砌体结构砌体及其设计方法

砌体结构砌体及其设计方法第1页/共89页

教学要求：本章应让学生了解组成砌体的材料及其强度等级与设计要求、砌体的种类以及砌体的各种物理力学性能，重点掌握轴心受压砌体的破坏特征，深刻理解影响砌体抗压强度的主要因素，能够正确选用砌体的各种强度值；了解极限状态设计方法和砌体结构耐久性的基本概念，掌握耐久性设计内容。第2页/共89页砌体材料：块体、砂浆2.2.1块体及强度等级1.块体常用的砌体块体有砖、砌块、石材。砌体是由块体和砂浆粘结而成的复合体。

2.1砌体材料及强度等级第3页/共89页砌体结构用砖：1）烧结普通砖；2）烧结多孔砖（M、P型砖）；3）蒸压灰砂普通砖；4）蒸压粉煤灰普通砖；5）混凝土砖。（1）砖第4页/共89页

1)烧结普通砖

原料：煤矸石、页岩、粉煤灰或粘土。烧结普通砖：烧结煤矸石砖、烧结页岩砖、烧结粉煤灰砖和烧结粘土砖。标准砖尺寸：240×115×53mm。适用范围：房屋上部及地下基础等。第5页/共89页240墙180墙灰缝的厚度为８～１２ｍｍ第6页/共89页

2)烧结多孔砖

孔洞率不大于35%。承重多孔砖分为P型砖（240×115×90）和M型砖（190×190×90）；多孔砖优点：可节约粘土、减少砂浆用量、提高工效、节省墙体造价，可减轻块体自重、增强墙体抗震性能。适用范围：房屋上部结构（不宜用于冻胀地区地下部位）。第7页/共89页

3)蒸压灰砂普通砖4)蒸压粉煤灰普通砖蒸压灰砂普通砖和蒸压粉煤灰普通砖的规格尺寸同烧结普通砖。5)混凝土砖多孔砖的主要规格尺寸为240mm×115mm×90mm、240mm×190mm×90mm、190mm×190mm×190mm等；实心砖的主要规格尺寸为240mm×115mm×53mm、240mm×115mm×90mm等，可替代粘土砖砌筑承重墙体。第8页/共89页由普通混凝土或轻集料混凝土制成。规格尺寸：390mm×190mm×190mm空心率：25%～50%的空心砌块混凝土小型砌块

（2）砌块第9页/共89页（3）石材

石材按其加工后的外形规则程度，可分为毛石和料石两类。毛石形状不规则，中部厚度不应小于200mm，长度约300mm～400mm。料石为比较规则的六面体，其截面高度与宽度不宜小于200mm，且不宜小于长度的1/4；料石按加工平整程度不同分为细料石、粗料石和毛料石3种。第10页/共89页

2.块体的强度等级实心砖的强度等级是根据标准试验方法所得到的砖的极限抗压强度Mpa值来划分的，多孔砖强度等级的划分除考虑抗压强度外，还应考虑抗折强度的要求。块体的强度等级用符号“MU”加相应数字表示，其数字表示块体的强度大小，单位为Mpa（即N/mm2）。第11页/共89页

①烧结普通砖、烧结多孔砖的强度等级共分为5级，依次为MU30、MU25、MU20、MU15和MU10。

②蒸压灰砂普通砖、蒸压粉煤灰普通砖的强度等级共分为3级，依次为MU25、MU20和MU15。

③混凝土普通砖、混凝土多孔砖的强度等级共分为4级，依次为MU30、MU25、MU20和MU15。（1）承重结构的块体的强度等级第12页/共89页

④混凝土砌块、轻集料混凝土砌块的强度等级共分为5级，依次为MU20、MU15、MU10、MU7.5和MU5。

⑤石材的强度等级共分为7级，依次为MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30和MU20（1）承重结构的块体的强度等级立方体边长（mm）2001501007050换算系数1.431.281.141.000.86表2-1石材强度等级的换算系数第13页/共89页

①空心砖的强度等级共分为4级，依次为MU10、MU7.5、MU5和MU3.5。

②轻集料混凝土砌块的强度等级共分为4级，依次为MU10、MU7.5、MU5和MU3.5。

（2）自承重墙的空心砖、轻集料混凝土砌块的强度等级第14页/共89页2.1.2砂浆的种类和强度等级

砂浆是由胶凝材料（如水泥、石灰等）及细骨料（如粗砂、中砂、细砂）加水搅拌而成的粘结块体的材料。砂浆的主要作用是：粘结块体，使单个块体形成受力整体；找平块体间的接触面，促使应力分布较为均匀；充填块体间的缝隙，减少砌体的透风性，提高砌块的隔热性和抗冻性能。对砂浆基本要求是强度、可塑性和保水性。第15页/共89页1.砂浆的种类

