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砌体结构讲义

砌体结构

一、砌体材料及其力学性能

（一）砌体分类

砌体是由各种块材和砂浆按一定的砌筑方法砌筑而成的整体。

它分为无筋砌体和配筋砌体两大类。

无筋砌体又因所用块材不同分为砖砌体、砌块砌体和石砌体。

在砌体水平灰缝中配有钢筋或在砌体截面中配有钢筋混凝土小柱者称为配筋砌体。

1．砖砌体

由砖与砂浆砌筑而成的砌体，其中砖包括实心黏土砖和黏土空心砖。

（1）实心黏土砖（简称实心砖）

实心黏土砖具有全国统一的规格，其尺寸为240×115×53（mm），它以黏土为主要原料，经过焙烧而成，其保温隔热及耐久性能良好，强度也较高，是最常见的砌体材料。

由于黏土材料耗费广大耕地，从保护土地资源考虑，目前实心黏土砖的应用受到政策上的限制。

（2）黏土空心砖（简称空心砖）

为了减轻砌体自重，保护农田资源，近来，我国部分地区生产厂不同孔洞形状和不同孔洞率的黏土空心砖。

这种砖由于做成部分孔洞，因此自重较轻，保温隔热性能有了进一步改善。

由于孔洞方向不同，黏土空心砖分为竖孔空心砖和水平孔空心砖两类。

竖孔空心砖孔洞率一般为15％—20％，以免强度降低过多影响使用。

砌筑时由于孔洞垂直于受压面，强度较高，可用于承重墙，其强度等级划分同实心砖。

水平孔空心砖可采用较大的孔洞率，一般为40％～60％，以取得更好的隔热、隔声性能。

砌筑时孔洞平行于承压面，故强度较低，一般只能用于外承重隔墙或框架填充墙。

在竖孔空心砖型号中，字母K表示空心；M表示模数，P表示普通。

见图11—1。

普通空心砖KPl重量较轻，可与标准砖配合使用；ψψ砍砖容易，不需配砖，因此在部分地区用得较多。

普通空心砖KP2也能与标准砖配合使用，但砍砖较多，施工时尚需辅助规格的配砖。

模数空心砖KMl不能与普通标准砖配合使用，同时在拐角、T字形接头处，由于错缝要求，还需要辅助规格的配砖。

目前，国家标准对空心砖的孔洞形状、孔洞率及布置方式未作统一规定，因此各地区产品不尽相同。

2．砌块砌体

由砌块与砂浆砌筑而成，砌块材料有混凝土、粉煤灰等。

目前，我国常用的有混凝土中、小型空心砌块和粉煤灰中型砌块。

小型砌块高度为180～350mm，中型砌块高度为360～900mm，见图11-2。

小型砌块可用手工砌筑，中型砌块采用机械施工。

大型砌块由于起重设备的限制，很少应用。

3．配筋砌体

在砌体中配置钢筋或钢筋混凝土时，称为配筋砖砌体。

目前，我国采用的配筋砌体有：

（1）网状配筋砖砌体

在砌体水平灰缝中配置双向钢筋网，可加强轴心受压或偏心受压墙（或柱）的承载能

力（图11-3a）。

（2）纵向配筋砖砌体

在砌体的竖向灰缝中配置纵向钢筋（图1l—3b），施工麻烦。

（3）组合砌体

由砌体和钢筋混凝土组成，钢筋混凝土薄柱也可用钢筋砂浆面层代替（图11-3c）。

主要用于偏心受压墙、柱。

此外，在砌体结构拐角处或内外墙交接处放置的钢筋混凝土构造柱，也是一种组合砌体，但其作用只是对墙体变形起约束作用，提高房屋抗震能力。

4．石砌体

由石材和砂浆或由石材和混凝土砌筑而成（见图11-4）。

石砌体可用作一般民用建筑的承重墙、柱和基础。

（二）砌体材料的强度等级

块材和砂浆的强度等级，依据其抗压强度来划分。

它是确定砌体在各种受力情况下强度的基本数据。

1．烧结普通砖、烧结多孔砖的强度等级：

分为5级，以MU表示，单位为MPa，即MU30、MU25、MU20、MUl5、MU10。

砖的抗压强度应根据抗压强度和抗折强度综合评定。

2．蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖的强度等级：

分为4级，即MU25、MU20、MUl5、MU10。

