砌体结构.ppt

1,MasonryStructure,砌体结构,2,砌体结构MasonryStructure,第一章绪论第二章砌体及其基本材料的力学性能第三章砌体结构构件承载力的计算第四章混合结构房屋墙体设计第五章砌体结构抗震设计,3,第一章绪论,巴比伦的空中花园,是早期人类的主要建筑结构型式。留给现代人类无限宝贵遗产。,建筑是凝固的艺术,中国的秦砖汉瓦,砌体结构是用砖、石或砌块，用砂浆等胶结材料砌筑的结构。,万里长城赵州桥,埃及的金字塔,一、砌体结构发展概况,1、砌体结构发展简史,2019/12/13,4,主要为始建于14世纪的明长城，西起嘉峪关，东至辽东虎山，全长8851.8公里，平均高6至7米、宽4至5米。,第一章绪论,2019/12/13,5,第一章绪论,赵州桥(又称安济桥)建于(605617年)，距今一千三百多年。全长64.4米，拱顶宽9米，跨径37.02米，拱矢7.23米。桥整体是一座单孔弧形桥。但由28道拱纵向并列构成的。在大拱的拱肩上各建造了两个小拱，比实肩拱显得空灵秀丽，使石桥的造型分外美观。特点：桥身为单，跨度大，而弧形平缓，既节约石料，又便于行人和四辆行走；敞肩拱的运用，不仅增加了排水面积，减少了水流阻力，而且又节省石料，减轻了桥身重量增加了桥的稳定性；采用纵向并列砌筑法，每道拱券可独立站稳，自成一体，既便于施工，节约木材，又便于单独修补；桥台基址没有特殊设置，采用天然地基，等等。安济桥不仅科学技术水平很高，而且造型艺术也很优美。它的弧形平拱和敞肩小拱，巨身空灵，雄伟而秀逸，稳重且轻盈。,赵州桥,2019/12/13,6,第一章绪论,埃及共发现金字塔96座，最大的是开罗郊区吉萨的三座金字塔。大金字塔是第四王朝第二个国王胡夫的陵墓，建于公元前2690年左右。原高146.5米，因年久风化，顶端剥落10米，现高136.5米；底座每边长230多米，三角面斜度52度，塔底面积5.29万平方米；塔身由230万块石头砌成，每块石头平均重2.5吨，有的重达几十吨；经过粗略估算，修建大金字塔需要575万吨石头。,埃及金字塔,2019/12/13,7,第一章绪论,巴比伦空中花园,公元前年时由尼布加尼撒二世国王所建，代表了工程学上的惊人表现，层层叠叠的花园中栽种了各式各样的树、灌木、以及藤蔓。,2019/12/13,8,1、优点：耐久性好；耐火性好；就地取材；施工技术要求低；造价低廉。2、缺点强度低，砂浆与砖石之间的粘接力较弱；自重大；砌筑工作量大，劳动强度高。粘土用量大，不利于持续发展。,二、砌体结构的优、缺点,第一章绪论,三、砌体与混凝土、钢材比较,2019/12/13,砌体结构,9,2019/12/13,10,砌体结构MasonryStructure,第一章绪论第二章砌体及其基本材料的力学性能第三章砌体结构构件承载力的计算第四章混合结构房屋墙体设计第五章砌体结构抗震设计,第二章砌体及其基本材料力学性能,2.1砌体的材料及种类1、块体材料砖普通砖：240mm*115mm*53mm实心空心砖：全国无统一规格分级：按极限抗压强度为5级，以“MU+极限强度”表示砌块按材料分：粉煤灰、煤渣混凝土和混凝土等按内部结构分：有实心的，也有空心的按尺寸分：小型900mm分级：按照极限抗压强度分5级，以“MU+极限强度”石材按照加工的程度：分细料石、粗料石和毛料石。分级：按极限抗压强度，分7级，以“MU+极限强度”,2019/12/13,12,第二章砌体及其基本材料的力学性能,烧结普通砖规格尺寸：240mm115mm53mm为什么？强度等级：MU30、MU25、MU20、MU15、MU10MU-MasonryUnity数字：块体强度，单位Mpa,2019/12/13,13,2、块体的强度等级：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；块体的强度等级：MU20、MU15、MU10、MU7.5、MU5；石材的强度等级：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20块体（MasonryUnit）的缩写；,第二章砌体及其基本材料的力学性能,2019/12/13,14,第二章砌体及其基本材料的力学性能,(1)耐久性；,砂浆的基本要求：,作用,3、砂浆,（3）保水性,（2）可塑性；,由砂、矿物胶结材料与水按合理配比经搅拌而制成,使块体连成整体；抹平块体表面；填补块体间缝隙,2019/12/13,15,第二章砌体及其基本材料的力学性能,砂浆试块：70.7mm的立方体,M-Mortar,数字强度值：Mpa,砂浆的强度等级：M15、M10、M7.5、M5、M2.5,边长为70.7毫米的立方体试块在150C-250C的室内自然条件下养护24小时，拆模后再在同样的条件下养护28天，加压所测得的抗压强度极限值；,2019/12/13,16,第二章砌体及其基本材料的力学性能,注意二者的区别、各自的有缺点和适用范围,砂浆种类：,（2）混合砂浆,（1）水泥砂浆；,2019/12/13,17,4、砖石和砂浆的选择,强度的要求；耐久性的要求：耐久性不足时，经冻融循环后会引起砖石剥落和强度降低；地面以下或防潮层以下的砂浆的最低强度要求：,砖石和砂浆最低强度等级要求,2019/12/13,18,第二章砌体及其基本材料的力学性能,5、砌体的种类砖砌体：实心砌体，或空心砌体，有一顺一顶或三顺一顶砌筑法。