砌体材料及力学性能

前言

一、几个概念

1.结构：建筑物的承重骨架，承担并传递荷载。

2.砌体：由块体用砂浆砌筑而成的整体材料，（同混凝土一样，是一种材料）。

块体（unit）砖（brick）砌块（block）砂浆（mortar）

3.砌体结构（masonrystructure）:主要受力构件是由砌体建造而成的结构。

受力构件主要是砌体墙、砌体柱

（类比钢筋混凝土结构理解：梁、板、柱构件，结构计算包括结构整体计算和构件的计算）

二、具有国际先进水平的我国砌体结构

设计计算理论

以大量试验和调查研究为基础提出和完善．

.1973年：砖石结构设计规范(GBJ3-73)，当时砌块应用较少，主要是砖和石材。

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1988年：砌体结构设计规范(GBJ3-88)，其中的空间工作和墙梁等部分国际领先。采用近似概率论为基础的极限状态设计法。

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2001年：砌体结构设计规范(GBJ50003-2001)，国际先进。

砌体结构设计砌体结构由块体和砂浆砌筑而成的墙、柱等构件作为建筑物主要受力构件的结构。是砖砌体、砌块砌体和石砌体结构的统称。由于砌体结构中的水平构件通常是钢筋混凝土构件，因此，砌体结构又常被称为混合结构。（砖混结构、砖木结构）第一节砌体材料及力学性能砖砌体普通砌体结构砌块砌体石砌体结构配筋砌体结构

第一节砌体材料及力学性能按有无配筋按块体材料砌体结构普通粘土砖：240×115×53，γ=18-19kN/m3烧结粘土砖粘土空心砖承重：KP1、KP2、KM1，δ=15%-40%非承重：δ=40%-60%非烧结硅酸盐砖（γ=14-18kN/m3）蒸压灰砂砖（可用于承重墙和基础）蒸压粉煤灰砖小型：高度180-350混凝土砌块中型：高度360-900大型：高度大于900石材：细料石、半细料石、粗料石、毛料石。块体的种类：提倡采用非粘土块体，2005年，全国省会城市禁止使用粘土砖。砌体材料及力学性能砌体结构设计水泥砂浆、混合砂浆、非水泥砂浆。砂浆的种类：砌体材料及力学性能砌体结构设计块体的强度等级：烧结粘土砖：MU30，MU25，MU20，MU15，MU10非烧结硅酸盐砖:MU25，MU20，MU15，MU10混凝土砌块:MU20，MU15，MU10石材：MU100，MU80，MU60，MU50，MU40，MU30，MU20砂浆的强度等级：采用边长为70.7的立方体标准试块，在温度为20±3ºC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。强度等级分为：M15，M10，M7.5，M5，M2.5混凝土砌块砌筑砂浆强度等级分为:Mb15，Mb10，Mb7.5，Mb5砌体材料及力学性能砌体结构设计材料的选择：国外砖强度一般达到30～60MPa，空心砖的密度一般在13kN/m3，砂浆强度一般在25～13MPa之间。砌体材料及力学性能砌体结构设计普通砌体结构：仅由块体和砂浆组成。（砌筑方式）配筋砌体结构：在砌体中设置了钢筋或钢筋混凝土材料的砌体。横向配筋砖砌体组合配筋砖砌体配筋空心砌块砌体砌体材料及力学性能砌体结构设计砖砌体与砌块砌体的区别：主要是砌筑方式不同。砖砌体只有主砖（有时有配砖），砌筑时可根据实际情况安排砖类型，不能满足时可砍砖。还可通过调整砖的位置来砌成空心和实心墙及改变墙体厚度。混凝土小型砌块砌体砌筑复杂，一方面要保证上下皮砌块搭接长度不得小于90，另一方面，要保证空心砌块的孔、肋对齐砌筑。一般在砌筑前要将各配套砌块的排列方式进行设计。砌体材料及力学性能砌体结构设计砌体材料及力学性能砌体结构设计一、砌体的破坏过程：第二节砌体的受压性能极限荷载的50％～70％时，在单块砖中出现细小裂缝极限荷载的80％～90％时，在多块砖中出现连续裂缝砌体被连续裂缝分割成若干独立小柱，最终它们被压碎或失稳破坏。砌体的受压性能砌体结构设计砌体内单块砖处于压、弯、剪复合应力状态；二、单砖在砌体中的受力：砌体中单砖受力示意图第二节砌体的受压性能

