《砼结构与砌体结构设计》第5章 砌体结构备课讲稿

1、课程主讲人 贺学军 中南大学土木工程学院 建工系,Design of Concrete & Masonry Structures,5 砌体结构,5.1 概述 5.2 块体、砂浆、砌体物理力学性能 5.3 砌体结构的基本设计原则 5.4 砌体构件承载力计算 5.5 混合结构房屋墙、柱设计 5.6 过梁、挑梁和墙梁的设计,5 砌体结构,主要内容：,块体、砂浆、砌体的力学性能 砌体构件的承载力计算 混合结构房屋墙、柱设计 过梁、挑梁和墙梁的设计,重点：,砌体结构偏心受压、局部受压构件的承载力计算 砌体结构房屋的静力计算方案,5 砌体结构,学时分配：,5.1.1 砌体结构的定义,5.1.1 砌体结构的定义,万里长城(中国),万里长城,河北赵县安济桥(中国),河北赵县安济桥赵州桥,是指用各种块体（砖、石、砌块等）通过砂浆铺缝砌筑而成的结构，其中块体过去长期采用砖石，俗称砖石结构。 古代的砌体结构主要用于城墙、拱桥、寺院和佛塔，如：,5.1.1 砌体结构的定义,河北定县料敌塔(中国),河北定县的料敌塔,南京灵谷寺无梁殿走廊,南京灵谷寺无梁殿走廊(中国),埃及金字塔(古埃及),雅典巴特农神庙(古希腊

2、),埃及金字塔,雅典巴特农神庙,5.1.2 优缺点及其应用范围,(2) 缺点 强度低、自重大，抗震性能差； 抗拉、抗弯和抗剪强度较低； 砌筑工作量大，施工进度慢； 与农争地。,5.1.2 优缺点及其应用范围 (1) 优点 来源广泛，可就地取材； 耐久、防火、隔声、隔热、保温、抗蚀； 具有承重和围护双重功能，节约三材。,5.1.2 优缺点及其应用范围,(3) 应用范围 五层的办公楼、教学楼、试验楼； 七层的住宅、旅馆、宿舍； 框架外墙、隔墙； 排架外墙。,现行规范：砌体结构设计规范(GBJ50003-2001) 砌体工程施工及验收规范(GBJ50203-2002) 混合结构：砌体结构一般不宜作为受拉或受弯构件，其房屋楼(屋)盖结构，通常采用钢筋混凝土结构、钢结构和木结构，我们将由砌体和其它材料组成的结构称为混合结构。,5.1.3 发展趋势与最新进展,5.1.3 发展趋势与最新进展,(1) 大力开发高强轻质砌体材料及高性能砂浆 抗压强度最高可达140MPa以上、容重最轻可达0.6kN/m3。,(2) 利用工业废料发展新型节能环保块体材料 如钢渣砖、粉煤灰砖、炉渣砖及其空心砌块，烧结页岩砖和

3、烧结保温空心砖(块)等。,(3) 继续推进大型轻质墙板的开发与应用 主要有废渣轻型混凝土墙板、 GRC轻质墙板、蒸压纤维水泥墙板等。,5.1.3 发展趋势与最新进展,(4) 加速配筋砌体结构的研究与应用,包括：网状配筋砌体、组合砌体、砖砌体和钢筋砼构造柱组合墙砌体等，在中高层砌体建筑中应用越来越广泛。,株洲国脉家园高层住宅楼,北 湖 滨 大 道3660 大 楼,盘锦15层住宅楼,5.1.3 发展趋势与最新进展,(5) 大力推进预应力砌体结构的理论研究与工程应用,是现代砌体结构走向高层和抗震发展方向的一种新的结构形式，但目前无专门设计规范。 目前重点对砌体中徐变、预应力损失及施加工艺、抗震设计理论和方法等方面的研究。,如：高层配筋砌体地震反应全程分析、预应力砌体结构、新型节能环保墙体材料结构、砌体隔震技术、砌体结构测试技术、耐久性以及修复补强技术等方面的研究。,(6) 进一步深入开展砌体结构的理论研究,5.2 块体、砂浆、砌体物理力学性能,5.2.1 块体 5.2.2 砂浆 5.2.3 砌体 5.2.4 砌体弹性模量 、剪变模量,5.2.1 块体,5.2.1 块体 包括砖、石块和砌块，是

