第9章砌體結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)淮南聯(lián)合大學(xué)建筑與藝術(shù)授課方張平80課件

第9章砌體結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)淮南聯(lián)合大學(xué)-建筑與藝術(shù)學(xué)院授課教師：方張平鋼結(jié)構(gòu)2砌體結(jié)構(gòu)11砌體結(jié)構(gòu)砌體結(jié)構(gòu)9.1砌體結(jié)構(gòu)9.1.1砌體受壓構(gòu)件1．砌體受壓構(gòu)件的破壞形態(tài)從加載開始到個(gè)別磚塊上出現(xiàn)初始裂縫為止是第Ⅰ階段。出現(xiàn)初始裂縫時(shí)的載荷約為破壞載荷的0.5～0.7倍，其特點(diǎn)是：載荷不增加，裂縫也不會繼續(xù)擴(kuò)展，裂縫僅僅是單磚裂縫。若繼續(xù)加載，砌體進(jìn)入第Ⅱ階段，其特點(diǎn)是：載荷增加，原有裂縫不斷開展，單磚裂縫貫通形成穿過幾皮磚的豎向裂縫，同時(shí)有新的裂縫出現(xiàn)，若不繼續(xù)加載，裂縫也會緩慢發(fā)展。當(dāng)載荷達(dá)到破壞載荷的0.8～0.9倍時(shí)，砌體進(jìn)入第Ⅲ階段，此時(shí)載荷增加不多，裂縫也會迅速發(fā)展，砌體被通長裂縫分割為若干個(gè)半磚小立柱，由于小立柱受力極不均勻，最終磚砌體會因小立柱的失穩(wěn)而破壞。砌體結(jié)構(gòu)（a）第Ⅰ階段

（b）第Ⅱ階段

（c）第Ⅲ階段

砌體結(jié)構(gòu)2．無筋砌體局部受壓的破壞形態(tài)局部受壓是工程中常見的情況，其特點(diǎn)是壓力僅僅作用在砌體的局部受壓面上，如獨(dú)立柱基的基礎(chǔ)頂面、屋架端部的砌體支承處、梁端支承處的砌體等，均屬于局部受壓的情況。若砌體局部受壓面積上壓應(yīng)力呈均勻分布，則稱為局部均勻受壓，如下圖所示。砌體均勻局部受壓

砌體結(jié)構(gòu)因縱向裂縫的發(fā)展而破壞：在局部壓力作用下有豎向裂縫和斜向裂縫，其中部分裂縫逐漸向上或向下延伸并在破壞時(shí)連成一條主要裂縫，如圖（a）所示；

劈裂破壞：在局部壓力作用下產(chǎn)生的縱向裂縫少而集中，且初裂載荷與破壞載荷很接近，在砌體局部面積大而局部受壓面積很小時(shí)，有可能產(chǎn)生這種破壞形態(tài)，如圖（b）所示；與墊板接觸的砌體局部破壞：墻梁的墻高與跨度之比較大，砌體強(qiáng)度較低時(shí)，有可能產(chǎn)生梁支承附近砌體被壓碎的現(xiàn)象，如圖（c）所示。（a）

（b）

（c）砌體局部受壓破壞形態(tài)

砌體結(jié)構(gòu)由于砌體周圍未直接受荷部分對直接受荷部分砌體的橫向變形起著約束作用，因而砌體局部抗壓強(qiáng)度高于砌體抗壓強(qiáng)度。砌體局部受壓時(shí)抗壓強(qiáng)度的提高程度可用局部抗壓強(qiáng)度提高系數(shù)

來反映，其計(jì)算公式為：式中：A0——影響砌體局部抗壓強(qiáng)度的計(jì)算面積，按圖規(guī)定采用；A1——矩形局部受壓面積。砌體結(jié)構(gòu)（a）

（b）（c）

（d）a，b—矩形局部受壓面積A1的邊長；h，h1—墻厚或柱的較小邊長；c—矩形局部受壓面積的外邊緣至構(gòu)件邊緣的較小邊距離，當(dāng)c大于h時(shí)，應(yīng)取h砌體局部受壓影響面積砌體結(jié)構(gòu)3．剛性墊塊的構(gòu)造措施當(dāng)梁端下支撐的砌體局部受壓不足時(shí)，可以設(shè)置剛性墊塊，以增加局部受壓的受力面積。如圖所示，剛性墊塊的構(gòu)造應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）剛性墊塊的高度不宜小于180mm，自梁邊算起的墊塊挑出長度不宜大于墊塊高度

