砌体结构设计课件.pptx

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1、砌体结构设计,15.1 概述,一、砌体结构的主要优、缺点1、概念 由块体(砖、石材、砌块)和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要受力构件的结构称为砌体结构,赵州桥,万里长城,大、小雁塔,一、砌体结构的主要优、缺点,主要优点：,1)取材方便，造价低廉2)具有良好的耐火性及耐久性3)具有良好的保温、隔热、隔音性能，节能效果好4)施工简单，技术容易掌握和普及，也不需要特殊的设备,主要缺点：,自重大，强度低，整体性差，砌筑劳动强度大普通实心粘土砖会毁可耕地。(武汉市2003年7月1日起禁止使用，称为“禁实”),二、砌体结构的现状和发展趋势,1.发展概况砖的生产：西周(前1134前771)水泥的发明：19

2、世纪20年代统一粘土砖规格：1952年配筋砌体的应用：20世纪60年代轻质、高强块材的应用：20世纪80年代设计理论：弹性方法内力计算、概率极限状态设计 现行规范GB50003-2011,二、砌体结构的现状和发展趋势,2.砌体结构的适用范围砌体结构抗压承载力较高，它最适用于受压构件，如混合结构房屋中的竖向承重构件(墙和柱)砌体结构抗弯、抗拉性能较差，一般不宜作为受拉或受弯构件1)多层房屋(6层以下，无抗震设防要求)注：构造柱的作用2)小型工业厂房、烟囱、无防渗要求的容器3)小型桥梁(拱桥)、涵洞、挡土墙、坝体,二、砌体结构的现状和发展趋势,3.砌体结构的发展趋势发展轻质高强的块材和高强度砂浆利

3、用工业废料，发展混凝土小型砌块采用大型墙板结构，部分代替作为内、外墙的砌体结构加强配筋砌体结构的研究和应用,15.2 块体与砂浆的种类和强度等级,15.2.1 块体的种类和强度等级1.块体材料块体分为砖、砌块和石材三大类(1)烧结砖：由粘土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经焙烧而成的砖(规格：240*115*53mm.强度等级MU30、MU25、MU20、MU15、MU10)分类：实心砖、多孔砖(孔洞率大于25)(P型砖和M型砖如图15-1,2)注：粘土砖(限制使用，武汉市禁用),(2)蒸压砖：包括蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖。制作工艺：首先将原料，经坯料制备、压制成型、蒸压养护而成(强度等级M

4、U25、MU20、MU15、MU10),(3)砌块：用普通混凝土或轻质混凝土以及硅酸盐材料制作的实心和空心块材(大、中和小型空心砌块)(强度等级MU20、MU15、MU10、MU7.5、MU5),混凝土小型空心砌块的主要尺寸390mmX190mmX190mm,(4)石材：根据加工程度分为：细料石、半细料石、粗料石和毛料石，未经过加工的为毛石)(强度等级MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20),(1)作用填满块体间的空隙，使块体受力更均匀，并将单个块体凝结成整体承受荷载(2)砂浆的种类水泥砂浆(水泥+水)、混合砂浆(水泥+水+石灰)、非水泥砂浆(石灰砂浆、粘土石灰

5、砂浆等)(3)砂浆的设计要求 足够的强度 一定的可塑性，即和易性，以便于砌筑，提高工效，保证质量和提高砌体强度，但砂浆的可塑性也不宜过大 适当的保水性，以保证砂浆硬化所需的水分(4)砂浆的强度等级根据28天的砂浆立方块70.7抗压强度确定，分七个等级M15、M10、M7.5、M5和M2.5,15.2.2 砂浆的种类和强度等级,15.2.3 块材和砂浆的选择(略),15.2.4 砌体的种类,1.无筋砌体,砖砌体：砖砌体用作内外承重墙或围护墙及隔墙。砖砌墙体一般可砌成实心的，有时也可砌成空心的，砖柱则应实砌。当砖砌体为空斗墙时，常采用一眠一斗、一眠多斗或无眠空斗墙的砌筑方法，如图所示,石砌体：石砌

6、体可就地取材，在产石的山区采用较广泛。类型有料石砌体、毛石砌体及毛石混凝土砌体,砌块砌体：采用砌块建筑，是墙体改革中的一项重要措施,2.配筋砌体,(1)配筋砖砌体,(2)配筋砌块砌体,2.配筋砌体,15.3 砌体结构的设计方法与砌体的强度设计值,(一)结构功能的极限状态按承载能力极限状态设计，正常使用极限状态由构造措施保证(二)承载能力极限状态设计表达式(按以下最不利组合进行计算),15.3.1砌体结构按近似概率理论的极限状态设计方法,(三)整体稳定性验算,15.3.2 砌体的强度设计值,1.砌体的抗压强度设计值：见附表11-411-10,2.砌体的轴心抗拉强度、弯曲抗拉强度和抗剪强度设计值：

