砌體材料及力學(xué)性能

前言

一、幾個(gè)概念

1.結(jié)構(gòu)：建筑物的承重骨架，承擔(dān)并傳遞荷載。

2.砌體：由塊體用砂漿砌筑而成的整體材料，（同混凝土一樣，是一種材料）。

塊體（unit）磚（brick）砌塊（block）砂漿（mortar）

3.砌體結(jié)構(gòu)（masonrystructure）:主要受力構(gòu)件是由砌體建造而成的結(jié)構(gòu)。

受力構(gòu)件主要是砌體墻、砌體柱

（類比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)理解：梁、板、柱構(gòu)件，結(jié)構(gòu)計(jì)算包括結(jié)構(gòu)整體計(jì)算和構(gòu)件的計(jì)算）

二、具有國際先進(jìn)水平的我國砌體結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)計(jì)算理論

以大量試驗(yàn)和調(diào)查研究為基礎(chǔ)提出和完善．

.1973年：磚石結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ3-73)，當(dāng)時(shí)砌塊應(yīng)用較少，主要是磚和石材。

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1988年：砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ3-88)，其中的空間工作和墻梁等部分國際領(lǐng)先。采用近似概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。

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2001年：砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ50003-2001)，國際先進(jìn)。

砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)砌體結(jié)構(gòu)由塊體和砂漿砌筑而成的墻、柱等構(gòu)件作為建筑物主要受力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)。是磚砌體、砌塊砌體和石砌體結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱。由于砌體結(jié)構(gòu)中的水平構(gòu)件通常是鋼筋混凝土構(gòu)件，因此，砌體結(jié)構(gòu)又常被稱為混合結(jié)構(gòu)。（磚混結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)）第一節(jié)砌體材料及力學(xué)性能磚砌體普通砌體結(jié)構(gòu)砌塊砌體石砌體結(jié)構(gòu)配筋砌體結(jié)構(gòu)

第一節(jié)砌體材料及力學(xué)性能按有無配筋按塊體材料砌體結(jié)構(gòu)普通粘土磚：240×115×53，γ=18-19kN/m3燒結(jié)粘土磚粘土空心磚承重：KP1、KP2、KM1，δ=15%-40%非承重：δ=40%-60%非燒結(jié)硅酸鹽磚（γ=14-18kN/m3）蒸壓灰砂磚（可用于承重墻和基礎(chǔ)）蒸壓粉煤灰磚小型：高度180-350混凝土砌塊中型：高度360-900大型：高度大于900石材：細(xì)料石、半細(xì)料石、粗料石、毛料石。塊體的種類：提倡采用非粘土塊體，2005年，全國省會(huì)城市禁止使用粘土磚。砌體材料及力學(xué)性能砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水泥砂漿、混合砂漿、非水泥砂漿。砂漿的種類：砌體材料及力學(xué)性能砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)塊體的強(qiáng)度等級：燒結(jié)粘土磚：MU30，MU25，MU20，MU15，MU10非燒結(jié)硅酸鹽磚:MU25，MU20，MU15，MU10混凝土砌塊:MU20，MU15，MU10石材：MU100，MU80，MU60，MU50，MU40，MU30，MU20砂漿的強(qiáng)度等級：采用邊長為70.7的立方體標(biāo)準(zhǔn)試塊，在溫度為20±3oC環(huán)境下，水泥砂漿在濕度為90%以上、水泥石灰砂漿在濕度為60%-80%條件下養(yǎng)護(hù)28天，具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度。強(qiáng)度等級分為：M15，M10，M7.5，M5，M2.5混凝土砌塊砌筑砂漿強(qiáng)度等級分為:Mb15，Mb10，Mb7.5，Mb5砌體材料及力學(xué)性能砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)材料的選擇：國外磚強(qiáng)度一般達(dá)到30～60MPa，空心磚的密度一般在13kN/m3，砂漿強(qiáng)度一般在25～13MPa之間。砌體材料及力學(xué)性能砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)普通砌體結(jié)構(gòu)：僅由塊體和砂漿組成。（砌筑方式）配筋砌體結(jié)構(gòu)：在砌體中設(shè)置了鋼筋或鋼筋混凝土材料的砌體。橫向配筋磚砌體組合配筋磚砌體配筋空心砌塊砌體砌體材料及力學(xué)性能砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)磚砌體與砌塊砌體的區(qū)別：主要是砌筑方式不同。磚砌體只有主磚（有時(shí)有配磚），砌筑時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況安排磚類型，不能滿足時(shí)可砍磚。還可通過調(diào)整磚的位置來砌成空心和實(shí)心墻及改變墻體厚度。混凝土小型砌塊砌體砌筑復(fù)雜，一方面要保證上下皮砌塊搭接長度不得小于90，另一方面，要保證空心砌塊的孔、肋對齊砌筑。一般在砌筑前要將各配套砌塊的排列方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。砌體材料及力學(xué)性能砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)砌體材料及力學(xué)性能砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、砌體的破壞過程：第二節(jié)砌體的受壓性能極限荷載的50％～70％時(shí)，在單塊磚中出現(xiàn)細(xì)小裂縫極限荷載的80％～90％時(shí)，在多塊磚中出現(xiàn)連續(xù)裂縫砌體被連續(xù)裂縫分割成若干獨(dú)立小柱，最終它們被壓碎或失穩(wěn)破壞。砌體的受壓性能砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)砌體內(nèi)單塊磚處于壓、彎、剪復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)；二、單磚在砌體中的受力：砌體中單磚受力示意圖第二節(jié)砌體的受壓性能

