第四章 砌體結(jié)構(gòu)

第四章砌體結(jié)構(gòu)1.砌體的種類(lèi)

2.砌體結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍3.磚砌體的力學(xué)性能4.砌體受壓構(gòu)件承載力估算方法5.砌體受壓構(gòu)件的高厚比驗(yàn)算6.砌體的局部承壓計(jì)算7.軸心受拉、受彎、受剪構(gòu)件的承載力計(jì)算1.砌體的種類(lèi)砌體結(jié)構(gòu)是由塊體和砂漿砌筑而成的墻、柱作為建筑物主要受力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)。是磚砌體、砌塊砌體和石砌體結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱(chēng)。砌體根據(jù)是否配筋分為無(wú)筋砌體和配筋砌體兩大類(lèi)。無(wú)筋砌體根據(jù)塊材的不同可分為磚砌體、砌塊砌體和石砌體。在砌體中配有鋼筋或鋼筋混凝土的稱(chēng)為配筋砌體。磚砌體磚砌體通常用作內(nèi)外墻、柱及基礎(chǔ)等承重結(jié)構(gòu)，圍護(hù)墻及隔斷墻等非承重結(jié)構(gòu)。承重墻一般多做成實(shí)心的，三層以下民用建筑的承重墻也可以做成空斗墻?？斩穳κ菍⒉糠只蛉看u側(cè)砌而成的空心墻，具有用料省、自重輕和隔熱、隔聲性能好等優(yōu)點(diǎn)，適用于1～3層民用建筑的承重墻或框架建筑的填充墻，廣泛運(yùn)用于長(zhǎng)江流域及西南地區(qū)傳統(tǒng)民間建筑。但在土質(zhì)軟弱，且可能引起建筑物不均勻下沉?xí)r，以及門(mén)窗洞口面積超過(guò)墻面積50%以上時(shí)不宜采用?？斩穳ζ鰤K砌體砌塊代替粘土磚做墻體材料有利于建筑工業(yè)化、減輕體力勞動(dòng)強(qiáng)度及加快施工進(jìn)度。由于砌塊單塊自重大，常需借助吊裝機(jī)具。常用的砌塊有混凝土中型、小型空心砌塊和粉煤灰中型實(shí)心砌塊。主要用于住宅、學(xué)校、辦公樓及一般工業(yè)建筑的承重墻或圍護(hù)墻。石砌體有料石砌體、毛石砌體和毛石混凝土砌體。料石砌體一般用于建筑房屋、石拱橋、石壩等構(gòu)筑物。由于料石加工困難，故一般多采用毛石砌體。用毛石砌體建造的多層房屋可達(dá)到5層。毛石混凝土砌體是在模板內(nèi)交替鋪置混凝土層及形狀不規(guī)則的毛石層構(gòu)成的。毛石混凝土砌體通常用作一般房屋和構(gòu)筑物的基礎(chǔ)。

配筋砌體配筋砌體就是在磚、石、塊體砌筑的的砌體結(jié)構(gòu)中加入鋼筋混凝土（或混凝土砂漿)而形成的砌體。當(dāng)磚砌體構(gòu)件截面尺寸較大，需要減小其截面尺寸，提高砌體的強(qiáng)度時(shí)，可在砌體的水平灰縫中每隔幾層磚放置一層鋼筋網(wǎng)，稱(chēng)為網(wǎng)狀配筋磚砌體或橫向配筋磚砌體。當(dāng)構(gòu)件的偏心較大時(shí)，可在豎向灰縫內(nèi)或在垂直于彎矩方向的兩個(gè)側(cè)面預(yù)留的豎向凹槽內(nèi)，放置縱向鋼筋和澆注混凝土，這種配筋稱(chēng)為組合砌體。

網(wǎng)狀配筋磚砌體組合砌體構(gòu)件截面2.砌體結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍優(yōu)點(diǎn)：抗壓性能好，保溫、耐火、耐久性能好；材料經(jīng)濟(jì)，就地取材；施工簡(jiǎn)便，管理、維護(hù)方便，應(yīng)用范圍廣。缺點(diǎn)：抗壓強(qiáng)度相對(duì)于塊材的強(qiáng)度來(lái)說(shuō)還很低，抗彎、抗拉強(qiáng)度則更低；粘土磚所需土源要占用大片良田，更要耗費(fèi)大量的能源；自重大，施工勞動(dòng)強(qiáng)度高，運(yùn)輸損耗大。

適用于如下以受壓為主的結(jié)構(gòu)：(1)民用建筑物中的墻體、柱、基礎(chǔ)、地溝等；(2)中小型工業(yè)建筑物中的墻體、柱、基礎(chǔ)，起重量不超過(guò)3噸、中輕級(jí)吊車(chē)的磚拱吊車(chē)梁等；工業(yè)構(gòu)筑物中的煙囪、水池、水塔、中小型貯倉(cāng)等；(3)交通工程中的拱橋、隧道、涵洞、擋土墻等；(4)水利工程中的石壩、渡槽、圍堰等。

