第十二章砌体结构物理力学性能

1、第三篇第三篇 砌体结构砌体结构第十二章第十二章 砌体材料的物理砌体材料的物理力学性能力学性能12.1概述概述 由由块体块体和和砂浆砂浆砌筑而成的整体材料称砌筑而成的整体材料称为为砌体砌体，以砌体为主要材料制成的结构，以砌体为主要材料制成的结构，称为砌体结构称为砌体结构，分为砖砌体结构、石砌体，分为砖砌体结构、石砌体结构和砌块砌体结构。结构和砌块砌体结构。 砌体结构根据砌体结构根据是否配置钢筋是否配置钢筋分为无筋分为无筋砌体结构和配筋砌体结构。砌体结构和配筋砌体结构。砌体结构的优点：砌体结构的优点：1、砌体材料容易取材，价格便宜；、砌体材料容易取材，价格便宜；2、砌体的保温、隔热、隔音性能好；、

2、砌体的保温、隔热、隔音性能好；3、具有良好的耐火性和耐久性；、具有良好的耐火性和耐久性；4、砌体结构施工工艺简单，不需要特殊的设、砌体结构施工工艺简单，不需要特殊的设 备；备；5、砌体结构（在一定的使用范围内）可大量、砌体结构（在一定的使用范围内）可大量 节约钢材、水泥和木材，因而工程造价低。节约钢材、水泥和木材，因而工程造价低。砌体结构的缺点：砌体结构的缺点：1、砌体的强度低，构件截面尺寸大，因、砌体的强度低，构件截面尺寸大，因 而结构自重大；而结构自重大；2、砌体的抗拉、抗剪强度低，砌体结构、砌体的抗拉、抗剪强度低，砌体结构 的抗震性能差；的抗震性能差；3、砌体工作量大，生产效率低。、砌体

3、工作量大，生产效率低。12.1砌体结构材料砌体结构材料12.1.1块体材料块体材料 砌体结构所用的块体材料一般分为天然石砌体结构所用的块体材料一般分为天然石材和人工砖石。材和人工砖石。一、烧结砖一、烧结砖 以粘土、页岩、煤矸石、粉煤灰等为主要以粘土、页岩、煤矸石、粉煤灰等为主要原材料，经成型、焙烧而成的块状墙体材料成原材料，经成型、焙烧而成的块状墙体材料成为烧结砖。烧结砖按其孔洞率（砖面上孔洞总为烧结砖。烧结砖按其孔洞率（砖面上孔洞总面积占砖面积的百分率）的大小分为烧结普通面积占砖面积的百分率）的大小分为烧结普通砖、烧结多孔砖和烧结空心砖。砖、烧结多孔砖和烧结空心砖。 烧结普通砖烧结普通砖 普

4、通粘土砖全国统一规格：普通粘土砖全国统一规格：2402401151155353mmmm，具有这种尺寸的砖称为标准砖，具有这种尺寸的砖称为标准砖，根据抗压根据抗压强度分为强度分为MU30MU30、MU25MU25、MU20MU20、MU15MU15、MU10MU10五个五个等级。烧结普通砖具有一定的强度、保温隔热等级。烧结普通砖具有一定的强度、保温隔热性能和较好的耐久性能，在工程中主要用于砌性能和较好的耐久性能，在工程中主要用于砌筑各种承重墙体、非承重墙体以及砖柱、拱、筑各种承重墙体、非承重墙体以及砖柱、拱、烟囱和基础等，也可与轻混凝土、保温隔热材烟囱和基础等，也可与轻混凝土、保温隔热材料等配合

