《砌体结构讲义》PPT课件.ppt

砌体结构,主讲教师：冯云平,第一讲.绪论,本课程主要内容： 1、砌体及其基本材料力学性能 2、砌体结构构件的承载力的计算 3、混合结构房屋墙体设计 4、配筋砌体构件的承载力的计算 5、过梁、圈梁、墙梁、挑梁的计算 6、砌体结构抗震设计,一砌体结构的概念种类及应用,1概念： 砌体结构是指用砖、石或砌块为承重块材，用砂浆砌筑的结构。按照块材的不同，分为砖砌体、石砌体和砌块砌体三大类。,2种类：,乱石块、土块块石、条石、土砖（干打垒）烧结砖（红砖）页岩砖、空心红砖、空心页岩砖、煤渣砖混凝土砌块（粉煤灰、煤矸石砌块）加筋砖、加筋砌块夹心墙,板筑土砖墙：干打垒,石墙房屋,砖墙房屋,尼罗河三角洲的吉萨建造的三座大金字塔（公元前2723前2563年），是精确的正方锥体，其中最大的胡夫金字塔，塔高146.6米，底边长230.60米，约用230万块重2.5吨的石块建成。,公元7082年建造的罗马大斗兽场（科洛西姆圆形竞技场）平面为椭圆形，长轴189米，短轴156.4米，高48.5米，分四层，可以容纳58万观众，也用块石砌成。,长城,中国隋朝李春建造的赵州桥是中国最古和当时跨径最大的单孔空腹式石拱桥,西安大雁塔也为砖砌单筒体结构，高60多米，1200多年来，历经数次地震，仍巍然屹立。,二砌体结构的发展方向：,1开发新材料（高强、低密度） 2发展新技术（墙体新处理方法） 3提倡环保、节约 4引进国外、东部的先进经验,三、砌体结构的优缺点,1优点： （1）来源广泛、易于就地取材 （2）有很好的耐火性、耐久性、使用年限长（相对于钢木结构） （3）保温、隔热性能好，节能效果明显 （4）节约水泥和钢材，不需要模板及特殊的技术设备，造价低 （5）相对于框架结构，平面形式较灵活,2缺点：,（1）自重大 （2）抗拉、抗弯及抗剪强度低，抗震及抗裂性能较差，抗压强度不太高 （3）砌筑工作繁重、手工劳动、效率低 （4）粘土砖用量大，不利于农田 （5）只能建造低层房屋,第二讲、砌体及其基本材料力学性能,一砌体材料及其强度等级 （一）砖 1种类：烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖 （1）烧结普通砖(标砖)： 尺寸：240*115*53 （2）烧结多孔砖： 尺寸：240*115*90、190*190*190 空洞率大于15，小于40，孔的尺寸小而数量多 （3）蒸压灰砂砖： 尺寸：240*115*53 （4）蒸压粉煤灰砖：简称粉煤灰砖 尺寸：240*115*53,多 孔 砖,2强度等级：,（1）普通砖、多孔砖：Mu30,Mu25,Mu20,Mu15,Mu10， 常用为Mu10，最多不超过 Mu15, 原因:砖砌体房屋层数（7层）和高度（21M）的限制使采用高强度砖没有必要 （2）灰砂砖、粉煤灰砖：Mu25,Mu20,Mu15,Mu10,（二）砌块,1种类：混凝土空心砌块、加气混凝土砌块、硅酸盐实心砌块、烧结空心砌块 2优点：减轻劳动量、加快施工进度、相对强度高、密度低（实心为1516KN/M3） 3分类： 小型：高度180mm360mm 中型：高度360mm900mm 大型：高度大于900mm 4强度： Mu20,Mu15,Mu10,Mu7.5,Mu5,Mu3.5,砌块,(三)、石材：,1种类：料石与毛石 2用途：墙下条基、承重墙、桥 3优点：强度高、抗冻与抗气性能好 4缺点：笨重、保温性能差 5强度： Mu100,Mu80,Mu50,Mu40,Mu30,Mu20,6.其它指标,(1)表观密度。与石材的矿物组成及孔隙率有关，根据表观密度可划分为轻质石材与重质石材两大类。 (2) 吸水性。石材吸水后强度降低，抗冻性变差，导热性增加，耐水性和耐久性下降。表观密度大的石材，孔隙率小，吸水率也小。,6.其它指标,(3)耐水性。 石材的耐水性按其软化系数值的大小分为三等，即： 高耐水性石材：软化系数大于o9； 中耐水性石材：软化系数介于07-09； 低耐水性石材：软化系数介于06-0，7 (4)抗冻性。石材的抗冻性与吸水率大小有密切关系。一般吸水率大的石材，抗冻性能较差。另外，抗冻性还与石材吸水饱和程度、冻结程度和冻融次数有关。石材在水饱和状态下，经规定次数的冻融循环后，若无贯穿缝且重量损失不超过5，强度损失不超过25时，则为抗冻性合格。,（四）、砂浆,1分类： （1） 水泥砂浆（刚性砂浆）能在潮湿环境中硬化，多用于含水量比较大的地下砌体。 （2） 混合砂浆强度较好，施工方便，常用于地上砌体。 （3） 石灰砂浆、粘土砂浆、石膏砂浆（柔性砂浆）不含水泥,2质量控制指标：,1）、可塑性 2）、保水性 3）、耐久性 为了适应砌块建筑应用的需要，提高砌块砌体的砌筑质量，新规范提出了砼砌块专用砂浆，即根据需要掺入掺合料和外加剂使砂浆具有更好的和易性和粘结力，其强度等级用Mb表示， Mb30，Mb25，Mb20，Mb15，Mb10，Mb7.5，Mb5。,3.砂浆的强度等级 （1）采用边长为70.7的立方体标准试块，在温度为203C环境下，水泥砂浆在湿度为90%以上、水泥石灰砂浆在湿度为60%-80%条件下养护28天，具有95%保证率的抗压强度。 （2）M15、M10、M7.5、M5、M2.5，M表示砂浆 注：验算施工阶段未硬化的新砌体强度时，按砂浆强度为0计算。,4选用原则：,（1）有足够的强度 （2）有较好的和易性 （3）有较好的保水性 （4）砌体材料（砖石、砌块）强度等级高于砂浆等级,对于六层及六层以上房屋的外墙、潮湿房间的墙，以及受振动或层高大于6m的墙、柱，从耐久性要求出发，考虑到强度等级低的材料易腐蚀风化，砌体规范规定了材料最低强度等级：砖MU10；砌块MU7.5；石材MU30；砂浆M5。 对于地面以下或防潮层以下的砌体，按其潮湿程度，砌体规范规定了用材料的最低强度等级，,二砌体的种类,（一）砖砌体 1砌筑方式：一顺一顶、三顺一顶、五顺一顶、空斗墙等（承重墙已取消空斗墙） 2标准墙厚： 实心墙120、240、370、490、620、740及180、300、420 空心砖120、200 3砌筑原则：不得出现竖向通缝,(二)、石砌体 料石砌体 毛石砌体 毛石砼砌体在模板内交替浇筑不规则的毛石层及砼层而成的，用于毛石砼中的砼，其含砂量应比普通砼高，通常每浇筑120150砼即设毛石一层。,（三）、配筋砌体 提高砌体强度或当构件截面尺寸受到限制时，可在砌体砌体内配置适量钢筋或钢筋砼。 1、配筋砖砌体 （1）网状配筋砖砌体（横向配筋砖砌体） 作用：提高砖砌体抗压强度（因为约束了砌体横向变形） （2）组合砖砌体（纵向配筋砌体） 作用：提高构件抗弯能力。 （3）砖砌体和钢筋砼构造柱组合墙,a.水平网状配筋砌体， 在水平灰缝中配置钢筋网片，提高轴心抗压承载力 b.混凝土或钢筋砂浆面层组合砖砌体， 偏心距超限的砖砌体外侧配置纵向钢筋 ，提高偏心抗压承载力 c.砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙 ，在房屋墙体中设置间距不大于4m的构造柱，提高砖墙的承载力,2、配筋砌块砌体 （1）约束配筋砌块砌体仅在砌体墙体的转角、接头部位及较大洞口的边缘设置竖向钢筋，并在这些部位设置一定数量的钢筋网片，主要用于中低层建筑 （2）均匀配筋砌块砌体,三、砌体的受压性能,1破坏特点：单块砖出现裂缝竖向连续裂缝通缝 2.受压应力状态： （1）单砖在砌体内不是均匀受压，而是受弯和受剪 （2）砌体横向变形时砖和砂浆存在交互作用（砖强度降低而砂浆强度增高，砂浆强度越低越容易破坏） （3）弹性地基梁作用（反弯） （4）竖向灰缝上的应力集中,3影响砌体抗压强度的因素：,（1）块体和砂浆的强度等级 注：砌体强度远小于块体和砂浆的强度等级 （2）块体的尺寸与形状 （3）砂浆的流动性、保水性与弹性模量 （4）砌筑质量和灰缝的厚度 注：水平灰缝砂浆饱满度不低于80，竖向不低于60，灰缝的厚度为810mm,4砌体抗压强度平均值计算公式：,其中f1和f2为块体和砂浆的抗压强度平均值，各系数取值见p20表2.2,四砌体的受拉、受弯、受剪性能,1.特点：砌体的抗弯、抗剪与抗拉强度远低于砌体的抗压强度，这是因为砌体的抗压强度主要取决于块材的强度，然而在大多数情况下，砌体的受弯、受剪与受拉破坏一般均发生在砂浆与块材的连接面上。因此，砌体的抗弯、抗剪、与抗拉强度取决于砌缝的强度，亦即取决于砌缝中砂浆的粘结强度。,鉴于结构构件中块材与砂浆实际强度值的不同，砌体在受剪、受拉及弯曲受拉时，砌体破坏可分为两种情况：（1）破坏沿砌体通缝，即破坏系沿砂浆与块材的粘着面发生这时，砌体的抗剪、抗拉、及弯曲抗拉是在保证块材强度大于砂浆强度的情况下，由砂浆标号决定；（2）破损沿砌体齿缝截面的砌缝和块材本身发生。这时，砌体的抗剪、抗拉强度则主要由块材强度决定。,四砌体的受拉、受弯、受剪性能,2砌体的轴心抗拉性能 破坏类型：沿齿缝破坏、沿竖向通缝破坏、沿水平通缝破坏 抗拉强度平均值公式： 强度决定因素：块体和砂浆强度,2砌体的受弯性能,破坏类型：沿齿缝破坏、沿竖向通缝破坏、沿水平通缝破坏 抗弯强度平均值公式： 强度决定因素：块体和砂浆强度,3砌体的受剪性能,破坏类型：沿齿缝破坏、沿阶梯形缝破坏、沿水平通缝破坏 抗剪强度平均值公式： 强度决定因素：（1）块体和砂浆强度（2）垂直压应力（3）砌筑质量,五砌体的弹性模量,1砌体的材料性质：弹塑性 2弹性模量：由块体和砂浆强度决定 P27表2.4,六砌体的强度计算指标：,一.砌体的强度标准值、设计值及其调整系数： 1标准值： 对于除毛石砌体以外的各类砌体的抗压强度，f=0.17,则： 2设计值：p35 3调整系数：p38 （1） 大跨度、有动力荷载 （2） 水泥砂浆 （3） 小面积 （4） 施工质量,例.,某工业厂房吊车梁下一砖柱，截面面积为370mm*490mm，采用Mu10红砖，M5水泥砂浆，问其抗压强度设计值为多少？ 解：砖柱A0.370.490.18m30.3m3 故：a1=0.7+0.18=0.88 查表3.3，有f=1.5Mpa 有吊车a2=0.9 采用水泥砂浆a3=0.9 故：fa=1.5*0.88*0.9*0.9=1.07Mpa 注：凡没有特别说明施工质量控制等级则均为B级,第3章 无筋砌体构件的承载力计算,教学内容： 1. 砌体结构可靠度设计； 2.