7、以上强度均取决于灰缝强度，见附表11-11,3.在特殊情况下各类砌体强度设计值的调整系数,0.砌体的破坏形态,15.3.3 砌体的受压性能,15.3.3 砌体的受压性能,1.受压砌体的破坏过程与特点,受压砌体试验现象,2.砌体受压时块体的受力机理在压力作用下，块体在砌体中承受弯剪作用，致使其受拉或受剪破坏。破坏机理可由如下几方面解释：1)水平灰缝的厚度和密实性不均匀，如图所示：,2)砌体横向变形时砖和砂浆的交互作用在竖向压力作用下，砖和砂浆将产生变形,2.砌体受压时块体的受力机理,2.砌体受压时块体的受力机理,2)砌体横向变形时砖和砂浆的交互作用由于砂浆较大的横向变形趋势使砖横向受拉；由于砖较

8、小的横向变形能力使砂浆横向受压(或横向受到约束)，处于三向受压状态，其强度有所提高。这种现象称为“交互作用”，在其影响下，砖内出现附加拉应力，砌体强度会小于块体强度和大于砂浆强度,2.砌体受压时块体的受力机理,3)弹性地基梁的作用，如下图所示：4)竖向灰缝上的应力集中,3.影响砖砌体抗压强度的因素,1)块体的种类、强度等级和形状单块砖主要承受压应力砌体中的砖还承受弯剪应力，抗压强度未被充分利用在选择砖的等级时既要考虑其抗压强度也要考虑抗弯强度采用形状相同和强度相同的砖2)砂浆的强度等级、种类砂浆强度高，则砌体抗压强度高弹塑性性质：砂浆强度低时横向变形率增大，使砌体强度降低铺砌时的流动性：流动性

9、大有利于砌体密实性，一般采用混合砂浆3)砌筑质量标志之一是水平灰缝，要求水平灰缝的饱满程度大于80%，灰缝厚度要求为11.2厘米块体要求湿水,4.砌体抗压强度平均值,(1)砌体平均抗压强度,(2)公式特点砌体强度与砌块和砂浆强度有关；公式形式适合各类砌块构成的砌体；反映了不同砌块对砌体强度的影响；考虑了低强度砂浆对砌体强度的影响；接近国际标准,1.砌体的轴心抗拉性能（1）砌体轴心受拉的破坏形态：沿齿缝截面的破坏沿块体与竖向灰缝截面破坏沿通缝截面破坏（见P353，图15-7）,15.3.4 砌体的轴心抗拉、抗弯和抗剪性能,1.砌体的轴心抗拉性能,砌体抗压强度主要取决于块体的强度，而砌体受拉、受弯

10、和受剪破坏取决于灰缝强度，即砂浆和块体的粘接强度,（2）砂浆和块体的粘接强度,法向(竖向灰缝)的粘接忽略不计仅考虑切向(水平灰缝)的粘接强度,粘接强度,说明：对砌体轴心抗拉强度只考虑沿齿缝截面破坏的情况，并只计及水平灰缝的粘结强度。,2.砌体抗拉、抗弯和抗剪强度计算公式,15.4.1无筋砌体构件的受压承载力,1.偏心受压构件的破坏形态(见下图),15.4 砌体结构构件的承载力,特点：(1)偏心距不大时，全截面参加工作并受压(2)偏心距较大时，截面大部分受压，小部分沿通缝受拉 出现水平裂缝后，截面减小(形成余留截面，偏心距减小)，达到新的平衡(3)随轴向力增大，构件产生纵向裂缝，直至破坏(失稳)

11、2.影响因素(1)偏心距的大小(2)构件的长细比(高厚比)(3)偏心距与长细比的相对关系,15.4.1无筋砌体构件的受压承载力,y为截面重心至轴向力所在偏心方向截面边缘距离,无筋砌体适用范围：墙、柱等受压构件，偏心距满足以下条件,计算公式,例题1,解：,确定砌体抗压强度设计值,计算构件的承载力影响系数,验算砖柱承载力,砖柱截面为490mm370mm，采用粘土砖MU10，混合砂浆M5砌筑，柱计算高度H0=5m，承受轴心压力设计值为170kN(包括自重)，试验算柱底截面强度,15.4.2 无筋砌体局部受压承载力计算,(二)砌体局部均匀受压,1.均匀局部受压特点,(一)砌体的局部受压特点砌体结构常常

