建筑结构第十一章.

11砌体结构本章内容11.1概述11.2砌体材料及力学性能11.3无筋砌体受压构件承载力计算11.4砌体的局部受压承载力计算11.5其他构件的承载力计算11.6混合结构房屋墙、柱的设计11.7过梁、圈梁和构造柱§7.111.1概述砖砌体砌块砌体石砌体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。中国隋朝李春建造的赵州桥是中国最古和当时跨径最大的单孔空腹式石拱桥万里长城大雁塔尼罗河三角洲的吉萨建造的三座大金字塔（公元前2723～前2563年），是精确的正方锥体，其中最大的胡夫金字塔，塔高146.6米，底边长230.60米，约用230万块重2.5吨的石块建成。公元70～82年建造的罗马大斗兽场（科洛西姆圆形竞技场）平面为椭圆形，长轴189米，短轴156.4米，高48.5米，分四层，可以容纳5～8万观众，也用块石砌成。优点:就地取材;自重大；耐火、保温、隔声、抗腐蚀、大气稳定性;砌体砌筑时不需要特殊的模板和施工设备。缺点:抗拉、抗剪和抗弯强度低；粘土砖的制造需占用农田，消耗土地资源。11.2砌体材料及力学性能（一）砖1．种类：烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖（1）烧结普通砖(标砖)尺寸：240*115*53（2）烧结多孔砖尺寸：240*115*90、190*190*190孔洞率大于15％，小于40％，孔的尺寸小而数量多（3）蒸压灰砂砖尺寸：240*115*53（4）蒸压粉煤灰砖：简称粉煤灰砖尺寸：240*115*5311.2.1砌体材料及其强度（1）普通砖、多孔砖：Mu30,Mu25,Mu20,Mu15,Mu10（2）灰砂砖、粉煤灰砖：Mu25,Mu20,Mu15,Mu10（新规范禁止该强度等级的非烧结砖作为承重结构的块体）2．强度等级（二）砌块1．种类：混凝土空心砌块、加气混凝土砌块、硅酸盐实心砌块、烧结空心砌块2．优点：减轻劳动量、加快施工进度、相对强度高、密度低（实心为15～16KN/M3）3．分类：小型：高度180mm~360mm（最常用）中型：高度360mm~900mm大型：高度大于900mm4．强度：Mu20,Mu15,Mu10,Mu7.5,Mu5(三)石材1．种类：料石与毛石2．用途：墙下基础、承重墙、挡土墙、桥3．优点：强度高、抗冻与抗气性能好4．缺点：笨重、保温性能差5．强度：Mu100,Mu80,Mu50,Mu40,Mu30,Mu20（四）砂浆1．分类（1）水泥砂浆（刚性砂浆）——能在潮湿环境中硬化，多用于含水量比较大的地下砌体。（2）混合砂浆——强度较好，施工方便，常用于地上砌体。（3）石灰砂浆、粘土砂浆、石膏砂浆（非水泥砂浆）——不含水泥。水泥砂浆混合砂浆非水泥砂浆强度流动性保水性3.强度等级砂浆强度等级采用70.7立方毫米的试块测得。分为M15、M10、M7.5、M5、M2.5五个等级。2.作用将块体连成整体，使之受力均匀。同时因砂浆填满块材间的缝隙还能减少砌体的透气性、提高砌体的保温性及抗冻性。M—砂浆强度等级的符号Mb—混凝土砌块所用的砌筑砂浆的强度等级符号如：M5表示该砂浆的强度等级为5MPaMs—蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰普通砖采用的专用砌筑的强度等级符号（一）砖砌体1．砌筑方式：一顺一丁、梅花丁、三顺一丁等2．标准墙厚：实心墙120、240、370、490、620、740及180、300、420空心砖120、2003．砌筑原则：不得出现竖向通缝11.2.2砌体的分类（二）砌块砌体（三）石砌体由天然石材和砂浆砌筑而成的结构。如：挡土墙、承重墙或基础。由砌块和砂浆砌筑而成的结构。（四）配筋砌体网状配筋砖砌体组合砖砌体抗拉、抗弯、抗剪强度远大于无筋砌体且具有良好的抗震性能。（四）配筋砌体配筋砌块砌体11.2.3砌体的力学性能（一）砌体的抗压强度1.砌体受压的破坏特征50%-70%极限承载力70%-80%极限承载力80%-90%极限承载力单块砖出现竖向裂缝形成连续裂缝贯通裂缝-失稳破坏思考：砖柱的抗压强度为什么远小于砖的抗压强度？