第二章-砌体结构设计方法

砌体结构第二章砌体结构设计方法第二章砌体的物理力学性能1.砌体结构可靠度设计方法的沿革2.我国砌体结构设计的发展3.以概率理论为基础的极限状态设计法4.各类砌体的强度设计值2.1砌体结构可靠度设计方法的沿革•结构可靠度：是指在规定的时间和条件下，工程结构完成预定功能的概率。•结构可靠度设计方法是随着各种学科和技术的进步而不断的演变：古代经验法→容许应力设计法→破坏阶段设计法→极限状态设计法→以概率理论为基础的设计方法。1）古代经验设计法•人们凭经验建造砖、石、土结构，认为不倒不垮就是安全可靠。2）安全系数设计法•将砌体看成是理想的弹性材料，未考虑结构材料的塑性性能，按材料力学的方法计算构件在外荷载作用下的应力，要求荷载作用下构件的计算应力不超过砌体材料的容许应力，这种方法称作容许应力设计法。其一般表达式为：为保结构安全，根据经验引入一大于1的安全系数K则容许应力：Kfm3）破坏阶段设计法•引入修正系数调整弹性理论计算和破坏试验结果的差异，原苏联规范（Y－57－43）1943年正式采用按破坏阶段的设计方法，其一般表达式为：式中，K为按经验确定的安全系数。解放初期，我国部分地区采用前苏联规范按破坏阶段进行设计。截面几何特征值4）三系数表达的极限状态设计法•考虑荷载的不确定性以及材料强度的变异性，1955年前苏联颁布了按极限状态进行设计的规范（HNTY120-550）。其一般表达式为：三种极限状态：（1）承载能力极限状态；（2）变形极限状态；（3）裂缝出现和变形开展极限状态。荷载系数工作条件系数砌体匀质系数•三系数（1）荷载系数n〖考虑统计荷载标准值的超载〗（2）材料系数k〖考虑材料性能变异〗（3）工作系数m〖考虑材料在不同工作条件下作用发挥程度〗5）以概率理论为基础的设计方法•20世纪60年代美国一些学者考虑一些随机因素的影响，提出以概率论为基础的适用方法，从而对结构可靠度进行比较科学的定量分析。2.2我国砌体结构设计的发展•第一阶段•自20世纪50年代至20世纪70年代初，我国基本上沿用原苏联的设计规范。•第二阶段（1973年11月～1989年底）改进采用了多系数分析、单一系数表达的方法，1973年我国自行编制的第一部砌体结构设计规范《砖石结构设计规范》（GBJ3－73）半统计、半经验的极限状态设计计算方法中一般的承载能力设计计算表达式为：上式中安全系数：K1――砌体强度变异影响系数（同类试件统计分析）K2――缺乏系统试验对砌体强度变异影响系数K3――砌筑质量影响系数K4――尺寸偏差，计算假定误差等影响系数K5――荷载变异影响系数C――组合系数优点：以多系数分析、单系数表达确定安全系数，计算方便直观缺点：无法定量计算所设计的结构具有多少保证率•第三阶段1989年9月～迄今我国砌体结构设计采用以概率理论为基础的极限状态设计方法。颁布了《砌体结构设计规范》（GBJ3-88）和《砌体结构设计规范》（GB50003-2019）2.3以概率理论为基础的极限状态设计法一、极限状态设计方法的基本概念1、结构的功能要求（1）、安全性（2）、适用性（3）、耐久性2、结构的极限状态整个结构或结构的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能的要求时，此特定状态称为该功能的极限状态。结构的极限状态分为：承载能力极限状态和正常使用极限状态。承载能力极限状态－－对应于结构或构件达到最大承载力或达到不适于继续承载的变形。正常使用极限状态－－对应于结构或构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值。3、结构上的作用、作用效应和结构抗力（1）、结构上的作用－－指使结构产生内力、变形、应力或应变的所有原因。（2）、作用效应－－指各种作用施加在结构上，使结构产生的内力和变形。（3）、结构抗力－－是指整个结构或构件承受内力或变形的能力sRSRRSgz),(4、结构的可靠度与可靠指标结构可靠。结构失效。结构处于极限状态。SRRSgz),(0Z0Z0Z平均值：标准差：SRz22RRZ结构构件的可靠度指标22RRZRzz现有规范GB50003-2019设计方法•2019年我国颁布了新的《砌体结构设计规范》（GB50003－2019）•采用分项系数表达的极限状态设计法•局部修改（1）将结构重要性系数和设计基准期对应；（2）针对砌体结构自重较大的特点，增加了以自重为主的荷载效应组合计算公式；1、一般情况下，砌体结构按承载能力极限状态设计时的计算公式为：对以自重为主的结构构件还应按下式进行设计计算结构的重要性系数：一级或设计年限50年以上的不应小于1.1；二级或设计年限50年的，不应小于1.0；三级或设计年限1-5年的，不应小于0.9；),()4.12.1(210kniQikCiQikQGKafRSSS),()4.135.1(10kniQikCiGKafRSS02、当仅有一个可变荷载时：,...,4.12.10kQKGKafRSS,...,35.10kQKGKafRSS3、当砌体结构作为一个刚体，需要验证整体稳定性时，例如：倾覆、滑移、漂浮等。KGniQikKQKGSSSS121208.04.12.1KGS1－－起有利作用的永久荷载内力标准值KGS2－－起有利作用的永久荷载内力标准值2.4各类砌体的强度设计值一、基本规定1、砌体的强度标准值2、砌体的强度设计值砌体结构的材料性能分项系数，一般情况下，宜按施工质量控制等级为B级考虑，取当为C级时，取fmfmkfff645.11645.16.1f8.1fffkff二、抗压强度设计值1.烧结普通砖和烧结多孔砖砌体2.蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖砌体3.混凝土和轻骨料混凝土空心砌块砌体4.灌孔混凝土砌块砌体5.料石砌体ffffcg26.0砖强度等级砂浆强度等级砂浆强度M15M10M7.5M5M2.50MU303.943.272.932.592.261.15MU253.62.982.682.372.061.05MU203.222.672.392.121.840.94MU152.792.312.071.831.60.82MU10—1.891.691.51.30.671、烧结普通砖和烧结多孔砖的抗压强度设计值（MPa）砌体抗压强度设计值规范选用2、蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖砌体的抗压强度设计值（MPa）砖强度等级砂浆强度等级砂浆强度M15M10M7.5M50MU253.602.982.682.371.05MU203.222.672.392.120.94MU152.792.312.071.830.82MU10—1.891.691.500.673、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（MPa）砌块强度等级砂浆强度等级砂浆强度Mb15Mb10Mb7.5Mb50MU205.684.954.443.942.33MU154.614.023.613.201.89MU10—2.792.502.221.31MU7.5——1.931.711.01MU5———1.190.70备注对错孔砌筑的砌体，应按表中数值乘以0.8；对独立柱或厚度为双排组砌的砌块砌体，应按表中数值乘以0.7；对T型截面砌体，应按表中数值乘以0.85；表中轻骨料混凝土砌块为煤矸石和水泥煤渣混凝土砌块。4、轻骨料混凝土砌块砌体的抗压强度设计值（MPa）砌块强度等级砂浆强度等级砂浆强度Mb10Mb7.5Mb50MU103.082.762.451.44MU7.5—2.131.881.12MU5——1.310.78备注表中的砌块为火山渣、浮石和陶粒轻骨料混凝土砌块；对厚度方向为双排组砌的轻骨料混凝土砌块砌体的抗压强度设计值，应按表中数值乘以0.8。5、毛料石砌体的抗压强度设计值（MPa）毛料石强度等级砂浆强度等级砂浆强度Mb7.5Mb5Mb2.50MU1005.424.804.182.13MU804.854.293.731.91MU604.203.713.231.65MU503.833.392.951.51MU403.433.042.641.35MU302.972.632.291.17MU202.422.151.870.95备注本表适用于块体高度180～350mm的毛料石砌体对下列各类料石砌体，应按表中数值分别乘以系数：细料石砌体1.5半细料石砌体1.3粗料石砌体1.2干砌勾缝石砌体0.86、毛石砌体的抗压强度设计值（MPa）毛料石强度等级砂浆强度等级砂浆强度Mb7.5Mb5Mb2.50MU1001.271.120.980.34MU801.131.000.870.30MU600.980.870.760.26MU500.900.800.690.23MU400.800.710.620.21MU300.690.610.530.18MU200.560.510.440.15三、轴心抗拉、弯曲抗拉和抗剪1.轴心抗拉砌体2.弯曲抗拉砌体3.抗剪砌体4.灌孔混凝土砌块砌体抗剪强度设计值55.02.0gvgff类别破坏特征及砌体种类砂浆强度等级≥M10M7.5M5M2.5轴心受拉烧结普通砖、烧结多孔砖0.190.160.130.09蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖0.120.100.080.06混凝土砌块0.090.080.07－毛石0.080.070.060.04弯曲抗拉烧结普通砖、烧结多孔砖0.330.290.230.17蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖0.240.200.160.12混凝土砌块0.110.090.08－毛石0.130.110.090.07烧结普通砖、烧结多孔砖0.170.140.110.08蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖0.120.100.080.06混凝土砌块0.080.060.05－四、砌体强度设计值的调整系数工程上砌体的使用情况多种多样，在某些情况下砌体的强度可能降低，在有的情况下需要提高或降低结构构件的安全储备，因此，在设计时需要调整。各类砌体的强度设计值在下列情况下应乘以调整系数•有吊车房屋砌体、跨度不小于9米的梁下烧结普通砖砌体、跨度不小于7.2米的梁下烧结多孔砖、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，为0.9;•对无筋配筋砌体,其截面面积小于0.3m2时，为其截面面积加0.7。对配筋砌体构件，当其中砌体截面面积小于0.2m2时，为其截面面积加0.8。构件截面面积以m2计。•当砌体用水泥砂浆砌筑时，对《规范》第3.2.1条各表中的数值,为0.9；第3.2.2条表3.2.2中的数值，为0.8；对于配筋砌体构件，当其中aaaaaa的砌体采用水泥砂浆砌筑时，仅对砌体的强度的设计值乘以调整系数；•当施工质量控制等级为C级时，为0.89;•当验算施工中的房屋时,为1.1;aaa•作业p632、3、10、11