（1）水泥砂浆（2）混合砂浆

（3）非水泥砂浆

（4）混凝土砌块（砖）专用砌筑砂浆（5）蒸压灰砂普通砖、蒸压粉煤灰普通砖专用砌筑砂浆第16页/共89页砂浆的强度等级用符号“M”、“Ms”或“Mb”加相应数字表示，其数字表示砂浆的强度大小，单位为Mpa（即N/mm2）。

（1）烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压灰砂普通砖和蒸压粉煤灰普通砖砌体采用的普通砂浆强度等级共分为5级，依次为M15、M10、M7.5、M5和M2.5。（2）蒸压灰砂普通砖和蒸压粉煤灰普通砖砌体采用的专用砌筑砂浆强度等级共分为4级，依次为Ms15、Ms10、Ms7.5、Ms5。

2.砂浆的强度等级第17页/共89页

（3）混凝土普通砖、混凝土多孔砖、单排孔混凝土砌块和煤矸石混凝土砌块砌体采用的砂浆强度等级共分为5级，依次为Mb20、Mb15、Mb10、Mb7.5和Mb5。（4）双排孔或多排孔轻集料混凝土砌块砌体采用的砂浆强度等级共分为3级，依次为Mb10、Mb7.5和Mb5。（5）毛料石、毛石砌体采用的砂浆强度等级共分为3级，依次为M7.5、M5和M2.5。第18页/共89页（1）足够的强度；（2）较好的可塑性；（3）适当的保水性。3.对砂浆质量的要求第19页/共89页

混凝土砌块灌孔混凝土是由水泥、集料、水以及根据需要掺入的掺和料和外加挤等组分，按一定比例，采用机械搅拌后，用于浇注混凝土砌块砌体芯柱或其他需要填实部位孔洞的混凝土。简称砌块灌孔混凝土。砌块灌孔混凝土应具有较大的流动性，其坍落度应控制在200～250mm，强度等级用“Cb”表示。

2.1.3砌块灌孔混凝土第20页/共89页分类：砖砌体、砌块砌体及石砌体；无筋砌体和配筋砌体；承重砌体和非承重砌体。砌筑目的：使块体均匀受力保证砌体的整体性，使竖缝填满达到保温效果。砌筑要求：块体排列应横平竖直、上下错缝、内外相互搭接。2.2砌体的种类第21页/共89页1.砖砌体砖砌体在房屋建筑中广泛用于内外墙、柱、基础等承重结构以及围护墙与隔墙等非承重结构等。砌筑方法：一顺一丁、三顺一丁和梅花丁。2.2.1无筋砌体图2-3实心砖墙的砌筑方式第22页/共89页施工严禁：包心柱和不同强度等级砖块混用。墙体尺寸：240mm（一砖）、370mm（一砖半）、490mm（二砖）620mm（二砖半）、740mm（三砖）。2.2.1无筋砌体图2-4通缝示意图图2-6

包心砌法砌筑砖柱第23页/共89页图2-5多孔砖墙的砌筑方式烧结多孔砖在砌筑时，其孔是沿竖向放置的。标准砌筑的墙体厚度为190mm、240mm、370mm。第24页/共89页由砌块和砂浆砌筑而成的砌体称为砌块砌体。目前国内外常用的砌块砌体以混凝土小型空心砌块砌体为主，其中包括普通混凝土空心砌块砌体和轻集料混凝土空心砌块砌体。

2.砌块砌体第25页/共89页石砌体是由天然石材和砂浆（或混凝土）砌筑而成，分为料石砌体、毛石砌体和毛石混凝土砌体等。料石砌体主要用于房屋建筑上部结构以及石拱桥、石坝、渡槽和储液池等构筑物。毛石砌体砌筑基础、堤坝、城墙、挡土墙等。

3.石砌体图2-7石砌体第26页/共89页网状配筋砌体配筋目的：提高砌体强度、减少截面尺寸、增加砌体结构（或构件）的整体性。

1.网状配筋砌体网状配筋砌体又称横向配筋砌体，是砖柱或砖墙中每隔几皮砖在其水平灰缝中设置直径为3～4mm的方格网式钢筋网片。

2.2.2配筋砌体第27页/共89页组合砖砌体构件截面2.组合砖砌体组合砖砌体是由砖砌体和钢筋混凝土面层或配筋砂浆面层组成的构件，可以承受较大的偏心轴压力。第28页/共89页砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙截面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土构造柱，并在各层楼盖处设置钢筋混凝土圈梁。

