建筑結構-砌體結構.ppt

第九章 砌體和砌體結構,1,2,3,概述 砌體結構 由塊體和砂漿砌筑而成的墻、柱作為建筑物主要受力構件的結構，稱為砌體結構，是磚砌體、砌塊砌體和石砌體建造結構的統(tǒng)稱。,砌體結構是中國的傳統(tǒng)結構。,砌體,4,秦始皇陵兵馬俑坑,5,萬里長城 兩千多年前用“秦磚漢瓦”建造的世界上最偉大的砌體工程之一,6,河北趙縣安濟橋（建于1400年前，世界上最早單孔圓弧石拱橋）,7,嵩山寺塔，河南登封，建于1470多年前，是我國現(xiàn)存最古老的磚砌佛塔。,8,都江堰：水利工程,9,盤錦國稅局15層配筋砌塊住宅，建于1997年，節(jié)省鋼材45%、土建造價降低18%。,10,上海園南新村，建于1998年18層混凝土空心砌塊配筋砌體，節(jié)約鋼材25%，土建造價降低7.4%。,11,金字塔,12,羅馬大角斗場:羅馬斗獸場,13,砌體結構的優(yōu)缺點,1優(yōu)點 就地取材加工 施工設備和方法簡單 良好的耐火性、化學穩(wěn)定性和大氣穩(wěn)定性 保溫、隔熱、隔音性能好 造價低廉 可以摻入較高成分的工業(yè)廢棄物（如：粉煤灰、爐 渣、礦渣、電石泥、煤矸石等）,14,2. 缺點 自重較大、強度低 砌筑工作量大，工作效率低 砂漿和塊體間的粘結力較弱，抗震性能差 粘土磚用量很大，占用農(nóng)田多，能源浪費大,15,應用,民用建筑中的墻體、柱、基礎等 工業(yè)建筑物和構筑物中的承重墻、圍護墻、煙囪、小型水池、地溝等。 交通工程中的拱橋、隧道、涵洞、擋土墻等。 水利工程中的石壩、渡槽、圍堰等。,16,第一節(jié) 砌體材料和砌體力學性能,17,一、 砌體材料 砌體材料包括塊體和砂漿 （一） 塊體 1燒結磚 燒結普通磚 燒結多孔磚 燒結普通磚：以粘土、煤矸石、頁巖或粉煤灰為主要原料，經(jīng)過焙燒而成的實心或孔洞率不大于規(guī)定值且外形尺寸符合規(guī)定的磚統(tǒng)稱為燒結普通磚（標準磚）。 規(guī)格全國統(tǒng)一，其尺寸為24011553mm3，自重為1819kN/m3。,18,19,粘土是一種含水鋁硅酸鹽產(chǎn)物，是由地殼中含長石類巖石經(jīng)過長期風化和地質的作用而生成的，粘土具有顆粒細、可塑性強、結合性好。 煤矸石是一種沉積巖,是在煤層形成的時候就同期形成的,大多數(shù)是石灰?guī)r,由于長期受煤層浸潤擴散,也有比較低的含碳量,顏色呈黑灰色。 頁巖是由粘土在地殼運動中擠壓而形成的巖石。它是一種沉積巖，是固結較弱的粘土經(jīng)過擠壓、脫水、重結晶和膠結作用而形成的。 粉煤灰是燃煤過程中產(chǎn)生的一種固體廢棄物,燒結多孔磚：以粘土、頁巖、煤矸石或粉煤灰為主要原料，經(jīng)過焙燒而成，孔洞率不小于25，孔的尺寸小而數(shù)量多，主要用于承重部位的磚。 燒結多孔磚：豎孔，用于承重墻 M型：規(guī)格為19019090mm3 P 型：規(guī)格為24011590mm3,20,21,多孔磚與普通磚相比，其優(yōu)點是：,減輕結構自重 改善保溫隔熱性能 厚度大的磚抗折能力強 節(jié)約砂漿，減少砌筑量,燒結粘土磚的取土要占用大量良田，故在城市建設中已嚴格限制使用。