5、使用。料等配合使用。 烧结多孔砖和烧结空心砖烧结多孔砖和烧结空心砖 墙体材料向轻质化、多功能方向发展，近年墙体材料向轻质化、多功能方向发展，近年来逐渐推广和使用多孔砖和空心砖，一方面课节来逐渐推广和使用多孔砖和空心砖，一方面课节约耕地，另一方面可减轻自重，降低成本。烧结约耕地，另一方面可减轻自重，降低成本。烧结多孔砖的孔洞率大于多孔砖的孔洞率大于25 ，主要用于砌筑承重，主要用于砌筑承重墙体，根据抗压强度分为墙体，根据抗压强度分为MU30、MU25、MU20、MU15、MU10等五个等级。等五个等级。烧结烧结空心砖的空心砖的孔洞孔洞率大于率大于35，主要用于砌筑非承重墙体。主要用于砌筑非承重墙

6、体。二、非烧结砖二、非烧结砖 应用较多的是蒸压砖，是以含钙材料和含硅应用较多的是蒸压砖，是以含钙材料和含硅材料与水拌合，经压制成型。有材料与水拌合，经压制成型。有蒸压灰砂砖和蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖及蒸压炉渣砖，其尺寸规格与烧蒸压粉煤灰砖及蒸压炉渣砖，其尺寸规格与烧结普通砖相同。结普通砖相同。蒸压灰砂砖蒸压灰砂砖 以石英为原料，经配料、拌合、压制成型以石英为原料，经配料、拌合、压制成型和蒸压养护而制成的，其强度等级划和蒸压养护而制成的，其强度等级划MU25、MU20、MU15、MU10。蒸压（养）粉煤灰砖蒸压（养）粉煤灰砖 粉煤灰砖是将电厂废料粉煤灰作为主要原粉煤灰砖是将电厂废料粉煤灰作为主要

7、原料，掺入适量的石灰和石膏或再加入部分炉渣料，掺入适量的石灰和石膏或再加入部分炉渣等，经配料、拌合、压制成型、常压或高压蒸等，经配料、拌合、压制成型、常压或高压蒸汽养护而成的实心砖。其强度等级为汽养护而成的实心砖。其强度等级为MU7.5、MU20、MU15、MU10。炉渣砖炉渣砖 是以煤燃烧后的炉渣（煤渣）为主要原料，是以煤燃烧后的炉渣（煤渣）为主要原料，加入适量的石灰或电石渣、石膏等材料混合、加入适量的石灰或电石渣、石膏等材料混合、搅拌、成型、蒸汽养护等工艺而制成的砖。其搅拌、成型、蒸汽养护等工艺而制成的砖。其尺寸规格与普通砖相同。尺寸规格与普通砖相同。其强度等级为其强度等级为MU20、MU

8、15、MU10。三、砌块三、砌块 承重用的砌块主要指普通混凝土小型空心承重用的砌块主要指普通混凝土小型空心砌块和轻骨料混凝土小型空心砌块，主要规格砌块和轻骨料混凝土小型空心砌块，主要规格尺寸为尺寸为390190190mm，空心率大于，空心率大于25%，通常为通常为45%50%。普通混凝土小型空心砌块普通混凝土小型空心砌块强度划分为强度划分为MU20、MU15、MU10、MU7.5、MU5、MU3.5，轻骨料混凝土小型空心砌块轻骨料混凝土小型空心砌块的的主要规格尺寸为主要规格尺寸为390190190mm，按孔的排，按孔的排数分有单排孔、双排孔、三排孔和四排孔。数分有单排孔、双排孔、三排孔和四排孔

9、。强强度划分为度划分为MU10、MU7.5、MU5、MU3.5、MU2.5、 MU1.5。四、石材四、石材 用作承重砌体的石材分为重质石材和轻质用作承重砌体的石材分为重质石材和轻质石材，前者的抗压强度高、耐久性好，但导热石材，前者的抗压强度高、耐久性好，但导热系数大，后者抗压强度低、耐久性差，但易开系数大，后者抗压强度低、耐久性差，但易开采，便于加工，导热系数小。采，便于加工，导热系数小。 按石材加工后的外形规则程度不同，分为按石材加工后的外形规则程度不同，分为料石和毛石。料石又分为细料石、半细料石、料石和毛石。料石又分为细料石、半细料石、粗料石和毛料石。粗料石和毛料石。 石材的强度划分为石材

