砌体结构基本知识

1、第十三章砌体结构基本知识砌体结构的定义：以块材和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要受力构件的结构均可称为砌体结构。砌体结构是以受压为主的结构形式。砌体结构的优缺点优点： 便于就地取材； 成本低廉； 耐久性较好：砖石材料具有良好的耐火性、化学稳定性和大气稳定性；砖石材料具有较好的隔热、隔音性能；此外，砌体结构施工中不需要特殊的设备。缺点： 砌筑劳动强度大；结构自重大； 构件强度较低，承载力有限。砌体结构的应用砌体结构广泛用于多层建筑结构中。我国目前砖砌体材料约占85%以上。§13-1 砌体材料及其力学性能一、砖石材料砖石材料一般分为天然石材和人工砖石两类；天然石材：当自重大于18N/m

2、3的称为重石，如花岗石、石灰石、砂石等； 当自重小于18N/m3的称为轻石，如凝灰石、贝壳灰岩等；重石材由于强度大，抗冻性、抗水性、抗汽性均较好，通常用于建筑物的基础和挡土墙等。人工砖石：经过烧结的普通砖、粘土空心砖、陶土空心砖；以及不经过烧结的硅酸盐砖、矿渣砖、混凝土砌块、土坯等。普通粘土砖全国统一规格：240x115x53，具有这种尺寸的砖称为标准砖；空心砖分为三种型号：KP1(240x115x90)、KP2 (240x180x115)、KM1 (190x190x90)。前两种可以与标准砖混砌；块体的强度等级： 烧结普通砖、烧结多孔砖：MU30、MU25、MU20、MU15、MU10； 蒸

3、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（Masonry Unit）的缩写。二、砂浆砂浆是由砂、矿物胶结材料与水按合理配比经搅拌而制成的；砌体结构对砂浆的基本要求：强度、可塑性（流动性）、保水性；砂浆的强度等级：边长为70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；砂浆的强度等级：M15、M10、M7.5、M5、M2.5，其中

4、M表示Mortar的缩写；砂浆的分类：水泥砂浆、混合砂浆（如水泥石灰砂浆、水泥粘土砂浆）、非水泥砂浆（如环氧树脂砂浆）。三、砖石和砂浆的选择砖石和砂浆最低强度等级要求基土的潮湿程度粘土砖混凝土砌块石材混合砂浆水泥砂浆严寒地区一般地区稍潮湿的很潮湿的含饱和水MU10MU15MU20MU10MU10MU15MU5MU7.5MU7.5MU20MU20MU20M5  M5M5M7.5四、砌体的种类1、实心砌体：通常用作承重外墙、内墙以及砖柱；2、轻型气体：空斗墙、空气夹层墙、填充墙、多层墙等；3、大型砌块和大型墙板4、天然石材砌体：料石砌体和毛石砌体；5、配筋砌体：在砌体内部配筋。

5、通常分为网状配筋砌体和组合砌体。五、砌体的力学性能1、砌体的轴心受压破坏特征破坏的三个阶段：荷载达到破坏荷载的 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。2、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，引起砌体结构强度的降低。3、影响砌

6、体抗压强度的主要因素1）砖和砂浆的强度: 一般情况下，砌体强度随砖和砂浆强度的提高而提高；2）砂浆的弹塑性性质：砂浆强度越低，变形越大，转受到的拉应力和剪应力也越大，砌体强度也越低；3）砂浆铺砌时的流动性：流动性越大，灰缝越密实，可降低砖的弯剪应力；但流动性过大，会增加灰缝的变形能力，增加砖的拉应力；4）砖的形状和灰缝厚度：灰缝平整、均匀、等厚可以减小弯剪应力；方便施工的条件下，砌块越大越好；5）砌筑质量4、砌体的抗压强度平均值（1）砌体的抗压强度平均值：对于MU20的砌体适当降低强度值；f1和f2分别为砌块和砂浆的强度；（2）单排孔混凝土砌块对孔砌筑时，灌孔砌体的抗压强度设计值：fg为灌孔砌

