8.砌体结构

砌体材料及砌体的力学性能1、砌体的种类按照块材料分,砌体可分为：砖砌体、砌块砌体和石砌体。一、砖砌体砖砌体包括：烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖等砌筑成的无筋和配筋砖砌体。1．无筋砖砌体无筋砖砌体在房屋建筑中广泛用于承重内外墙、隔墙和砖柱。实心墙体的砌筑方式大多采用一顺一丁，也可用三顺一丁。2．配筋砖砌体为了提高砌体的抗压强度，可采用配筋砖砌体。(1)网状配筋砖砌体网状配筋砖砌体是在砌体的水平缝中，每隔几皮砖配置一定数量的横向钢筋或钢筋网片钢筋网中钢筋的直径宜采用3～4mm。(2)组合砖砌体组合砖砌体有两种：一种是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，a)b)图8－3组合砖砌体a)外包式b)内嵌式另一种是砖砌体和钢筋混凝土构造柱组成的组合墙。二、砌块砌体砌块砌体有：普通混凝土小型空心砌块砌体和轻集料混凝土小型空心砌块砌体。三、石砌体2、砌体的破坏形态一、砖砌体的轴心受压破坏1．第一阶段，从加载开始到50％～70的破坏荷载，出现第一条(批)裂缝，如图(a)所示，在单块砖内出现竖向裂缝。2．第二阶段，继续加载，单块砖裂缝延伸形成连续的裂缝，垂直通过几皮块体，同时发生新的裂缝。当荷载约为破坏荷载的80％～90％，即使荷载不增加，裂缝仍继续扩展，此砌体处于危险状态。在长期荷载作用下，砌体可达到破坏。3．第三阶段，荷载再略有增加，裂缝迅速发展，并出现几条贯通的裂缝，将砌体分割成几个半砖的独立小柱，砌体明显地向外鼓出，最后小柱失稳导致砌体完全破坏，见图?。二、砖砌体受压应力状态的分析1．砌体中的砖非均匀受压由于砖与上下层的砂浆不饱满，砖在砌体中实际上处于受弯、受剪和局部受压的复杂应力状态，因此砌体的抗压强度比砖的抗压强度低。2．砖和砂浆横向变形的影响砌体轴向受压时，要产生横向变形。在受压状态下砖和砂浆均有横向变形，砖的强度、弹性模量和横向变形系数与砂浆不同，两者横向变形的大小也不同。砖的横向变形小，砂浆的横向变形大。由于两者之间存在黏结力和摩擦力，保证两者具有共同的横向变形，使砂浆受到横向压力；同样，砂浆阻止砖横向变形使砖受到横向拉力(见图8—6)。3．砌体竖向灰缝的影响砌体中的竖向灰缝不饱满，砖和砂浆的黏结力也不可能保证。剪应力集中，加快了砖的开裂。三、影响砖砌体抗压强度的因素l.块材的强度等级和厚度块材的强度等级是影响砌体抗压强度的主要因素。提高砖的抗剪、抗弯强度可明显提高砌体的抗压强度。砖的厚度增加，提高了砖的抗弯和抗剪强度，因而提高砌体的抗压强度。2．砂浆的物理、力学性能砂浆强度等级提高，砖和砂浆的横向变形差异减小，砌体抗压强度随之提高。砌体用纯水泥砂浆砌筑时，砌体抗压强度较混合砂浆约降低5％～15％。3．砌筑质量《砌体工程施工质量验收规范》中规定，水平灰缝的砂浆饱满度不得小于80％。水平灰缝的厚度宜为10mm，但不应小于8mm，也不应大于12mm。四、各类砌体抗压强度设计值对下列情况各种砌体的强度设计值应乘以调整系数。表8—1调整系数使用情况γα无筋砌体、截面面积O.7+水泥砂浆砌筑0.9当施工质量控制等级为c级时O.89无筋砌体构件承载力计算1、无筋砌体受压构件承载力计算1.计算公式轴压构件的影响系数＝α－与砂浆强度有关的系数；当砂浆强度等级大于等于M5时，α=0.0015；砂浆强度等级等于M2.5时，α=0.002；砂浆强度等级等于M0时，α=0.009。偏压构件的影响系数φ一般根据值、构件高厚比β和砂浆强度等级查表得到——轴向力设计值；——截面面积，对各类砌体均按毛截面计算;对带壁柱墙，其翼缘宽度按砌体结构规范相应规定采用；a——抗压强度调整系数，按表8－1查用。对矩形截面构件，当轴向力偏心方向的截面边长大于另一方向的边长时，除按上述计算承载力外，还应对较小边长，按轴心受压构件进行验算。2.