无筋砌体受压构件（受压短柱、受压长柱承载力计算）； 3.无筋砌体局部受压（砌体局部受压的特点、砌体局部均匀受压、梁端局部受压、梁下设有钢筋混凝土垫梁）； 4.轴心受拉、受弯和受剪承载力计算； 教学要求： 1、掌握砌体结构可靠度设计方法； 2、掌握影响无筋砌体受压构件承载力的主要因素； 3、了解砌体受压构件承载力计算公式的建立，并掌握公式的应用； 4、掌握砌体局部受压破坏的类型，了解公式的建立，掌握公式的应用； 5、掌握砌体轴心受拉、受弯、受剪构件的计算方法； 重点： 砌体受压构件的承载力计算。,3.1砌体结构的可靠度设计 3.1.1极限状态设计方法的基本概念 研究砌体结构设计方法是为了解决的根本问题是：在结构可靠与经济之间选择一种合理平衡，力求最经济的途径，使所建结构以适当的可靠度满足功能要求。 1、结构的功能要求 （1）安全性在正常设计、正常施工和正常使用条件下，结构应能承受可能出现的各种荷载作用和变形而不发生破坏；在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必要的整体性。 （2）适用性在正常使用时，结构应具有良好的工作性能。 （3）耐久性在正常维护条件下，结构应在预定的设计使用年限内满足各项使用功能的要求，即具有足够的耐久性。,2、结构的极限状态 可靠或有效：结构在使用期间能够满足上述功能要求而良好地工作； 不可靠或失效：结构在使用期间能够满足上述功能要求而良好地工作； 区分结构可靠或失效的标志就是“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。,承载力极限状态：对应于结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形，主要考虑结构安全性功能。 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能的某项规定限制。 砌体结构应按承载力极限状态设计，并满足正常使用极限状态的要求，砌体结构正常使用极限状态，一般情况下可由相应的构造措施来保证。,3、结构的作用、作用效应S、结构抗力R （1）结构上作用使结构产生内力、变形、应力、应变的所有原因。 作用分类： 直接作用施加在结构上的集中荷载和均布荷载。（恒、活、雪、风等）； 间接作用引起结构外加变形或约束变形的其他原因（地震、基础沉降、温度变化、焊接等） （2）结构的作用效应S作用对结构产生的效应（内力、变形等） （3）结构抗力R指整个结构或构件承受作用效应的能力。 影响因素：材料性能、几何参数、结构计算模式,4、结构的可靠度及可靠指标 （1）可靠度定义：结构在规定的时间及规定的条件下，完成预定功能的概率。 （2） 功能函数 z=g(s,k)=R-S Z0可靠状态 Z0极限状态 Z0失效状态 （3）可靠概率Ps完成预定功能概率； 失效概率Pf不能完成预定功能的概率。 按概率理论，可知结构失效概率为：Pf=p（Z0） z=R-s,实际工程中将可靠指标作为衡量结构可靠的定量指标。建筑结构可靠度设计统一标准根据结构的安全等级(下表)和破坏类型，规定了按承载力极限状态设计时的可靠指标值。,结构安全等级和结构重要性系数,结构承载力极限状态的可靠度指标,5、砌体结构按承载能力极限状态 （1）、当可变荷载多于一个时： （2）、当仅有一个可变荷载时：,结构重要性系数，对安全等级为一级或设计使用年限为 50年以上的结构构件不应小于1.1；对安全等级为二级或设计 使用年限为50年的结构构件不应小于1.0；对安全等级为三级或设计使用年限为5年以下的结构构件不应小于0.9。,对于第二个组合的第二项系数为1.40.70.98，可取为1.0 经分析表明，采用两种荷载效应组合模式后，提高了以自重为主的砌体结构可靠度，两个设计表达式的界限荷载效应（可变荷载效应与永久荷载效应比值）0.376 0.376，G1.35,Q1.0 0.376,G1.2,Q1.4,（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。 起有利作用的永久荷载内力标准值 起不利作用的永久荷载内力标准值,4.1无筋砌体受压构件,砌体结构的特点是抗压能力远远超过抗拉，所以在工程上往往作为承重墙和柱。当压力作用于构件截面重心时为轴心受压构件；不作用于截面重心，但作用于截面的一根对称轴上时，为偏心受压构件。如果构件上有轴心压力N，同时有弯矩M作用时，也可视为偏心受压构件，其偏心矩e=M/N。 一、受压短柱 二、受压长柱 三、受压构件承载力计算 四、双向偏心受压,一.短柱受压承载力 1、短柱:3 2、砖砌体受压短柱的试验研究,试验结果的分析： 截面的压应力图形呈曲线分布； 随水平裂缝的发展受压面积逐渐减小，压力合力偏心距也逐渐减小 随着偏心距的增大，构件所能承担的轴向压力明显下降。 