,22,2蒸壓磚 以硅質材料和石灰為主要原料壓制成坯并經(jīng)高壓釜蒸汽養(yǎng)護而成的實心磚統(tǒng)稱為硅酸鹽磚也稱為灰砂磚。常用的有蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰磚。其規(guī)格與實心粘土磚相同。,非燒結硅酸鹽磚不需焙燒，因此這類磚不宜用于砌筑壁爐、煙囪之類承受高溫的砌體。,青海堿廠廢渣,23,3.砌塊 砌塊是指采用普通混凝土、輕骨料混凝 土、粉煤灰等制作的實心或空心塊體。 砌塊按尺寸大小和重量可分為： 小型砌塊 ：高度為180mm350mm 中型砌塊：高度為360mm900mm 大型砌塊：高度大于900mm,24,目前國內(nèi)在承重墻體中使用最為普遍的是混凝土小型空心砌塊，主要規(guī)格尺寸為390190190mm3 ，孔洞率在2550之間。,25,4石材 無明顯風化的經(jīng)過人工開采和加工后，外形規(guī)則的建筑用材。按加工后的外形規(guī)則程度，分為： 料石：細料石、半細料石、粗料石、 毛料石 毛石：形狀不規(guī)則，中部厚度不小于200mm,26,（二）砂漿,1定義：砂漿是由膠凝材料（水泥、石灰）、細骨料（砂）和水按一定配合比攪拌而成的混合材料。 2. 作用 使塊體與砂漿接觸表面產(chǎn)生粘結力和摩擦力，從而把散放的塊體材料凝結成整體以承受荷載。 墊平塊體上、下表面，使塊體應力分布較為均勻，提高砌體強度。 砂漿填滿了塊體間的縫隙而減少了砌體的透氣性，從而提高了砌體的保溫性能和抗凍性能。,27,3.基本要求： 砂漿的質量與砂漿的強度、可塑性和保水性 三項指標有關。,28,砂漿強度等級 砂漿強度等級是用邊長為70.7mm的砂漿立方體試塊，每組為6塊，成型后放在鋪有濕紙的底模上，養(yǎng)護至28天，然后進行抗壓試驗，按計算規(guī)則得出砂漿試件強度值（以MPa為單位）。 砂漿的強度等級有五級： M15、M10、M7.5、M5、M2.5,29,可塑性（也稱流動性或稠度） 指砂漿在外力作用下易于產(chǎn)生流動的性能。可塑性好的砂漿便于操作，能將砂漿很容易且均勻地鋪開，使灰縫平整、密實，從而提高工作效率，保證砌筑質量?？伤苄杂蒙皾{稠度測定儀的標準圓錐體沉入砂漿的深度進行測定，沉入深度越大，流動性越好。一般磚砌體用的砂漿沉入深度為70100mm。,30,保水性 指砂漿在運輸、砌筑過程中保持水分不很快流失的能力，用分層度表示（30mm），一般為1020mm為宜。（稠度之差）,31,4. 分類 砂漿按其配合成分可分為： 水泥砂漿 混合砂漿 非水泥砂漿 混凝土砌塊砌筑砂漿,32,水泥砂漿（水泥和砂）：沒有加任何塑性摻合料 特點：硬化快、強度高、耐久性好，適用于對 強度要求較高的砌體。由于能在潮濕環(huán)境中硬化，一般多用于含水量較大的地基土中的地下砌體。但和易性差。 和易性是指混凝土拌和物易于操作(攪拌、運輸、澆筑、搗實)并能獲得成型密實、質量均勻的性能.包括流動性、粘聚性和保水性等三方面,是確保混凝土外觀質量的關鍵因素之一。