,一顺一顶,三顺一顶,2019/12/13,19,第二章砌体及其基本材料的力学性能,配筋砌体:在砌体内配置适量的钢筋，形成配筋砌体，如在水平灰缝中配置网状钢筋，形成网状配筋砌体；在砌体外或预留槽内配置纵向筋形成组合砌体。,砌块砌体：砌块排列要有规律性，减少通缝。,石砌体：料石、毛石和毛石混凝土砌体。,2019/12/13,20,第二章砌体及其基本材料的力学性能,2.2砌体的受压性能一、砌体的受压破坏特征1、受压全过程：第一阶段：自受力到单块砖内出现竖向裂缝；第二阶段：单块砖内裂缝发展，连接并穿过若干皮砖第三阶段：裂缝贯通，把砌体分成若干1/2砖立柱，失稳注意：破坏过程及应力特点2、应力特点：不仅存在压应力，而且有弯曲应力和剪切应力，以及横向拉压应力,2019/12/13,21,3、破坏三个阶段：50-70%-单砖出现裂缝；80-90%-个别裂缝连成几皮砖通缝；90%以上砌体裂成相互不连接的小立柱，最终被压碎或上失稳定而破坏；,2019/12/13,22,第二章砌体及其基本材料的力学性能,二、受压破坏特征复杂的原因分析水平灰缝厚度和密实度不均匀砖表面力分布不均匀且上下不对应横向变形时相互约束受压时横向膨胀，砖和砂浆横向变形系数不同，相互约束。弹性地基梁作用砂浆层受压将产生压缩变形，砖就象在弹性地基上的梁，其内部将产生弯曲应力和剪应力竖向灰缝处的应力集中,2019/12/13,23,为什么有时砌体的强度高于砂浆的强度？,1、砂浆表面不平整：块体不仅受压而且受弯和剪；2、竖向受压时，产生横向变形：砂浆的变形比砖大，由于粘接力的存在，砂浆横向受压，砌块横向受拉。砂浆强度提高（套箍作用）；3、砌体的灰缝不可能充满：截面面积有所减少；在垂直裂缝截面上的砖内产生横向拉应力和剪应力的应力集中，引起砌体结构的降低。,2019/12/13,砌体结构,24,第二章砌体及其基本材料的力学性能,三、影响砌体抗压强度的因素块体与砂浆的强度等级块体的尺寸与形状砂浆的流动性、保水性及弹性模量砌筑质量与灰缝的厚度,2019/12/13,25,第二章砌体及其基本材料的力学性能,四、砌体抗压强度计算各类砌体轴心抗压强度平均值取决于：（1）块体的抗压强度平均值f1（2）砂浆的抗压强度平均值f2,2019/12/13,26,第二章砌体及其基本材料的力学性能,一、轴心受拉性能,2.3砌体的受拉、受弯、受剪性能,法向粘结力,切向粘结力,1、粘结分类,2019/12/13,27,第二章砌体及其基本材料的力学性能,2、轴心抗拉强度主要取决于：块体与砂浆连接面的粘结强度通缝截面：强度低且离散性大，不能设计为轴心受拉构件；沿齿缝截面：与砂浆的强度等级有关；沿块体截面：不考虑竖向灰缝，与块体的强度等级有关。,2019/12/13,28,二、弯曲抗拉强度通缝截面破坏和沿齿缝截面破坏:块体截面破坏：,第二章砌体及其基本材料的力学性能,2019/12/13,29,在竖向弯曲时，应采用沿通缝的抗拉强度；当在水平方向上弯曲时，可能有两种破坏形式：沿齿缝截面和沿竖向灰缝截面。取两种强度较小的计算。,挡土墙压力引起的竖向受弯,扶壁式挡土墙侧向受弯,砌体的弯曲抗拉破坏,2019/12/13,30,三、抗剪强度影响抗剪强度的主要因素：（1）块体和砂浆的强度（2）垂直压应力（3）砌筑质量（4）试验方法,第二章砌体及其基本材料的力学性能,2019/12/13,31,砌体常见的受剪工作是沿通缝截面或沿阶梯形截面。,砌体受剪,2019/12/13,32,2.4砌体的变形和其他性能,1、弹性模量,第二章砌体及其基本材料的力学性能,割线弹性模量E,初始弹性模量E0,应力应变关系曲线,应力与应变的比值,2019/12/13,33,在实际工程中，按时的变形模量为砌体的弹性模量。,f是砌体抗压强度设计值。,砌体的弹性模量,2019/12/13,34,2、剪切模量,第二章砌体及其基本材料的力学性能,4、摩擦系数,3、线膨胀系数和收缩率,砖砌体的线膨胀系数为0.5e-5;混凝土的线膨胀系数为1.0e-5;,2019/12/13,35,砌体结构MasonryStructure,第一章绪论第二章砌体及其基本材料的力学性能第三章砌体结构构件承载力的计算第四章混合结构房屋墙体设计第五章砌体结构抗震设计,2019/12/13,36,一、结构的功能要求,1、安全性Safety在正常设计、施工、正常使用情况下，结构能承受可能出现的各种荷载、变形而不发生破坏；在偶然事件发生时和发生后，结构应能保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏。,3.1极限状态设计方法,第三章砌体结构构件承载力的计算,2019/12/13,37,2、适用性Serviceability结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。,结构的可靠性reliability可靠性安全性、适用性和耐久性的总称,3.1极限状态设计方法,3、耐久性Durability,结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性。,2019/12/13,38,二、极限状态LimitState,结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠”的或“有效”的。,承载能力极限状态-UltimateLimitState,正常使用极限状态-ServiceabilityLimitState,砌体结构正常使用极限状态的要求，一般采用相应的构造措施。,区分结构“可靠”与“失效”的临界状态称为“极限状态”,反之，则结构为“不可靠”或“失效”。,2019/12/13,39,结构功能的表达,SR失效,F作用Action使结构产生内力和变形的原因,三、作用、作用效应、抗力,2019/12/13,40,结构功能函数Z=R-S,Z=R-S0：处于可靠状态；Z=R-SR)=P(Z0),b可靠指标reliabilityindex,2019/12/13,42,五、设计表达式,1、多个可变荷载作用,2019/12/13,43,2、一个可变荷载作用,3、整体稳定性验算,2019/12/13,44,1、砌体强度标准值,保证率不小于95的强度,2、砌体强度设计值,材料性能分项系数,设计可靠度考虑施工质量控制等级（A、B、C三级）影响，施工质量控制等级B级取1.6；C级则应取1.8。,六、砌体抗压强度设计值,2019/12/13,45,普通砖砌体抗压强度设计值,2019/12/13,46,下列情况的各类砌体其砌体强度设计值应乘以调整系数a:,施工阶段砂浆尚未硬化的新砌砌体的强度和稳定性，可按砂浆强度为零进行验算。,3）当砌体用水泥砂浆砌筑时，对3.3-3.8各表中的数值，a为0.9；对表3.9中数值，a为0.8；对配筋砌体构件，当其中的砌体采用水泥砂浆砌筑时，仅对砌体的强度设计值乘以调整系数a。,2）对无筋砌体构件其截面面积小于0.3m2时，a为其截面面积加0.7；对配筋砌体构件，当其中砌体截面面积小于0.2m2时，a为其截面面积加0.8。构件截面面积以m2计,1）有吊车房屋砌体跨度不小于9m的梁下烧结普通砖砌体、跨度不小于7.5m的梁下烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖砌体、混凝土和轻骨料混凝土砌块砌体，a为0.9,3、砌体强度设计值的调整,2019/12/13,47,3.2.1受压短柱,偏心影响系数分析,3.2受压构件,极限状态,截面应力,当ei2/y(部分截面受拉)时（b图）,简化：忽略受拉部分的作用，有效截面高度,2019/12/13,49,对于T形和十字形截面,以试验结果为基础的偏心距影响系数计算公式,对于任意截面,对于矩形截面,折算厚度,2019/12/13,50,分析方法：材料力学中的欧拉公式（理想情况）,3.2.2受压长柱,结果分析：,轴心受压的稳定系数：,矩形截面的稳定系数：,弹性模量E,2019/12/13,51,3.2.3偏心受压长柱,纵向弯曲影响的并入,现象：纵向弯曲产生附加应力，降低抗压承载力。,纵向弯曲影响等效：增加了一个附加偏心距ei,2019/12/13,52,3.2.4受压构件承载力的计算,一、计算公式,式中受压构件承载力的影响系数,与3个因素有关：,1、高厚比；2、轴向力偏心距e；3、砂浆强度。,值可以利用公式计算，也可以查表,2019/12/13,砌体结构,53,二、高厚比的确定,对于T形截面,对于矩形截面,2019/12/13,54,三、偏心距限值,限制的原因：偏心距较大，使用阶段会过早出现裂缝，也不能尽可能地发挥砌体地强度。,限值：轴向力偏心距e0.6y，可以采取的措施：,2019/12/13,55,3.3.1局部受压破坏特点,3.3局部受压,（1）纵向裂缝发展引起的破坏；（2）劈裂破坏；（3）垫板下砌体局部破坏。,2019/12/13,56,3.3.2局部均匀受压,（1）套箍作用作用：外围对内部的横向约束作用应力：外部受拉，内部三向受压效果：强度提高（2）影响套箍效果的因素影响局部抗压强度的计算面积A0与局部受压面积Al之比提高系数的取值：,2019/12/13,57,影响局部抗压强度的计算面积A0,提高系数的限值：为避免周围部分在拉力作用下产生破坏。