3、偏压短柱承载力计算公式：,4、偏心影响系数1试验点的分布和回归得到的 1与e/i的关系曲线,式中， e轴向力偏心距， ； M、N截面弯矩和轴力设计值； i截面的回转半径,5、偏心影响系数,h 矩形截面在轴向力偏心受压方向的边长 T型、十字型截面：,返回,二、长柱受压承载力 细长柱在偏心压力作用下，构件产生纵向弯曲变形，即产生侧向扰度ei，侧向扰度产生附加弯矩Nei ，所以，侧向扰度ei称为附加偏心距 砌体材料非匀质性、构件尺寸偏差、 轴心压力实际作用位置的偏差 偶然偏心 构件纵向弯曲侧向变形 附加弯矩 截面抗压承载力降低,1、附加偏心距法,2、轴心受压弯曲系数0计算：,受压构件承载力计算,1、无筋砌体受压构件的承载力计算公式： NfA 高厚比和轴向力偏心距对受压构件承载力的影响系数。 考虑不同砌体种类受附加偏心距影响程度的不同，对不同块体材料的砌体，应在计算影响系数时对高厚比值乘以修正系数 ：,h矩形截面沿轴向力偏心方向的边长；轴心受压时为截面短边边长。 H0受压构件计算高度； 计算高度的确定条件 墙柱端部约束支承情况 墙柱高度、截面尺寸及位置 计算高度的确定 构件高度H： 房屋底层为楼顶面到基础顶面或刚性室外地面以下500mm； 其他层为楼板或其他水平支点间的距离； 无壁柱的山墙取层高加山墙尖高度的1/2； 带壁柱山墙可取壁柱处的山墙高度。, 墙柱受压构件计算高度的确定，表3-10,注：1.表中Hu为变截面柱的上段高度，Hl为变截面的下段高度； 2.上端为自由端的构件，H0=2H; 3.无柱间支撑的独立砖柱在垂直排架方向的H0应按表中数值乘以1.25后采用； 4.S为房屋横墙间距； 5.自承重墙的计算高度应根据周边支承或拉结条件确定。,2、注意： （1）对矩形截面构件，当轴向力偏心方向边长大于另一边的边长时，除按偏心受压计算外，还应对较小边方向按轴心受压验算。 （2）偏心受压构件的偏心距过大，构件的承载力明显下降，从经济性和合理性角度看都不宜采用，此外，偏心距过大可能使截面受拉边出现过大的水平裂缝。因此，规范规定轴向力偏心距e不应超过0.6y，y为截面重心到受压边缘的距离。,例1一承受轴心压力砖柱的截面尺寸为370mm490mm，采用MU10烧结普通砖、M2.5混合砂浆砌筑，荷载设计值(其中仅有一个活荷载)在柱顶产生的轴向力140kN，柱的计算高度取其实际高度3.5m。试验算该柱承载力。 解 砖柱自重 1.2180.370.493.5=13.7kN 柱底截面的轴心压力 N = 13.7+140=153.7kN 高厚比 ，查表= 0.846 查得f=1.3N/mm2 因柱截面面积A=0.370.49=0.181153.7kN 满足要求。,例2一矩形截面单向偏心受压柱的截面尺寸bh=490mm620mm，计算高度5m，承受轴力和弯矩设计值N=160kN，M=18kNm，弯矩沿截面长边方向。用MU10烧结多孔砖及M2.5混合砂浆砌筑(f =1.29 N/mm2)。试验算柱的承载力。 解 (1)验算柱长边方向承载力,(2)验算柱短边方向承载力 由于轴向力偏心方向的截面边长为长边，故应对短边方向按轴心受压进行承载力验算。,例3房屋柱距4m，带壁柱窗间墙尺寸如图。计算高度H0=6.5m，用MU10烧结多孔砖及M5混合砂浆砌筑(f =1.48 N/mm2)，由荷载产生的轴向力设计值N =280kN，偏心距e=120mm，荷载偏向截面翼缘。试验算壁柱墙的承载力。 解 (1)求折算厚度 A=20.24+0.490.38=0.6660.3m2,返回,hT=3.5i=3.5162 =567mm,（2）受压承载力计算 e = 120 0.6y1= 0.6207=124mm =24，1= 1.0， 2=1-0.4bs/S =1-(0.42)/4 = 0.8 12 = 1.00.824=19.2,Nu=fA= 0.421.48666000= 414kN280kN 满足要求。,返回,4.1.3. 双向偏心受压构件 根据湖南大学的试验研究，规范建议采用附加偏心距法计算双向偏心受压构件承载力：,试验表明：偏心距eh、eb的大小对砌体竖向、水平向裂缝的出现、发展及破坏形态有着不同的影响： 当两个方向的偏心距均很小（偏心率eb /h，eh /b小于0.2）：砌体受力、开裂以至破坏均类似于轴心受压构件的三个受力阶段。 当一个方向偏心距很大（偏心率达0.4），而另一个方向偏心距很小（偏心率小于0.1），砌体的受力性能与单向偏心受压类似。 当两个方向的偏心率达0.2-0.3，砌体内水平裂缝和竖向裂缝几乎同时出现。 当两个方向偏心率达0.3-0.4时，砌体内水平裂缝较竖向裂缝出现早。,式中，eb、eh轴向力在截面重心x轴、y轴方向的偏心距， eb、eh应分别小于0.5x、0.5y； x、y自截面重心沿x轴、y轴至轴向力所在偏心方 向截面边缘的距离； eib、eih轴向力在截面重心x轴、y轴方向的附加偏心 距；,试验表明，当偏心距eb0.3b和eh0.3h时，随着荷载的增加，砌体内水平裂缝和竖向裂缝几乎同时发生，甚至水平裂缝早于竖向裂缝出现，因而设计双向偏心受压构件时，规定偏心距限值为eb0.5x和eh0.5y。 当偏心距较大时，可采取设置缺口垫块等方法以减少压力偏心距。 分析表明，当一个方向的偏心率不大于另一方向偏心率的5%时，可简化按另一方向的单向单向偏心受压(eh/h)计算；,3.3砌体局部受压,一、砌体局部受压的特点 二、局部均匀受压 三、梁端局部受压 四、梁端下设有刚性垫块时的砌体局部受压 五、柔性垫梁下砌体局部受压,3.3.1、砌体局部受压的特点 1、分类 局部均匀受压：砌体截面上作用局部均匀压力； 局部不均匀受压：砌体截面上作用非均匀压力时。