3。

砌块的强度等级：

分为5级，即MU20、MUl5、MUIO、MU7．5、MU5。

4。

石材的强度等级：

由边长为70mm的立方体试块的抗压强度来表示，可分为7级，

即MUl00、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20。

5．砂浆的强度等级：

由边长为70．7mm的立方体试块，在标准条件下养护，进行抗压试验，取其抗压强度平均值。

砂浆强度等级分为5级，以M表示，即M15、MIO、M7．5、

M5、M2．5，当验算施工阶段砌体承载力时，砂浆强度取为0。

（三）砌体的受力性能

1．砌体受压破坏特征

砖砌体轴心受压时，从加载至破坏，可分为三个阶段。

第一阶段：

从开始加载到出现第一条裂缝（图11-5a），其压力约为破坏时压力的50％～70％；

第二阶段：

随着压力增加，单块砖内的裂缝不断发展，并沿竖向通过若干皮砖，同时产生新的裂缝（图11-5b）。

此时，即使压力不再增加，裂缝仍会继续开展。

砌体已处于临界破坏状态，其压力约为破坏时压力的80％～90％；

第三阶段：

压力继续增加，裂缝加长加宽，使砌体形成若干小柱体，砖被压碎或小柱体失稳，整个砌体也随之破坏（图11-5c）。

此时，以破坏时的压力除以砌体横截面面积所得应力即称为砌体的极限强度。

2．砌体受压时的应力状态

（1）砌体中的块材受有弯剪应力

在砌体中，由于灰缝厚度不一，砂浆饱满度不均匀及块体表面不平整，使砌体受压时块体并非均匀受压，而是处于弯剪应力状态（图11-6）。

（2）砌体中的块材受有水平拉应力

块材与砂浆的弹性模量与变形系数存在差异，——般情况下块材的横向变形比中等强度以下砂浆的横向变形小。

砌体受压时，由于两者共同工作，砌体的变形将介于块材变形与砂浆层变形之间。

块材的横向变形因受砂浆层的影响而增大，块材中产生横向拉应力。

砂浆的横向变形则因受到材料的影响而减小，使砂浆中产生横向压应力（图11-7），从而使砂浆处于三向受压状态。

（3）竖向灰缝的应力集中

由于砌体内的竖向灰缝不饱满，因此灰缝中的砂浆与块材间的粘结力难以保证砌体的整体性，块材在竖向灰缝中易产生应力集中，因而加速了块材的开裂，引起砌体强度的降低。

综上所述，砌体受压时单块块材处在复杂应力状态下工作，使块材抗压强度不能充分发挥，因此，砌体的抗压强度低于所用块材的抗压强度。

3．影响砌体抗压强度的因素

（1）块材和砂浆强度的影响

块材和砂浆强度是影响砌体抗压强度的主要因素，砌体强度随块材和砂浆强度的提高

而提高。

对提高砌体强度而言，提高块材强度比提高砂浆强度更有效。

一般情况下，砌体强度低于块材强度。

当砂浆强度等级较低时，砌体强度高于砂浆强

度；当砂浆强度等级较高时，砌体强度低于砂浆强度。

（2）块材的表面平整度和几何尺寸的影响

块材表面愈平整，灰缝厚薄愈均匀，砌体的抗压强度可提高。

当块材翘曲时，砂浆层严重不均匀，将产生较大的附加弯曲应力使块材过早破坏。

块材高度大时，其抗弯、抗剪和抗拉能力增大；块材较长时，在砌体中产生的弯剪应力也较大。

（3）砌筑质量的影响

砌体砌筑时水平灰缝的厚度、饱满度、砖的含水率及砌筑方法，均影响到砌体的强度和整体性。

水平灰缝厚度应为8～12mm（一般宜为lOmm）；水平灰缝饱满度应不低于80％；砌体砌筑时，应提前将砖浇水湿润，含水率不宜过大或过低（一般要求控制在10％～15％）；砌筑时砖砌体应上下错缝，内外搭接。

（四）砌体的受拉、受弯和受剪性能

1．砌体轴心受拉

根据拉力作用方向，有三种破坏形态（图11-8）。

当轴心拉力与砌体水平灰缝平行时，砌体可能沿灰缝I—I截面破坏（图11-8a），也可能沿块体和竖向灰缝破坏（图11—8b）；当轴心拉力与砌体水平灰缝垂直时，砌体沿通缝截面破坏（图11-8c）。