3.磚砌體的力學(xué)性能

3.1磚砌體在軸心受壓下的破壞特征磚砌體的破壞大致經(jīng)歷以下三個(gè)階段：

第一階段，從開(kāi)始加荷到個(gè)別磚出現(xiàn)第一條（或第一批）裂縫。這個(gè)階段的特點(diǎn)是如不再增加荷載，裂縫也不擴(kuò)展。當(dāng)砌體受壓時(shí)，磚承受的壓力是不均勻的，而是處于受彎、受剪和局部受壓狀態(tài)下。由于磚的厚度小，又是脆性材料，其抗剪、抗彎強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度，砌體的第一批裂縫就是由于單塊磚的受彎、受剪破壞引起的。此時(shí)軸力約為50~70%Nu砌體中磚的應(yīng)力狀態(tài)(a)砌體中個(gè)別磚的受力狀態(tài)；(b)磚表面砂漿不均勻

第二階段，隨著荷載的增加，單塊磚內(nèi)個(gè)別裂縫不斷開(kāi)展并擴(kuò)大，并沿豎向通過(guò)若干層磚形成連續(xù)裂縫。此時(shí)軸力約為80~90%Nu

第三階段，砌體完全破壞的瞬間。繼續(xù)增加荷載，裂縫將迅速開(kāi)展，砌體被幾條貫通的裂縫分割成互不相連的若干小柱，小柱朝側(cè)向突出，其中某些小柱可能被壓碎，以致最終喪失承載力而破壞。

3.2影響砌體強(qiáng)度的因素（1）塊體的強(qiáng)度、尺寸和形狀

砌體的強(qiáng)度主要取決于塊體的強(qiáng)度。增加塊體的厚度，其抗彎、抗剪能力亦會(huì)增加，同樣會(huì)提高砌體的抗壓強(qiáng)度。塊體的表面愈平整，灰縫的厚度將愈均勻，從而減少塊體的受彎受剪作用，砌體的抗壓強(qiáng)度就會(huì)提高。

（2）砂漿的強(qiáng)度及和易性砂漿強(qiáng)度過(guò)低將加大塊體與砂漿橫向變形的差異，對(duì)砌體抗壓強(qiáng)度不利。和易性好的砂漿具有很好的流動(dòng)性和保水性。在砌筑時(shí)易于鋪成均勻、密實(shí)的灰縫，減少了單個(gè)塊體在砌體中彎、剪應(yīng)力，因而提高了砌體的抗壓強(qiáng)度。（3）砌筑質(zhì)量砌筑質(zhì)量對(duì)砌體抗壓強(qiáng)度的影響，主要表現(xiàn)在水平灰縫砂漿的飽滿(mǎn)程度。灰縫的厚度也將影響砌體強(qiáng)度。水平灰縫厚些容易鋪得均勻，但增加了磚的橫向拉應(yīng)力；灰縫過(guò)薄，使砂漿難以均勻鋪砌。實(shí)踐證明，水平灰縫厚度宜為8~12mm。

3.3塊體和砂漿的強(qiáng)度等級(jí)燒結(jié)普通磚、燒結(jié)多孔磚根據(jù)其抗壓的強(qiáng)度可分為MU30，MU25，MU20，MU15，MU10五個(gè)級(jí)別，代表的毛截面極限抗壓強(qiáng)度為30、25、20、15、10N/mm2。

砌塊的強(qiáng)度等級(jí)可分為MU20，MU15，MU10、M7.5，M5五個(gè)級(jí)別；石材的強(qiáng)度等級(jí)可分為MU100，MU80，MU60、M50，M40，MU30、M20七個(gè)級(jí)別。

常用砂漿強(qiáng)度等級(jí)分為M15，M10，M7.5，M5，M2.5五級(jí)，代表抗壓強(qiáng)度為15、10、7.5、5、2.5N/mm2。

3.4磚砌體的抗壓強(qiáng)度磚砌體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試件（370*490*1000mm）進(jìn)行抗壓實(shí)驗(yàn)后得到的統(tǒng)計(jì)值，標(biāo)示為fk，抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值是考慮到材料分項(xiàng)系數(shù)γrm（一般取1.5，相除）后得到的強(qiáng)度值f，相當(dāng)于磚砌體在非正常生產(chǎn)情況下的最小可能值。3.5磚砌構(gòu)件的破壞形態(tài)（1）受壓破壞因磚對(duì)砂漿在橫向變形的限制作用（變大），使得磚收到橫向拉伸，是發(fā)生第一階段受壓破壞的重要因素。（2）軸心受拉破壞