,2、破坏形式 （1） 因纵向裂缝发展而破坏 （2） 劈裂破坏 （3） 局压面积处局部破坏,3、砌体局部受压分析 局部受压时，直接受压的局部范围内的砌体抗压强度有很大程度的提高。 套箍强化 应力扩散,力的扩散作用图,局压试件应力分布,3.3.2、砌体局部均匀受压 1、砌体局部抗压强度提高系数,砌体局部抗压强度提高系数 式中，A0影响砌体局部抗压强度的计算面积； Al局部受压面积； 砌体局部抗压强度的计算面积A0可按下表确定 为避免发生脆性的劈裂破坏，应限制局部抗压强度提高系数的最大值,局部受压面积本身砌体的抗压强度,非局部受压面积A0-Al所提供的侧压力的影响,砌体局部抗压强度提高系数表,Ao=( a+h )h +( b+hlh ) hl ，1.5；,Ao=( a+c+h )h ， 2.5 ；,Ao=( b + 2h )h，2.0；,2、砌体局部均匀受压承载力计算公式： NlfAl 式中，Nl局部受压面积上的轴向力设计值； f 砌体抗压强度设计值，但与面积有关的强度调整系数a可不考虑，因此处局部受压面积小反而有利； Al局部均匀受压面积。,3.3.3、梁端局部受压 1、梁端有效支承长度 当梁直接支承在砌体上时，由于梁的弯曲，使梁的末端有脱开砌体的趋势。将梁端底面没有离开砌体的长度称为有效支承长度a0，因此，a0不一定都等于梁端搭入砌体的长度a。梁端局部受压面积Al由a0与梁宽b相乘而得，所以，a0的取值直接影响砌体局部受压承载力。,梁截面高度,砌体抗压强度设计值,2、上部荷载对局部抗压的影响 规范规定，A0/Al3.0时，可以不考虑上部荷载的作用,3、梁端支承处砌体的局部受压承载力计算,上部荷载折减系数,局部受压面积内上部荷载设计值产生的轴向力,梁端荷载设计值产生的支承压力,梁端底面应力图形完整系数，一般可取0.7，对于过梁、墙梁可取1.0,上部平均压应力设计值,例：外纵墙上大梁跨度5.8m，截面尺寸bh= 200mm400mm，支承长度a=190mm，支座反力Nl =79kN。梁底墙体截面上的上部荷载设计值Nu240kN，窗间墙截面1200 mm190mm。墙体用MU10单排孔混凝土小型砌块、Mb7.5砌块砌筑砂浆砌筑(f=2.22N/mm2)，并灌注Cb20混凝土(fc=9.6N/mm2)，孔洞率30%，灌孔率33%。试验算梁端支承处砌体的局部受压承载力。 解 梁端有效支承长度 局部受压面积 Al=a0b= 134200=26800mm2 影响砌体局部抗压强度的计算面积 A0= 190(2190+200)=110200mm2,故取上部荷载折减系数 =0 局部抗压强度提高系数,灌孔混凝土面积和砌体毛面积的比值 =0.300.33=0.10 灌孔砌体的抗压强度设计值 fgf0.6fc2.22+0.60.109.6=2.80 N/mm2Nl=79kN 满足要求。,3.3.4、梁端下设有刚性垫块时的砌体局部受压,目的：改善梁或屋架支座下面砌体的局部受压性能，即通过放大梁端支承面积，以解决受压承载力不足。 垫块种类： 预制、现浇； 刚性、柔性； 1、刚性垫块： 高度tb不宜小于180mm 挑出梁边的长度不宜大于垫块高度tb 带壁柱墙垫块伸入翼墙内的长度不应小于120mm；,考虑荷载偏心距的影响，不计垫块纵向弯曲对受压承载力的影响，不考虑砌体内拱卸荷作用的有利影响，刚性垫块下的砌体局部受压验算公式： N0垫块面积Ab内上部轴向力设计值，N0=0Ab Nl垫块上压力设计值； 垫块上N0及Nl合力的影响系数(即偏心影响系数)，应取 3.0时的值；且Nl合力点为0.4a0时的值 ； 1垫块外砌体面积的有利影响系数，1应取为0.8，但不小于1.0。为砌体局部抗压强度提高系数，以Ab替代Al计算； Ab垫块面积；在带壁柱墙的壁柱上设置刚性垫块时，计算面积A0应取壁柱面积，不应计入墙体翼缘面积； ab垫块伸入墙内的长度 bb垫块的宽度,a0刚性垫块上表面梁端有效长度 1刚性垫块影响系数；,3.3.5、柔性垫梁下砌体局部受压,E、I分别为垫梁的混凝土弹性模量和截面惯性矩； E、h砌体的弹性模量、墙厚,砌体受拉构件、受弯构件和受剪构件的承载力计算，实质上是利用材料力学公式计算构件控制截面上的最大应力设计值，使之不超过相应砌体强度设计值。 一、轴心受拉构件 二、受弯构件 三、受剪构件 四、本章小结,3.4砌体受拉、受弯及受剪承载力计算,一、轴心受拉构件 适用范围：小型砖砌水池和筒仓,轴心受拉构件承载力，可表达为,Nl轴心拉力设计值；,ft砌体轴心抗拉强度设计值,例1、某圆形水池采用MU15烧结普通砖和M7.5水泥砂浆砌筑。其中某1m高的池壁作用有环向拉力N=62kN。试选择该段池壁的厚度。 解 可查得该池壁沿灰缝截面破坏的轴心抗拉强度设计值为0.16N/mm2。由于用水泥砂浆砌筑，a=0.8，故取0.160.8=0.128N/mm2。 选取池壁厚度490mm(两砖厚)。