当块材强度较高而砂浆强度较低时，砌体沿齿缝受拉破坏；当块材强度较低而砂浆强度较高时，砌体受拉破坏可能通过块体和竖向灰缝连成的截面发生。

2．砌体弯曲受拉

砌体弯曲受拉时，有三种破坏形态（图11-9）。

即砌体沿齿缝破坏；沿块体和竖向灰缝破坏和沿通缝破坏。

3．砌体抗剪强度

砌体受抗剪破坏时，有三种破坏形态。

即沿通缝剪切破坏；沿齿缝剪切破坏；沿阶梯形缝剪切破坏（图11-10）。

影响砌体抗剪强度的因素有：

（1）砂浆强度的影响

砌体抗剪强度随砂浆强度等级的提高而提高，但块体强度对抗剪强度的影响较小。

（2）竖向压应力的影响

当竖向压应力与剪应力之比在一定范围内时，砌体的抗剪强度随竖向压应力的增加而提高。

（3）砌筑质量的影响

主要与砂浆饱满度和砌筑时块体的含水率有关。

当砌体内水平灰缝砂浆饱满度大于92％，竖向灰缝内未灌砂浆；或当水平灰缝砂浆饱满度大于80％，竖向灰缝内砂浆饱满度大于40％时，砌体的抗剪强度可达到规范规定值。

砖砌筑时，随含水量的增加砌体抗剪强度相应提高。

当砖含水量约为10％时，砌体抗剪强度最高。

砌体抗剪强度主要取决于水平灰缝中砂浆与块体的粘结强度。

（五）砌体强度计算值

1．砌体强度平均值fm

2．砌体强度标准值fk

砌体强度标准值是结构设计时采用的强度基本代表值。

考虑了强度的变异性，强度标准值fk与平均值fm的关系为：

式中δf—砌体强度变异系数。

对砖砌体δf=0．17；

对抗拉、抗弯和抗剪强度δf=0．20。

3．砌体强度设计值

砌体强度设计值是由可靠度分析或工程经验校准法确定的，引入了材料性能分项系数来体现不同情况的可靠度要求。

该值直接用于结构构件的承载力计算。

砌体强度设计值f与标准值fk的关系为：

式中rf—砌体结构材料性能分项系数，对各类砌体的各种强度均取1．5，用以保证结

构的可靠度。

各类砌体轴心抗拉、弯曲抗拉和抗剪强度设计值，见表11—9。

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，应按下列公式计算：

式中fg——灌孔砌体的抗压强度设计值（MPa）。

二、砌体房屋的静力计算

房屋中的墙、柱等竖向构件用砌体材料，屋盖、楼盖等水平承重构件用钢筋混凝土或其他材料建造的房屋，由于采用了两种或两种以上材料，称为混合结构房屋，或称为砌体结构房屋。

注：

①对于用形状规则的块体砌筑的砌体，当搭接长度与块体高度的比值小于1时，其轴心抗拉强度设计值ft和弯曲抗拉强度设计值ftm应按表中数值乘以搭接长度与块体高度比值后采用；

②对孔洞率不大于35％的双排孔或多排孔轻骨料混凝土砌块砌体的抗剪强度设计值，可按表中混凝土砌块砌体抗剪强度设计值乘以1．1；

③对蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖砌体，当有可靠的试验数据时，表中强度设计值允许作适当调整；

④对烧结页岩砖、烧结煤矸石砖、烧结粉煤灰砖砌体，当有可靠的试验数据时，表中强度设计值允许作适当调整。

（一）砌体结构房屋承重墙布置的四种方案

1．横墙承重体系

在多层住宅、宿舍中，横墙间距较小，可做成横墙承重体系，楼面和屋面荷载直接传至横墙和基础。

这种承重体系由于横墙间距小，因此房屋空间刚度较大，有利于抵抗水平风载和地震作用，也有利于调整房屋的不均匀沉降。

2．纵墙承重体系

在食堂、礼堂、商店、单层小型厂房中，将楼、屋面板（或增设檩条）铺设在大梁（或屋架）上，大梁（或屋架）放置在纵墙上，当进深不大时，也可将楼、屋面板直接放置在纵墙上，通过纵墙将荷载传至基础，这种体系称为纵墙承重体系。

纵墙承重体系可获得较大的使用空间，但这类房屋的横向刚度较差，应加强楼、屋盖与纵墙的连接，这种体系不宜用于多层建筑物。

3．纵横墙承重体系

在教学楼、实验楼、办公楼、医院门诊楼中，部分房屋需要做成大空间，部分房间可以做成小空间，根据楼、屋面板的跨度，跨度小的町将板直接搁置在横墙上，跨度大的方向可加设大梁，板荷载传至大梁，大梁支承在纵墙厂，这样设汁成纵横墙同时承重，这种体系布置灵活，其空间刚度介于上述两种体系之间。

4．内框架承重体系

在商场、多层厂房中，常需要较大的空间，可在房屋中部设柱，大梁一端支承在柱上，另一端支承在