7、体的强度设计值；f 为未灌孔砌体的抗压强度设计值；fc 为灌孔混凝土的轴心抗压强度设计值；为砌块砌体中混凝土灌孔混凝土面积和砌体毛面积的比值。5、砌体的抗拉、抗弯和抗剪强度平均值砌体的抗压性能要比抗拉、抗弯和抗剪好的多。但工程中也会遇到受拉、受剪情况。砌体受拉、受弯和受剪破坏可能发生三种破坏：沿齿缝的破坏，沿砖石和竖向灰缝的破坏，沿通缝（灰缝）的破坏。（1）砌体的受拉破坏不允许出现沿通缝截面的受拉构件，（如图C）。水平受拉时，可能沿齿缝破坏（如图B），也可能沿砖和竖向灰缝破坏（如图A）（2）砌体的弯曲受拉破坏在竖向弯曲时，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

8、截面和沿竖向灰缝截面。取两种强度较小的计算。（3）砌体的受剪砌体常见的受剪工作是沿通缝截面或沿阶梯形截面。砌体的粘接力分为法向粘接力和切向粘接力两种。对于各类砌体的拉、弯、剪强度平均值采用统一的计算公式。可见，砌体抗拉、弯曲抗拉及抗剪强度主要取决于灰缝的强度。6、砌体的弹性模量根据国内外资料, 砌体的应力和应变关系曲线为:为与砂浆强度和块体品种有关的系数弹性模量的定义为: 在实际工程中，取时的变形模量为砌体的弹性模量。砌体的弹性模量砌体种类砂浆强度等级M10M7.5M5M2.5烧结普通砖、烧结多孔砖砌体1600f1600f1600f1390f蒸压粉砂砖、蒸压粉煤灰砖砌体1060f1060f10

9、60f960f混凝土砌块砌体1700f1600f1500f-粗料石、毛料石、毛石砌体7300f5650f4000f2250f细料石、半细料石砌体2200017000120006750注：f是砌体抗压强度设计值。7、砌体结构的强度计算指标.（1）砌体结构的可靠指标砌体结构按承载能力极限状态设计时，应按下列公式进行最不利组合：结构的重要性系数：一级或设计年限50年以上的不应小于1.1；二级或设计年限50年的，不应小于1.0；三级或设计年限1-5年的，不应小于0.9；：第I个可变荷载的组合值系数。一般情况下取0.7；对书库、档案库、储藏室或通风机房、电梯机房应取0.9。（2）砌体结构的抗压强度设计值

10、砌体抗压强度标准值的取值:为砌体受压强度的变异系数.砌体抗压强度设计值的取值为:为砌体结构的材料性能分项系数，一般情况下，易按施工控制等级为B级考虑，取为1.6；当为C级时，取1.8。（3）砌体的强度设计值调整系数各类砌体的强度设计值在下列情况下应乘以调整系数。有吊车房屋砌体、跨度不小于9米的梁下烧结普通砖砌体、跨度不小于7.5米的梁下烧结多孔砖、蒸压粉灰砖、蒸压粉煤灰砖砌体，混凝土和轻骨料混凝土砌块砌体，为0.9；对无筋配筋砌体,其截面面积小于0.3m2时，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，为其截面面积加0.8。构件截面面积以m2计。当砌体用水泥砂浆砌

11、筑时，对规范第3.2.1条各表中的数值,为0.9；第3.2.2条表3.2.2中的数值，为0.8；对于配筋砌体构件，当其中的砌体采用水泥砂浆砌筑时，进对砌体的强度的设计值乘以调整系数；当施工质量控制等级为C级时，为0.89;当验算施工中的房屋时,为1.1。 §13-2 砌体结构房屋承重体系和静力计算方案一、承重墙体的布置1、 横墙承重方案2、 纵墙承重方案3 、内框架承重方案二、房屋的静力计算方案房屋的静力计算，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。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