,二、受弯构件 适用范围：砖砌过梁、挡土墙 砖砌体受弯构件的破坏形态： 沿齿缝、沿砖块和竖向灰缝截面弯曲受拉破坏 沿通缝截面弯曲受拉破坏 支座处受剪破坏,1. 受弯承载力验算公式 MftmW 式中，M 弯矩设计值； ftm砌体弯曲抗拉强度设计值； W 截面抵抗矩 矩形截面 W=bh2/6,2. 受剪承载力验算公式： Vfvbz 式中，V 剪力设计值； fv砌体抗剪强度设计值； b 截面宽度； z 内力臂长度， z=I/S。 当截面为矩形时取z=2h/3； I 截面惯性矩； S 截面面积矩； h 矩形截面高度。,例2、某悬臂式水池池壁壁高1.5m，采用MU15烧结普通砖和M7.5水泥砂浆砌筑。已算得池壁底端截面的弯矩设计值M=6.19kNm，剪力设计值V=12.38kN。试验算池壁底端截面的承载力(取截面宽度1m计算)。,解 由于用水泥砂浆砌筑，砌体的弯曲抗拉强度和抗剪强度都应乘以调整系数0.8。 查得沿通缝截面的弯曲抗拉强度设计值为0.14N/mm2，取0.140.8=0.112 N/mm2；而沿齿缝的弯曲抗拉强度设计值为0.29/mm2。应取其中的较小值计算。 W =bh2/6= 10006202/6 = 64106mm3 Mu = ftm W = 0.11264106 = 7.16kNm 6.19kNm 查得抗剪强度设计值为0.14N/mm2，取0.140.8=0.112N/mm2。 Vu = fv bz = 0.1121000(2620)/3= 46.29kN 12.38kN 满足要求。,三、受剪构件 砌体在受剪时，可发生沿阶梯形截面的受剪破坏、沿通缝截面的受剪破坏及沿块体截面或灰缝的受剪破坏。,试验研究表明： 在竖向压应力作用下，由于灰缝粘接强度和摩擦力的共同作用，砌体抗剪承载力有明显的提高。 墙体在复合应力作用下将出现剪摩、剪压和斜压破坏。 受剪构件沿通缝或阶梯形截面承载力验算公式： V(fv+0)A 剪压复合受力影响系数； 当G=1.2时， 当G=1.35时，,V 剪力设计值； fv砌体抗剪强度设计值，对砌块灌孔砌体取fvG； A 构件水平截面面积。当有孔洞时，取砌体净截面面积； 修正系数： 当G=1.2时，砖砌体取0.60；砌块砌体取0.64； 当G=1.35时，砖砌体取0.64；砌块砌体取0.66； 0永久荷载标准值产生的水平截面平均压应力； f 砌体抗压强度设计值。 0 f轴压比，且不大于0.8。,例3、砖砌筒拱如图，用MU10烧结普通砖和M10水泥砂浆砌筑。沿纵向取1m宽的筒拱计算，拱支座截面的水平力为60kN，永久荷载标准值产生的水平截面平均压力为50kN。试验算拱支座截面的受剪承载力。,解 由于用水泥砂浆砌筑，砌体的抗剪强度都应乘以调整系数0.8。查得抗剪强度设计值为0.17N/mm2，取0.170.8=0.136N/mm2；查得砌体抗压强度设计值为1.87N/mm2，取1.870.9=1.78N/mm2。 0= 50103 / (0.371000) = 0.135N/mm2 =0.3110.1180/f = 0.311(0.1180.135) / 1.78= 0.3 Vu=(fv+0)A=(0.136+0.650.30.135)1000370 =60.06kN60kN 满足要求。,第4章 配筋砌体构件承载力计算,本章教学内容： 配筋砖砌体： 网状配筋砖砌体 组合砖砌体 砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙 配筋砌块砌体： 本章教学要求： 理解配筋砖砌体受力特点，计算方法和构造要求。 理解配筋砌块砌体构件受力特点，承载力计算方法及构造。 本章教学重点： 配筋砖砌体构件承载力计算 本章教学难点： 合理选择配筋砌体的类型，并进行承载力计算。,4.1配筋砖砌体构件 4.1.1网状配筋砖砌体,一、定义 二、受力性能 三、承载力计算 四、应用网状配筋砖砌体应注意问题 五、构造措施,一、定义： 网状配筋砖砌体（横向配筋砖砌体） 在砖砌体的水平灰缝内设置一定数量和规格的钢筋网以共同工作。,二、网状配筋砖砌体受压性能 第一阶段： 单块砖内出现第一批裂缝（6075破坏荷载）； 第二阶段： 继续增加荷载，裂缝发展很缓慢，由于被横向钢筋所遮断，很少出现贯通的竖裂缝； 第三阶段： 临破坏时，不像无筋砌体那样被竖向裂缝分割成几个小柱失稳而破坏，而是个别砖被压碎脱落。,为什么网状配筋砖砌体能提高砌体抗压承载力？ 约束砂浆和砖的横向变形，间接提高砌体竖向抗压承载力； 延缓砖块的开裂及其裂缝的发展； 阻止竖向裂缝的上下贯通，避免砖砌体被分裂成小柱导致失稳破坏。提高砖砌体小偏心抗压承载力 。,三、受压承载力计算,fn网状配筋砖砌体抗压强度设计值,fy钢筋的抗拉强度设计值，当fy320N/mm2，取fy320N/mm2,钢筋网配筋率，,或,A截面面积,高厚比、配筋率及轴向力偏心距对网状配筋砖砌体受压构件承载力 的影响系数。,四、网状配筋砖砌体构件的应用注意问题 偏心距超过截面核心范围，不宜采用网状配筋砖砌体构件；（矩形截面e/h0.17；e/h16） 矩形截面轴向力偏心方向的截面边长大于另一方向的边长时，除按偏心受压计算外，还应对较小边长方向按轴心受压进行验算； 当网状配筋砖砌体下端与无筋砌体交接时，尚应验算无筋砌体的局部受压承载力 。