3.砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙第29页/共89页配筋砌块砌体是在混凝土空心砌块砌体的水平灰缝中配置水平钢筋，在孔洞中配置竖向钢筋并用混凝土灌实的一种配筋砌体。图2-8配筋砌块砌体

4.配筋砌块砌体第30页/共89页矿渣混凝土墙板、空心混凝土墙板、振动砖墙板及整体混凝土墙板。混凝土空心墙板振动砖墙板

2.2.3墙板第31页/共89页2.3砌体的受压性能2.3.1砌体的受压破坏特征图2-9轴心受压砌体的破坏形态第32页/共89页

1.单块砖在砌体内并非均匀受压砖块受压面并不完全规则平整，砖与上下层的砂浆不饱满，砖在砌体中实际上处于受弯、受剪和局部受压的复杂应力状态，因此砌体的抗压强度比砖的抗压强度低。2.3.2砌体的受压应力状态图2-10砌体内砖的受力状态示意图第33页/共89页砖的弹性模量大、砂浆的弹性模量小。单块砖在砌体中处于压，弯，剪及拉的复合应力状态，其抗压强度降低；而砂浆处于三向受压状态，抗压强度提高。图2-12砂浆对砖的作用力

2.砌体横向变形时砖和砂浆存在交互作用。图2-11砖、砂浆的受压应力-应变曲线

第34页/共89页砌体的竖向灰缝不饱满、不密实，易在竖向灰缝上产生应力集中，同时竖向灰缝内的砂浆和砖的粘结力也不能保证砌体的稳定性。因此，在竖向灰缝上的砖内将产生拉应力和剪应力的集中，从而加快砖的开裂，引起砌体强度的降低。

3.竖向灰缝的应力集中第35页/共89页

1.块体与砂浆的等级强度块体与砂浆的等级是确定砌体强度最重要的因素，单个块体的抗压，抗弯强度在某种层度上决定了砌体的强度。

块体和砂浆的强度越高、则砌体强度也越高

2.3.3影响砌体抗压强度的因素第36页/共89页块体的尺寸，几何形状及表面的平整程度对砌体的抗压强度有较大影响。块体——高度大，砌体强度高；长度大，砌体强度低；表面平整，砌体强度高。2.块体的尺寸与形状第37页/共89页

砂浆的流动性和保水性好时，容易形成厚度和密实性较均匀的灰缝，因而减少单块砖内的弯剪应力，而提高砌体强度。

砂浆性质——变形越大，砌体强度越低；砂浆的流动性——流动性差，砌体强度降低；砂浆的弹性模量——弹性模量越大，砌体强度越高。

同一强度等级的混合砂浆砌筑的砌体强度要比相应纯水泥砂浆砌体高。3.砂浆的流动性、保水性及弹性模量的影响第38页/共89页砂浆铺砌饱满、均匀，可改善块体在砌体中的受力性能，使之较均匀的受压而提高砌体的抗压强度；反之，降低砌体强度。错缝搭接、砂浆均匀、灰缝饱满。

砖墙水平灰缝饱满程度不得低于80%，砖柱水平灰缝和竖向灰缝饱满度不得低于90%；混凝土砌块砌体水平灰缝和竖向灰缝的砂浆饱满度，应按净面积计算不得低于90%；灰缝厚度以10～12mm为宜。4.砌筑质量与灰缝的厚度第39页/共89页2.3.4砌体抗压强度的计算砌体的轴心抗压强度平均值的计算公式为式中ƒm——砌体轴心抗压强度平均值（Mpa）；

ƒ1

——块体抗压强度平均值（Mpa）；

ƒ2

——砂浆抗压强度平均值（Mpa）；

k1、

——与块体类别及砌体类别有关的系数，其取值见表2-2；

k2——砂浆强度影响的修正系数，其取值见表2-2。第40页/共89页砌体大多数用来承受压力，以充分利用其抗压性能；但也有用于受拉、受弯、受剪的情况，比如圆形水池的池壁上存在拉力，档土墙受到土侧压力形成的弯矩作用，砌体过梁在自重和楼面荷载作用下受到的弯、剪作用，拱支座处的剪力作用等。2.4砌体的受拉、受弯、受剪性能第41页/共89页破坏形态：沿齿缝破坏Ⅰ—Ⅰ