砌体内单块砖的受力状态（从四方面理解）：

1).由于砂浆层高低不平，砌体内块体的受力如同连续梁，如图所示。块体的抗拉和抗剪强度比较低，容易开裂，因此砌体的抗压强度比块体的抗压强度低。

2)受压横向变形时，砖横向变形小，砂浆的横向变形大，砖与砂浆的交互作用，砖内出现附加拉力。

3)弹性地基梁作用：受压时，单个砖上下面的砌体可视为“弹性地基”，与单砖相比，“地基”的弹性模量相对较小，砖的弯曲变形大，砖中的弯剪应力高。

4)竖向灰缝上的应力集中：竖向灰缝未填满，竖缝内砂浆与砖的粘结力差，砖在竖向灰缝处内发生横向拉应力和剪应力的集中。

砌体结构设计1、块材的强度及外形尺寸：平整、厚实2、砂浆的强度：不宜太高或太低3、砂浆的变形性能：变形性能大，砌体抗压强度低4、砂浆的和易性和保水性：砂浆的和易性和保水性好，灰缝的厚度和密实性都较好，块材受力越均匀，砌体的强度相对较高。纯水泥砂浆的和易性和保水性较差，会使砌体强度降低10%-20%：三、影响砌体抗压强度的主要因素：第二节砌体的受压性能砌体结构设计5、砌筑质量：水平灰缝均匀、饱满（≥80%），灰缝（8-12），砖的含水率（10%—15%），块体的搭接（上下错缝，内外搭砌）四、砌体的抗压强度：砌体的抗压强度标准值：取其强度分布的95%下分位值，强度标准值与强度平均值的关系：式中fk－砌体的强度标准值；fm－砌体的强度平均值；

σf－砌体强度的标准差；δf－砌体强度变异系数，见下表：第二节砌体的受压性能砌体结构设计砌体强度变异系数δf

砌体的抗压强度设计值：γf－砌体结构的材料性能分项系数，一般情况下，宜按施工控制等级为B级考虑，取1.6；当施工控制等级为C级时，取1.8。 第二节砌体的受压性能砌体结构设计规范规定，各类砌体的强度设计值f在下列情况下还应乘以调整系数γa：（1）有吊车房屋、跨度≥9m的梁下砖砌体、跨度≥7.5m的梁下多孔砖、蒸压粉煤灰砖砌体、蒸压灰砂砖砌体和混凝土小型空心砌块砌体，γa=0.9。这是考虑厂房受吊车动力影响而且柱受力情况较为复杂而采取的降低抗力，保证安全的措施。（2）砌体截面面积A＜0.3m2时，γa=0.7＋A，这是考虑截面较小的砌体构件，局部碰损或缺陷对强度影响较大而采用的调整系数，此时A以m2计。第二节砌体的受压性能砌体结构设计（3）各类砌体，当采用水泥砂浆砌筑时，由于水泥砂浆和易性差，对抗压强度γa=0.9；对抗剪强度γa=0.8;（4）对配筋砌体构件，当其中的砌体采用水泥砂浆砌筑时，仅对砌体的强度乘以调整系数γa；或当其中砌体的截面积A小于0.2m2时，γa＝A＋0.8；（5）当施工质量控制等级为C级时，γa=0.89；（6）当验算施工中房屋的构件时，γa=1.l。第二节砌体的受压性能砌体结构设计五、砌体的抗拉、抗弯、抗剪强度：砌体的抗拉性能及强度：当轴心拉力与水平灰缝平行时，砌体的受拉破坏主要有（a）沿齿缝受拉破坏，此时，砌体抗拉强度主要与粘结力有关；（b）沿块材和竖向灰缝的破坏，此时，砌体抗拉强度主要与块体强度有关；(c)当轴心拉力与水平灰缝垂直时，砌体发生沿水平通缝截面破坏，此时，砌体抗拉强度主要与法向粘结强度有关。第二节砌体的受压性能砌体结构设计砌体的抗弯性能及强度：砌体发生受弯破坏时，总是发生弯曲受拉破坏砌体的受弯破坏主要有（a）沿齿缝破坏。（b）沿块材和竖向灰缝的破坏；（c）沿水平灰缝受拉破坏；第二节砌体的受压性能砌体结构设计砌体的抗剪性能及强度：砌体的受剪破坏主要有：（a）沿水平通缝截面破坏。（c）沿阶梯形灰缝的破坏；（b）沿齿缝受拉破坏；忽略竖向灰缝的抗剪作用，则b、c与a同，都归结为沿水平灰缝的剪切破坏。第二节砌体的受压性能砌体结构设计砌体沿灰缝的轴心抗拉强度、弯曲抗拉及抗剪强度设计值：第二节砌体的受压性能砌体结构设计六、砌体的变形性能：砌体在短期荷载作用下的变形曲线与混凝土类似。第二节砌体的受压性能砌体结构设计影响砌体在长期荷载作用下变形的主要因素有：（1）徐变的大小与砌体所承受的不变应力大小有关。当砌体承受的不变压应力在0.6f以下时，徐变大小与不变应力近似呈线性关系；（2）徐变大小与加荷时砌体的龄期有关。加荷时龄期过小，会引起较大的徐变；（3）徐变大小与砌体种类有关。在相同应力条件下，硅酸盐砌块砌体的徐变远大于烧制粘土砖在砌体徐变中，砂浆的徐变大于块材的徐变，因此在砌体中砂浆层的厚度不宜过大。第二节砌体的受压性能砌体结构设计砌体的变形模量砌体的变形模量有三种表示方式：切线模量Et、初始弹性模量E0、割线模量Eb对一般砌体，取砌体应力σ=0.43fm

（fm为砌体抗压强度平均值）时的割线模量作为砌体的弹性模量:E≈0.8E0第二节砌体的受压性能砌体结构设计八、砌体结构设计原则：活荷载效应控制时：恒荷载效应控制时：当只有一个可变荷载时：SGk：永久荷载标准值的效应；SQk：可变荷载标准值的效应；ψci：第i个可变荷载的组合值系数，一般情况下应取为0.7。第二节砌体的受压性能砌体结构设计对于第二个组合的第二项系数为1.4×0.7=0.98，简化