,承载力计算公式：,A0、AL取法见下页图,2019/12/13,58,2019/12/13,59,3.3.3梁端局部受压,1、有效支承长度的概念,有效支承长度a0，一般小于搁置长度a,一般情况取值,简支砼梁的简化,2019/12/13,60,2、上部荷载对梁端局部受压的作用,局部受压承载力计算公式,上部荷载传递特点：,部分通过拱作用传至梁侧，形成拱的作用。,0,实际效应,NL,梁底应力图形完整系数；局部抗压强度提高系数。,2019/12/13,61,3.3.4梁下设有刚性垫块,预制刚性垫块设计要点,计算方法：,刚性垫块：自梁边算起的垫块挑出长度不大于垫块厚度,分类：预制垫块、现浇垫块和垫梁,2019/12/13,62,3.3.5梁下设有柔性垫梁,计算公式,垫梁下的应力分布,垫梁的折算高度,-为沿墙厚方向分布不均匀系数，1.0-0.5,2019/12/13,63,3.4轴心受拉、受弯、受剪构件,ft砌体的轴心抗拉强度设计值，应按规范表采用,3.4.1轴心受拉构件的承载力计算,Nt轴心拉力设计值,2019/12/13,64,3.4.2受弯构件,M弯矩设计值ftm砌体的弯曲抗拉强度设计值，应按表采用W截面抵抗矩,一、受弯构件的抗弯承载力计算,2019/12/13,65,3.4.2受弯构件,V剪力设计值fV砌体的抗剪强度设计值b、h截面宽度、高度z内力臂，当截面为矩形时取z等于2h/3I截面惯性矩S截面面积矩,二、受弯构件的抗剪承载力计算,2019/12/13,66,3.4.3受剪构件,沿通缝或沿阶梯形截面破坏时受剪构件的承载力应按下列公式计算:,-剪压复合受力影响系数；,2019/12/13,67,3.4.3受剪构件,V截面剪力设计值；A水平截面面积，当有孔洞时，取净截面面积；fV砌体的抗剪强度设计值，按表采用；对灌孔的混凝土砌块砌体取fvG修正系数；0永久荷载设计值产生的水平截面平均压应力；f砌体的抗压强度设计值0/f轴压比，且不大于0.8,2019/12/13,68,3.5配筋砖砌体构件,3.5.1网状配筋砖砌体构件（1）受力性能网状配筋砌体：将钢筋设置在砖砌体灰缝内工作原理：共同工作，砌体受压，钢筋受拉效果：阻止横向变形发展，防止过早失稳间接提高砌体受压承载能受力全过程：分为三个阶段第一阶段：加载至出现裂缝；第二阶段：裂缝发展，但很难形成连续缝；第三阶段：砖块开裂严重、压碎，一般不会形成1/2砖立柱。（2）设计计算公式,69,3.5配筋砖砌体构件,3.5.2组合砖砌体构件（1）受力性能：钢筋、混凝土或砂浆直接参与受压（2）计算公式轴心受压时：偏心受压时公式确定中和轴远轴力侧钢筋的应力:,2019/12/13,70,3.5配筋砖砌体构件,3.5.3砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙由砖砌体和柱组成（1)受力性能共同工作：两者共同承担荷载，存在一定的内力重分布极限状态：砖砌体破坏时构造柱承载力并不能完全发挥。(2)计算公式两部分迭加，但考虑柱的强度系数计算公式,2019/12/13,71,砌体结构MasonryStructure,第一章绪论第二章砌体及其基本材料的力学性能第三章砌体结构构件承载力的计算第四章混合结构房屋墙体设计第五章砌体结构抗震设计,2019/12/13,72,第四章混合结构房屋墙体设计,前面介绍材料、构件本章将介绍房屋的重要部分：墙体,2019/12/13,73,横墙承重方案纵墙承重方案内框架承重方案,4.1承重墙体的布置,2019/12/13,74,4.2房屋按空间刚度分类,房屋的静力计算，根据房屋的空间工作性能分为:刚性方案、刚弹性方案和弹性方案三类。,2019/12/13,75,2019/12/13,76,屋面承受荷载R后分成两部分：一部分R1通过屋面水平梁传给山墙；另一部分R2通过平面排架直接传给外墙的基础。1、弹性计算方案当山墙（横墙）间距很大时，屋面水平梁的水平刚度较小，值比较大。2、刚弹性计算方案当山墙（横墙）间距比较小时，屋面的跨度相对短一些，相应的水平刚度相对较大。楼板处的相对位移比弹性方案小一些。,2019/12/13,77,3、刚性构造方案当山墙（横墙）间距更短时，由于屋面水平梁的水平刚度很大，可以认为屋面没有水平位移。比较以上三种，刚性方案最好，尽量设计成刚性方案。,2019/12/13,78,4、混合结构房屋静力计算方案划分,2019/12/13,79,刚性方案和刚弹性方案中横墙应当满足以下要求:,横墙中开有洞口时,洞口的水平截面面积应不超过横墙截面面积的50%;横墙的厚度一般不小于180mm;单层房屋的横墙长度不小于其高度，多层房屋的横墙长度，不小于其总高度的1/2；当不符合上述要求时，应对横墙的刚度进行验算；最大的水平位移不超过横墙总高度的1/4000。,5、横墙的要求,2019/12/13,80,4.3墙柱的高厚比及墙体的构造措施4.3.1墙柱的允许高厚比1、高厚比的定义墙柱的高度与厚度之比称为高厚比。在进行墙体设计时必须限制其高厚比，保证墙体的稳定性和刚度。,2019/12/13,81,2、影响高厚比的主要因素砂浆的强度等级；横墙的间距；构造支撑条件。