武汉某大学建筑结构讲义下

13砌体及其基本力学性能

本章主要介绍无筋砌体受压构件承载力的主要影响因素、构件承载力的基本计算公式及其适用范围，无筋砌体局部受压时的受力特点，局部受压承载力验算的基本公式以及梁下垫块的计算和构造，无筋砌体受拉、受弯、受剪构件的破坏特征及承载力计算方法。

本章提要本章内容13.1

砌体的种类13.2

材料强度等级13.3

砌体的力学性能13.1砌体的种类

砌体是由块体和砂浆砌筑而成的整体。

砌体分为无筋砌体和配筋砌体两大类。根据块体的不同，无筋砌体有：砖砌体、砌块砌体和石砌体。在砌体中配有钢筋或钢筋混凝土的称为配筋砌体。在房屋建筑中，砖砌体通常用作内外墙、柱及基础等承重结构，围护墙及隔断墙等非承重结构。承重墙一般多做成实心的。实心砖砌体按照砖的搭砌方式，有一顺一丁、三顺一丁或五顺一丁的砌筑方法。有些砖必须侧砌而形成180mm、300mm和420mm等厚度。空心砖也可砌成90mm、180mm、240mm、290mm及390mm厚的墙体。13.1.1砖砌体

空斗墙是将部分或全部砖侧砌而成。砌筑方法有一眠一斗、一眠多斗和无眠斗墙（图13.1）。空斗墙与实心墙相比，具有节约砖和砂浆，降低造价及减轻自重的优点。图13.1空斗墙砌筑方法13.1.2砌块砌体砌块代替粘土砖做墙体材料是墙体改革的一项重要措施，它有利于建筑工业化、减轻体力劳动强度及加快施工进度。由于砌块单块自重大，故必须使用吊装机具。在选择砌块的规格尺寸和型号时，应考虑吊装设备的能力和房屋墙体的分块情况，并应尽量减少砌块的类型。常用的砌块有混凝土中型、小型空心砌块和粉煤灰中型实心砌块。主要用于住宅、学校、办公楼及一般工业建筑的承重墙或围护墙。13.1.3石砌体石砌体有料石砌体、毛石砌体和毛石混凝土砌体。料石砌体一般用于建筑房屋、石拱桥、石坝等构筑物。由于料石加工困难，故一般多采用毛石砌体。用毛石砌体建造的多层房屋可达到5层。