10、的强度划分为MU100MU100、MU80MU80、MU60MU60、MU50MU50、MU40MU40、MU30MU30、MU20MU20。12.2.2砂浆砂浆 砂浆砂浆是由胶结材料、细骨料、掺合料与水按合理是由胶结材料、细骨料、掺合料与水按合理配比经搅拌而制成的。砂浆在砌体中起粘结、衬垫和配比经搅拌而制成的。砂浆在砌体中起粘结、衬垫和传力的作用。传力的作用。 砌体结构对砂浆的基本要求砌体结构对砂浆的基本要求：强度、和易性和保：强度、和易性和保水性。水性。砂浆的强度等级砂浆的强度等级是边长为是边长为70.7mm的立方体试的立方体试块在（块在（203）0C的室内自然条件下养护的室内自然条件下养

11、护24小时，拆小时，拆模后再在同样的条件下养护模后再在同样的条件下养护28天，加压所测得的抗压天，加压所测得的抗压强度极限值。砂浆的强度等级有强度极限值。砂浆的强度等级有M15、M10、M7.5、M5、M2.5。 砂浆分为水泥砂浆、水泥混合砂浆（如水泥石灰砂浆分为水泥砂浆、水泥混合砂浆（如水泥石灰砂）、非水泥砂浆（如石灰砂浆）。砂）、非水泥砂浆（如石灰砂浆）。12.2.3混凝土小型空心砌块砌筑砂浆和灌孔混混凝土小型空心砌块砌筑砂浆和灌孔混 凝土凝土 混凝土小型空心砌块砌筑砂浆是砌块建筑专混凝土小型空心砌块砌筑砂浆是砌块建筑专用的砂浆，它是水泥、砂、水以及需要掺入的用的砂浆，它是水泥、砂、水以及

12、需要掺入的掺合料和外加剂等组成。其强度划分为掺合料和外加剂等组成。其强度划分为Mb30、Mb25、Mb20、Mb15、Mb10、Mb7.5、Mb5。 混凝土小型空心砌块混凝土小型空心砌块灌孔混凝土是砌块建灌孔混凝土是砌块建筑灌注芯柱、孔洞的专用混凝土，它是水泥、筑灌注芯柱、孔洞的专用混凝土，它是水泥、骨料、水以及需要掺入的掺合料和外加剂等组骨料、水以及需要掺入的掺合料和外加剂等组成。其强度划分为成。其强度划分为Cb40、Cb35、Cb30、Cb25、Cb20。12.3砌体的分类砌体的分类12.3.1无筋砌体无筋砌体 无筋砌体由块体和砂浆组成，房屋整体性、无筋砌体由块体和砂浆组成，房屋整体性、抗

13、震性能和抗不均匀沉降能力均较差。抗震性能和抗不均匀沉降能力均较差。一、砖砌体一、砖砌体 包括实砌砖砌体和空斗砖。实砌砖砌体可包括实砌砖砌体和空斗砖。实砌砖砌体可以砌成厚度为以砌成厚度为120mm、240mm、370mm、490mm及及620mm的墙体。空斗墙是将全部或部分的墙体。空斗墙是将全部或部分砖立砌，并留空斗（洞），现已砖立砌，并留空斗（洞），现已 很少采用。很少采用。二、砌块砌体二、砌块砌体 其自重轻，保温隔热性能好，施工进度快其自重轻，保温隔热性能好，施工进度快经济效果好，又具有优良的环保概念。经济效果好，又具有优良的环保概念。三、石砌体三、石砌体 由石材和砂浆砌筑而成。按石材加工后

