混凝土结构设计之砌体结构

1混凝土结构设计上海应用技术学院城建学院2第15章砌体结构3砌体结构0、概述（特点、现状及发展趋势）一、材料及物理力学性能二、砌体结构设计基本原理三、砌体结构构件设计计算四、墙体的设计计算五、圈梁、过梁与挑梁和墙梁的设计六、砌体结构的构造设计4§15砌体结构§15.1概述砌体——是把块体（包括粘土砖、空心砖、砌块、石材等）和砂浆通过砌筑而成的结构材料。砌体结构——系指将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体系。基本概念：5嵩岳寺砖塔：嵩岳寺，是屹立在“五岳”之中岳——河南省嵩山南麓的一座古老佛刹。建于北魏，是我国现存大型古塔实物中年代最早的一座，具有极高的建筑和艺术价值，它高39.8米，共15层，底层直径10.6米，内径5米，壁厚2.5米，如此多层之高塔在全国范围内罕有。它是一座砖塔，全塔除塔刹和基石外，均以砖砌筑，砖呈灰黄色，以粘土砌缝。汉魏时塔多为木构楼阁式，后来才渐渐被砖石材料代替，嵩岳寺塔则是这一转化的最早实例，因而极为可贵。该塔的外形和下层平面为十二边形，是现存塔的实物中的孤例。西安大雁塔：全称“慈恩寺大雁塔”，位于距西安市区4公里的慈恩寺内，始建于公元652年，是一座楼阁式砖塔，塔高64余米，塔基边长25米，共有七层，塔身呈方形锥体。全塔采用磨砖对缝，砖墙上显示出棱柱，可以明显分出墙壁开间，具有中国传统建筑艺术的风格。我国古代砌体结构：§15砌体结构§15.1概述6砌体结构的优点1）取材方便2）性能优良3）施工简单4）造价低廉砌体结构的缺点：1）强度较低2）自重较大3）整体性差4）劳动量大基于这些特点，砌体结构的使用受一定的限制，主要适用于受压构件。如：用作住宅、办公楼、学校、旅馆、小型礼堂、小型厂房的墙柱基础等。《砌体结构设计规范》（GB50003-2001）砌体结构的特点：§15砌体结构§15.1概述7§15砌体结构§15.2砌体的材料及物理力学性能15.2.1块体、砂浆的种类和强度等级一、块体占砌体总体积的78%以上1、人工砖（Brick）按抗压强度，分为MU30、MU25、MU20、MU15、MU10五个等级。烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖8烧结普通砖：烧结普通砖简称普通砖，指以黏土、页岩、煤矸石、粉煤灰为主要原料，经过焙烧而成的实心砖，分烧结黏土砖、烧结页岩砖、烧结煤矸石砖、烧结粉煤灰砖等。尺寸为240mm×115mm×53mm。烧结多孔砖：简称多孔砖，是指以黏土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经焙烧而成的具有竖向孔洞，且孔洞率不小于15％的砖。§15砌体结构§15.2砌体的材料及物理力学性能15.2.1块体、砂浆的种类和强度等级KP1型烧结多孔砖尺寸：240X115X90（mm）9§15砌体结构§15.2砌体的材料及物理力学性能15.2.1块体、砂浆的种类和强度等级2、砌块（Block）分为小型、中型、大型三类，最常用的是混凝土小型砌块。MU20、MU15、MU10、MU7.5、MU5五个等级。高度在180～350mm——小型砌块，高度在350～900mm之间——中型砌块，高度大于900mm——大型砌块受起重设备限制，中、大型砌块已很少应用。↑加气混凝土砌块长度：600高度：200、250、300宽度：200、125、150、200、250、30010§15砌体结构§15.2砌体的材料及物理力学性能15.2.1块体、砂浆的种类和强度等级3、石材（Stone）花岗岩、砂岩、石灰岩等强度等级共分七级：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20。石材按加工后的外形规则程度分为料石和毛石两种。①料石：细料石、半细料石、粗料石、毛料石；②毛石：形状不规则，中部厚度不应小于200mm的石材。