毛石混凝土砌体是在模板内交替铺置混凝土层及形状不规则的毛石层构成的。毛石混凝土砌体通常用作一般房屋和构筑物的基础。13.1.4配筋砖砌体当砖砌体构件截面尺寸较大，需要减小其截面尺寸，提高砌体的强度时，可在砌体的水平灰缝中每隔几层砖放置一层钢筋网（图13.2），称为网状配筋砖砌体或横向配筋砖砌体。当构件的偏心较大时，可在竖向灰缝内或在垂直于弯矩方向的两个侧面预留的竖向凹槽内，放置纵向钢筋和浇注混凝土（图13.3），这种配筋称为组合砖砌体。图13.2网状配筋砖砌体图13.3组合砖砌体构件截截面13.2材料强度等级砖的强度等级，是根据标准试验验方法测得的抗压压和抗折强度来确确定的。烧结普通砖、烧结结多孔砖的强度等等级分为五级：MU30、MU25、MU20、MU15和MU10。蒸压灰砂砖和蒸压压粉煤灰砖的强度度等级分为四级：MU25、MU20、MU15和MU10。13.2.1烧结普通砖、烧结结多孔砖、蒸压灰灰砂砖和蒸压粉煤煤灰砖13.2.2砌块砌块的强度等级分分为五级：MU20、MU15、MU10、MU7.5和MU5。砌块的强度等级是由单个砌体的破破坏荷载，按毛截截面折算的抗压强强度来确定的。石材的强度等级分分为七级：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30和MU20。石材的强度等级是是以边长为70mm的立方体试块测得得的抗压强度来确确定的。13.2.3石材13.2.4砂浆砂浆在砌体中的作作用是将块材粘结成整整体，并因抹平块块体表面而使应力力分布较为均匀。。同时，砂浆填满满块材间的缝隙而而减少了砌体的透透气性，从而提高高了砌体隔热性和和抗冻性能。砂浆按其不同组成成可分为以下三类类：（1）水泥砂浆（2）混合砂浆（3）石灰砂浆、粘土砂砂浆和石膏砂浆砂浆强度等级是将边长70.7mm的标准立方体试块块养护到28d测其抗压极限强度度来划分，共有M15、M10、M7.5、M5、M2.5五级。13.3砌体的力学性能根据试验表明,砖砌体的破坏大致致经历以下三个阶阶段:第一阶段，从开始加荷到个别别砖出现第一条（（或第一批）裂缝缝，如图13.4(a)所示。这个阶段的特点点是如不再增加荷荷载，裂缝也不扩扩展。第二阶段，随着荷载的增加，，单块砖内个别裂裂缝不断开展并扩扩大，并沿竖向通通过若干层砖形成成连续裂缝，如图13.4(b)所示。13.3.1砌体的抗压强度13.3.1.1砖砌体在轴心受压压下的破坏特征第三阶段，砌体完全破坏的瞬瞬间为第三阶段。。继续增加荷载，，裂缝将迅速开展展，砌体被几条贯贯通的裂缝分割成成互不相连的若干干小柱，如图13.4(c)所示，小柱朝侧向突出出，其中某些小柱柱可能被压碎，以以致最终丧失承载载力而破坏。图13.4砌体轴心受压的破破坏特征当砌体受压时，砖砖承受的压力是不不均匀的，而处于于受弯、受剪和局局部受压状态下，，如图13.5所示。由于砖的厚度小小，又是脆性材料料，其抗剪、抗弯弯强度远低于抗压压强度，砌体的第第一批裂缝就是由由于单块砖的受弯弯、受剪破坏引起起的。单块砖在砌体内除除了受弯、受剪外外还要受拉。这种种横向拉力也是促促使砖在较小的荷荷载下提早开裂的的原因之一。13.3.1.2砖砌体受压应力状状态的分析图13.5砌体中的应力状态态(a)砌体中个别砖的受受力状态；(b)砖表面砂浆不均匀匀（1）块体的强度、尺寸寸和形状的影响砌体的强度主要取取决于块体的强度度。增加块体的厚厚度，其抗弯、抗抗剪能力亦会增加加，同样会提高砌砌体的抗压强度。。块体的表面愈平整整，灰缝的厚度将将愈均匀，从而减减少块体的受弯受受剪作用，砌体的的抗压强度就会提提高。13.3.1.3影响砌体抗压强度度的因素（2）砂浆的强度及和易易性的影响砂浆强度过低将加加大块体与砂浆横横向变形的差异，，对砌体抗压强度度不利。和易性好的砂浆具具有很好的流动性性和保水性。在砌砌筑时易于铺成均均匀、密实的灰缝缝，减少了单个块块体在砌体中弯、、剪应力，因而提提高了砌体的抗压压强度。（3）砌筑质量的影响砌筑质量对砌体抗抗压强度的影响，，主要表现在水平平灰缝砂浆的饱满满程度。灰缝的厚度也将影影响砌体强度。水水平灰缝厚些容易易铺得均匀，但增增加了砖的横向拉拉应力；灰缝过薄薄，使砂浆难以均均匀铺砌。