4、砌体的主要组成部分，占砌体总体积的78以上。,块体强度等级(GB50003-2001） 烧结普通砖/烧结多孔砖：MU30、MU25、MU20、MU15 、MU10 蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖：MU25、MU20、MU15、MU10 砌块：MU20、 MU15、MU10、MU7.5、MU5 石材：MU100、 MU80、 MU60、 MU50、 MU40、 MU30、 MU20,讨论：新老砌体设计规范中块体强度等级规定的异同点。,5.2.1 块体,新老砌体设计规范中块体强度等级规定的异同点:,烧结普通砖/烧结多孔砖：GB50003-2001取消GBJ3-88中的MU7.5； GB50003-2001新增蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖的强度等级； 砌块：GB50003-2001新增MU20，取消GBJ3-88中的MU3.5； 石材：GB50003-2001取消GBJ3-88中MU15、MU10。,5.2.1 块体,(1) 砖, 烧结普通砖 以粘土、页岩、煤矸石及粉煤灰等为主要原料； 孔洞率15%； 标准尺寸 24011553mm，比重 =16-18kN/m3。,5.2.1 块体, 空心砖,(a)

5、烧结多孔砖,孔洞率15-60 ，=9-14kN/m3； 可节约材料，提高保温隔热性能。,5.2.1 块体,(b) 大孔空心砖,孔洞少而大，只用于隔墙和填充墙。,5.2.1 块体,蒸压粉煤灰砖, 非烧结硅酸盐砖,(b) 蒸压粉煤灰砖 以粉煤灰为主要原料，又称烟灰砖； 抗冻性、防水性不及粘土砖，可用于一般建筑。,蒸压灰砂砖,(a) 蒸压灰砂砖 石英砂和石灰为主要原料，一般为灰白色； 不能用于温度200，急冷急热或酸性介质侵蚀部位。,5.2.1 块体,炉渣砖,(c) 炉渣砖 以炉渣为主要原料，又称为煤渣砖； 耐热温度可达300，能用于一般建筑。,矿渣砖,(d) 矿渣砖 以未水淬处理的高炉矿渣为主要原料； 外表呈灰白色、光洁密实； 不宜做壁炉、烟囱等高温砌体.,5.2.1 块体,混凝土小型砌块(h350mm) 混凝土中型砌块(h360-900mm) 粉煤灰中型实心砌块(h360-900mm),(2) 砌块,5.2.1 块体,(3) 石材,18kN/m3； 强度高、抗冻性强； 保温隔热效果较差。,足够强度； 良好的耐久性； 保温隔热。,(4) 块体设计要求,5.2.2 砂浆,组成材料：砂、水、水

6、泥、石灰、石膏。 砂浆作用：使单个块体粘结成为整体，改善块体在 砌体中的受力，提高防水、隔热能力。,5.2.2 砂浆,水泥砂浆 混合砂浆 石灰砂浆和粘土石灰砂浆,(1) 种类,5.2.2 砂浆,(3) 砂浆的设计要求,GB50003-2001： M15、M10、M7.5、M5、M2.5,(2) 砂浆的强度等级,足够强度； 可塑性：以便于砌筑； 保水性：以保证充分硬化。,讨论：砂浆的强度如何测定？,用边长70.7mm的标准立方块，在15-25条件下硬化，用28d龄期(石膏砂浆为7d)的抗压强度予以确定。,5.2.3 砌体,由块体用砂浆砌筑而成，可分为承重和非承重墙。 (1) 砌体种类 砖砌体 多用于内、外墙和柱及基础等承重结构，围护墙体及隔、断墙等非承重结构； 砖墙厚度及砖柱边长应符合砖的模数。,5.2.3 砌体,5.2.3 砌体,实心砖墙的常用砌法： 一顺一顶,一顺一顶,三顺一顶,梅花丁,梅花丁,三顺一顶,5.2.3 砌体,有料石砌体、毛石砌体及毛石混凝土砌体之分； 料石和毛石砌体可建造5层房屋墙体，但隔热性能较差； 毛石混凝土砌体广泛应用于基础和挡土墙工程。, 石砌体,雅典巴特农神庙