如刚性方案允许高厚比可以大一些，弹性和刚弹性方案可以小一些；砌体的截面形式；构件的重要性和房屋的使用条件。,2019/12/13,82,3、高厚比的验算对于矩形截面墙、柱的高厚比应符合下列要求：式中，-墙柱的允许高厚比；-墙柱的计算高度。-的修正系数，说明见下页,2019/12/13,83,可编辑,2019/12/13,84,非承重墙的修正系数.当厚度为240mm时，；当厚度为90mm时，；当厚度在240mm和90mm之间时，插值。由门窗洞口的墙的修正系数：式中，为宽度s范围内的门窗洞口的宽度；s为相邻窗间墙或壁柱之间的距离。,2019/12/13,85,4、墙、柱的允许高厚比限值,2019/12/13,86,5、带壁柱墙和带构造柱墙的高厚比验算,当验算带壁柱墙的高厚比时，公式中的h应当改为折算厚度，确定计算高度时，s应当取相邻横墙的间距；当构造柱截面宽度不小于墙厚时，h取墙厚，确定计算高度时，s应当取相邻横墙的间距，允许高厚比乘以提高系数,2019/12/13,87,允许高厚比提高系数式中，系数。对于细石料、半细石料砌体，对于混凝土砌块、粗料石、毛料石及毛石砌体其它砌体，为构造柱沿墙长方向的宽度；构造柱的间距。当时，取，当时，取,2019/12/13,88,4.3.2防止墙体开裂的主要措施一、墙体开裂的主要原因和部位1、墙体开裂的主要原因由于温度变化引起的；由于地基不均匀沉降引起的。2、墙体开裂的主要部位房屋的高度、重量、刚度有较大变化处；地质条件变化处；基础底面或埋深变化处；房屋平面形状复杂的转角处；,2019/12/13,89,二、温度变化引起的墙体开裂1、原因分析及典型裂缝由于温度变化引起热胀冷缩的变形称为温度变形。混凝土的线膨胀系数为1.0e-5;砖墙的线膨胀系数为0.5e-5;几种比较典型的裂缝:平屋顶下边外墙的水平裂缝和包角裂缝.内外纵墙和横墙的八字裂缝房屋错层处的局部垂直裂缝.如下图所示,2019/12/13,90,2019/12/13,91,房屋错层处的局部垂直裂缝.,2019/12/13,砌体结构,92,2、防止温度引起的墙体开裂的措施设置温度伸缩缝;在房屋顶层宜设置钢筋混凝土圈梁;优先采用装配整体式有檩体系钢筋混凝土瓦才屋盖、装配式无檩体系钢筋混凝土屋盖或加气混凝土屋盖；4）屋盖结构的上层设置保温层或隔热层；5）当房屋的楼盖或屋盖不在同一标高时，较低的屋盖或楼盖与顶层较高的部分的墙体脱开做成变形缝；,2019/12/13,93,三、防止地基不均匀沉降引起墙体开裂的主要措施1）设置沉降缝。2）设置钢筋混凝土圈梁或钢筋砖圈梁；3）房屋应力求简单，横墙间距不宜过大；较长的房屋易设置沉降缝；4）合理安排施工程序，易先建较重的单元，后建较轻单元。,2019/12/13,94,4.4刚性构造方案房屋墙柱计算,4.4.1承重纵墙计算1、计算简图设计时取一段具有代表性的一段进行计算.计算简图如下,2019/12/13,95,竖向荷载作用下的计算简图为竖向的连续梁.由于楼板端部翘起作用，使梁端反力产生偏心，偏心距距墙边为0.4a0,所以墙体受弯；由于楼板使墙体截面削弱，故可以将该处简化成铰支座，以便于计算；水平荷载作用下简化成连续梁。,2019/12/13,96,一般取I-I、II-II、III-III和IV-IV截面为最不利截面：,2、最不利截面的位置及内力计算,2019/12/13,97,I-I截面，楼盖大梁的底面，该处的弯矩最大；如果上下墙体的厚度相同，则纵向力的偏心距为：设计纵向力：,2019/12/13,98,II-II截面处，该处的弯矩虽然不是最大，但是截面面积较小。该处的弯矩：该截面的纵向力为纵向力偏心距为截面面积为,2019/12/13,99,III-III截面即窗口下边缘处，弯矩为该截面的纵向力为纵向力偏心距为IV-IV截面处即下层楼盖大梁底面处截面承载力计算按轴心受压构件强度公式计算。,2019/12/13,100,3、外纵墙在风荷载作用下的计算,在水平风荷载作用下，计算单元可以看作一个竖向的连续梁，跨中和支座处的弯矩可以近似为对于刚性方案外墙，当洞口水平截面面积不超过全截面面积的2/3时，其层高不超过下表要求，屋面自重不小于，可以不考虑风荷载的影响。,刚性方案,2019/12/13,101,2019/12/13,102,4.4.2承重横墙计算,刚性构造方案房屋由于横墙间距不大，在水平荷载作用下，纵墙传给横墙的水平力对横墙的承载力计算影响很小，因此，横墙只需计算垂直荷载作用下的承载力。1计算简图刚性方案的计算简图取1米宽的墙体作为计算单元。楼板削弱了墙体，将连接处视为铰支座。,2019/12/13,103,2最不利截面位置及内力计算由于是轴心受压，可以取IIIIII处为最不利截面，该截面处的轴向力为3截面承载力计算按轴心受压构件计算；横墙上设有洞口时，取洞口中心线之间的墙体作为计算单元；由楼面大梁作用于横墙时，应取大梁间距作为计算单元；局部受压验算。