计算例题截面尺寸为的柱，计算高度，采用MU10粘土砖及M5混合砂浆砌筑，承受永久荷载产生的轴向压力，可变荷载产生的轴向压力。试验算该墙体的承载力。【解】轴向力设计值N为：截面面积为：由MU10砖、M5砂浆查得则柱的承载力为满足要求2、砌体局部受压承载力计算1.局部受压的三种破坏形态如果可以做动画更好砌体局部受压的破坏形态(a)局部压力下砖砌体应力分布；(b)先裂后坏情况；?一裂就坏情况；(d)未裂先坏(局部压碎)情况。1）．纵向裂缝发展而破坏为砌体截面面积，为局部受压面积。当不大时，第一批纵向裂缝发生在1～2皮砖以下的砌体内，随着荷载的增加裂缝向上向下发展，破坏时形成一条主裂缝。2）．劈裂破坏当较大时，破坏时的纵向裂缝往往仅有一条，见图?，而且开裂荷载几乎等于破坏荷载，破坏突然而无先兆。3）．局压面积下砌体表面压碎破坏当砌体强度较低或局压面积很小时，破坏时构件侧面无纵向裂缝，由面积内的砌体压碎而引起砌体破坏，见图(d)。2.砌体局部受压的计算公式与全截面受压砌体的区别：强度提高原因：由于砌体局部受压区的横向变形受到周围未直接承受压力部分的约束，使局部受压砌体处在双向或三向受压状态，其局部抗压强度比一般情况下的抗压强度有较大的提高，即“套箍强化”作用。计算中用局压强度提高系数来体现图影响局部抗压强度的面积A01．局部均匀受压承载力计算公式2.梁端支承处无垫块砌体局部受压按下式计算：；3.梁端支承处设垫块砌体局部受压4.设垫梁下砌体的局部受压；3.例题[例1梁直接支撑在砌体上]已知外纵墙上有一大梁，梁的截面尺寸为200mm×500mm，梁支承长度α=240mm，梁端支承反力70kN，上部传至窗间墙的设计荷载为260kN，窗间墙截面尺寸见图8－11，砌体用Mu10烧结普通砖、M5混合砂浆砌筑。验算砌体局部受压承载力。【解】Mu10、M5，查表得取=2.0因,故例2梁端下设预制刚性垫块]有一预制梁支承在370mm厚的外纵墙上，梁截面，，实际支承长度α=240mm，窗间墙宽2100mm，上部荷载作用在窗间墙上的设计值为450kN，预制梁的支承反力设计值为150kN，砌体用Mu10烧结多孔砖、M2.5混合砂浆砌筑，梁支承处设预制刚性垫块，尺寸见图8-13。试验算梁垫下砌体局部受压承载力。【解】(1)刚性垫块的构造要求=360mm180mm垫块挑出长度150mm=360mm(2)梁端有效支承长度Mu10多孔砖、M2.5混合砂浆、图8－13例4窗间墙示意图(3)砌体局部受压承载力验算mm=120-49=71mm根据β≤3、查表8－6得局压承载力不满足要求。网状配筋砌体构件承载力计算网状配筋砌体示意图1、配筋的作用配筋砌体与无筋砌体相比，不仅可以提高砌体的承载力，而且可以提高构件的延性。2、网状配筋砖砌体受压构件的承载力计算公式：式中——轴向力设计值；——截面面积；——网状配筋砖砌体抗压强度设计值，可按规范规定进行计算。——高厚比和配筋率以及轴向力的偏心距对网状配筋砖砌体受压构件承载力的影响系数，可查规范相应表格。3、网状配筋砖砌体受压构件应符合的规定：1．偏心距应在截面核心范围内，对于矩形截面e/h0.17时或偏心距虽未超过截面核心范围，但构件的高厚比β＞16时，均不宜采用网状配筋砖砌体构件；2．对矩形截面构件，当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；3.应符合规范规定的构造要求：砌体结构房屋的设计1、承重体系方案多层砌体房屋承重墙布置有下列几种方案：1．横墙承重体系一般住宅、宿舍和办公楼中，横墙是主要的承重墙。竖向荷载的主要传递路线是：屋面(或楼面)荷载→预制板→横墙→基础→地基。横墙承重体系的特点是：横墙间距小，纵、横墙有拉结，所以房屋的整体性好，空间刚度也大，对抵抗风荷载、水平地震作用以及地基不均匀变形比较有利。横墙承重体系，纵墙主要起维护、隔断和将横墙连成整体的作用。因此，有利于在纵墙上开设门、窗洞的位置和大小。2．纵墙承重体系荷载传递途径纵墙是主要的承重墙。设置在纵墙上的门窗大小和位置受到一定的限制。