砌體結(jié)構(gòu)基本理論和影響因素

1、砌體結(jié)構(gòu)基本理論和影響因素 第二章 砌體結(jié)構(gòu)基本理論 第1節(jié) 概述 砌體結(jié)構(gòu)是指用磚、石或塊材，用砂漿砌筑的結(jié)構(gòu)。砌體按照所采用塊材不同，可分為磚砌體、石砌體和砌塊砌體三類。 砌體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是材料的復(fù)合性和低強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)的空間性和多功能、構(gòu)件的受壓性和大截面、砌筑的手工性和現(xiàn)場(chǎng)制作。 砌體結(jié)構(gòu)具有很多明顯的優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用范圍廣泛。但也存在明顯缺點(diǎn)，也限制它在某些場(chǎng)合下的應(yīng)用 。第2節(jié) 砌體的性能、強(qiáng)度等級(jí)及其指標(biāo) 2.2.1 塊材性能 砌體所有塊材的種類很多，如：燒結(jié)普通磚；燒結(jié)多孔（或空心）磚；非燒結(jié)蒸養(yǎng)磚；工業(yè)廢料砌塊；混凝土空心砌塊；石材等。 以燒結(jié)普通粘土磚（也稱粘土磚或磚）為代表，以粉

2、煤灰砌塊為代表，以混凝土小型空心砌塊為代表，以料石和毛石為代表。 粘土磚對(duì)磚砌體性能的主要影響因素有（1）強(qiáng)度 指抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。其中抗壓強(qiáng)度相對(duì)較高，抗折強(qiáng)度相對(duì)很低，它們之間有一定關(guān)系。有的磚以抗壓強(qiáng)度為主要指標(biāo)，有的磚以抗壓和抗折兩項(xiàng)強(qiáng)度為主要指標(biāo)。（2）吸水率和飽和系數(shù) 反映磚體的密實(shí)度，以及對(duì)砂漿中水分的吸收能力。（3）質(zhì)地 指原材料中含可溶性鹽類（如硫酸鈉等）和石灰石等雜質(zhì)的程度。如可溶性鹽類過多，會(huì)引起磚表面泛霜、酥松甚至剝落；如夾雜石灰石過多，會(huì)導(dǎo)致磚塊開裂、磚體爆裂。（4）抗風(fēng)化性能 指在干濕、溫度、凍融變化等物理因素下，材料保持原有性能的能力。它對(duì)砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性有

3、重要影響。（5）外觀質(zhì)量 指尺寸偏差、彎曲度、磚棱掉角等。粉煤灰砌塊砌體性能主要影響因素有立方體抗壓強(qiáng)度、人工碳化后強(qiáng)度、抗凍性、密度、干縮值、外觀質(zhì)量等?；炷列⌒涂招钠鰤K砌體性能的主要影響因素有砌塊抗壓強(qiáng)度、干縮率、自然碳化系數(shù)、抗凍性、外觀質(zhì)量等。料石砌體性能的主要影響因素有立方體（邊長70mm）抗壓強(qiáng)度、表觀密度、吸水性、耐水性（軟化系數(shù)）、抗凍性、風(fēng)化程度等。毛石則為形狀不規(guī)則的石材，中部厚度不應(yīng)小于200mm。2.2.2 塊材強(qiáng)度等級(jí)及其指標(biāo) 燒結(jié)普通磚、燒結(jié)多孔磚的強(qiáng)度等級(jí)為：MU30、MU25、MU20、MU15和MU10；蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰磚的強(qiáng)度等級(jí)為： MU25、MU

4、20、MU15和MU10。其中MU表示砌體中的塊體（masonry unity），其后數(shù)字表示塊體的強(qiáng)度大小，單位為MPa。確定粉煤灰磚的強(qiáng)度等級(jí)時(shí)應(yīng)乘以自然碳化系數(shù)，當(dāng)無自然碳化系數(shù)時(shí)，可取人工碳化系數(shù)的倍。燒結(jié)普通磚、燒結(jié)多孔磚的強(qiáng)度等級(jí)指標(biāo)分別見表21和表22。 混凝土空心砌塊的強(qiáng)度等級(jí)是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，按毛截面面積計(jì)算的極限抗壓強(qiáng)度MPa值來劃分的。 混凝土小型砌塊的強(qiáng)度等級(jí)為：MU20、MU15、MU10、和MU5； 輕集料混凝土小型空心砌塊的強(qiáng)度等級(jí)為MU10、和MU5；非承重砌塊的強(qiáng)度等級(jí)為。混凝土小型空心砌塊的強(qiáng)度等級(jí)指標(biāo)見表23。對(duì)摻有粉煤灰15%以上的混凝土砌塊，在確定其