,2019/12/13,砌体结构,104,4.5其它结构构件设计,4.5.1过梁承受门窗洞口上部墙体的重量和楼盖传来的荷载的梁,称为过梁。一般包括砖砌过梁和钢筋混凝土过梁.（见下图）,1、过梁跨度的规定:钢筋砖过梁不超过1.5米;砖砌平拱不超过1.2米;对有较大振动荷载或可能产生不均匀沉降的房屋,应采用钢筋混凝土过梁.,2019/12/13,砌体结构,105,2019/12/13,106,2、过梁的荷载梁板荷载:对于砖和小型砌块砌体,当梁板下墙体的高度时（为过量的净跨），应计入梁板传来的荷载。当梁板下的墙体高度时，不考虑梁板荷载。墙体荷载：对砖砌体，当过梁上的墙体高度时，应按墙体的均布自重采用；当墙体的高度时，应按高度为墙体的均布自重采用；对混凝土砌块砌体，当过梁上的墙体高度时，应按墙体的均布自重采用；当墙体的高度时，应按高度为墙体的均布自重采用.,2019/12/13,107,3、过梁的设计钢筋砖过梁：过梁跨中截面抗弯承载力计算如下钢筋混凝土过梁：按钢筋混凝土受弯构件计算。,2019/12/13,108,4.5.2圈梁圈梁是沿建筑物外墙四周及纵横墙内墙设置的连续封闭混凝土梁。1、圈梁的作用增强房屋的整体性和墙体的稳定性，防止由于地基不均匀沉降或较大振动荷载等对房屋引起的不利影响。,2019/12/13,109,2、混合结构房屋设置圈梁的规定（1）对于车间、仓库、食堂等空旷的单层房屋：砖砌体房屋：檐口标高为5-8米时，应在檐口标高处设置圈梁一道，檐口标高大于8米时，应增加设置数量；砌块及料石砌体房屋：檐口标高为4-5米时，应在檐口标高处设置圈梁一道，檐口标高大于5米时，应增加设置数量；,2019/12/13,110,（2）宿舍、办公楼等多层砌体民用房屋，且曾数为3-4层时，应在檐口标高处设置圈梁一道。当层数超过4层时，应在所有纵横墙上隔层设置；（3）多层砌体工业厂房，应每层设置现浇钢筋混凝土圈梁；（4）设置墙梁的多层砌体房屋应在托梁、墙梁顶面和檐口标高处设置现浇钢筋混凝土圈梁，其他楼层处在所有纵横墙上每层设置。,2019/12/13,111,3、圈梁的构造要求（1）圈梁宜连续的设置在同一水平面上，并形成封闭状；当圈梁被门窗洞口截断时，应在洞口上不增设相同截面的附加圈梁。附加圈梁与圈梁的搭接长度不应小于其中到中垂直间距的2倍，且不得小于1米。,2019/12/13,112,（2）纵横墙交接处的圈梁应有可靠的连接。刚弹性和弹性方案房屋，圈梁应与屋架、大梁等构件可靠连接；（3）钢筋混凝土圈梁的宽度宜于墙厚相同，当墙厚mm时，其宽度不宜小于2h/3。圈梁高度不应小于120mm。纵向钢筋不应少于410，绑扎接头的搭接长度按受拉钢筋考虑，箍筋间距不应大于300mm.,2019/12/13,113,（4）圈梁兼作过量时，过量部分的钢筋应按计算用量另行增配；（5）圈梁在房屋的转角处或纵横墙交接处应配置斜向加强筋。,2019/12/13,114,4.5.3墙梁,由托梁和其上部的计算高度范围内的墙体所组成的组合结构称为墙梁。墙梁包括简支墙梁、连续墙梁和框支墙梁。也可以分为承重墙梁和自承重墙梁。,2019/12/13,砌体结构,115,挑梁是埋置在砌体结构中悬挑的钢筋混凝土梁。1、挑梁的受力特征和破坏形态砌体和挑梁的工作可以分为以下几个阶段：（1）弹性工作阶段在外荷载达到倾覆破坏荷载的20%-30%，水平裂缝出现，在此之前为弹性阶段。,4.5.4挑梁,2019/12/13,116,（2）梁尾斜裂缝出现阶段随着荷载的增加，挑梁上面水平裂缝也随之响起体内部发展，同时受压区长度逐渐减小，压应力值逐渐增大。一般梁尾出现斜裂缝时的荷载约为破坏荷载的80%左右。试验表明，在挑梁后部角以上的砌体和梁上砌体可以共同抵抗外倾覆荷载。,（3）破坏阶段一种是发生倾覆破坏；另一种是两下的砌体发生受压破坏。,2019/12/13,117,2、挑梁的倾覆破坏砌体中钢筋混凝土挑梁的抗倾覆可以按下式计算：式中，为挑梁的抗倾覆力矩；为挑梁的荷载设计值对计算倾覆点产生的倾覆力矩倾覆力矩。,2019/12/13,118,挑梁的计算倾覆点至墙边缘的距离：（1）当时：也可以近似取且不大于（2）当时，式中，挑梁埋入砌体的长度（mm）;计算倾覆点至外墙边缘的距离（mm）;挑梁的截面高度（mm）.挑梁的抗倾覆力矩计算可以按下式计算：式中，为挑梁的抗倾覆荷载，为挑梁尾部上不45度扩散角范围内内的砌体与楼面恒荷载标准值之和。,2019/12/13,119,2019/12/13,120,3、挑梁下砌体局压承载力验算,规范规定挑梁下砌体局压计算公式：式中，挑梁下的支撑压力，可以取R为挑梁由荷载设计值产生的支座竖向反力；为梁端底面压应力图形的完整系数，取为砌体局部抗压强度提高系数，挑梁为丁字形墙体时，取为1.5；为一字形墙体时，取为1.25为挑梁下局部受压面积，,2019/12/13,121,砌体结构MasonryStructure,第一章绪论第二章砌体及其基本材料的力学性能第三章砌体结构构件承载力的计算第四章混合结构房屋墙体设计第五章砌体结构抗震设计,2019/12/13,122,5.1砌体结构震害,一、概述1923年日本关东大地震，东京约有砖石结构房屋7000栋，几乎全部遭到不同程度的破坏。