11§15砌体结构§15.2砌体的材料及物理力学性能15.2.1块体、砂浆的种类和强度等级二、砂浆（1）水泥砂浆（Cementmortar）水泥+砂+水强度高、硬化快、耐久性好，但和易性差、水泥用量大。适合用于受力大或潮湿环境。←砂浆搅拌机砂浆强度等级采用70.7立方毫米的试块测得。分为M15、M10、M7.5、M5、M2.5五个等级。12§15砌体结构§15.2砌体的材料及物理力学性能15.2.1块体、砂浆的种类和强度等级（2）水泥混合砂浆（Mixedmortar）水泥+石灰+砂+水保水性和和易性比水泥砂浆好，强度比石灰砂浆高，易于砌筑，适用于砌筑一般的墙、柱等结构构件。（3）非水泥砂浆（石灰砂浆）（Limemortar）石灰+砂+水保水性好、流动性好、但强度低、耐久性差、适用于低层建筑和不受潮的地上砌体中。（4）混凝土砌块砌筑砂浆水泥+砂+水+掺和料+外加剂强度等级用Mb表示13《砌体结构设计规范》（GB50003-2001）规定：五层及五层以上房屋的墙，以及受振动或层高大于6m的墙、柱所用材料的最低强度等级为：砖：MU10，砌块：MU7.5，石材：MU30，砂浆：M5。对安全等级为一级或设计使用年限大于50年的房屋，墙、柱所用材料最低强度等级应至少提高一级。地面以下或防潮层以下的砌体、潮湿房间的墙所用材料的最低强度等级基土的潮湿程度烧结普通砖、蒸压灰砂砖混凝土砌块石材水泥砂浆严寒地区一般地区稍潮湿的MU10MU10MU7.5MU30M5很潮湿的MU15MU10MU7.5MU30M7.5含水饱和的MU20MU15MU10MU40M10§15砌体结构§15.2砌体的材料及物理力学性能14§15砌体结构§15.2砌体的材料及物理力学性能15.2.2砌体种类和破坏形态1.砌体的种类（无筋、有筋）无筋砌体由块体和砂浆组成，包括砖砌体、砌块砌体和石砌体。无筋砌体房屋抗震性能和抗不均匀沉降能力较差。1）砖砌体是由砖和砂浆砌筑而成的砌体结构。砖砌体包括实砌砖砌体和空斗墙。承重墙一般采用实心砌体，砌合方式一顺一丁、梅花丁、三顺一丁…墙体厚度才采用：120mm（半砖）、240mm（一砖）、370mm（一砖半）、490mm（两砖）、620（两砖半）等。也可侧砌成180mm、300mm、420mm。15§15砌体结构§15.2砌体的材料及物理力学性能15.2.2砌体种类和破坏形态1.砌体的种类2)砌块砌体3)石砌体→混凝土砌块堆料场←莫干山皇后饭店为石砌建筑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。16§15砌体结构§15.2砌体的材料及物理力学性能1.砌体的种类配筋砌体有横向配筋砌体和组合砌体。在砖柱或墙体的水平灰缝内配置钢筋网片，称为横向配筋砌体。在竖向灰缝内或预留的竖槽内配置纵向钢筋，并浇筑混凝土，形成组合砌体，也称为纵向配筋砌体，适用于承受偏心压力较大的墙和柱。17§15砌体结构§15.2砌体的材料及物理力学性能2.砌体的破坏形态1）受压破坏砖砌体以受压破坏为主。2）轴心受拉破坏受拉破坏的三种情况：1)沿水平线齿缝面破坏；2)沿块体截面破坏；3)垂直于灰缝面破坏；18§15砌体结构§15.2砌体的材料及物理力学性能2.砌体的破坏形态3）受弯破坏受弯破坏的三种情况：1)沿齿缝受弯破坏；2)沿块体和竖向灰缝破坏；3)沿通缝受弯破坏；4）受剪破坏受剪破坏的三种情况：1)沿通缝受剪破坏；2)沿齿缝受剪破坏；3)沿阶梯形缝受剪破坏；19§15砌体结构§15.2砌体的材料及物理力学性能3.砌体的抗压强度平均值1）受压砌体的破坏过程及特点受压破坏的三阶段：第Ⅰ阶段：个别块体上出现微细可见裂缝；－弹性阶段第Ⅱ阶段：出现平行于加载方向的纵向间隔裂缝；－塑性发展阶段第Ⅲ阶段：荷载增加不多，贯穿裂缝快速增多，砌体失稳破坏。－破坏阶段第一阶段第二阶段第三阶段20§15砌体结构§15.2砌体的材料及物理力学性能3.砌体的抗压强度平均值2）受压砌体应力状态分析砌体中的单砖受力状态处于不均匀受压、局部受压、受弯、受剪；竖缝处砂浆不饱满，导致砖块受拉，加速开裂；砖砌体的抗压强度砖块体的抗压强度。