；（2）在帶壁柱墻的壁柱內(nèi)設(shè)置剛性墊塊時(shí)，其計(jì)算面積應(yīng)取壁柱范圍內(nèi)的面積，而不應(yīng)計(jì)入翼緣部分，同時(shí)壁柱上墊塊深入翼墻內(nèi)的長度不應(yīng)小于120mm；（3）當(dāng)現(xiàn)澆墊塊與梁端整體澆注時(shí)，墊塊可在梁高范圍內(nèi)設(shè)置。剛性墊塊的設(shè)置要求砌體結(jié)構(gòu)9.1.2

過梁、挑梁和圈梁1．過梁1）過梁的種類與構(gòu)造過梁是砌體結(jié)構(gòu)中門窗洞口上承受上部墻體自重和上層樓蓋傳來的載荷的梁。常用的過梁有四種類型，如圖所示。（a）磚砌平拱過梁

（b）磚砌弧拱過梁（c）鋼筋磚過梁

（d）鋼筋混凝土過梁砌體結(jié)構(gòu)2）過梁的受力特點(diǎn)磚砌過梁承受載荷后，上部受拉、下部受壓，象受彎構(gòu)件一樣受力。隨著載荷的增大，當(dāng)跨中豎向截面的拉應(yīng)力或支座斜截面的主拉應(yīng)力超過砌體的抗拉強(qiáng)度時(shí)，將先后在跨中出現(xiàn)豎向裂縫，在靠近支座處出現(xiàn)階梯形斜裂縫。對于磚砌平拱，過梁下部的拉力將由兩端砌體提供的推力來平衡；對于鋼筋磚過梁，過梁下部的拉力將由鋼筋承擔(dān)；鋼筋混凝土過梁與鋼筋磚過梁類似。試驗(yàn)表明，當(dāng)過梁上的墻體達(dá)到一定高度后，過梁上的墻體形成內(nèi)拱將產(chǎn)生卸載作用，使一部分載荷直接傳遞給支座，而不會全部作用在過梁上。作用在過梁上的載荷有砌體自重和過梁計(jì)算高度內(nèi)的梁板載荷。砌體結(jié)構(gòu)2．挑梁1）挑梁的受力特點(diǎn)挑梁在懸挑端集中力F、墻體自重以及上部載荷作用下，共經(jīng)歷三個(gè)工作階段。（1）彈性工作階段；（2）帶裂縫工作階段；（3）破壞階段（挑梁傾覆破壞，梁下砌體局部受壓破壞，挑梁彎曲破壞或剪切破壞）。2）挑梁的構(gòu)造要求挑梁設(shè)計(jì)除應(yīng)滿足現(xiàn)行國家規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定外，還應(yīng)滿足下列要求：（1）挑梁埋入砌體長度

與挑出長度l之比宜大于1.2；當(dāng)挑梁上無砌體時(shí)，l1與l之比宜大于2；（2）縱向受力鋼筋至少應(yīng)有1/2的鋼筋面積伸入梁尾端，且不少于2Φ12。其余鋼筋伸入支座的長度不應(yīng)小于2l1/3。砌體結(jié)構(gòu)3．圈梁1）圈梁的定義圈梁是在房屋的檐口、窗頂、樓層、吊車梁頂或基礎(chǔ)頂面標(biāo)高處，沿砌體墻水平方向設(shè)置的封閉狀、按構(gòu)造配筋的混凝土梁式構(gòu)件。圈梁通常設(shè)置在基礎(chǔ)墻、檐口和樓板處，其數(shù)量和位置與建筑物的高度、層數(shù)、地基狀況和地震強(qiáng)度有關(guān)。2）圈梁的作用在砌體結(jié)構(gòu)中設(shè)置圈梁是為了增強(qiáng)建筑的整體剛度及墻身的穩(wěn)定性。圈梁可以減少因基礎(chǔ)不均勻沉降或較大振動對建筑物的不利影響及其所引起的墻身開裂。在抗震設(shè)防地區(qū)，利用圈梁加固墻身就顯得更加必要。砌體結(jié)構(gòu)3）圈梁的構(gòu)造圈梁宜連續(xù)地設(shè)在同一水平面上，沿縱橫墻方向應(yīng)形成封閉狀。圈梁在縱橫墻交接處應(yīng)有可靠的連接。對于剛彈性和彈性房屋，圈梁應(yīng)保證與屋架、大梁等構(gòu)件的可靠連接。鋼筋混凝土圈梁的寬度宜與墻厚相同。圈梁兼作過梁時(shí)，過梁部分的鋼筋應(yīng)按計(jì)算用量另行增配采用現(xiàn)澆樓（屋）蓋的多層砌體結(jié)構(gòu)房屋，當(dāng)層數(shù)超過5層，在按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)隔層設(shè)置現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁時(shí)，應(yīng)將梁板和圈梁一起現(xiàn)澆。2鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)9.2鋼結(jié)構(gòu)9.2.1鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍1．鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)是用鋼材（鋼材和型鋼等）制作的結(jié)構(gòu)，和其他材料結(jié)構(gòu)相比，它具有如下特點(diǎn)。1）強(qiáng)度高；2）材質(zhì)均勻；