1948年原苏联阿什哈巴德地震，砖石结构房屋的破坏和倒塌率达到70%-80%。1976年唐山地震，对烈度为10度、11度区的123栋2-8层砖混结构房屋调查，倒塌率为63.2%，严重破坏为23.6%，尚能修复使用的4.2%，实际破坏率达95.8%。,2019/12/13,123,二、抗震性能差的原因,1、刚度大、自重大，地震作用也大；,2、砌体材料质脆,抗剪、抗拉、抗弯强度低,地震作用下极易出现裂缝;,3、受施工质量的影响较大;如砂浆不饱满,易出现裂缝,减弱抗震性能。,2019/12/13,124,若能针对砌体结构的弱点进行合理设计，采用适当的构造措施，确保施工质量，砌体结构的抗震性能是能够得到改善的。,从震害调查可见：经抗震设防可减轻砌体结构的震害，减少严重破坏和倒塌率。,2019/12/13,125,5.2震害分析,一、倒塌,1、全部倒塌,房屋整体性好，而底层强度不足时；,房屋整体性不好，而上层墙体过于弱时；,2、上部倒塌,房屋上层自重大，刚度差；上层砌体强度过弱，整体性差时；,3、局部倒塌,个别部位的整体性特别差，纵墙与横墙间联系不好，平面或立面有显著的局部突出，抗震缝处理不当等；,外纵墙全部脱开横墙而坍塌是较常见的震害。,2019/12/13,126,二、裂缝,抗剪承载力不足,产生裂缝,主要有“X”形、水平和竖向三种类型。,1、“X”形裂缝,墙体在竖向压力和反复水平剪力作用产生的裂缝。,常出现“X”形裂缝的位置：,与主震方向平行的墙体；在横向，房屋两端的山墙；在纵向，窗间墙。,若主震方向与横纵墙成某一角度时，常在房屋的角部出现局部倒塌。,2019/12/13,砌体结构,127,2、水平裂缝,大都发生于外纵墙窗口的上下皮处。,当房屋纵向承重，横墙间距大而屋盖刚度弱时，纵墙出平面受弯产生水平裂缝。,3、竖向裂缝,大都发生于横纵墙交接处或变化较大的两部体系的交接处。,2019/12/13,128,2019/12/13,129,2019/12/13,砌体结构,130,2019/12/13,131,三、其它破坏,楼梯间的墙体一般震害较重。,横墙间距小，抗剪刚度大；,1、楼梯间破坏,原因是：,空间刚度较小；,墙体有削弱等；,突出屋面的屋顶间（电梯机房、水箱间等）、烟囱、女儿墙，由于“鞭端效应”引起破坏。,2、房屋附属物,房屋附属物的破坏比下部主体结构破坏严重。6度区有所破坏，7度区普遍破坏，8-9度区几乎全部破坏或倒塌。,3、楼板和屋盖,楼板和屋盖是地震时传递水平地震作用的主要构件。,对于预制板楼板、楼盖，由于整体性较差、板缝偏小混凝土灌缝不够密实，地震时易于拉裂。9度以上地区，由于墙体开裂、错位、倒塌引起楼板、楼盖掉落。预制板端部搁置长度过短或无可靠的板与板及板与墙的拉接措施，也造成震害。,2019/12/13,132,四、不同烈度地震作用下多层砖房的震害,未经抗震设防的多层砖房在高烈度区的倒塌率非常高。,2019/12/13,133,五、不同用途多层砖房的震害,天津市8度区住宅、医院、中小学教学楼震害统计（%）,横墙间距大震害严重。,2019/12/13,134,5.3抗震设计的规定,一、平立面布置要规则,二、房屋高度、层数、层高要限制,房屋平面最好为矩形。,1.一般情况下，层数和总高度不应超过下表,2019/12/13,135,2.对医院、教学楼等及横墙较少的多层砌体房屋，总高度应比前表的规定降低3m,层数相应减少一层；各层横墙很少的多层砌体房屋，还应根据具体情况再适当降低总高度和减少层数。,3.横墙较少的多层砌体住宅楼，当按规定采取加强措施并满足抗震承载力要求时，其高度和层数可按上表采用。,4.砖和砌快承重房屋的层高不应超过3.6m。,2019/12/13,136,三、房屋高宽比的限制,抗震规范对多层砌体房屋不要求作整体弯曲的承载力验算。为了使多层砌体房屋有足够的稳定性和整体抗弯能力，房屋的高宽比应满足下表：,房屋高宽比：房屋总高度与总宽度的最大比值。,房屋高宽比的限值表,2019/12/13,137,四、抗震横墙间距的限制,横向地震作用主要由横墙承受。横墙间距较大时，楼盖水平刚度变小，不能将横向水平地震作用有效传递到横墙，致使纵墙发生较大出平面弯曲变形，造成纵墙倒塌。,2019/12/13,138,五、房屋局部尺寸的限制,在强烈地震作用下，房屋首先在薄弱部位破坏，这些薄弱部位一般是，窗间墙、尽端墙段、突出屋顶的女儿墙等。,2019/12/13,139,六、结构体系要合理,1、应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系；,2、纵横墙的布置宜对称，沿水平面内宜对齐，沿竖向应上下连续；同一轴线上的窗间墙宜均匀；,2019/12/13,140,2019/12/13,141,4、楼梯间的位置,不宜设在房屋的尽端和转角处。