12、处于局部受压状态，如梁下砌体试验指出，此时由于套箍作用，砌体抗压强度将有所提高，提高幅度与受压部位及直接受压面积的大小有关,(三)梁端局部受压,(2)计算公式,(1)梁有效支承长度a0,裂缝,局部受压面积：与梁端有效支承长度有关,局部受压面积上的荷载：,(四)梁端下设刚性垫块,NL,0.4a0,截面上的内力：,受压截面面积：Ab,计算公式：,与高厚比和偏心距e有关的影响系数,(五)梁端下设垫梁,当梁支承在钢筋混凝土垫梁上，如圈梁,小结,1.提高墙体局部受压的工程措施抱壁柱 刚性垫块 柔性钢筋混凝土梁 钢筋混凝土柱2.局压特点：由于套箍作用，局压砌体强度有所提高,15.4.3 砌体轴心受拉、受弯

13、和受剪承载力计算,(一)轴心受拉(二)受弯1.受弯：2.受剪：(三)沿水平通缝的受剪1.受力情况：如图所示2.计算公式：,15.4.4 配筋砌体构件,1.网状配筋砌体,2.组合砖砌体-组合砌体构件,3.组合砖砌体-组合墙,15.5 混合结构房屋的砌体结构设计,15.5.1 承重墙的结构布置,纵墙承重,横墙承重,纵横墙混合承重,内框架承重,（1）房屋计算单元的选取当外纵墙门窗有规律均匀排列时，计算单元取窗中到中的墙体作为计算单元（2）计算单元的特点 1)取出的单元可视为排架，该排架柱由外纵墙构成、横梁由屋架或屋面梁构成 2)排架柱顶位移取决于房屋两端山墙的距离；当山墙距离无穷大时(无山墙的情形)

14、排架柱顶位移称为水平变位，用 表示，它与房屋的长度无关（平面受力体系）；当山墙距离有限时排架柱顶位移称为空间变位，用 表示，它与房屋的长度有关或者说沿房屋纵向是变化的，如图15-17所示。（空间受力体系）3)的大小与外纵墙的刚度有关；的大小与外纵墙的刚度、山墙的距离及刚度、屋盖的刚度有关,15.5.2混合结构房屋的静力计算方案,1.水平荷载下混合结构房屋的受力机理,1.水平荷载下混合结构房屋的受力机理,当风荷载作用在结构上，屋面受弯变形，山墙产生侧向移动。,若忽略屋面和山墙的刚度，则各计算单元侧移相同，且各单元之间无联系，水平侧移很大 弹性方案,计算单元,2.静力计算方案的划分如下图所示：设计

15、时，根据屋盖(或楼盖)的类型(及刚度)与山墙的间距S确定静力计算方案的选取，见表15-8(P.355),15.5.3 墙、柱高厚比验算,1.墙、柱高厚比验算(验算意义：保证墙柱的稳定性),2.带壁柱墙的高厚比验算,计算方案取为刚性方案,(1)整片墙的验算,(2)壁柱间墙的验算,3.带构造柱墙的高厚比验算,(1)整片墙的验算,(2)构造柱间墙的验算,计算方案取为刚性方案,15.6 墙体的设计计算,15.6.1 刚性方案房屋的墙体设计计算,1.承重纵墙计算,（1）计算简图,2)水平荷载下的计算,内力：,截面：,截面：,（2）控制截面位置及内力计算,1）竖向荷载作用下截面内力,（3）截面承载力计算

16、按最不利荷载组合，确定控制截面轴向力N和轴向力偏心距e，可按受压构件承载力计算公式进行计算。,2.承重横墙计算,承重横墙计算,1.计算单元的选取：见图15-42；取一米宽的墙体2.结构简化：按轴心受压构件，见图15-42 每层楼板处，视为不动铰支点3.中间横墙的控制截面：墙体底部(轴心受压，压力值最大)4.山墙计算方法：同纵墙注：1)横墙只需计算竖向荷载作用下的承载力 2)当有楼面大梁支撑于墙体，尚应进行局部受压验算,15.6.2 弹性和刚弹性房屋的墙体设计计算,(一)弹性方案单层房屋墙体的内力计算计算假定：1.屋架或屋面梁铰接于墙(柱)顶；墙(柱)固接于基础顶面2.视屋架或屋面梁为刚度无穷大