砂浆与砖的相互作用三向受压（由于砂浆泊松比小于砖块）；砖砌体的抗压强度可能超过砂浆的抗压强度。21§15砌体结构§15.2砌体的材料及物理力学性能3.砌体的抗压强度平均值3）影响砌体抗压强度的主要因素块材和砂浆的强度越大，砌体的抗压强度越大；块材的尺寸越大，砌体的抗压强度越高；块材形状越平整，砌体的抗压强度越高；砂浆强度和砌筑质量越高，砌体的抗压强度越高；砂浆的和易性、保水性越好，砌体的抗压强度越高。砖砌体灰缝厚度一般应控制在8～12mm《砌体工程施工质量验收规范》GB50203-2002规定，水平灰缝的砂浆饱满度不得小于80%，并根据质保体系、砂浆强度、混凝土强度、砌筑工人技术等综合水平将施工技术水平划分为A、B、C三个等级。A级施工质量，砌体强度设计值提高5%，B级施工质量，砌体强度设计值按表采用，C级施工质量，砌体强度设计值应降低。22§15砌体结构§15.2砌体的材料及物理力学性能3.砌体的抗压强度平均值4）砌体抗压强度平均值试件240mm×115mm×53mm240mm×370mm×720mm23砌体抗压强度平均值计算公式§15砌体结构§15.2砌体的材料及物理力学性能3.砌体的抗压强度平均值4）砌体抗压强度平均值2211)07.01(kffkfamf1－块体（砖、石、砌体）抗压强度平均值（N/mm2）；f2－砂浆抗压强度平均值（N/mm2）；k1－与块体类别和砌筑方法有关的参数；k2－低强度砂浆影响修正参数；α－块体在砌体中利用程度的系数；24§15砌体结构§15.2砌体的材料及物理力学性能3.砌体的抗压强度平均值5）抗拉、抗弯、抗剪强度平均值共性：砌体抗拉、抗弯、抗剪强度主要取决于砂浆强度。砌体轴心抗拉强度平均值)(23,2N/mmfkfmt砌体抗弯强度平均值)(24,2N/mmfkfmtm砌体抗剪强度平均值)(25,2N/mmfkfmv25§15砌体结构§15.2砌体的材料及物理力学性能26§15砌体结构§15.3砌体结构设计基本原理15.3.1按近似概论理论的极限状态设计方法1.计算方法砌体结构与混凝土结构相同，也采用以概率论为基础的极限状态法。2.计算指标砌体的抗压强度标准值：具有95%保证率的抗压强度值：砌体的抗压强度设计值：fmkff645.1fkff－砌体材料的材料性能分项系数，一般情况下，当施工控制等级为B级考虑，取1.6，当为C级时，取1.8。f27§15砌体结构§15.3砌体结构设计基本原理15.3.3砌体结构房屋的结构布置结构（墙体）布置（总体构造要求）；结构（墙、柱）内力分析；求出各种荷载单独作用下的内力构件各控制截面的内力组合；构件各控制截面的承载力验算（包括局部承压验算）构造措施砌体结构设计过程28§15砌体结构§15.3砌体结构设计基本原理15.3.3砌体结构房屋的结构布置砌体承重墙的布置承重墙：除了自重外，还承受楼面荷载的墙体。1）横墙承重体系传力途径：短向板→横墙→基础→地基；横墙间距：3-5m；纵墙不承重，可开大洞；3-5m；缺点：房间布置不灵活，横墙密，材料用量大；29§15砌体结构§15.3砌体结构设计基本原理2）纵墙承重体系传力途径：长向板或大梁→纵墙→基础→地基；需少量横墙，来抵抗风、地震荷载；缺点：整体刚度差；纵墙开窗受限制。30§15砌体结构§15.3砌体结构设计基本原理3）内框架承重体系传力途径：1)柱子→承受大部分竖向荷载；2)纵、横墙→承受大部分水平荷载；缺点：整体刚度差；基础沉降不一致。31§15砌体结构§15.3砌体结构设计基本原理4）混合承重体系32§15砌体结构§15.3砌体结构设计基本原理砌体房屋的静力计算方案解决：如何将实际空间结构抽象成计算简图根据砌体房屋的实际侧移情况（取决于空间工作性能）33§15砌体结构§15.3砌体结构设计基本原理砌体的静力计算方案静力计算方案的种类：1)刚性方案；近似忽略楼、屋盖的侧移→水平支杆2)弹性方案；楼、屋盖侧移无约束3)刚、弹性方案；楼、屋盖侧移小，但不能忽略→水平弹簧支座刚性方案弹性