14、的由石材和砂浆砌筑而成。按石材加工后的外形规则程度，分为料石砌体、毛石砌体、毛外形规则程度，分为料石砌体、毛石砌体、毛石混凝土砌体等。石混凝土砌体等。12.3.2配筋砌体配筋砌体 配筋砌体是指在配筋砌体是指在灰缝中配置钢筋或钢筋混灰缝中配置钢筋或钢筋混凝土凝土的砌体，包括网状配筋砌体、组合砖砌体、的砌体，包括网状配筋砌体、组合砖砌体、配筋混凝土砌块砌体。配筋混凝土砌块砌体。 网状配筋砌体又称横向配筋砌体，是在砖网状配筋砌体又称横向配筋砌体，是在砖柱或砖墙中每隔几皮砖在其水平灰缝中设置直柱或砖墙中每隔几皮砖在其水平灰缝中设置直径为径为34mm的方格网式钢筋网片，或直径的方格网式钢筋网片，或直径6

15、8mm的连弯式钢筋网片。的连弯式钢筋网片。 组合砖砌体有两种。一种是在砌体外侧预组合砖砌体有两种。一种是在砌体外侧预留的竖向凹槽内配置纵向钢筋，在浇筑混凝土留的竖向凹槽内配置纵向钢筋，在浇筑混凝土面层或砂浆面层构成，是一种外包式组合砖砌面层或砂浆面层构成，是一种外包式组合砖砌体；另一种是砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合体；另一种是砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙，是在砖砌体中每隔一定距离设置钢筋混凝墙，是在砖砌体中每隔一定距离设置钢筋混凝土构造柱，并在各层楼盖处设置钢筋混凝土圈土构造柱，并在各层楼盖处设置钢筋混凝土圈梁，使砖砌体墙与钢筋混凝土构造柱和圈梁形梁，使砖砌体墙与钢筋混凝土构造柱和圈梁形成弱

16、框架共同受力，属内嵌式组合砖砌体。成弱框架共同受力，属内嵌式组合砖砌体。 配筋混凝土砌块砌体是在砌块墙体上下贯配筋混凝土砌块砌体是在砌块墙体上下贯通的竖向孔洞中插入竖向钢筋，并间隔一定距通的竖向孔洞中插入竖向钢筋，并间隔一定距离设置水平钢筋，再用灌孔混凝土灌实，使竖离设置水平钢筋，再用灌孔混凝土灌实，使竖向和水平钢筋与砌体形成一个共同工作的整向和水平钢筋与砌体形成一个共同工作的整体，主要用于中高层或高层房屋中起剪力墙作体，主要用于中高层或高层房屋中起剪力墙作用。用。12.4砌体的受压性能砌体的受压性能12.4.1砌体受压破坏特征砌体受压破坏特征 以砖砌体为例，砖砌体轴心受压时，可分为三个受力阶

17、段。以砖砌体为例，砖砌体轴心受压时，可分为三个受力阶段。 第一阶段从加载开始至第一条（批）裂缝出现的弹性阶段。第一阶段从加载开始至第一条（批）裂缝出现的弹性阶段。单砖出现细小裂缝，若不继续加载，裂缝则不会发展，压力约单砖出现细小裂缝，若不继续加载，裂缝则不会发展，压力约为破坏压力的为破坏压力的50-70%。 第二阶段为裂缝发展的弹塑性阶段。随着压力增大，砌体第二阶段为裂缝发展的弹塑性阶段。随着压力增大，砌体内裂缝增多，个别裂缝连成几皮砖通缝；即使不继续加载，裂内裂缝增多，个别裂缝连成几皮砖通缝；即使不继续加载，裂缝仍会继续发展，压力约为破坏压力的缝仍会继续发展，压力约为破坏压力的80-90%。

18、 第三阶段是破坏阶段。砌体中裂缝急剧加长增宽，砌体裂第三阶段是破坏阶段。砌体中裂缝急剧加长增宽，砌体裂成相互不连接的小立柱，最终被压碎或成相互不连接的小立柱，最终被压碎或 丧失稳定而破坏，压力丧失稳定而破坏，压力约为破坏压力的约为破坏压力的90%以上。以上。50-70极限承载力极限承载力70-80极限承载力极限承载力90以上极限承载力以上极限承载力12.4.2单砖在砌体中受力状态分析单砖在砌体中受力状态分析 砖表面砂浆的不均匀性砖表面砂浆的不均匀性 砌体竖向受压时砖和砂浆的受力状态砌体竖向受压时砖和砂浆的受力状态 1、砂浆表面不平整：块体不仅受压而且受弯和受剪；、砂浆表面不平整：块体不仅受压而