砌体的抗拉强度主要取决块体与砂浆的连接面的粘结强度，并与齿缝破坏面水平灰缝的总面积有关，由于块体与砂浆间的粘结强度取决于砂浆强度等级，故此时的砌体的轴心抗拉强度可由砂浆的等级来确定。

沿砌体（块体）截面破坏Ⅱ—Ⅱ

当块体的强度等级较低，而砂浆强度等级较高时，砌体则可能沿块体与竖向灰缝截面破坏。此时，砌体的轴心抗拉强度取决于块体的强度等级。

2.4.1砌体的轴心受拉性能图2-13砌体轴心受拉的破坏形态第42页/共89页式中ƒt,m——砌体轴心抗拉强度平均值（Mpa）；

ƒ2——砂浆的抗压强度平均值（Mpa）；

k3——与块体类别有关的参数，见表2-3。(2-2)

《规范》规定砌体沿齿缝截面破坏的轴心抗拉强度平均值计算公式为：第43页/共89页2.4.2砌体的受弯性能图2-14砌体的受弯破坏破坏形态：与砂浆的强度等级有关。沿通缝破坏：故也与砂浆的强度等级有关。沿砌体与竖向缝破坏：主要取决于块体强度等级。第44页/共89页

《规范》规定砌体沿齿缝与沿通缝截面受弯破坏时的弯曲抗拉强度平均值计算公式为：式中ƒtm，m——砌体弯曲抗拉强度平均值（Mpa）；

ƒ2

——砂浆的抗压强度平均值（Mpa）；

k4——与块体类别有关的参数，见表2-3；(2-3)第45页/共89页砌体结构中的受剪构件：门窗过梁、拱过梁、墙体的过梁等。砌体在受剪时，可发生沿阶梯形截面的受剪破坏、沿通缝截面的受剪破坏及沿块体截面或灰缝的受剪破坏。2.4.3砌体的受剪性能图2-15砌体的受剪破坏第46页/共89页《规范》规定砌体的抗剪强度平均值计算公式为：式中ƒv，m——砌体抗剪强度平均值（Mpa）；

ƒ2——砂浆的抗压强度平均值（Mpa）；

k5——与块体类别有关的参数，见表3-3。(2-4)第47页/共89页2.5砌体的变形和其他性能

2.5.1砌体的弹性模量研究弹性模量的目的在于掌握应力—应变关系。主要用于计算砌体构件在荷载作用下的变形，是衡量砌体抵抗变形能力的一个物理量。（2-5）式中ƒm——砌体抗压强度平均值（Mpa）；

ξ——砌体变形的弹性特征系数，主要与砂浆的强度等级有关。第48页/共89页图2-16砖砌体的变形性能第49页/共89页对（2-5）式求导：（2-6）当时，由式（2-6）可得砌体的初始弹性模量（2-7）第50页/共89页(2-8)(2-9)工程应用时一般取σ=0.43fm时的割线模量作为砌体的弹性模量比较式（2-7）和式（2-8），则可得第51页/共89页为便于应用，现行《规范》对砌体受压弹性模量采用了更为简化的结果，按砂浆的不同强度等级，取弹性模量与砌体的抗压强度设计值成正比关系。而对于石材抗压强度和弹性模量均远高于砂浆相应值的石砌体，砌体的受压变形主要集中在灰缝砂浆中，故石砌体弹性模量可仅按砂浆的强度等级来确定。各类砌体的弹性模量见表2-4。第52页/共89页第53页/共89页在设计中计算墙体在水平荷载作用下的剪切变形或对墙体进行剪力分配时，需要用到砌体的剪变模量。式中ν——材料的泊松系数，一般为0.1～0.2，因此，《规范》近似取G=0.4E。（2-9）

2.5.2砌体的剪变模量第54页/共89页砌体浸水时体积膨胀，失水时体积干缩，而且收缩变形较膨胀变形大的多，因此工程对砌体的干缩变形十分重视。

2.5.3砌体的线膨胀系数和收缩率第55页/共89页在砌体结构的抗滑移和抗剪承载力计算中要用到砌体摩擦系数，其值与摩擦面的材料和潮湿程度有关。2.5.4砌体的摩擦系数第56页/共89页2.6砌体结构设计方法2.6.1承载能力极限状态设计表达式砌体结构按承载能力极限状态设计的表达式为：（1）当可变荷载多于一个时，应按下列公式中最不利组合进行计算