17、的水平杆件，其轴向变形忽略不计计算方法：同钢筋混凝土单层厂房排架(二)刚弹性方案单层房屋墙体的内力计算1.屋盖荷载作用下的内力计算同刚性方案(因结构和荷载对称，故无柱顶位移)2.风荷载作用下的内力计算方法见附图,(三)多层刚弹性方案房屋墙体的内力计算1.多层刚弹性方案房屋的空间作用多层刚弹性方案房屋的空间作用产生原因：屋盖、纵横墙、纵向各开间的相互制约以及各层之间的相互联系和制约上述结论的量化分析见图15-43及其说明2.刚弹性多层房屋的静力计算方法a.一般情况下，水平荷载作用时的内力分析方法见图15-43及其说明b.上柔下刚多层房屋的计算：(a)上柔下刚：顶层横墙间距超过刚性方案限值，下面各

18、层未 超过；(b)计算原理见下图,(三)多层刚弹性方案房屋墙体的内力计算3.上刚下柔多层房屋的计算：(1)上刚下柔：底层横墙间距超过刚性方案限值，上面各层未超过(2)计算原理见下图,15.7 圈梁、过梁、挑梁和墙梁的设计,15.7.1 圈梁设计,1.圈梁的作用,15.7.2 过梁设计,过梁分类：(1)钢筋混凝土过梁(2)砖砌过梁：钢筋直径5mm，间距120mm，根数2，砂浆层厚度30mm 钢筋砖过梁 砖砌平拱过梁：砂浆M5 砖砌弧拱过梁,a.钢筋混凝土过梁,b.钢筋砖过梁,c.砖砌平拱过梁,d.砖砌弧拱过梁,过梁荷载的取值,对砖和砌块砌体，当梁、板下的墙体高度hwLn时（Ln为过梁的净跨），应

19、计入梁、板传来的荷载；当梁、板下的墙体高度hwLn时，可不考虑梁、板荷载,(a)梁、板荷载(b)墙体荷载,1梁、板荷载,(1)对砖砌体，当过梁上的墙体高度hwLn/3时，应按墙体的均布自重计算；当hwLn/3时,应按高度为Ln/3墙体的均布自重计算；(2)对砌块砌体，当过梁上的墙体高度hwLn/2时，应按墙体的均布自重计算；当hwLn/2时,应按高度为Ln/2墙体的均布自重计算,2墙体荷载,1.定义：挑梁是埋置于砌体中的悬挑受力构件2.适用范围：房屋雨篷、阳台和悬挑楼梯,15.7.3 挑梁,3.可能发生的破坏形式,1.梁端下局部受压破坏2.倾覆破坏3.构件自身强度破坏,4.抗倾覆验算,5.局部

20、受压验算,15.7.4 墙梁设计,1.概述 墙梁的组成：钢筋混凝土托梁+以上的墙体，如图所示：,2.墙梁受力特点与破坏形态,破坏形态,托梁配筋较弱，砌体强度高，而墙梁的高跨比较小，类似于少筋梁,墙梁的高跨比较小，且砌体砂浆强度较低，形成沿灰缝的阶梯性平缓上升的斜裂缝,墙梁的高跨比较大，且砌体强度较高，在支座上方形成剪压斜裂缝，将砖劈裂破坏,当集中荷载较大，而砌体强度较低时，在荷载作用点与支座垫板的连线上突然出现的贯穿墙高的劈裂型斜裂缝,墙梁的高跨比较大，托梁配筋强，而砌体相对较弱时，支座端部砌体竖向应力高度集中而形成竖向裂缝,计算托梁计算、墙体计算和托梁上部局部受压验算,3.墙梁计算简图,4.

21、墙梁计算内容,5.墙梁计算荷载,(1)使用阶段墙梁上的荷载,(a)承重墙梁,包括托梁自重，本层楼盖的荷载和活荷载,墙体上的荷载(作用在墙梁顶面),包括墙梁计算范围内墙体自重，墙梁顶部楼盖的荷载和活荷载，及上面各层荷载和活荷载,(b)承重墙梁,包括托梁自重，及托梁上部全部墙体的重量,(a)托梁自重及本层楼盖的恒载(b)本层楼盖的施工活载(c)墙体自重，可取高度为1/3计算跨度的墙体自重，开洞时尚应 按洞顶以下实际分布的墙体自重复核,6.墙梁截面承载力计算(略),(2)施工阶段的荷载(作用在托梁顶部),5.墙梁计算荷载,15.8.1墙、柱的一般构造要求（见书，自学）,15.8墙、柱的一般构造要求与