12、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。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。比较以上三种房屋，刚性方案最好，一般应尽量设计成刚性方案。三、规范中混合结构房屋静力计算方案划分规定屋盖类别刚性方案刚弹性方案弹性方案1整体式、装配整体式和装配式无檩体系钢筋混凝土屋盖或楼盖S<3232<S<72S>722装配式有檩体系钢筋混凝土屋盖、轻钢屋盖和木屋盖或楼板S&l

13、t;2020<S<48S>483冷摊瓦木屋盖和石棉水泥瓦轻钢屋盖S<1616<S<36S>36S为山墙（横墙）间距四、刚性方案和刚弹性方案中横墙应当满足的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。§13-3 砌体结构房屋的受力特点与构造要求一、刚性构造方案房屋墙柱计算1、承重纵墙的计算（1）计算简图计算简图：设计时取一段

14、具有代表性的一段进行计算。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。（2）最不利截面的位置及内力计算一般取以下几段为最不利截面：I-I 截面，楼盖大梁的底面，该处的弯矩最大；II-II截面处，该处的弯矩虽然不是最大，但是截面面积较小。III-III截面即窗口下边缘处IV-IV截面处即下层楼盖大梁底面处刚性方案外纵墙在水平荷载作用下的内力计算方法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

15、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，求屋面自重不小于，可以不考虑风荷载的影响。基本风压值层高(m)总高（m）0.44.0280.54.0240.64.0180.73.518（3）截面承载力计算：按受压构件强度公式计算。2、承重横墙的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。（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

16、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。二、砌体受压承载力计算当压力作用于构件截面的重心时为轴心受压构件，不作用于重心时为偏心受压构件。M、N为截面上所受的设计弯矩和轴力；e不应该超过0.6y，y为截面中心到轴向力所在偏心方向截面边缘的距离。受压构件的承载力应按下式计算:N-为轴向力设计值；A为截面面积，按毛截面计算；f-砌体的抗压强度设计值；为高厚比和轴向力偏心距e对受压构件承载力的影响系数。构件高厚比的计算公式 对于矩形截面： 对于T形截面：为不同

17、砌体材料的高厚比修正系数。例题13-1截面尺寸为370*490mm的砖柱，砖的强度等级为MU7.5，混合砂浆的强度等级为M2.5，柱高为3.2m，两端为不动铰支座。柱顶承受设计轴心压力N=117kN(已考虑荷载分项系数，不包括柱自重)，试验算柱的承载力。解先计算柱底压力设计值，砖的标准容重为19kN/m3，则N=117+=117+1.2 *0.37 *0.49 *19 *3.2=130kN查表柱截面面积为A=0.37 *0.49=0.18m2<0.3m2故 =0.7+0.18=0.88查表可得砌体轴心受压抗压强度为则,安全三、砌体局部受压局部受压是砌体结构常见的受力形式之一。1、砌体截面

18、局部均匀受压局部受压承载力计算公式如下：式中，局部受压面积上荷载设计值产生的轴向力局部受压面积；局部抗压强度提高系数；影响局部抗压强度的计算面积。2、梁端有效支承长度梁端底面没有离开砌体的长度称为有效支承长度。令：梁端底面压应力图形完整系数；：边缘最大局压应力。按弹性地基梁理论有：为垫层系数；为墙体边缘最大变形；代入上式得：所以： 经过简化：3、梁端砌体局部受压规范规定梁端砌体局部受压承载力采用如下公式计算：上部荷载的折减系数，当A0/Al大于等于3时，应取等于0；局部受压面积内上部轴压力设计值（N）；梁端支承压力设计值（N）；上部平均压应力设计值（N/mm2）；梁端底面压应力图形完整系数，可