在圓形水池設(shè)計(jì)中，由于內(nèi)部液體的壓力在池壁中產(chǎn)生環(huán)向水平拉力，而使砌體垂直截面處于軸心受拉狀態(tài)，有兩種基本破壞形式：1）當(dāng)塊體強(qiáng)度等級(jí)較高，砂漿強(qiáng)度等級(jí)較低時(shí)，砌體將沿齒縫破壞（如下頁(yè)圖中Ⅰ-Ⅰ、Ⅰ′-Ⅰ′截面）均為齒縫破壞。2）當(dāng)塊體強(qiáng)度等級(jí)較低，砂漿強(qiáng)度等級(jí)較高時(shí)，砌體的破壞可能沿豎直灰縫和塊體截面連成的直縫破壞（如下頁(yè)圖中中的Ⅱ-Ⅱ）。砌體軸心受拉破壞形態(tài)（3）彎曲受拉破壞

帶支墩的擋土墻和風(fēng)荷載作用下的圍墻均屬受彎構(gòu)件，砌體的彎曲受拉破壞有三種基本形式：（1）當(dāng)塊體強(qiáng)度等級(jí)較高時(shí)，砌體沿齒縫破壞（如下頁(yè)圖中Ⅰ-Ⅰ截面）。（2）當(dāng)塊體強(qiáng)度等級(jí)較低，而砂漿強(qiáng)度等級(jí)較高時(shí)，砌體可能沿豎直灰縫和塊體截面連成的直縫破壞（如下頁(yè)圖中Ⅱ-Ⅱ截面）。（3）當(dāng)彎矩較大時(shí)，砌體將沿彎矩最大截面的水平灰縫產(chǎn)生沿通縫的彎曲破壞（如下頁(yè)圖中Ⅲ-Ⅲ截面）。砌體彎曲受拉破壞形態(tài)（4）受剪破壞砌體結(jié)構(gòu)中的門(mén)窗磚過(guò)梁、拱過(guò)梁支座均屬受剪構(gòu)件。它們可能沿階梯形截面受剪破壞或沿通縫截面受剪破壞。砌體受剪破壞形態(tài)影響無(wú)筋砌體受壓構(gòu)件承載力的因素主要有：截面積A，砌體抗壓強(qiáng)度f(wàn)，構(gòu)件的高厚比β，偏心距e。（1）截面積A相同情況下，截面積越大，對(duì)軸心受壓越有利；對(duì)于偏心受壓，也可以使軸向力偏心距限定在可控的范圍內(nèi)（0.6y），避免出現(xiàn)過(guò)大的水平裂縫。若截面積小于0.3m2，需要用抗力調(diào)整系數(shù)γa對(duì)抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值進(jìn)行修正，γa=A+0.74.無(wú)筋砌體受壓構(gòu)件承載力估算方法（2）砌體抗壓強(qiáng)度f(wàn)砌體的抗壓強(qiáng)度取決于砌塊與砂漿的強(qiáng)度，在受壓砌體截面積太小、跨度太大或砂漿用料不同時(shí)還需要進(jìn)行修正。（3）構(gòu)件的高厚比高厚比是指構(gòu)件的計(jì)算高度與規(guī)定厚度的比值。規(guī)定厚度對(duì)墻取厚度，對(duì)柱取對(duì)應(yīng)的邊長(zhǎng)，對(duì)帶壁柱的T字形截面墻取截面的折算厚度。高厚比β≤3者為短柱、β>3者為長(zhǎng)柱。長(zhǎng)柱需要考慮因縱向彎曲而使承載力降低的影響。hT：折算厚度，截面為矩形時(shí)取偏心方向的邊長(zhǎng)，T形時(shí)取3.5倍回轉(zhuǎn)半徑。H0：計(jì)算高度，取決于靜力計(jì)算方案、橫墻間距以及墻體的高度；γβ：不同砌筑材料的高厚比修正系數(shù)。靜力計(jì)算方案是根據(jù)房屋的空間工作性能確定的結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算簡(jiǎn)圖?，F(xiàn)有規(guī)范以屋蓋類(lèi)型及橫墻間距作為主要依據(jù)，將混合結(jié)構(gòu)房屋的靜力計(jì)算方案劃分為剛性方案、剛彈性方案和彈性方案。橫墻對(duì)受力分配的影響（以水平風(fēng)荷載作用下的單層房屋為例）：

1）如屋蓋為裝配式鋼筋混凝土樓蓋，兩端沒(méi)有設(shè)置山墻，則房屋的水平風(fēng)荷載傳遞路線為：風(fēng)荷載→縱墻→縱墻基礎(chǔ)→地基。

計(jì)算簡(jiǎn)圖為單跨平面排架。

2）如兩端有山墻，因山墻的約束，其傳力途徑發(fā)生了變化。整個(gè)房屋墻頂?shù)乃轿灰撇辉傧嗤＞嗌綁嚯x愈遠(yuǎn)的墻頂水平位移愈大，距山墻距離愈近的墻頂水平位移愈小。房屋的水平風(fēng)荷載傳遞路線為：風(fēng)荷載→縱墻→→地基兩端有山墻的單層房屋受力及變形