3）塑性、韌性好；4）工業(yè)化程度高；

5）耐腐蝕性差；6）耐火性差。2．鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍重型廠房結(jié)構(gòu)；受動力載荷作用的廠房結(jié)構(gòu)；大跨結(jié)構(gòu)；多層、高層和超高層建筑；塔桅結(jié)構(gòu)；可拆卸、裝配式房屋。鋼結(jié)構(gòu)9.2.2鋼結(jié)構(gòu)的連接鋼結(jié)構(gòu)的連接方法有焊縫連接、螺栓連接和鉚釘連接三種，如圖所示，其中鉚釘連接因費(fèi)料費(fèi)工，現(xiàn)在已基本不采用。

（a）焊縫連接

（b）螺栓連接

（c）鉚釘連接鋼結(jié)構(gòu)1．焊縫連接焊縫連接是目前鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法。其特點(diǎn)是構(gòu)造簡單，加工方便，節(jié)約鋼材，連接的剛度大，密封性能好，易于采用自動化作業(yè)；但會產(chǎn)生殘余應(yīng)力和殘余變形，且連接的塑性和韌性較差。鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法是電弧焊，包括手工電弧焊、自動或半自動埋弧焊、氣體保護(hù)焊等。2．螺栓連接螺栓連接可分為普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接兩種。鋼結(jié)構(gòu)采用的普通螺栓形式為六角頭型，其代號用字母M和公稱直徑的毫米數(shù)表示。螺栓的排列有并列和錯(cuò)列兩種基本形式。高強(qiáng)度螺栓連接為保證所需要的摩擦阻力，必須采用高強(qiáng)鋼材，在螺栓桿軸方向應(yīng)有強(qiáng)大的預(yù)拉力（其反作用力使被連接板件受壓），且被連接板件間應(yīng)通過處理使其具有較大的抗滑移系數(shù)。鋼結(jié)構(gòu)9.2.3鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件1．軸心受力構(gòu)件在鋼結(jié)構(gòu)中，軸心受力構(gòu)件的應(yīng)用十分廣泛，如桁架、剛架、排架、塔架及網(wǎng)殼等桿件體系。這類結(jié)構(gòu)通常假設(shè)其節(jié)點(diǎn)為鉸接連接，當(dāng)無節(jié)間載荷作用時(shí)，只有軸向拉力和壓力，分別稱為軸心受拉構(gòu)件和軸心受壓構(gòu)件。1）軸心受力構(gòu)件的截面形式軸心受力構(gòu)件的截面形式一般分為兩類：一是熱軋型鋼截面；二是型鋼組合截面或格構(gòu)式組合截面，如圖所示。鋼結(jié)構(gòu)（a）熱軋型鋼截面（b）型鋼組合截面（c）格構(gòu)式組合截面對軸心受力構(gòu)件截面形式的共同要求是：能提供強(qiáng)度所需要的截面面積；制作簡便；便于和相鄰構(gòu)件連接；截面寬大而壁厚較薄，以滿足剛度要求。對軸心受壓構(gòu)件而言，因其穩(wěn)定性直接取決于其整體剛度，所以其截面兩個(gè)主軸方向的尺寸應(yīng)寬大。根據(jù)以上情況，軸心受壓構(gòu)件除經(jīng)常采用雙角鋼和寬翼緣工字形截面外，有時(shí)需要采用實(shí)腹式或格構(gòu)式組合截面。鋼結(jié)構(gòu)2）軸心受壓構(gòu)件的構(gòu)造（1）截面特點(diǎn)單角鋼截面適用于塔架、桅桿結(jié)構(gòu)、起重機(jī)臂桿或輕便桁架。雙角鋼便于在不同情況下組成接近于等穩(wěn)定的壓桿截面，常用于由節(jié)點(diǎn)板連接桿件的平面桁架。H型鋼的寬度與高度相同時(shí)，強(qiáng)軸的回轉(zhuǎn)半徑約為弱軸回轉(zhuǎn)半徑的2倍，對于在中點(diǎn)有側(cè)向支撐的獨(dú)立柱最適合。焊接工字形截面制造簡單，其腹板按局部穩(wěn)定的要求可做得很薄而節(jié)約鋼材，應(yīng)用十分廣泛。為使翼緣與腹板便于焊接，其截面的高度和寬度應(yīng)大致相同。十字形截面在兩個(gè)主軸方向的回轉(zhuǎn)半徑是相同的，對于重型中心受壓柱，當(dāng)兩個(gè)方向的計(jì)算長度相同時(shí)，這種截面最為有利。方管或由鋼板焊成的箱形截面，承載能力和剛度都較大，但連接構(gòu)造復(fù)雜，常用作高大的承重支柱。在輕型鋼結(jié)構(gòu)中，可采用各種冷彎薄壁型鋼截面組成壓桿，從而獲得較好經(jīng)濟(jì)效果。鋼結(jié)構(gòu)3）格構(gòu)式軸心受壓柱格構(gòu)式構(gòu)件是將肢件用綴材連成一體的一種構(gòu)件。綴材分綴條和綴板兩種，相應(yīng)地格構(gòu)式構(gòu)件也分為綴條式和綴板式兩種。綴條一般用單角鋼組成，綴板則采用鋼板組成，如圖所示。在構(gòu)件截面上與肢件的腹板相交的軸線稱為實(shí)軸；而與綴材平面垂直的軸稱為虛軸。格構(gòu)式受壓構(gòu)件是把肢件布置在距截面形心一定距離的位置上，通過調(diào)整肢件間距離以使兩個(gè)方向具有相同的穩(wěn)定性。肢件通常為槽鋼、工字鋼或H型鋼，用綴材把它們連成整體，以保證各肢件能共同工作。（2）構(gòu)造特點(diǎn)實(shí)腹式柱的橫向加勁肋鋼結(jié)構(gòu)