19、取0.7，对于过梁和墙梁可取1.0；梁端有效支承长度（mm），当a0大于a时， 应取a0等于a ；梁端实际支承长度；梁的截面宽度；梁的截面高度； 砌体的抗压强度设计值。4、垫块下砌体的局部受压梁下设置刚性垫块垫块面积Ab上由上部荷载设计值产生的轴压力，垫块上N0和Nl的轴向力影响系数，不考虑纵向弯曲影响，取 的值。基本上是偏心受压公式。垫块外砌体面积的有利影响系数，但不小于1.0，为砌体局部抗压强度提高系数，以Ab代替Al；垫块面积（mm2）；垫块伸入墙内的长度（mm）； 垫块的宽度（mm）。5、梁下设有垫梁的局部受压承载力计算梁下设有长度大于垫梁下的局部受压承载力计算:四、墙柱的高厚比及墙体

20、的构造措施1、墙柱的允许高厚比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。影响高厚比的主要因素为：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。2、墙、柱的高厚比验算式对于矩形截面墙、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。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。有门窗洞口墙的的修正系数：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

21、间的距离。墙、柱的允许高厚比限值砂浆强度等级墙柱>=M7.52617M52416M2.522153、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。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。4、防止墙体开裂的主要措施（1）房屋墙身裂缝的主要部位：房屋的高度、重量、刚度有较大变化处；地质条件变化处；基

22、础底面或埋深变化处；房屋平面形状复杂的转角处；整体式屋盖或装配整体式房屋的顶层的墙体；房屋底层梁端部的纵墙；老房屋中相邻于新建房屋的墙体等。（2）产生裂缝的根本原因：由于温度变化引起的；由于地基不均匀沉降引起的。温度变形：结构由于温度的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; （3）几种比较典型的裂缝:1）平屋顶下边外墙的水平裂缝和包角裂缝。2）内外纵墙和横墙的八字裂缝3）房屋错层处的局部垂直裂缝（4）防止由于收缩和温度变化引起墙体开裂的主要措施1）设置温度伸缩缝；2）在房屋顶层宜设置钢筋混凝土圈梁；3）优先采用装配整体式有檩体系

23、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。（5）防止由于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。五、网状配筋砖砌体构件1、网状配筋砖砌体受压构件应符合下列规定：1）偏心距超过截面的核心范围，对于矩形截面即e/h>0.17时或偏心距虽未超过截面的核心范围，但构件的高厚比 不宜采

24、用网状配筋砖砌体构件；2）对矩形截面构件，当轴向压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计算；3）当网状配筋砌体构件下端与无配筋砌体交接时，尚应验算交接处无筋砌体的局部受压承载力。2、网状配筋砖砌体的构造要求网状配筋砌体中的体积配筋率，不应小于0.1%，并不应大于1%；采用钢筋网时，钢筋的直径宜采用3-4mm；当采用链弯钢筋网时，钢筋的直径不应大于8mm；钢筋网中的钢筋间距，不应大于120mm，并不应小于30mm；钢筋网的竖向间距，不应大于五皮砖，并不应大于400mm；网状配筋砌体所用的砂浆强度等级不应低于M7.5；钢筋网应设置在砌体的水

25、平灰缝之中，灰缝厚度应保证钢筋上下至少各有2mm后的砂浆层。§13-4 混合结构房屋中的其它结构构件一、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。1、关于过梁的跨度的规定：钢筋砖过梁为1.5米； 砖砌平拱为为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。2、过梁的荷载：（1）梁板荷载对于砖和小型砌块砌体, 当梁板下墙体的高度时（为过梁的净跨），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。（2）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

26、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不自重采用。3、过梁的设计平拱过梁：受弯承载力，；受剪承载力。 式中，z为内力臂，当截面为矩形时等于2h/3。钢筋砖过梁：过梁的弯曲抗剪承载力计算方法与平拱过梁相同，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。二、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梁。圈梁的作用是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。混合结构房屋可以按下列规定设置圈梁：（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