砌體內(nèi)單塊磚的受力狀態(tài)（從四方面理解）：

1).由于砂漿層高低不平，砌體內(nèi)塊體的受力如同連續(xù)梁，如圖所示。塊體的抗拉和抗剪強(qiáng)度比較低，容易開裂，因此砌體的抗壓強(qiáng)度比塊體的抗壓強(qiáng)度低。

2)受壓橫向變形時(shí)，磚橫向變形小，砂漿的橫向變形大，磚與砂漿的交互作用，磚內(nèi)出現(xiàn)附加拉力。

3)彈性地基梁作用：受壓時(shí)，單個(gè)磚上下面的砌體可視為“彈性地基”，與單磚相比，“地基”的彈性模量相對較小，磚的彎曲變形大，磚中的彎剪應(yīng)力高。

4)豎向灰縫上的應(yīng)力集中：豎向灰縫未填滿，豎縫內(nèi)砂漿與磚的粘結(jié)力差，磚在豎向灰縫處內(nèi)發(fā)生橫向拉應(yīng)力和剪應(yīng)力的集中。

砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、塊材的強(qiáng)度及外形尺寸：平整、厚實(shí)2、砂漿的強(qiáng)度：不宜太高或太低3、砂漿的變形性能：變形性能大，砌體抗壓強(qiáng)度低4、砂漿的和易性和保水性：砂漿的和易性和保水性好，灰縫的厚度和密實(shí)性都較好，塊材受力越均勻，砌體的強(qiáng)度相對較高。純水泥砂漿的和易性和保水性較差，會(huì)使砌體強(qiáng)度降低10%-20%：三、影響砌體抗壓強(qiáng)度的主要因素：第二節(jié)砌體的受壓性能砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5、砌筑質(zhì)量：水平灰縫均勻、飽滿（≥80%），灰縫（8-12），磚的含水率（10%—15%），塊體的搭接（上下錯(cuò)縫，內(nèi)外搭砌）四、砌體的抗壓強(qiáng)度：砌體的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：取其強(qiáng)度分布的95%下分位值，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與強(qiáng)度平均值的關(guān)系：式中fk－砌體的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；fm－砌體的強(qiáng)度平均值；

σf－砌體強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差；δf－砌體強(qiáng)度變異系數(shù)，見下表：第二節(jié)砌體的受壓性能砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)砌體強(qiáng)度變異系數(shù)δf

砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：γf－砌體結(jié)構(gòu)的材料性能分項(xiàng)系數(shù)，一般情況下，宜按施工控制等級為B級考慮，取1.6；當(dāng)施工控制等級為C級時(shí)，取1.8。 第二節(jié)砌體的受壓性能砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，各類砌體的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f在下列情況下還應(yīng)乘以調(diào)整系數(shù)γa：（1）有吊車房屋、跨度≥9m的梁下磚砌體、跨度≥7.5m的梁下多孔磚、蒸壓粉煤灰磚砌體、蒸壓灰砂磚砌體和混凝土小型空心砌塊砌體，γa=0.9。這是考慮廠房受吊車動(dòng)力影響而且柱受力情況較為復(fù)雜而采取的降低抗力，保證安全的措施。（2）砌體截面面積A＜0.3m2時(shí)，γa=0.7＋A，這是考慮截面較小的砌體構(gòu)件，局部碰損或缺陷對強(qiáng)度影響較大而采用的調(diào)整系數(shù)，此時(shí)A以m2計(jì)。第二節(jié)砌體的受壓性能砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（3）各類砌體，當(dāng)采用水泥砂漿砌筑時(shí)，由于水泥砂漿和易性差，對抗壓強(qiáng)度γa=0.9；對抗剪強(qiáng)度γa=0.8;（4）對配筋砌體構(gòu)件，當(dāng)其中的砌體采用水泥砂漿砌筑時(shí)，僅對砌體的強(qiáng)度乘以調(diào)整系數(shù)γa；或當(dāng)其中砌體的截面積A小于0.2m2時(shí)，γa＝A＋0.8；（5）當(dāng)施工質(zhì)量控制等級為C級時(shí)，γa=0.89；（6）當(dāng)驗(yàn)算施工中房屋的構(gòu)件時(shí)，γa=1.l。第二節(jié)砌體的受壓性能砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)五、砌體的抗拉、抗彎、抗剪強(qiáng)度：砌體的抗拉性能及強(qiáng)度：當(dāng)軸心拉力與水平灰縫平行時(shí)，砌體的受拉破壞主要有（a）沿齒縫受拉破壞，此時(shí)，砌體抗拉強(qiáng)度主要與粘結(jié)力有關(guān)；（b）沿塊材和豎向灰縫的破壞，此時(shí)，砌體抗拉強(qiáng)度主要與塊體強(qiáng)度有關(guān)；(c)當(dāng)軸心拉力與水平灰縫垂直時(shí)，砌體發(fā)生沿水平通縫截面破壞，此時(shí)，砌體抗拉強(qiáng)度主要與法向粘結(jié)強(qiáng)度有關(guān)。第二節(jié)砌體的受壓性能砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)砌體的抗彎性能及強(qiáng)度：砌體發(fā)生受彎破壞時(shí)，總是發(fā)生彎曲受拉破壞砌體的受彎破壞主要有（a）沿齒縫破壞。（b）沿塊材和豎向灰縫的破壞；（c）沿水平灰縫受拉破壞；第二節(jié)砌體的受壓性能砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)砌體的抗剪性能及強(qiáng)度：砌體的受剪破壞主要有：（a）沿水平通縫截面破壞。（c）沿階梯形灰縫的破壞；（b）沿齒縫受拉破壞；忽略豎向灰縫的抗剪作用，則b、c與a同，都?xì)w結(jié)為沿水平灰縫的剪切破壞。第二節(jié)砌體的受壓性能砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)砌體沿灰縫的軸心抗拉強(qiáng)度、彎曲抗拉及抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：第二節(jié)砌體的受壓性能砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)六、砌體的變形性能：砌體在短期荷載作用下的變形曲線與混凝土類似。第二節(jié)砌體的受壓性能砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響砌體在長期荷載作用下變形的主要因素有：（1）徐變的大小與砌體所承受的不變應(yīng)力大小有關(guān)。當(dāng)砌體承受的不變壓應(yīng)力在0.6f以下時(shí)，徐變大小與不變應(yīng)力近似呈線性關(guān)系；（2）徐變大小與加荷時(shí)砌體的齡期有關(guān)。加荷時(shí)齡期過小，會(huì)引起較大的徐變；（3）徐變大小與砌體種類有關(guān)。在相同應(yīng)力條件下，硅酸鹽砌塊砌體的徐變遠(yuǎn)大于燒制粘土磚在砌體徐變中，砂漿的徐變大于塊材的徐變，因此在砌體中砂漿層的厚度不宜過大。第二節(jié)砌體的受壓性能砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)砌體的變形模量砌體的變形模量有三種表示方式：切線模量Et、初始彈性模量E0、割線模量Eb對一般砌體，取砌體應(yīng)力σ=0.43fm

（fm為砌體抗壓強(qiáng)度平均值）時(shí)的割線模量作為砌體的彈性模量:E≈0.8E0第二節(jié)砌體的受壓性能砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)八、砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則：活荷載效應(yīng)控制時(shí)：恒荷載效應(yīng)控制時(shí)：當(dāng)只有一個(gè)可變荷載時(shí)：SGk：永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；SQk：可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；ψci：第i個(gè)可變荷載的組合值系數(shù)，一般情況下應(yīng)取為0.7。第二節(jié)砌體的受壓性能砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對于第二個(gè)組合的第二項(xiàng)系數(shù)為1.4×0.7=0.98，簡化