1）砌体中单砖处于压、弯、剪复合受力状态2）砖与砂浆的交互作用使砖承受水平拉力3）竖向灰缝处应力集中使砖处于不利受力状态2.影响砌体抗压强度的因素1)块体的强度和外形尺寸3)砂浆的变形性能2)砂浆的强度4)砂浆的流动性和保水性•纯水泥砂浆会使砌体强度降低10％～20％5）施工砌筑质量•灰缝的厚度•水平灰缝的均匀和饱满程度•块材的搭接方式灰缝厚度在8～12mm较好，一般采用10mm对砖砌体水平灰缝的砂浆饱满度不得低于80%上下错缝，内外搭接•砖的含水量烧结砖10％～15％，蒸压砖8％～12％砌体的施工质量控制等级（二）砌体的强度设计值1.砌体轴心抗压强度设计值：表3.2.1-1烧结普通砖和烧结多孔砖砌体的抗压强度设计值表3.2.1-2混凝土普通砖和混凝土多孔砖砌体的抗压强度设计值表3.2.1-3蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖砌体的抗压强度设计值表3.2.1-4单排孔混凝土和轻骨料混凝土砌块砌体的抗压强度设计值表3.2.1-5双排孔或多排孔轻集料混凝土砌块砌体的抗压强度设计值表3.2.1-6毛料石砌体的抗压强度设计值表3.2.1-7毛石砌体的抗压强度设计值详见《砌体结构设计规范》1.砌体轴心抗压强度设计值：1.砌体轴心抗压强度设计值：2.砌体抗拉强度、抗弯强度和抗剪强度轴心受拉弯曲抗拉受剪破坏2.砌体抗拉强度、抗弯强度和抗剪强度调整系数γa1)有吊车房屋砌体、跨度≥9m的梁下烧结普通砖砌体、跨度≥7.5m的梁下烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖砌体，混凝土和轻骨料混凝土砌块砌体，γa=0.9；2)对无筋砌体构件，其截面面积A0.3m2时，γa=A+0.7。对配筋砌体构件，当其中砌体截面面积A0.2m2时，γa=A+0.8。构件截面面积A以m2计。3.砌体强度设计值的调整强度设计值的调整系数γa砌体强度设计值fγaf3)当砌体用水泥砂浆砌筑时，对抗压强度γa=0.9；对其他强度γa=0.8；对配筋砌体构件，当其中的砌体采用水泥砂浆砌筑时，仅对砌体的强度设计值乘以调整系数γa。4)当施工质量控制等级为C级时，γa=0.89；6)当验算施工中房屋的构件时，γa=1.1。配筋砌体不允许采用C级。5)当施工质量控制等级为A级时，γa=1.05；11.3无筋砌体受压承载力计算（二)高厚比hT－T形截面的折算厚度ihT5.3（三）偏心矩ee＝M/N（四）公式的适用范围e0.6yy－截面重心到轴向力所在偏心方向截面边缘的距离eyN（一）基本计算公式NhH/0ThH/0－高厚比和偏心矩对受压构件承载力的影响系数矩形截面：T型形截面：fA（四）注意（1）对矩形截面构件，当轴向力偏心方向边长大于另一边的边长时，除按偏心受压计算外，还应对较小边方向按轴心受压验算。（2）偏心受压构件的偏心距过大，构件的承载力明显下降，从经济性和合理性角度看都不宜采用，此外，偏心距过大可能使截面受拉边出现过大的水平裂缝。因此，规范规定轴向力偏心距e不应超过0.6y，y为截面重心到受压边缘的距离。[例]一矩形截面单向偏心受压柱的截面尺寸b×h=490mm×620mm，计算高度5m，承受轴力和弯矩设计值N=160kN，M=18kN×m，弯矩沿截面长边方向。用MU10烧结多孔砖及M2.5混合砂浆砌筑(f=1.29N/mm2)。试验算柱的承载力。[解](1)验算柱长边方向承载力(2)验算柱短边方向承载力由于轴向力偏心方向的截面边长为长边，故应对短边方向按轴心受压进行承载力验算。11.4砌体的局部受压承载力计算1、局部受压的分类局部均匀受压：砌体截面上作用局部均匀压力；局部不均匀受压：砌体截面上作用非均匀压力时。（一）局部受压的特点均匀局部受压非均匀局部受压2、局部受压的破坏形式（1）因纵向裂缝发展而破坏（2）劈裂破坏（3）局压面积处局部破坏135.010LAA11.4砌体的局部受压承载力计算（二）局部抗压强度提高系数局部受压时，直接受压的局部范围内的砌体抗压强度有很大程度的提高。