22、防止墙体裂缝的措施,15.8.2 防止墙体裂缝的措施,一、地基不均匀沉降引起裂缝,主要措施,二、温度和收缩变成引起裂缝,房屋不同部位受外界温度变化的影响程度不同，上部墙体大，变形受到基础约束，产生斜裂缝,主要措施,防止或减轻墙体开裂的原理 合理的结构布置 加强房屋结构的整体刚度 设置沉降缝 设置收缩缝,防止或减轻墙体开裂的措施在保证收缩缝间距的基础上，为了防止或减轻房屋顶层墙体的裂缝，可根据房屋具体情况分别采取“防、放、抗”措施：1.为减少屋面与顶层墙体温差，防止墙顶产生裂缝，屋面应设置保温、隔热层2.为释放或降低温差应力，屋面保温(隔热)层或屋面刚性面层及砂浆找平层应设置分隔缝，分隔缝间距不

23、宜大于6m，并与女儿墙隔开，其缝宽不小于30mm,3.受温差影响较大地区可适当选用装配式有檩体系钢筋混凝土屋盖和瓦材屋盖。在钢筋混凝土屋面板与墙体圈梁的接触面处设置水平滑动层，滑动层可采用两层油毡夹滑石粉或橡胶片等；对于长纵墙，可只在其两端的23个开间内设置，对于横墙可只在其两端各l/4范围内设置(l为横墙长度),屋面滑动层构造详图,针对墙体不同区域，可采取下列构造措施加强其抗裂能力：(1)顶层屋面板下设置现浇钢筋混凝土圈梁，并沿内外墙拉通，房屋两端圈梁下的墙体内宜适当设置水平筋(2)顶层挑梁末端下墙体灰缝内设置3道焊接钢筋网片(纵向钢筋不宜少于24，横筋间距不宜大于200mm)或26钢筋，钢

24、筋网片或钢筋应自挑梁末端伸入两边墙体不小于1m,当房屋刚度较大时，可在窗台下或窗台角处墙体内设置竖向控制缝。在墙体高度或厚度突然变化处也宜设置竖向控制缝，或采取其它可靠的防裂措施。竖向控制缝的构造和嵌缝材料应能满足墙体平面外传力和防护的要求,空心砌块房屋的控制缝,灰砂砖、粉煤灰砖砌体宜采用粘结性好的砂浆砌筑，混凝土砌块砌体应采用砌块专用砂浆砌筑,赵 州 桥赵州桥又名安济桥，位于河北省赵县洨水上，是一座弧形单孔石拱桥。公元590608年石匠李春所建，是世界上现存最早、跨度最大的空腹单孔圆弧石拱桥。赵州桥桥长50.82m，净跨30.02m，拱圈矢高7.23m，宽9.6m，由28券并列组成。在桥两端

25、的石拱上，辟有两个券洞，这种结构叫“敞肩拱”，是世界桥梁中的首创。,雄伟的万里长城是中国古代人民创造的世界奇迹之一，也是人类文明史上的一座丰碑。根据历史记载，从战国以来，有20多个诸侯国和封建王朝修筑过长城。最早是楚国，为防御北方游牧民族或敌国，开始营建长城，随后，齐、燕、魏、赵、秦等国基于相同的目的也开始修筑自己的长城。秦统一六国后，秦始皇派著名大将蒙恬北伐匈奴，把各国长城连起来，西起临姚，东至辽东，绵延万余里，遂称万里长城，这就是“万里长城”名字的由来。但今天我们所见到的主要是明长城。,西安市的大小雁塔是我国保存较好的唐代古塔，不但在我国，在世界上也颇有名气。大雁塔位于西安南郊大慈恩寺内，

26、是我国佛教名塔之一。唐王朝为了请当时名闻遐迩的玄奘法师担任大慈恩寺的主持，特令在寺内修了翻经院。公元652年，玄奘上表，请求在慈恩寺内建塔以保存从印度带回的佛经和佛像，欣然同意。小雁塔在西安城南1公里处的荐福寺内，有一座典型的密檐式佛塔。小雁塔建于公元707年，共15级，约45米高。公元1487年，陕西发生了6级大地震，把小雁塔中间从上到下震裂了一条一尺多宽的缝。然而时隔34年，在1521年又一次大地震中，裂缝在一夜之间又合拢了。人们百思不得其解，便把小雁塔的合拢叫“神合”。原来古代工匠根据西安地质情况特地将塔基用夯土筑成一个半圆球体，受震后压力均匀分散，这样小雁塔就象一个“不倒翁”一样，虽历经70余次地震，仍巍然屹立。这不能不令人叹服我国古代能工巧匠建筑技艺的高超！,