5、強(qiáng)度等級(jí)時(shí)，砌塊抗壓強(qiáng)度應(yīng)承以自然碳化系數(shù)，當(dāng)無自然碳化系數(shù)時(shí)，可取人工碳化系數(shù)的倍。 石材的強(qiáng)度等級(jí)為：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30和MU20。2.2.3 砂漿性能和強(qiáng)度等級(jí) 砂漿是由膠凝材料（水泥、石灰、粘土）、細(xì)骨料和水按適當(dāng)比例配制而成的材料。砂漿對(duì)砌體性能的主要影響因素有：（1）強(qiáng)度 指砂漿立方體（邊長）的抗壓強(qiáng)度。它直接影響砌體的抗壓強(qiáng)度，也間接影響砌體中塊材與砂漿間的粘著力和粘結(jié)強(qiáng)度。（2）變形 指砂漿受壓后的豎橫向變形性能。與砂漿的抗壓強(qiáng)度直接相關(guān)，也是砌體彈性模量的主要影響因素。（3）和易性 指砂漿均勻鋪砌在粗糙磚石或砌塊基面上的容易程度，是保

6、證砌體工程質(zhì)量的重要因素。它包括兩方面： 流動(dòng)性（也稱稠度），用砂漿稠度儀測(cè)定的沉入度（mm）表示； 保水性，是新拌砂漿保持水分的能力，用分層度儀測(cè)定的分層度（mm）表示。 砌筑砂漿的強(qiáng)度等級(jí)為M15、M10、M5和；其中M表示砂漿（mortar），其后數(shù)字表示砂漿的強(qiáng)度大?。▎挝粸镸Pa）。 確定砂漿強(qiáng)度等級(jí)時(shí)應(yīng)采用同類塊體為砂漿強(qiáng)度試塊底模，由邊長為的立方體試塊，在溫度為1525oC環(huán)境下硬化、齡期28天（石膏砂漿為7天）的抗壓強(qiáng)度來確定。當(dāng)驗(yàn)算施工階段砂漿尚未硬化的新砌體強(qiáng)度時(shí)，可按砂漿強(qiáng)度為零來確定其砌體強(qiáng)度。2.2.4 砌體的受壓性能（一）砌體的受壓破壞特征 試驗(yàn)研究表明，砌體軸心受

7、壓從加載到破壞大致經(jīng)歷三個(gè)階段: 第一階段：從砌體受壓開始，當(dāng)壓力增大至50%70%的破壞荷載時(shí)，在砌體內(nèi)某些單塊磚在拉、彎、剪復(fù)合作用下出現(xiàn)第一批裂縫。在此階段裂縫細(xì)小，未能穿過砂漿層，如果不再增加壓力，但塊磚內(nèi)的裂縫也不繼續(xù)發(fā)展（圖23a）。 第二階段：隨荷載增加，當(dāng)壓力增大至80%90%的破壞荷載時(shí)，單塊磚內(nèi)的裂縫將不斷發(fā)展，并沿著豎向通過若干皮磚，在砌體內(nèi)逐漸連接成一段段較連續(xù)的裂縫。若此時(shí)荷載不再增加，裂縫仍會(huì)繼續(xù)發(fā)展，砌體已臨近破壞，在工程實(shí)踐中應(yīng)視為構(gòu)件處于危險(xiǎn)狀態(tài)（圖23b） 。 第三階段：隨荷載繼續(xù)增加，則砌體中的裂縫迅速延伸、寬度增大，并連成通縫，連續(xù)的豎向貫通裂縫把砌體分