原因：（1）套箍强化；（2）应力扩散。f若砌体抗压强度为f则其局部抗压强度为γ为局部抗压强度提高系数γ的限值及A0的计算（三）局部均匀受压时的承载力11.4砌体的局部受压承载力计算llfANNL（1）梁有效支承长度a0fhac100（四）梁端支承处砌体局部受压11.4砌体的局部受压承载力计算（2）计算公式由于内拱卸载效应，上部荷载仅有部分通过梁传至梁底部。（N0）计算公式：NL+N0fALAL=a0bN0＝0ALNL00例：外纵墙上大梁跨度5.8m，截面尺寸b×h=200mm×400mm，支承长度a=190mm，支座反力Nl=79kN。梁底墙体截面上的上部荷载设计值Nu＝240kN，窗间墙截面1200mm×190mm。墙体用MU10单排孔混凝土小型砌块、Mb7.5砌块砌筑砂浆砌筑(f=2.22N/mm2)，并灌注Cb20混凝土(fc=9.6N/mm2)，孔洞率δ＝30%，灌孔率ρ＝33%。试验算梁端支承处砌体的局部受压承载力。解：局部受压面积：Al=a0b=134×200=26800mm2影响砌体局部抗压强度的计算面积：A0=190(2×190+200)=110200mm2梁端有效支承长度：故取上部荷载折减系数Ψ=0局部抗压强度提高系数灌孔混凝土面积和砌体毛面积的比值α＝δρ=0.30×0.33=0.10灌孔砌体的抗压强度设计值fg＝f＋0.6αfc＝2.22+0.6×0.10×9.6=2.80N/mm22f＝4.44N/mm2ηγfgAl=0.7×1.62×2.80×26800=85.1kNNl=79kN满足要求。bb计算公式：NL+N01fAbAL=abbbN0＝0Ab1＝0.8，计算时，AL用Ab代替与偏心e有关N0NLab0.4a0N0NLab0.4a0Mfhac10LLNahMNNNNMe)4.02/(/00（五）梁下设有刚性垫块11.4砌体的局部受压承载力计算横墙承重方案纵墙承重方案纵横墙承重方案内框架承重方案按承重墙体布置方式不同：11.6混合结构房屋墙、柱的设计11.6.1混合结构房屋的结构布置1、横墙承重方案1.横墙承重方案（1）荷载传递路径：板横墙基础地基（2）特点：横墙为主要承重墙；横向空间刚度大，整体性好；结构简单，施工方便；房间大小固定。――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。2、纵墙承重方案（1）荷载传递路径：板梁纵墙基础地基。（2）特点：纵墙承重，横墙间距不受限制，建筑平面布置灵活；门窗洞口大小和位置受到限制；横向刚度小，整体性差。――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。3、纵横墙承重方案（1）荷载传递路径楼（屋）面板基础地基（2）特点：房间布置灵活；空间刚度和整体性好。――适用于住宅、教学楼、办公楼及医院等建筑。梁纵墙横墙4、内框架承重方案（1）竖向荷载传力路线：路线：屋（楼）面荷载↗(梁)→外墙↘基础→地基↘梁→框架柱↗（2）内框架承重体系特点：室内空间较大，梁的跨度并不相应增大；由于横墙少，房屋的空间刚度和整体性较差；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；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。以上是从大量工程实践中概括出来的几种承重方案，设计时，应根据不同的使用要求，以及地质、材料、施工等条件，按照安全可靠、技术先进、经济合理的原则，对几种可能的承重方案进行经济技术比较，正确选用比较合理的承重方案。11.6.2混合结构房屋的静力计算方案刚弹性方案弹性方案根据房屋的空间工作性能不同，静力计算方案分为刚性方案房屋中间无横墙、两端无山墙：一单层房屋，外纵墙承重，屋盖为装配式钢筋砼楼盖，两端无山墙。(单层厂房、仓库等)水平风荷载传递路线：风荷载纵墙纵墙基础地基1.弹性方案这类房屋中，荷载作用下的墙顶位移主要取决于纵墙的刚度，而屋盖结构的刚度只是保证传递水平荷载时两边纵墙位移