,33,混合砂漿 ： 有塑性摻合料 砂漿中的砂子是細骨料，水泥起活化劑膠結料的作用，石灰或粘土既是膠結料又是塑性摻合料，它能增加鋪砌時的和易性，但不提高砂漿強度。 特點：具有較好的強度和耐久性，可塑性和保水性（即和易性）較好，適用于非地下水位以下的砌體，是一般墻體中常用的砂漿。,34,非水泥砂漿：不含水泥的砂漿 如：石灰砂漿（石灰和砂）、石膏砂漿和粘土砂漿。 特點：和易性好，但硬化慢、強度低、耐久性差、抗水性差，適用于強度要求不高的砌體或簡易臨時性建筑。,35,混凝土砌塊砌筑砂漿 專門用于砌筑混凝土砌塊的砂漿，有水泥、砂、水以及根據(jù)需要摻入的摻和料和外加劑等組分，按一定比例、采用機械拌和制成。,36,37,38,（二）材料的強度等級和砌體的計算指標,1.材料的強度等級 塊體： 根據(jù)各類砌體的塊體標準試件用標準試 驗方法測得的以MPa（即N/mm2）為單位的 塊體極限抗壓強度平均值稱為塊體強度等 級。它是塊體力學性能的基本標志，用符 號“MU”表示。,39,燒結磚：MU30、MU25、MU20、MU15、MU10 蒸壓磚： MU25、MU20、MU15、MU10 砌塊 ： MU20、MU15、MU10、MU7.5、MU5 石材 ： MU100、MU80、MU60、MU50、MU40 MU30、MU20,40,砂漿： 砂漿強度等級是用邊長為70.7mm的 砂漿立方體試塊，每組為6塊，成 型后放在鋪有濕紙的底模上，養(yǎng)護 至28天，然后進行抗壓試驗，按計 算規(guī)則得出砂漿試件強度值（以 MPa為單位）。 砂漿的強度等級有五級： M15、 M10、M7.5、M5、M2.5,41,二、 砌體的力學性能,（一）砌體的受壓性能 1.砌體受壓破壞的三個受力階段 以MU10燒結普通磚和M5混合砂漿砌筑的尺寸為240370720mm3（12皮）的標準試件在軸心壓力作用下從加載至破壞大致分為三個階段。,高厚比等于3,42,43,1由開始加荷起，到個別磚塊出現(xiàn)細微可見裂縫止，稱為第一階段，此時荷載約為破壞荷載的5070%（與砌體所用的砂漿有關）。 特點：裂縫細小，如果停止加載，裂縫不會繼續(xù)開展 。,44,2繼續(xù)增加荷載，原有裂縫不斷擴展，同時產(chǎn)生新的裂縫，單塊磚內(nèi)的個別裂縫逐漸連接起來，形成貫通幾皮磚的豎向裂縫，此時荷載為破壞荷載的8090，稱為第二階段。 特點：如果荷載不再增加，裂縫仍不斷發(fā)展。因為房屋是處在長期荷載作用下工作，應認為砌體已臨近破壞，在工程中視構件處于危險狀態(tài)。,45,3. 當荷載繼續(xù)增加，則裂縫隨荷載的增加而迅速發(fā)展，加長、加寬，形成幾條貫通的豎向裂縫，將砌體分割成幾個寬度為半磚左右的小柱體，整個砌體明顯向外鼓出。因為各個小柱受力不均勻，最后將由于某些小柱的失穩(wěn)或壓碎而導致整個砌體的破壞，稱為第三階段。,46,2.影響砌體抗壓強度的主要因素,塊體和砂漿的強度 塊體尺寸和幾何形狀的影響 砂漿性能的影響 砌筑質量,47,塊體和砂漿的強度,塊體和砂漿的強度是影響砌體強度的主要因素，塊體和砂漿強度越高，砌體的抗壓強度越高。 在磚砌體中，提高磚強度效果明顯；在毛石砌體中，提高砂漿強度效果好。