19、且受弯和受剪；2、 竖向受压时，产生横向变形：砂浆的变形比砖大，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。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）；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、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。力集中，引起砌体结构的降低。 12.4.3影响砌体抗压强度的主要因素影响砌体抗压强度的主要因素1、块体和砂浆的强度：一般情况下，砌体强度随

20、砌、块体和砂浆的强度：一般情况下，砌体强度随砌 体和砂浆强度的提高而提高；体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，、砂浆的弹塑性性质：砂浆强度越低，变形越大， 受到的拉应力和剪应力也越大，砌体强度也越低；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；灰缝的变形能力，增加砖的拉应力；4、砌体的尺寸、形状和灰缝厚度：灰缝平整、均匀、砌体的尺寸、形状和灰缝厚度：灰

21、缝平整、均匀、 等厚可以减小弯剪应力；方便施工的条件下，砌等厚可以减小弯剪应力；方便施工的条件下，砌块块 越大越好；越大越好；5、砌筑质量、砌筑质量12.4.4各类砌体抗压强度平均值各类砌体抗压强度平均值 各类砌体的实用表达式为：各类砌体的实用表达式为：1221(1 0.07)mfk ff k 对于单排孔混凝土砌块砌筑并灌孔的砌体，空对于单排孔混凝土砌块砌筑并灌孔的砌体，空心砌块砌体与芯柱混凝土共同工作，砌体的抗压强心砌块砌体与芯柱混凝土共同工作，砌体的抗压强度有较大幅度的提高。其抗压强度平均值可按下式度有较大幅度的提高。其抗压强度平均值可按下式计算：计算：,0.94cg mmc mAfffA

22、 砌体抗压强度标准值的取值砌体抗压强度标准值的取值: 为砌体受压强度的变异系数。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砌体抗压强度设计值的取值为: 砌体结构的材料性能分项系数，一般情况下，易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按施工控制等级为B级考虑，取为级考虑，取为1.6；当为；当为C级时，级时，取取1.8。)645. 11 (fmkfffkff/f12.4.5各类砌体抗压强度设计值各类砌体抗压强度设计值各类砌体的强度设计值在下列情况下应乘以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aaav有吊车房屋砌体、跨度不小于有吊车房屋砌体、跨度不小于

23、9米的梁下烧结普通砖砌体、米的梁下烧结普通砖砌体、跨度不小于跨度不小于7.5米的梁下烧结多孔砖、蒸压粉灰砖、蒸压粉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，煤灰砖砌体，混凝土和轻骨料混凝土砌块砌体， 为为0.9;v对无筋配筋砌体对无筋配筋砌体,其截面面积小于其截面面积小于0.3m2时，时， 为其截面面积为其截面面积加加0.7。对配筋砌体构件，当其中砌体截面面积小于。对配筋砌体构件，当其中砌体截面面积小于0.2m2时，时， 为其截面面积加为其截面面积加0.8。构件截面面积以。构件截面面积以m2计。计。v当砌体用水泥砂浆砌筑时，对当砌体用水泥砂浆砌筑时，对规范

24、规范第第3.2.1条各表中的条各表中的数值数值, 为为0.9；第；第3.2.2条表条表3.2.2中的数值，中的数值， 为为0.8；对于；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体的强度的设计值乘以调整系数 ；v当施工质量控制等级为当施工质量控制等级为C级时，级时， 为为0.89;v当验算施工中的房屋时当验算施工中的房屋时, 为为1.1; aaaaaa12.4.6抗压强度设计值的调整抗压强度设计值的调整12.5砌体的抗拉、抗弯、抗剪性能砌体的抗拉、抗弯、抗剪性能 砌体的抗压性能要比抗拉、抗弯和抗剪好砌