8、割成1/2磚左右的小柱體（個(gè)別磚可能壓碎）而失穩(wěn)破壞（圖23c）。以砌體破壞時(shí)的壓力除以砌體截面面積所得應(yīng)力值稱為砌體極限抗壓強(qiáng)度。(a) 單磚開裂 (b) 砌體內(nèi)形成一段段裂縫(c) 豎向貫通裂縫形成圖23砌體軸心受壓破壞特點(diǎn) （二）影響砌體的受壓強(qiáng)度的因素 （1）塊體與砂漿的強(qiáng)度等級(jí) 塊體與砂漿的強(qiáng)度等級(jí)是確定砌體強(qiáng)度最主要的因素。一般來說，強(qiáng)度等級(jí)高的塊體的抗彎、抗拉強(qiáng)度也較高，因而相應(yīng)砌體的抗壓強(qiáng)度也高，但并不與塊體強(qiáng)度等級(jí)的提高成正比；而砂漿的強(qiáng)度等級(jí)越高，砂漿的橫向變形越小，砌體的抗壓強(qiáng)度也有所提高。（2）砌塊的尺寸與形狀 塊體的尺寸、幾何形狀及表面的平整程度對(duì)砌體的抗壓強(qiáng)度也有較

9、大的影響。 高度大的塊體，其抗彎、抗剪及抗拉能力增大；塊體長度較大時(shí)，塊體在砌體中引起的彎、剪應(yīng)力也較大。因此砌體強(qiáng)度隨塊體厚度的增大而加大，隨塊體長度的增大而降低；而塊體的形狀越規(guī)則，表面越平整，則塊體的受彎、受剪作用越小，推遲單塊塊材內(nèi)豎向裂縫的出現(xiàn)，因而提高砌體的抗壓強(qiáng)度。（3）砂漿的流動(dòng)性、保水性及彈性模量的影響 砂漿的流動(dòng)性大與保水性好時(shí)，容易鋪成厚度和密實(shí)性較均勻的灰縫，因而可減少單塊磚的彎剪應(yīng)力而提高砌體強(qiáng)度。 所以同一強(qiáng)度等級(jí)的混合砂漿砌筑的砌體強(qiáng)度要比相應(yīng)純水泥砂漿砌體為高； 砂漿彈性模量的大小對(duì)砌體強(qiáng)度亦具有決定性的作用。當(dāng)磚不變時(shí)，砂漿的彈性模量決定其變形率，而磚與砂漿的

10、相對(duì)變形大小影響單塊磚的彎剪應(yīng)力及橫向變形的大小，因此砂漿的彈性模量越大，相應(yīng)砌體的抗壓強(qiáng)度越高。 砂漿鋪砌飽滿、均勻，可改善塊體在砌體中的受力性能，使之較均勻地受壓而提高砌體抗壓強(qiáng)度；反之，則降低砌體強(qiáng)度。 砂漿厚度對(duì)砌體抗壓強(qiáng)度也有影響。灰縫厚，容易鋪砌均勻，對(duì)改善單塊磚的受力性能有利，但砂漿橫向變形的不利影響也相應(yīng)增大。實(shí)踐證明灰縫厚度在1012mm為宜。 在保證質(zhì)量的前提下，快速砌筑，能使砌體在砂漿硬化前即受壓，可增加水平灰縫的密實(shí)性而提高砌體的抗壓強(qiáng)度。（4）砌筑質(zhì)量與灰縫的厚度2.2.5 砌體的受拉、受彎、受剪性能 在實(shí)際工程中，砌體主要承受壓力，但有時(shí)也用來承受軸心拉力、彎曲和剪

11、力。與砌體的抗壓強(qiáng)度相比，砌體的軸心抗拉、彎曲抗拉及抗剪強(qiáng)度很低。 當(dāng)塊體的強(qiáng)度等級(jí)較低，而砂漿的強(qiáng)度等級(jí)又較高時(shí)，砌體則可能沿塊體與豎向灰縫截面破壞。此時(shí)，砌體的軸心抗拉強(qiáng)度取決于塊體的強(qiáng)度等級(jí)。（一） 砌體的軸心受拉性能圓形水池的池壁為砌體結(jié)構(gòu)中常遇到的軸心受拉構(gòu)件，在靜水壓力作用下池壁承受軸向拉力。砌體在軸心拉力作用下，構(gòu)件一般沿齒縫截面破壞。此時(shí)砌體的抗拉強(qiáng)度主要取決于塊體與砂漿連接面的粘結(jié)強(qiáng)度，并與齒縫破壞面水平灰縫的總面積有關(guān)。由于塊體與砂漿間的粘結(jié)強(qiáng)度取決于砂漿的強(qiáng)度等級(jí)，故此時(shí)砌體的軸心抗拉強(qiáng)度可由砂漿的強(qiáng)度等級(jí)來確定。（二） 砌體的受彎性能 砌體結(jié)構(gòu)中常遇到的受彎以及大偏心受