,48,燒結磚：MU30、MU25、MU20、MU15、MU10 蒸壓磚： MU25、MU20、MU15、MU10 砌塊 ： MU20、MU15、MU10、MU7.5、MU5 石材 ： MU100、MU80、MU60、MU50、MU40 MU30、MU20,49,塊體尺寸和幾何形狀的影響,塊體厚度大，抵抗彎、剪的能力強，其抗折強度高；另一方面，由于塊體較高，水平灰縫相應較少，砂漿層對塊體的附加水平拉應力也相應減小，所以砌體抗壓強度隨塊體的厚度而增加。 塊體規(guī)則、表面平整，塊體內(nèi)彎矩、剪力的不利影響相對較小，砌體抗壓強度高。,50,砂漿性能的影響,砂漿的和易性好、流動性大時，易于使磚塊比較均勻地砌筑在砂漿層上，能更好地發(fā)揮塊體抗壓強度較大的作用，砌體抗壓強度高。 砂漿的彈性模量越低時（變形率大），塊體受到的橫向拉應力越大，使砌體強度降低。,51,砌筑質量,水平灰縫的飽滿度砌筑質量的標志之一 砂漿層的鋪砌厚度 一般為1012mm 砌合方法 磚的含水率（1015） 砌筑工人的技術水平 。,52,2.砌體的計算指標,表9-1 燒結普通磚和燒結多孔磚砌體的抗壓強度設計值(N/mm2),53,我國砌體工程施工質量驗收規(guī)范（GB 50203-2002）規(guī)定了施工質量控制等級，它根據(jù)現(xiàn)場質量管理，砂漿和混凝土強度，砂漿拌和方式及砌筑工人技術等級等方面的綜合水平，將施工質量控制等級分為A、B、C三級。施工質量控制等級的選擇由設計單位和建設單位商定，并應在工程設計圖中明確設計采用的施工質量控制等級。 規(guī)范列出了當施工質量控制等級為B級時，各類砌體的抗壓、抗拉和抗剪強度設計值。當施工質量控制等級為C級時，表中數(shù)值應乘以調整系數(shù) ；當施工質量控制等級為A級時，可將表中砌體強度設計值提高5。,54,施工質量等級的劃分,55,（三）強度調整系數(shù) 考慮不同因素對砌體強度的影響，在設計時對下列情況的各種砌體，其強度設計值應乘以調整系數(shù)；,有吊車房屋砌體，跨度不小于9m的梁下燒結普通磚砌體，跨度不小于7.5m的梁下燒結多孔磚、蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰磚砌體，混凝土和輕骨料混凝土砌塊砌體， ；,這是考慮廠房受吊車動力作用和較大跨度多層 房屋墻、柱受力的復雜性而采取的降低抗力、保證 安全的措施。,56,對無筋砌體構件，其截面面積 ， ； 對配筋砌體構件，當其中砌體截面面積 ， ；,考慮局部缺陷對小截面構件的相對影響較大（個別 塊體強度的變異可能影響到全部截面的強度），局部受 壓計算中強度不乘此系數(shù)。,57,各類砌體用水泥砂漿砌筑時， 抗壓強度設計值，取 ； 軸心抗拉、彎曲抗拉及抗剪強度設計值，取 ； 對配筋砌體構件，當其中的砌體采用水泥砂漿砌筑時， 僅對砌體的強度設計值乘以 。,試驗表明，水泥砂漿由于其和易性較差，砂漿中應力 分布均勻性差，砂漿強度相同時的水泥砂漿砌體強度比混 合砂漿砌體強度略低。,58,58,當施工質量控制等級為C級時， 為0.89。 當驗算施工中房屋的構件時， 為1.1。,59,59,（四）砌體的其他性能,1.砌體的干縮變形 2.