,五、构造规定 网状配筋砖砌体中的体积配筋率，不应小于0.1%，并不应大于1%。 采用方格钢筋网时，钢筋的直径宜采用34mm；当采用连弯钢筋网时，钢筋的直径不应大于8mm；当采用连弯钢筋网(图6-1b)时，网的钢筋方向应互相垂直，沿砌体高度交错布置，Sn取同一方向网的间距。 钢筋网中钢筋的间距不应大于120mm，并不应小于30mm。 钢筋网的间距，不应大于5皮砖，并不应大于400mm。 网状配筋砖砌体所用砂浆不应低于M7.5；钢筋网应设置在砌体 的水平灰缝中，灰缝厚度应保证钢筋上下至少各有2mm厚的砂浆层。,4.1.2、组合砖砌体,一、组合砖砌体的定义及应用范围 二、轴心受压组合砖砌体承载力计算 三、偏心受压组合砖砌体承载力计算 四、组合砖砌体的构造措施,一、组合砖砌体的定义及应用范围,1、定义： 由砖砌体和其表面钢筋混凝土面层或钢筋砂浆面层组成。 2、应用范围： 组合砖砌体，不但能显著提高抗弯能力和延性，也能提高抗压能力，因此当受压构件偏心距较大（e0.6）时，适采用组合砖砌体。,二、轴心受压组合砖砌体承载力计算,fc混凝土或砂浆面层的轴心抗压强度设计值，砂浆的轴心抗压强度可取同强度混凝土轴心抗压强度的70，当砂浆为M10，其值取3.5MPa;当砂浆为M7.5时取2.6MPa.,A砖砌体的截面面积；,Ac混凝土或砂浆面层的截面面积,受压钢筋的强度系数，混凝土面层取1.0，砂浆面层取0.9,组合砖砌体的稳定 系数，表62,三、偏心受压组合砖砌体承载力计算,组合砖砌体偏心受压构件，其承载力和变形性能与钢筋混凝土构件相似，破坏形式亦分为大偏心和小偏心两种。 小偏压： 受压区混凝土和部分受压砌体受压破坏； 大偏压： b 距轴向力较远一侧钢筋首先屈服，然后受压区混凝土和部分受压砌体受压破坏。,四、构造要求,（1）面层混凝土强度等级宜采用C15或C20，面层水泥砂浆强度等级不宜低于M7.5，砌筑砂浆不宜低于M5，砖不低于MU10。 （2）竖向受力钢筋的混凝土保护层厚度，不应小于表6-3中的规定。竖向受力钢筋距砖砌体表面的距离不应小于5mm。 注：当面层为水泥砂浆时，对于柱，保护层厚度可减小5mm。,（3）砂浆面层的厚度，可采用3045mm。当面层厚度大于45mm时，其面层宜采用混凝土。 （4）竖向受力钢筋宜采用HPB235级钢筋，对于混凝土面层，亦可采用HRB335级钢筋。受压钢筋一侧的配筋率，对砂浆面层，不宜小于0.1%，对混凝土面层，不宜小于0.2%。受拉钢筋的配筋率，不应小于0.1%。竖向受力钢筋的直径，不应小于8mm，钢筋的净间距，不应小于30mm。,（5）箍筋的直径，不宜小于4mm及0.2倍的受压钢筋直径，并不宜大于6mm。箍筋的间距，不应大于20倍受压钢筋的直径，及500mm，并不应小于120mm。 （6）当组合砖砌体构件一侧的竖向受力钢筋多于4根时，应设置附加箍筋或拉结钢筋。 （7）对于截面长短边相差较大的构件如墙体等，应采用穿通墙体的拉结钢筋作为箍筋，同时设置水平分布钢筋。水平分布钢筋的竖向间距及拉结钢筋的水平间距，均不应大于500mm。 （8）组合砖砌体构件的顶部及底部，以及牛腿部位，必须设置钢筋混凝土垫块。受力钢筋伸入垫块的长度，必须满足锚固要求。,4.1.3砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙,一、定义及应用场合 二、组合墙轴心受压承载力计算公式 三、构造措施,一、定义及应用场合,1、定义： 在砖墙中间隔一定距离设置钢筋砼构造柱，并在各层楼盖处设置钢筋砼圈梁（约束梁），使砖砌体墙和钢筋砼和圈梁组成一个整体结构共同受力。 2、应用场合： 砖墙竖向承载力不足又不愿意增大墙厚，往往在墙体中设钢筋混凝土柱予以加强。,二、组合墙轴心受压承载力计算公式,组合墙稳定系数,砖砌体净截面面积,强度系数 当l/bc小于4，取l/bc等于4。,三、组合砖墙的构造要求,（1）砂浆的强度等级不应低于M5，构造柱的混凝土强度等级不宜低于C20。 （2）柱内竖向受力钢筋的混凝土保护层厚度，应符合表6-3的规定。 （3）构造柱的截面尺寸不宜小于240mm240mm，其厚度不应小于墙厚；边柱、角柱的截面宽度宜适应加大。柱内竖向受力钢筋，对于中柱，不宜少于412；对于边柱、角柱，不宜少于 414。其箍筋，一般部位宜采用6200，楼层上下500mm范围内宜采用6100。构造柱的竖向受力钢筋应在基础梁和楼层圈梁中锚固，并应符合受拉钢筋的锚固要求。 （4）组合砖墙砌体结构房屋，应在纵横墙交接处、墙端部和较大洞口的洞边设置构造柱，其间距不宜大于4m。各层洞口宜设置在相同的位置，并宜上下对齐。 （5）组合砖墙砌体结构房屋应在基础顶面、有组合墙的楼层处设置现浇钢筋混凝土圈梁。圈梁的截面高度不宜小于240mm；纵向钢筋不宜小于412，纵向钢筋应伸入构造柱内，并应符合受拉钢筋的锚固要求；圈梁的箍筋宜采用6200。 （6）砖砌体与构造柱的连接处应砌成马牙槎，并应沿墙高每隔500mm设26拉结钢筋，且每边伸入墙内不宜小于600mm。 （7）组合砖墙的施工程序应为先砌墙后浇混凝土构造柱。