体局部受压

24、情况 1、砌体局部均匀受压的计算、砌体局部均匀受压的计算砌体局部均匀受压承载力砌体局部均匀受压承载力按下式计算：按下式计算： 砌体的局部抗压强度提高系数砌体的局部抗压强度提高系数按下式计算：按下式计算： 式中：式中： Al为局部受压面积，为局部受压面积， A0为对局部抗压强度提高有为对局部抗压强度提高有影响的计算面积影响的计算面积,根据受力情况按下图示计算。且根据受力情况按下图示计算。且不得不得超过图示数值。超过图示数值。01 0.351lAA llNfA影响局部抗压强度的计算面积影响局部抗压强度的计算面积A0和和最大值最大值0AlA0ach hA011ah hbh h hA0AlA0AlA0

25、2bh hA0AlA0ah hA2.52.01.51.25 试验结果表明，当试验结果表明，当A0/Al较大时，局部受压砌体试件受荷较大时，局部受压砌体试件受荷后未发生较大变形，但一旦试件外侧出现与受力方向一致的后未发生较大变形，但一旦试件外侧出现与受力方向一致的竖向裂缝后，砌体试件立即开裂而导致破坏。竖向裂缝后，砌体试件立即开裂而导致破坏。 为了避免发生这种突然的脆性破坏，为了避免发生这种突然的脆性破坏，规范规范规定，按规定，按上式计算所得的砌体局部抗压强度提高系数上式计算所得的砌体局部抗压强度提高系数尚应符合尚应符合最大最大值值要求要求。2 2、梁端支承处砌体的局部受压、梁端支承处砌体的局部

26、受压 （1）梁端破坏特点）梁端破坏特点1.破坏应力图形接近于三角形破坏应力图形接近于三角形2.有效受压面的长度为有效受压面的长度为a0 .3.由梁传来的梁端非均匀压力由梁传来的梁端非均匀压力为为Nl。4.上部墙体传来的均匀压力为上部墙体传来的均匀压力为N0，但实际上由于内拱的作用，但实际上由于内拱的作用会比会比N0要小，用要小，用值折减。值折减。5.最大压应力在支撑边缘处最大压应力在支撑边缘处0llfNNA 0NlNa0al式中：式中： 上部荷载的折减系数，上部荷载的折减系数， 当当A A0 0/A/Al33时，取时，取 ； 01.5 0.5lAA局部受压面积内上部传来轴向力设计值局部受压面积

27、内上部传来轴向力设计值N0= 0 0A Al， 0 0为上为上部荷载平均压应力设计值；部荷载平均压应力设计值；梁端底面压应力图形完整系数，一般取梁端底面压应力图形完整系数，一般取 0.7 0.7，对于过梁，对于过梁和墙梁可取和墙梁可取1.01.0；局部受压面积，局部受压面积，Al=a0b；b为梁宽；为梁宽；0NlAbaNll0lN作用在局部受压面积上由梁传来的支承压力设计值作用在局部受压面积上由梁传来的支承压力设计值l局部受压面积边缘处最大压应力局部受压面积边缘处最大压应力 0（2）承载力计算公式）承载力计算公式hc梁截面高度梁截面高度afhac1003.3.梁端下设有梁端下设有刚性垫块刚性垫

28、块的砌体局部受压计算的砌体局部受压计算 当梁端支承处砌体局部受压当梁端支承处砌体局部受压承载力不足时承载力不足时，可在梁端下，可在梁端下设置设置刚性垫块刚性垫块，以增大局部受压面积，使梁端压力较均匀的，以增大局部受压面积，使梁端压力较均匀的传到砌体截面上，满足砌体局部受压承载力的要求。传到砌体截面上，满足砌体局部受压承载力的要求。刚性垫刚性垫块块是指其高度是指其高度tb180mm，垫块自梁边挑出的长度不大于，垫块自梁边挑出的长度不大于tb的的垫块（即垫块（即(bb-b)/2tb）。刚性垫块伸入墙内长度。刚性垫块伸入墙内长度ab可以与梁可以与梁的实际长度的实际长度a相等或大于相等或大于a，如下图

29、所示。，如下图所示。 预制梁垫 整浇梁垫0NlNba0,0.4ba180bt0NlNba0,0.4ba180bt120btbtbb（1） 刚性垫块下砌体的局部受压承载力刚性垫块下砌体的局部受压承载力应按下式计算：应按下式计算： 其中，其中， 01blfNNA 00bNAbbba bA135. 010bAA0 . 18 . 01（2） 梁端设有刚性垫块时，梁端梁端设有刚性垫块时，梁端有效支承长度有效支承长度a0应按下式确定：应按下式确定：刚性垫块的影响系数刚性垫块的影响系数1可按下表可按下表1采用。采用。垫块上垫块上Nl的作用点的位置可取的作用点的位置可取0.4a0处处(见上图见上图)。 表表1 fhac100NlNba0,0.4ba180bt4、梁下设有长度大于、梁下设有长度大于h0的垫梁下的砌体的垫梁下的砌体局部受压的计算局部受压的计算 当梁端部支承处的砖墙上设有连续的钢筋混凝土圈梁，当梁端部支承处的砖墙上设有连续的钢筋混凝土