砌體的受熱性能 3.砌體的彈性模量,60,1.砌體的干縮變形,砌體在浸水時體積膨脹，失水時體積收縮。但收縮量要比膨脹量大很多。尤其以硅酸鹽磚，輕混凝土砌塊嚴重。,61,2.砌體的受熱性能,砂漿受熱作用，不超過400度時，強度不降低，但當達到600度時，降低10%； 砂漿受冷卻時，強度降低明顯，從400度冷卻，降低50%； 磚受熱強度提高。還應注意不同材料砌體溫度線膨脹系數(shù)的差距。,62,磚砌體在受壓后的壓縮變形由砂漿的壓縮變形、磚的壓縮變形和空隙的壓縮變形三部分組成，其中砂漿的壓縮變形是磚砌體壓縮變形的主要影響因素，因此彈性特征值主要與砂漿的強度等級有關。砂漿的塑性變形比磚大得多，且強度等級低的砂漿塑性變形更大，彈性模量更低。,3.砌體的彈性模量,63,為實用上的方便，新規(guī)范對砌體彈性模量采用了較為簡化的結果，按砂漿的不同強度等級，取彈性模量與砌體抗壓強度設計值成正比。 由于石材的抗壓強度設計值遠高于砂漿的相應值，砌體的受壓變形主要取決于水平灰縫內(nèi)砂漿的變形，因此對于石砌體的彈性模量可僅由砂漿的強度等級來確定。,64,砌體的彈性模量E（MPa）,65,第二節(jié) 無筋砌體構件的承載力計算,66,66,砌體結構構件按受力情況分為受壓、受拉、受彎和受剪； 按有無配筋可分為無筋砌體構件和配筋砌體構件； 采用極限狀態(tài)設計方法； 一般不進行正常使用極限狀態(tài)驗算，采用構造措施來保證正常使用要求； 在進行承載力極限狀態(tài)計算時，也往往是先選定截面后進行計算，屬于截面校核。,67,一、受壓構件的承載力計算 無筋砌體的抗壓承載力遠遠大于它的抗拉、抗彎、抗剪承載力，因此，在實際工程中，砌體結構多用于以承受豎向荷載為主的墻、柱等受壓構件，如混合結構中的承重墻體、單層廠房的承重柱、磚煙囪的筒身等。,68,計算公式 式中： 軸向壓力設計值； 高厚比 和軸向力的偏心距 對受壓 承載力的影響系數(shù)（還與砂漿強度等級 有關） 砌體抗壓強度設計值； （注意調整系數(shù) 的適用條件） 截面面積，對各類砌體均可按毛面積計 算。,69,70,短柱：指高厚比 的柱。 對矩形截面： 式中： 計算高度 當軸心受壓時，指矩形截面較小邊的長度； 當偏心受壓時，指矩形截面軸向力偏心方向的邊長（可能為長邊，也可能為短邊） 不同砌體材料的高厚比修正系數(shù),構件的縱向彎曲對承載力的影響很小，可不考慮,71,為了考慮不同類型砌體在受壓性能上的差異，對 乘以系數(shù) ： 對磚砌體，取 ； 對混凝土小型空心砌塊砌體，取 ； 對蒸壓磚，取 ； 對毛石，取 。,72,對T形截面： 式中： T形截面的折算厚度，近似取 截面回轉半徑,73,y 截面重心至最大壓應力一側邊緣的距離,74,均勻局壓：荷載均勻地作用在砌體的局部面積上，通 常用于磚基礎承受柱壓力； 非均勻局壓：壓應力不是均勻分布的，通常用于大梁 或屋架支承于磚墻（柱）,二、局部受壓,75,（一）局部受壓的破壞形態(tài)和局部抗壓強度提高系數(shù)： 1.局部受壓的破壞形態(tài)（三種破壞形態(tài)）,試件截面面積,局部受壓面積,（1）先裂后壞 適中時，首先在加載墊板12皮磚以下的砌體內(nèi)出現(xiàn)豎向裂縫，隨荷載增加，裂縫數(shù)量增多，最后出現(xiàn)一條主要裂縫貫穿整個試件，導致砌體破壞。