25、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、受剪等情况的多。但工程中也会遇到受拉、受剪等情况。 12.5.1砌体的轴心抗拉性能砌体的轴心抗拉性能 一、砌体轴心受拉破坏特征一、砌体轴心受拉破坏特征 砌体在轴心拉力作用下，沿齿缝（灰缝）砌体在轴心拉力作用下，沿齿缝（灰缝）截面破坏。砌体轴心抗压强度主要取决于砂浆截面破坏。砌体轴心抗压强度主要取决于砂浆的切向粘结强度，砂浆强度愈高，砂浆与块体的切向粘结强度，砂浆强度愈高，砂浆与块体间的粘结强度也愈高，砌体轴心抗拉强度也愈间的粘结强度也愈高，砌体轴心抗拉强度也愈高。高。 砌体的抗拉强度：不允许出现沿通缝截面砌体的抗拉强度：不允许出现沿

26、通缝截面的受拉构件，（如图的受拉构件，（如图c）。水平受拉时，可）。水平受拉时，可能沿齿缝破坏（如图能沿齿缝破坏（如图b），也可能沿砖和竖），也可能沿砖和竖向灰缝破坏（如图向灰缝破坏（如图a）12.5.2砌体的弯曲抗拉性能砌体的弯曲抗拉性能 在竖向弯曲时，应采用沿通缝的抗拉强度；当在在竖向弯曲时，应采用沿通缝的抗拉强度；当在水平方向上弯曲时，发生沿齿缝截面破坏。砌体弯曲水平方向上弯曲时，发生沿齿缝截面破坏。砌体弯曲抗拉强度主要取决于砂浆与块体之间的粘结强度。抗拉强度主要取决于砂浆与块体之间的粘结强度。挡土墙压力引起的竖向受弯挡土墙压力引起的竖向受弯 扶壁式挡土墙侧向受弯扶壁式挡土墙侧向受弯12

27、.5.3砌体抗剪性能砌体抗剪性能 砌体常见的受剪破砌体常见的受剪破坏是沿通缝截面或沿阶梯坏是沿通缝截面或沿阶梯形截面，其强度也于砂浆形截面，其强度也于砂浆强度等级有关，还与垂直强度等级有关，还与垂直压应力有关。压应力有关。砖过梁或拱引起的水平剪力砖过梁或拱引起的水平剪力12.6砌体的变形性能砌体的变形性能12.6.1短期一次加载下的应力短期一次加载下的应力应变关系应变关系 一般由轴心受压试验测定。砌体受压时，一般由轴心受压试验测定。砌体受压时，应变随应力的增加而增加，当应力增加到一定应变随应力的增加而增加，当应力增加到一定值后，应变增长的速度大于应力增长的速度。值后，应变增长的速度大于应力增长

28、的速度。砌体具有一定的塑性变形能力，其应力砌体具有一定的塑性变形能力，其应力应应变呈曲线关系。变呈曲线关系。)1ln(1mf为与砂浆强度和块体类别有关的系数为与砂浆强度和块体类别有关的系数12.6.2砌体在长期荷载作用下的变形砌体在长期荷载作用下的变形 砌体在不变荷载作用下，随时间的增长变砌体在不变荷载作用下，随时间的增长变形增大，这种特性称为砌体的徐变，在工程中形增大，这种特性称为砌体的徐变，在工程中是不容忽视的。影响徐变的主要因素有：砌体是不容忽视的。影响徐变的主要因素有：砌体承受荷载大小、加载龄期、砌体种类等。承受荷载大小、加载龄期、砌体种类等。12.6.3砌体的变形模量砌体的变形模量 砌体的变形模量是指砌砌体的变形模量是指砌体受力后的应力与应变的比体受力后的应力与应变的比值。值。oE一、砌体受压变形模量（ ） 在曲线的原点作曲线的切线，其斜率称为初始弹性模量：tanAooeEOAA在曲线上原点