（a）綴條

（b）綴條

（c）綴板格構(gòu)式構(gòu)件的組成鋼結(jié)構(gòu)

格構(gòu)柱截面由于材料集中于分肢，與實(shí)腹柱相比，在用料相同的情況下可增大截面慣性矩，提高剛度及穩(wěn)定性，從而節(jié)約鋼材。格構(gòu)柱的橫截面為中部空心的矩形，抗扭剛度較差。為了提高格構(gòu)柱的抗扭剛度，保證柱子在運(yùn)輸和安裝過程中的形狀不變，應(yīng)每隔一段距離設(shè)置橫隔，橫隔可用鋼板或交叉角鋼組成，如圖所示。（a）鋼板

（b）交叉角鋼格構(gòu)柱的橫隔鋼結(jié)構(gòu)4）柱頭柱頭設(shè)計(jì)要求傳力可靠、構(gòu)造簡單和便于安裝，柱頭的構(gòu)造是與梁的端部構(gòu)造密切相關(guān)的。為了適應(yīng)梁的傳力要求，軸心受壓柱的柱頭有兩種構(gòu)造方案：一種是將梁設(shè)置于柱頂；另一種是將梁連接于柱的側(cè)面。5）柱腳軸心受壓柱柱腳的作用是將柱身的壓力均勻地傳給基礎(chǔ)，并和基礎(chǔ)牢固連接。在整個(gè)柱中柱腳是比較費(fèi)鋼材、也比較費(fèi)工的部分，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求構(gòu)造簡單，并便于安裝固定。軸心受壓柱的柱腳按其和基礎(chǔ)的固定方式可以分為兩種：鉸接柱腳和剛性柱腳。鋼結(jié)構(gòu)2．受彎構(gòu)件受彎構(gòu)件主要是指承受橫向載荷而受彎的實(shí)腹鋼構(gòu)件，即鋼梁。它是組成鋼結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件之一，在工業(yè)與民用建筑中應(yīng)用十分廣泛。1）受彎構(gòu)件的分類按支承情況不同，鋼梁可分為簡支梁、懸臂梁和連續(xù)梁。鋼梁一般采用簡支梁，它不僅制造簡單，安裝方便，而且可以避免支座沉陷所產(chǎn)生的不利影響。按截面形式不同，鋼梁可分為型鋼梁和組合梁兩大類。型鋼梁又可分為熱軋型鋼梁和冷彎薄壁型鋼梁兩種。此外，還可根據(jù)跨度和載荷大小的需要，采用蜂窩梁，它是將工字鋼或H形鋼的腹板沿折線切開后焊接而成的梁。根據(jù)梁截面沿長度方向有