,76,（2）劈裂破壞 較大時，橫向拉應力在一段長度上分布較均勻，當砌體壓力增大到一定數(shù)值，試件將沿豎向突然發(fā)生脆性劈裂破壞，破壞無預兆。,77,（3）與墊板直接接觸處砌體局部破壞 當塊體強度很低時，可能出現(xiàn)墊板下塊體表面被壓碎而破壞（如輕骨料混凝土砌塊）。,78,2.砌體局部抗壓強度提高系數(shù),“套箍強化”作用：未直接承受壓力的外 圍砌體對直接受壓的內(nèi)部砌體具有約 束作用，使直接受壓的內(nèi)部砌體處于三向受壓狀 態(tài)。 “力的擴散”作用：由于砌體搭縫砌筑，局部壓力 迅速向未直接受壓的砌體擴散，從而使單位面積 上的應力很快變小。,在上述兩個作用下，使砌體局部 抗壓強度高于砌體全截面抗壓強度。,79,2. 砌體局部抗壓強度提高系數(shù) 表示砌體局部抗壓強度與砌體抗壓強度之比，與 有關， ， 。, 局部受壓面積；, 影響砌體局部抗壓強度的計算面積， 按“厚度延長”的原則取用。,80,69,“厚度延長”原則,81,82,83,80,84,為避免 較大而出現(xiàn)突然劈裂破壞，對 值加以限制： 中心局壓（四邊約束）： 中部（邊緣）局壓（三邊約束）： 角部局壓（兩邊約束）： 端部局壓（一邊約束）：,85,（二）砌體均勻局壓時的承載力計算公式,式中： 局部受壓面積上的軸向力設計值 局部受壓面積 砌體抗壓強度設計值 （不考慮面積的強度調整系數(shù) ） 砌體局部抗壓強度提高系數(shù),86,（三）局部非均勻受壓 梁端支承處砌體局部受壓,1.梁直接支承在砌體上時 （1）梁端有效支承長度當梁直接支承在砌體上時，由于梁的彎曲，使梁的末端有脫開砌體的趨勢，梁端底面沒有離開砌體的長度稱為有效支承長度 。,87,梁的有效支承長度 按下式計算：, 梁的截面高度，mm；, 砌體抗壓強度設計值，N/mm2。,計算的有效支承長度不應大于實際支承長度,88,（2）作用在砌體上的局部壓應力,梁端下砌體的局部壓應力包 括兩部分：一為梁端支承壓力 所產(chǎn)生，二為上部砌體傳至梁端下砌體的壓應力。,內(nèi)拱卸荷作用,89,90,試驗表明，這種內(nèi)拱卸荷作用與 有關。當 時，卸荷作用十分明顯，墻上的應力 將主要通過拱作用向梁兩側傳遞；當 時，上述有利影響將逐漸減弱。 上部荷載折減系數(shù)： 為偏于安全，規(guī)范規(guī)定，當 時，取 ，即不考慮上部荷載作用。,91,梁端下砌體所受的局部平均壓應力為：,局部受壓的最大壓應力可表達為：, 壓應力圖形完整系數(shù)，一般可取0.7 對于過梁和墻梁可取1.0。,92,(3) 梁端支承處砌體局壓承載力驗算,當 時，梁端支承處的局部受壓承載力滿足要求。 即： 式中： 局部受壓面積內(nèi)上部軸向壓力設計值； 梁端支承壓力設計值；,93,2. 梁端下設置剛性墊塊,當梁端或屋架端部傳來的荷載較大，支承處砌體局部受壓承載力不足時，常常需要在梁或屋架端部設置墊塊或墊梁，通過墊塊或墊梁擴大梁端支承面積，使砌體具有足夠的承載力。,94,第三節(jié) 配筋砌