12、壓構(gòu)件有帶壁柱的擋土墻、地下室墻體等。按其受力破壞特征可分為沿齒縫截面、沿通縫截面以及沿塊體與豎向灰縫截面破壞等三種。 與軸心受拉相同，沿齒縫破壞發(fā)生于灰縫粘結(jié)強(qiáng)度低于塊體本身的抗拉強(qiáng)度情況，故與砂漿的強(qiáng)度等級(jí)有關(guān)；沿水平通縫截面破壞主要取決定于砂漿與塊體之間的法向粘結(jié)強(qiáng)度，故也與砂漿的強(qiáng)度等級(jí)有關(guān)；沿塊體與豎向通縫截面破壞發(fā)生于灰縫粘結(jié)強(qiáng)度高于塊體本身的抗拉強(qiáng)度情況，故主要取決于塊體的強(qiáng)度等級(jí)。（三） 砌體的受剪性能（1）砌體的受剪破壞與剪切強(qiáng)度 砌體結(jié)構(gòu)中常遇到的受剪構(gòu)件有門窗、過梁、拱過梁以及墻體的過梁等，砌體結(jié)構(gòu)的受剪與受壓一樣，是砌體結(jié)構(gòu)的另一種重要受力形式。 實(shí)際工程中，砌體截面上

13、往往同時(shí)作用受剪應(yīng)力和垂直壓應(yīng)力y，因此其受力性能和破壞特征與其所受垂直壓應(yīng)力相關(guān)。在豎向壓應(yīng)力作用下受剪構(gòu)件可能發(fā)生以下三種受剪破壞：y /較?。浩鲶w沿水平通縫方向受剪且在摩擦力作用下產(chǎn)生滑移，稱為剪摩破壞y /較大：砌體沿階梯形灰縫截面受剪破壞，稱為主拉應(yīng)力破壞（亦稱剪壓破壞）y /很大：砌體沿塊體與灰縫截面受剪破壞，稱為斜壓破壞（2）影響砌體的抗剪強(qiáng)度的主要因素影響砌體抗剪強(qiáng)度的因素很多，主要有：塊體與砂漿的強(qiáng)度、垂直壓應(yīng)力、砌筑質(zhì)量、試驗(yàn)方法。第3節(jié) 砌體結(jié)構(gòu)中過梁、圈梁和墻梁 2.3.1 過梁過梁是砌體結(jié)構(gòu)房屋中門窗洞口上常用的構(gòu)件。常用的過梁有磚砌過梁和鋼筋混凝土過梁兩類。磚砌過梁按其構(gòu)造不同又分為磚砌平拱和鋼筋磚過梁等幾種形式。磚砌過梁造價(jià)低廉，且節(jié)約鋼筋和水泥，但整體性差，對(duì)振動(dòng)荷載和地基不均勻沉降反映敏感，跨度也不宜過大。因此，對(duì)有較大振動(dòng)或可能產(chǎn)生不均勻沉降的房屋，或當(dāng)門窗洞寬度較大時(shí)應(yīng)采用鋼筋混凝土過梁。 砌體結(jié)構(gòu)房屋中，在墻體內(nèi)沿水平方向設(shè)置封閉的鋼筋混凝土梁稱為圈梁。位于房屋檐口處的圈梁又稱為檐口圈梁，位于以下基礎(chǔ)頂面處設(shè)置的圈梁，又稱為地圈梁。2.3.2 圈梁 在砌體結(jié)構(gòu)房屋中設(shè)置圈梁可以增強(qiáng)房屋的整體性和空間剛度，防止由于地基不均勻沉降或較大振動(dòng)荷載等對(duì)房屋引起的不利影響。 以設(shè)置在基礎(chǔ)頂面部位和檐口部位的圈梁對(duì)抵抗不均勻沉降作用最為有效