实践证证明，水平灰缝厚厚度宜为8~12mm。（1）各类砌体轴心抗压压强度的平均值fm根据国内试验资料料，经统计分析而而建立了各类砌体体都适用的砌体抗抗压强度平均值fm的计算公式，如下下式所示：fm=K1f1a(1+0.07f2)K2（2）各类砌体轴心抗压压强度标准值fk各类砌体轴心抗压压强度标准值是表表示其抗压强度的的基本代表值，由由概率分布的0.05分位数确定。即fk=fm(1+1.645δf)13.3.1.4各类砌体的抗压强强度(3)各类砌体轴心抗压压强度设计值砌体的抗压强度设设计值f与其抗压强度标准准值fk的关系式为f=fk/γf（4）单排孔混凝土砌块块对孔砌筑时，灌灌孔砌体的抗压强强度设计值fg应按下下式计计算fg=f+0.6ααfcα=δρ在圆形形水池池设计计中，，由于于内部部液体体的压压力在在池壁壁中产产生环环向水水平拉拉力，，而使使砌体体垂直直截面面处于于轴心心受拉拉状态态（图13.6）。由图可可见，，砌体体的轴轴心受受拉破破坏有有两种种基本本形式式：（1）当块体体强度度等级级较高高，砂砂浆强强度等等级较较低时时，砌砌体将将沿齿齿缝破破坏（（图13.6(a)中的Ⅰ-ⅠⅠ、Ⅰ′-Ⅰ′′）均为为齿缝缝破坏坏。（2）当块体体强度度等级级较低低，砂砂浆强强度等等级较较高时时，砌砌体的的破坏坏可能能沿竖竖直灰灰缝和和块体体截面面连成成的直直缝破破坏（（图13.6(a)中的Ⅱ-ⅡⅡ）。13.3.2砌体的的轴心心抗拉拉、抗抗弯和和抗剪剪强度度13.3.2.1各类砌砌体的的轴心心抗拉拉强度度设计计值ft图13.6砌体的的轴心心受拉拉带支墩墩的挡挡土墙墙和风风荷载载作用用下的的围墙墙均属属受弯弯构件件（图13.7）。由由图可可见，，砌体体的弯弯曲受受拉破破坏有有三种基基本形形式：：（1）当块体体强度度等级级较高高时，，砌体体沿齿齿缝破破坏（（图13.7(a)中的Ⅰ-ⅠⅠ）。（2）当块体体强度度等级级较低低，而而砂浆浆强度度等级级较高高时，，砌体体可能能沿竖竖直灰灰缝和和块体体截面面连成成的直直缝破破坏（（图13.7(a)中的Ⅱ-ⅡⅡ）。（3）当弯矩矩较大大时，，砌体体将沿沿弯矩矩最大大截面面的水水平灰灰缝产产生沿沿通缝缝的弯弯曲破破坏（（图13.7(b)中的Ⅲ-ⅢⅢ）。13.3.2.2各类砌砌体的的弯曲曲抗拉拉强度度设计计值ftm图13.7砌体弯弯曲受受拉砌体结结构中中的门门窗砖砖过梁梁、拱拱过梁梁支座座均属属受剪剪构件件（图13.8）。它它们可可能沿沿阶梯梯形截截面受受剪破破坏（（图13.8(a)），沿沿通缝缝截面面受剪剪破坏坏（图13.8(b)）。龄期为为28d的以毛毛截面面计算算的各各类砌砌体的的轴心心抗拉拉强度度设计计值、、弯曲曲抗拉拉强度度设计计值和和抗剪剪强度度设计计值，，当施施工质质量控控制等等级为为B级时，，可由由表13.8中查得得。13.3.2.3各类砌砌体的的抗图13.8砌体的受剪破坏坏表13.8沿砌体灰缝截面面破坏时砌体的的轴心抗拉强度度设计值、弯曲抗拉强度设设计值和抗剪强强度设计值（MPa）13.3.3砌体强度设计值值的调整在进行砌体结构构设计中，遇到到下列情况的各各类砌体，其强强度设计值应乘乘以调整系数γa:（1）有吊车房屋砌体体、跨度不小于于9m的梁下烧结普通通砖砌体、跨度度不小于7.5m的梁下烧结多孔孔砖、蒸压灰砂砂砖和蒸压粉煤煤灰砖砌体，混混凝土和轻骨料料混凝土砌块砌砌体，γa为0.9；（2）对无筋砌体构件件，其截面面积积＜0.3m2时，γa=A+0.7。对配筋砌体构构件，其截面面面积＜0.2m2时，γa=A+0.8。A为构件截面面积积（m2）；（3）当砌体用水泥砂砂浆砌筑时，对对表13.2~表13.7各表中数值，γa=0.9；对表13.8中数值，γa=0.8；对配筋砌体构构件，当其中的的砌体采用水泥泥砂浆砌筑时，，仅对砌体强度度设计值乘以调调整系数γa；（4）当施工质量控制制等级为C级时，γa=0.89；（5）当验算施工中房房屋的构件时，，γa=1.1。13.3.4砌体的弹性模量量、剪变模量、、线膨胀系数、、收缩率和摩擦擦系数（1）砌体的弹性模量量和剪变模量砌体的弹性模量量E，可按表13.9采用。砌体的剪变模量量G，一般可取G=0.4E。单排孔且对孔砌砌筑的混凝土砌砌块灌孔砌体的的弹性模量，应应按下式计算