7、(石砌),石砌护坡,5.2.3 砌体, 砌块砌体 由砖砌块、砖墙板、空心砌块等吊装砌筑成房屋； 砌块墙体一般由单排砌块砌筑。,5.2.3 砌体, 配筋砖砌体,网状配筋砖砌体（横向配筋砖砌体）,组合砖砌体,砖砌体（砌块）和钢筋混凝土构造柱组合墙砌体,5.2.3 砌体, 配筋砖砌体,网状配筋砖砌体（横向配筋砖砌体）,组合砖砌体,砖砌体（砌块）和钢筋混凝土构造柱组合墙砌体,5.2.3 砌体, 配筋砖砌体,网状配筋砖砌体（横向配筋砖砌体）,组合砖砌体,砖砌体（砌块）和钢筋混凝土构造柱组合墙砌体,砖砌体和构造柱组合墙,砌块和构造柱组合墙,5.2.3 砌体,(2) 砌体的破坏特征,N=(0.5-0.7)Nu单砖先裂； N=(0.8-0.9)Nu裂通若干块砖； 砌体分割成若干独立小柱，导致整体破坏。,5.2.3 砌体,块体：压(包括局压)、弯、剪、拉复合应力状态 砂浆：三向受压应力状态,块体和砂浆的受力状态：,问题：引起块体和砂浆上述受力状态的原因？,5.2.3 砌体,因此，砌体抗压强度远远小于块体抗压强度，但大于砂浆强度(当砂浆强度等级相对较低时)。,灰缝厚度不一、砂浆不均匀密实饱满，砖表面不平整

8、规则 块体块体非均匀受压，处于受弯和受剪状态,砂浆的弹性模量小于砖的弹性模量，其横向变形大于砖的横向变形 块体处于受拉状态,原因分析：,垂直灰缝往往不能填实 块体在垂直灰缝处产生应力集中现象,5.2.3 砌体,块体的强度、外形及厚度； 砂浆的强度、可塑性及弹性模量； 砌筑质量。,(3) 影响砌体抗压强度的因素,(4) 各类砌体的抗压强度 砌体轴心抗压强度平均值，主要取决于块体的抗压强度平均值f1和砂浆的抗压强度平均值f2：,5.2.3 砌体,(5) 砌体的轴心抗拉、弯曲抗拉和抗剪强度, 各类砌体轴心抗拉强度（ft）,规范通过提高块体的最低强度等级来防止沿块体截面的破坏。,f1高，f2低 沿齿缝截面破坏,f1低，f2高 沿竖缝与块体截面破坏,5.2.3 砌体,在土压力作用下，挡土墙壁犹如以支墩为支座的水平受弯构件，破坏形态和轴心受拉砌体类似。 受弯矩作用较大的地下室等偏压墙体，砌体将在最大弯矩截面的水平灰缝发生沿通缝的弯曲受拉破坏。, 各类砌体弯曲抗拉强度（ftm）,5.2.3 砌体, 各类砌体的抗剪强度（fv）,影响砌体抗剪强度的主要因素： 砂浆-块体的粘结强度 垂直压应力及其摩擦系数

9、,砌体抗剪强度规范设计值：,5.2.3 砌体,砌体主要用于承受压力，抗压强度主要与块体和砂浆等级有关。 砌体抗压强度高于轴心抗拉、弯曲抗拉和抗剪强度，但远低于块体的抗压强度。 各类砌体的强度平均值、标准值和设计值的大小顺序为： fmfkf 各类砌体的抗压强度、轴心抗拉强度、弯曲抗拉强度和抗剪强度值的大小顺序为： fftmftfv,小 结,5.2.4 砌体弹性模量 、剪变模量,砌体轴心受压时的变形包括： 砖的变形 砂浆的变形 砂浆与砖之间空隙的压缩变形 砌体应力-应变对数曲线：,5.2.4 砌体弹性模量 、剪变模量,5.2.4 砌体弹性模量 、剪变模量,工程中，取应力应变曲线上0.43fm点的割线模量作为弹性模量的取值：,剪切模量G：,初始弹性模量E0：,割线模量(变形模量)E：,砌体的线膨胀系数和摩擦系数的取值详见表4-3和表4-4。,5.3 砌体结构的基本设计原则,5.3.1 承载能力极限状态的设计表达式 5.3.2 砌体强度标准值和设计值 5.3.3 砌体强度设计值的调整,5.3.1 承载能力极限状态的设计表达式,采用以概率理论为基础的极限状态设计方法。 正常使用极限状态构造措施保证。 承载能力极限状态设计计算：,5.3.1 承载能力极限状态的设计表达式,当砌体结构作为一个刚体需进行稳定性验算时：,5.3.2 砌体强度标准值和设计值,5.3.2 砌体强度标准值和设计值,标准值（fk）：,设计值（f）：,f 砌体强度的变异系数： 毛石砌体：f =0.26 ； 其它砌体：抗压强度：f =0.17 抗拉、抗弯和抗剪强度：f =0.20。,f 砌体结构的材料分项系数，宜按施工等级控制： 施工控制等级为B级：f1.6； 施工控制等级为C级：f1.8。,

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