,5、烟道、风道、垃圾道等不应削弱墙体，当墙体被削弱时，应对墙体采取加强措施，不宜采用无竖向配筋的附墙烟囱及出墙面的烟囱。,6、不宜采用无锚固的钢筋混凝土预制挑檐。,3、防震缝,有下列情况之一时宜设置防震缝,（1）房屋立面高差在6m以上；（2）房屋有错层，且楼板高差较大；（3）各部分结构刚度、质量截然不同。,体形不对称的结构较体形均匀对称的结构破坏更严重一些。加防震缝可以将体形复杂的结构划成体形对称均匀的结构。,加防震缝亦有一些弊端。,2019/12/13,142,5.4抗震构造措施,对于多层砌体结构，抗震构造措施对于提高房屋的抗震性能，作到大震不倒有重要意义。,各种构造措施的目的只有一个:即加强房屋的整体性，使之具有一定的变形能力(延性）。,2019/12/13,143,(一)设置钢筋混凝土构造柱,一、多层砖房的抗震构造措施,2019/12/13,144,1、钢筋混凝土构造柱的主要功能,约束墙体，使之有较高的变形能力。,2、设置位置和要求,（1）构造柱设置部位一般情况下应符合下表要求,2019/12/13,145,（3）教学楼、医院等横墙较少的房屋，应根据房屋增加一层后的层数，按上表设置构造柱；当教学楼、医院等横墙较少的房屋为外廊式或单面走廊式时，应按前款要求设置构造柱，但6度不超过四层、7度不超过三层和8度不超过二层时，应按增加二层后的层数考虑。,（2）外廊式和单面走廊式的多层房屋，应根据房屋增加一层后的层数，按前表设置构造柱，且单面走廊两侧的纵墙均应按外墙处理。,2019/12/13,146,3、截面尺寸、配筋和连接的要求,（1）截面与配筋,构造柱最小截面可采用240180mm，纵向钢筋宜采用，箍筋间距不宜大于250mm，且在柱上下端适当加密；7度时超过六层、8度时超过五层和九度时，构造柱纵向钢筋宜采用，箍筋间距不应大于200mm；房屋四角的构造柱可适当加大截面及配筋。,（2）构造柱与墙体的连接,构造柱与墙体连接处应砌成马牙槎，并应沿墙高每隔500mm设拉结钢筋，每边深入墙内不宜小于1m。,构造柱与圈梁连接处，构造柱的纵筋应穿过圈梁，保证构造柱纵筋上下贯通。,（3）构造柱与圈梁的连接,2019/12/13,147,构造柱可不单独设置基础，但应深入室外地面下500mm，或与埋深小于500mm的基础圈梁相连。,（4）构造柱的基础,（5）房屋高度和层数接近限值时的构造柱间距,房屋高度和层数限值时，纵横墙内的构造柱间距尚应符合下列要求：,1）横墙内构造柱间距不宜大于层高的二倍，下部1/3的楼层的构造柱间距适当减小；,2）外墙的构造柱间距应每开间设置一柱；当开间大于3.9m时，应令设加强措施。内纵墙的构造柱间距不宜大于4.2m。,2019/12/13,148,(二)设置钢筋混凝土圈梁,1、钢筋混凝土圈梁的主要功能,增加纵横墙体的连接，加强整个房屋的整体性；圈梁可箍住楼盖，增强其整体刚度；减小墙体的自由长度，增强墙体的稳定性；可提高房屋的抗剪强度，约束墙体裂缝的开展；抵抗地基不均匀沉降，减小构造柱计算长度。,圈梁与构造柱一起,形成砌体房屋的箍，使其抗震性能大大改善。,2019/12/13,149,（1）装配式钢筋混凝土楼盖、屋盖或木楼盖、屋盖的砖房，横墙承重时应按下表的要求设值圈梁，纵墙承重时每层均应设置圈梁，且抗震墙上的圈梁间距应比表内要求适当加密。,2、钢筋混凝土圈梁的设置部位及构造要求,2019/12/13,150,（2）现浇或装配整体式钢筋混凝土楼盖、屋盖与墙体可靠连接的房屋可不另设圈梁，但楼板沿墙体周边应加强配筋，并应与相应的构造柱钢筋可靠连接。,（3）圈梁应闭合，遇有洞口应上下搭接，圈梁宜与预制板设在同一标高处或紧靠板底。,2019/12/13,151,（4）圈梁在前表要求的间距内无横墙时，应利用梁或板缝中配筋替代圈梁。,2、圈梁的截面尺寸及配筋,圈梁的截面高度一般不应小于180mm，配筋应符合右表要求，但在软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀土层上的砌体房屋的基础圈梁，截面高度不应小于180mm，配筋不应少于。,2019/12/13,152,(三)楼盖、屋盖构件具有足够的搭接长度和可靠的连接,1.现浇钢筋混凝土楼板或屋面板伸进纵、横墙内的长度，均不宜小于120mm。,2.装配式钢筋混凝土楼板或屋面板，当圈梁未设在板的同一标高时，板端伸进外墙的长度不应小于120mm，伸进内墙的长度不应小于100mm，在梁上不应小于80mm。,3.当板的跨度大于4m并与外墙平行时，靠外墙的预制板侧边与墙或圈梁拉接。,2019/12/13,153,4.房屋端部大房间的楼盖，8度时房屋的屋盖和9度时房屋的楼盖、屋盖，圈梁设在板底时，钢筋混凝土预制板应相互拉结，并应与梁、墙或圈梁拉结。,5.楼、屋盖的钢筋混凝土梁或物价，应与墙、柱（包括构造柱）或圈梁可靠连接，梁与砖柱的连接不应削弱柱截面，各层独立砖柱顶部应在两个方