,4.3配筋砌块砌体构件,（一）正截面受压承载力计算 1、轴心受压,（1）平截面假定：配筋砌块砌体受力变形后，其截面仍然保持平面； （2）砌体和灌孔混凝土的抗拉强度在截面设计时不考虑； （3）砌体受压区的应力图形可简化为矩形； （4）砌体和灌孔混凝土的极限压应变为0.003；钢筋的极限拉应变不超过0.01。,配筋砌块砌体偏心受压构件，其承载力和变形性能与钢筋混凝土构件相似，破坏形式亦分为大偏心和小偏心两种。,教学内容： 1. 房屋的结构布置和承重体系，房屋的静力计算方案（房屋静力计算简图、刚性、刚弹性方案房屋的横墙要求、空间性能影响系数）； 2. 墙、柱的高厚比验算（墙柱计算高度的确定、墙柱的高厚比验算）； 3. 单层房屋的墙体计算（弹性、刚性、刚弹性方案房屋墙、柱设计）； 4. 多层刚性方案房屋墙体计算、评讲例题。,第5章混合结构房屋墙、柱设计,教学要求： 、掌握混合结构房屋承重体系的类型、特点及使用范围； 、了解混合结构房屋空间工作性质，掌握房屋静力计算方案划分的依据； 、掌握墙、柱高厚比的计算方法； 、掌握各种静力计算方案单层混合结构房屋的墙体设计； 、掌握刚性方案多层混合结构房屋墙体的设计； 6、了解弹性及刚弹性方案多层混合结构房屋墙体的设计。,概述,（1）混合结构房屋： 屋盖、楼盖等水平承重结构的构件采用钢筋砼或木材，而墙、柱、基础等竖向承重构件采用砌体的房屋。 （2）无筋砌体的特性： 墙体抗压性能较好，抗拉性能较差。 （3）砌体房屋结构静力设计： 承重结构体系选择及结构布置，结构计算简图及内力分析，墙、柱高厚比验算及承载力验算，构造措施。,（4）承重墙体的布置,结构布置，包括墙、柱（含构造柱）、梁、板、楼梯、雨蓬、圈梁、过梁等结构构件的平面布置，结构布置是否合理，影响到房屋的强度、刚度、稳定、造价及设计与施工的难易程度。,51混合结构房屋的结构布置和承重体系 混合结构房屋墙体分类 按承重墙体布置方式不同：,承重墙体,自承重墙体,分隔墙体,横墙承重方案,纵墙承重方案,纵横墙承重方案,内框架承重方案,底部框架承重方案,1、横墙承重方案,（1）荷载传递路径： 板 横墙 基础 地基 （2）特点： 横墙为主要承重墙； 横向空间刚度大，整体性好； 结构简单，施工方便； 房间大小固定。 适用于宿舍、住宅、旅馆等居住建筑和由小房间组成的办公楼等,2、纵墙承重方案,（1）荷载传递路径： 板 梁 纵墙 基础 地基。 （2）特点： 纵墙承重，横墙间距不受限制，建筑平面布置灵活； 门窗洞口大小和位置受到限制； 横向刚度小，整体性差。 适用于教学楼、图书馆、食堂、俱乐部、中小型工业厂房等单层和多层空旷房屋。,3、纵横墙承重方案,（1）荷载传递路径 楼（屋）面板 基础 地基 （2）特点： 房间布置灵活； 空间刚度和整体性好。 适用于住宅、教学楼、办公楼及医院等建筑。,梁 纵墙 横墙,4、内框架承重方案,（1）竖向荷载传力路线：,路线：,（2）内框架承重体系特点： 室内空间较大，梁的跨度并不相应增大 由于横墙少，房屋的空间刚度和整体性较差 由于钢筋混凝土柱和砖墙的压缩性能不同，结构易产生不均匀的竖向变形 框架和墙的变形性能相差较大，在地震时易由于变形不协调而破坏,5. 底层框架承重方案,（1）竖向荷载传力路线： 屋（楼）面荷载 上层墙体 墙梁 框架柱 基础 地基 （2）底层框架承重体系特点： 底层使用空间较大，梁的尺度并不相应增大 由于底层墙体较少，沿房屋高度方向，结构空间刚度将发生变化； 经过合理设计，可获得使用和抗震性能较好的底层框架结构体系，实现强柱弱梁的目标。 适用于上部住宅底层商店或车库类房屋。,以上是从大量工程实践中概括出来的几种承重方案，设计时，应根据不同的使用要求，以及地质、材料、施工等条件，按照安全可靠、技术先进、经济合理的原则，对几种可能的承重方案进行经济技术比较，正确选用比较合理的承重方案。,52房屋的静力计算方案,5.2.1、房屋静力计算简图 第一种情况（房屋中间无横墙、两端无山墙）：一单层房屋，外纵墙承重，屋盖为装配式钢筋砼楼盖，两端无山墙。 水平风荷载传递路线： 风荷载 纵墙 纵墙基础 地基,这类房屋中，荷载作用下的墙顶位移主要取决于纵墙的刚度，而屋盖结构的刚度只是保证传递水平荷载时两边纵墙位移相等。,第二种情况：两端有山墙的单层房屋。,这时，纵墙顶部的水平位移（us）不仅与纵墙本身刚度有关，而且与屋盖结构水平刚度和山墙的刚度有很大的关系，因此墙顶水平位移：,山墙顶面水平位移，取决于山墙的刚度,屋盖平面内产生的弯曲变形，取决于屋盖刚度及横（山）墙间距，屋盖刚度愈大，横（山）墙间距愈小，v越小,以上分析表明，由于山墙或横墙的存在，改变了水平荷载的传递路线，使房屋有了空间作用，而且，两端山墙距离越近，或增加越多的横墙，屋盖的水平刚度越大，房屋的空间作用越大，即空间性能越好，则水平位移越小。,砌体房屋静力计算方案的确定,根据房屋空间性能影响系数，为简化房屋内力计算，砌体结构设计规范GB500032001，按照横墙间距S和楼屋盖类别确定了砌体房屋计算方案。,房屋静力计算方案的确定,5.2.2刚性和刚弹性方案的房屋时横墙,为保证横墙具有足够抗侧刚度 1、横墙中开有洞口时，洞口的水平截面面积