≤

≤第57页/共89页(2)当仅有一个可变荷载时，应按下列公式中最不利组合进行计算≤≤第58页/共89页（3）当砌体结构作为一个刚体，需验算整体稳定性时，例如倾覆、滑移、漂浮等，应按下列公式中最不利组合进行验算≤

≤式中SG1k——起有利作用的永久荷载标准值的效应；SG2k——起不利作用的永久荷载标准值的效应。

第59页/共89页q1q26m2mBC例1求悬臂外伸梁的跨中最大弯矩条件：某悬臂外伸梁如图所示，跨度6m，伸臂的外挑长度为2m，承受永久荷载标准值gk=20kN/m，可变荷载标准值qk=10kN/m，组合值系数为0.7。要求：AB跨中的最大弯矩。第60页/共89页AB跨的荷载：

1.2×20+1.4×10=38kN/m1.35×20+1.4×0.7×10=36.8kN/m取q1=38kN/m。BC跨的荷载：取q2=1.0×20=20kN/mRA=（0.5×38×62－0.5×20×22）/6=107.33kNX=RA/38=107.33/38=2.824mMmax=RAX－0.5×38×X2=107.33×2.824－0.5×2.5242=151.57kNm第61页/共89页1.砌体的强度标准值砌体的强度标准值应具有不小于95%的保证率，即按下式计算式中fk——砌体的强度标准值；fm——砌体的强度平准值；σf——砌体强度的标准差；δf——砌体强度的变异系数。

2.6.2砌体的强度标准值和设计值第62页/共89页砌体的抗压强度设计值f是砌体强度标准值fk除以材料性能分项系数γf，按下式计算式中f——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，宜按施工质量控制等级为B级考虑，取γf

=1.6；当为C级时，γf=1.8；当为A级时，γf=1.5。

2.砌体的抗压强度设计值第63页/共89页《砌体工程施工质量验收规范》根据施工现场的质量管理、砂浆和混凝土强度、砂浆拌合方式、砌筑工人技术等级等方面的综合水平，把砌体施工质量控制等级分为A、B、C三级。

龄期为28d的以毛截面计算的各类砌体抗压强度设计值，当施工质量控制等级为B级时，应根据块体和砂浆的强度等级分别按表2-7~2-13采用。当施工质量控制等级为C级时，表中数值应乘以调整系数γa=1.6/1.8=0.89；当施工质量控制等级为A级时，可将表中砌体强度设计值提高5%。

第64页/共89页第65页/共89页第66页/共89页第67页/共89页第68页/共89页第69页/共89页第70页/共89页第71页/共89页根据试验和结构可靠度分析结果，《砌体结构设计规范》规定，龄期为28d的以毛截面计算的各类砌体的轴心抗拉强度设计值、弯曲抗拉强度设计值和抗剪强度设计值，当施工质量控制等级为B级时，按表2-14采用。表2-14为沿砌体灰缝截面破坏时砌体的轴心抗拉强度设计值、弯曲抗拉强度设计值和抗剪强度设计值。

3.砌体的轴心抗拉、弯曲抗拉、抗剪强度设计值第72页/共89页第73页/共89页第74页/共89页第75页/共89页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应按下式计算式中fg——灌孔混凝土砌块砌体的抗压强度设计值，并不应大于未灌孔砌体抗压强度设计值的2倍；

f——未灌孔砌体的抗压强度设计值，查2-10表；

fc——灌孔混凝土的轴心抗压强度设计值；

a——砌块砌体中灌孔混凝土面积和砌体毛面积的比值；

δ——混凝土砌块的孔洞率；

ρ——混凝土砌块的灌孔率，系截面灌孔混凝土面积和截面孔洞面积的比值，不应小于33%。4.灌孔砌块砌体的抗压强度和抗剪强度设计值第76页/共89页混凝土砌块砌体的灌孔混凝土要求有较好的流动性，其强度等级不应低于Cb20，且不应低于1.5倍的块体强度等级。灌孔混凝土的强度等级Cb20等同于对应的混凝土强度等级C20的强度指标。单排孔混凝土砌块对孔砌筑时，灌孔砌体的抗剪强度设计值fvg，应按下式计算式中fg——灌孔砌体的抗压强度设计值（MPa）。第77页/共89页

5.砌体强度设计值的调整系数第78页/共89页

2.7砌体结构的耐久性

2.7.1