抵抗地基不均匀变形的能力也较差。3．纵、横墙承重体系图8－17为某教学楼结构平面布置。图中教室每三开间一道横墙，竖向荷载的传递路线是：纵、横墙共同承重，横墙的间距可以加大，受现浇板的跨度和墙体截面的限制不宜太大。常常可以简化基础的类型，便于施工。纵、横两个方向的空间刚度均比较好。2、砌体结构房屋的静力计算方案一、静力计算方案确定房屋的计算简图和墙体计算简图，也就是确定房屋的静力计算方案。三种静力计算特点：1．弹性方案：当横墙间距很大，房屋空间刚度很小时，结构空间工作性能很差。在水平荷载作用下，房屋结构近似于平面受力状态。2.刚性方案：当横墙间距很小，房屋空间刚度很大时，结构的空间工作性能很好。在水平荷载作用下，屋面结构可看成外纵墙的不动铰支座。3.刚弹性方案：当横墙间距在一定范围内，房屋的空间刚度介于弹性方案与刚性方案之间，结构具有一定的空间工作性能。在水平荷载作用下，屋盖对墙顶水平位移有一定约束，可看作墙的弹性支座。这时，在各种荷载作用下，墙内力以屋盖与墙为铰接，考虑空间工作的平面排架计算同一般排架，但需引入空间性能影响系数η。静力计算方案划分依据：根据屋盖楼盖类别和横墙间距。刚性和刚弹性方案的横墙必须满足的条件(1)横墙中开洞口时，洞口的水平截面积不应超过横墙截面积的50％；(2)横墙的厚度不宜小于180mm；(3)单层房屋的横墙长度不宜小于其高度，多层房屋的横墙长度，不宜小于H/2(H为横墙总高度)。当横墙不能同时满足上述要求时，应对横墙刚度进行验算，如其最大水平位移值时，仍可视作刚性或刚弹性方案横墙。凡符合刚度要求的横墙或其他结构构件(如框架结构等)，也可视为刚性或刚弹性方案房屋的横墙。二、刚性方案单层房屋承重纵墙的静力计算1.计算单元计算单层房屋承重纵墙时，对有门窗洞口的外纵墙，可取一个开间的墙体作为计算单元；无门窗洞口的纵墙，可取1m长的墙体作为计算单元。2．计算简图单层房屋在竖向和水平荷载作用下，可将墙上端屋盖处视作不动铰支座，下端嵌固于基础顶面的竖向构件，计算简图如图8－18所示。作用在纵墙上的荷载有：(1)屋面荷载：包括屋盖自重、屋面活荷载(或雪荷载)，这些荷载以集中力形式，通过屋架或屋面梁作用于墙体顶端。轴向力作用点到墙内边取，为有效支承长度。计算简图上作用有轴向力和弯矩。(2)风荷载(对不考虑抗震设防结构)：包括作用于墙面上和屋面上的风荷载。屋面上的风载简化为作用于墙顶的集中力，刚性方案的集中力通过屋盖直接传至横墙，再由横墙传给基础，最后传至地基，对纵墙不产生内力。墙面风荷载为均布荷载。迎风面为压力，背风面为吸力。(3)墙体自重：按砌体自重(包括内外粉刷和门窗自重)进行计算，作用于墙体轴线上。图8－18单层房屋计算简图三、刚性方案多层房屋承重纵墙的静力计算1．计算单元通常选择建筑中荷载较大、截面较弱的部位，截取一个开间宽度的墙体作为计算单元。2.计算简图(1)竖向荷载在竖向荷载作用下，多层房屋的墙体如同一竖向连续梁，连续梁以各层楼盖和基础为支点。简化计算，假定墙体在楼盖处为铰接。在基础顶面，由于轴向力较大，弯矩相对较小，因此，墙体在基础顶面也可假定为铰接(见图8－19)。简化后，每层楼盖传下的轴向力，只对本层墙体产生弯矩，上面各层传下来的竖向荷载认为是通过上一层墙体截面中心线传来的集中力(不产生弯矩)；本层楼(屋)盖梁端支承压力到墙内边的距离取为0.4，见图8－19(d)。(2)风荷载当刚性方案多层砌体房屋的外墙符合下列要求时，静力计算可不考虑风荷载的影响：1)洞口水平截面面积不超过全截面面积的2／3；2)层高和总高不超过表8－11的规定；3)屋面自重不小于0.8。3．控制截面(不考虑风荷载时)多层房屋外墙每一层墙体各截面的轴力和弯矩都是变化的，轴力是上小下大，弯矩是上大下小。因此每层的控制截面有：梁（板）底截面Ⅰ－Ⅰ，应进行偏心受压承载力和梁下局部受压承载力验算；梁（板）底稍上截面Ⅳ－Ⅳ（底层取基础顶面）承受轴力最大，竖向荷载作用下按弯距为零轴心受压构件计算。有门窗洞口的外墙，截面面积沿层高也是变化的。