1、钢筋混凝土结构前言第八讲 砌体结构【内容提要】砌体材料的性能，砌体结构的基本设计原则及砌体的承载力计算；混合结构房屋设计和房屋部件设计及抗震设计要求。【重点、难点】砌体结构的基本设计原则及砌体的承载力计算，混合结构房屋设计。【内容讲解】砌体是把块材(砖石、混凝土砌块、土块等)用灰浆(砂浆、粘土等)通过人工砌筑而形成的二种建筑材料。如果用砌体作为结构的材料，这种结构就是砌体结构。材料一、材料(一)块材块材是砌体的主要组成部分，占有砌体总体积的 78以上。除土坯外，我国砌体结构的主要块材是由石、粘土、工业废料和混凝土制作的；又分为实体砖、空心砖、砌块和石材等。不论砖或石，块材以其标准试验方法所得到
2、的抗压极限强度的 Mpa 数值作为其强度等级(标号)。砌体结构设计规范规定，对于烧结普通砖、硅酸盐砖和烧结空心砖等的强度等级分为(括号内为 kg/cm2 值)MU30(300)，MU25(250)，MU20(200)，MUl5(150)，MUIO(100)，MU7.5(75)；对于块强度等级分为 MUl5(150)，MU10(100)，MU7.5(75)，MU5(50)，MU3.5(35)；对于石材强度等级分为MUl00，MU80，MU60，MU50，MU40，MU30，MU20，MUl5，MUIO。(二)砂浆砂浆在砌体中所占体积(灰缝)虽大大小于块材，但它能将砌体中的块材联成整体，从而改善了
3、块材在砌体中的受力状态，提高了防水、隔热的能力等。砂浆是以黄砂和适量胶结料(水泥、石灰、粘土)加水搅拌而成的。它分为以下几种：1水泥砂浆：按一定的重量比或体积比把水泥和黄砂加水调制而成；2石灰砂浆：按一定重量比把石灰膏与黄砂加水调制而成；3石灰水泥砂浆又叫混合砂浆：按一定重量比把石灰膏、水泥和黄砂加水调制而成；4粘土石灰砂浆：按一定份量把粘土、石灰、黄砂三者加水调制而成。在砌体结构中，多采用第 1 和第 3 两种，为了节省水泥，第 2 和第4 两种用于少层房屋的勒脚线以上。砂浆的强度一般采用 28 天龄期的立方块(7.07cm7.07cm7.07cm)的抗压强度表示。在砌体中所采用的砂浆，规范
4、规定了以下的强度等级：M15，M10，M7.5，M2.5，M1，M0.4。良好的砌体砂浆除满足设计强度要求外，还应具有以下的特征：1流动性(或可塑性)在砌筑体的过程中，要求块材与砂浆之间有较好的密实度，砂浆的稠度不能太大而要具有一定的流动性；但稠度也不能太小，因为太稀也不行。为了测定合适的稠度，常用重力为 3N 的、顶角为 30。的标准锥体，放人砂浆测定锥体的沉入量。用于砖砌体的砂浆要求沉入量为 69cm；用于毛石砌体的砂浆要求沉人量为 47cm 等。2保水性砂浆能保持水分的能力叫保水性。保水性不好易发生离析。在砂浆增加石灰膏或粘土浆可以改善砂浆的保水性。砂浆的保水性以分层度表示，即静置 30
5、min，上下层沉人量之差宜在 12cm。(三)砌体在砌体结构中可以分为无筋砌体、配筋砌体、组合砌体和加木或加钢筋混凝土砌体。各自有不同的构造特点。1无筋砌体除了块材和砂浆构成的砌体外，不加其他抗拉强度较高的材料，如钢筋、竹筋、木等，都称为无筋砌体。无筋砌体房屋的抗震和抗不均匀沉陷的能力很差。2配筋砌体在灰缝中或在水泥粉刷中配置钢筋以增强砌体本身的抗压、抗拉、抗剪强度的砌体称之为配筋砌体。因此又分为横向配筋砌体和竖向配筋砌体。3组合砌体在构件的受拉和受压区用钢筋混凝土(或钢筋砂浆)代替一部分砌体原有面积并与原砌体共同工作，即为组合砌体。组合砌体与无筋砌体相比可以提高砌体抗弯、抗压和抗剪能力。4加
6、木或加钢筋混凝土砌体前述配筋砌体或组合砌体主要是对砌体构件的截面用钢筋或钢筋混凝土加强。而加木或加钢筋混凝土砌体则更多地从房屋整体上加强。采用加钢筋混凝土砌体可以提高房屋抵抗不均匀沉降的能力，在地震区采用加钢筋混凝土砌体可以通过钢筋混凝土对砌体的约束，使砌体不易“散架”从而提高其变形和耗能能力等，这些都是从总体上加强。基本设计原则二、基本设计原则砌体结构设计规范GB50032001 采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用分项系数的设计表达式进行计算。(一)设计表达式砌体结构应按承载力极限状态设计，并满足正常使用极限状态的要求。不过，在一般情况下，砌体结构正常使用极限状态的要求可以由相应的构
7、造措施予以保证。1砌体结构按承载能力极限状态设计时，其表达式为：混合结构房屋设计三、混合结构房屋设计(一)结构布置在混合结构房屋设计中，承重墙体的布置是设计的重要环节。因为承重墙体的布置不仅影响房屋平面的划分和空间的大小，而且还关系到荷载传递路线及房屋的空间刚度。在承重墙体的布置中，有三种方案可供选择。1纵墙承重体系屋面荷载主要由屋面板传给屋面梁(屋架)，再由屋面梁传给纵墙。有些跨度较小的房屋，楼板直接搁在纵墙上，也属纵墙承重体系。这类房屋屋(楼)面荷载的主要传递路线为：屋(楼)面荷载一纵墙一基础一地基2横墙承重体系楼(屋)面荷载主要由横墙承受，这类房屋荷载的主要传递路线为：屋(楼)面荷载一横
8、墙一基础一地基3纵横墙承重体系屋(楼)面荷载一部分由纵墙承重，另一部分由横墙承重，成为纵横墙承重体系。这类房屋荷载的传递路线为：(二)静力计算在混合结构房屋中，纵墙、横墙(包括山墙)、楼屋盖和基础等组成一空间受力体系，共同承受作用在结构上的各种垂直荷载和水平荷载，不仅直接承受荷载的构件抵抗荷载的作用，而且与其相连接的其他构件都不同程度地参加工作，抵抗所分担的荷载。混合结构房屋是以采用属于哪一种静力计算方案来区分空间作用的大小的。而屋盖或楼盖水平刚度的大小，以及横墙的间距又是确定静力计算方案的两个主要因素。静力计算方案有下列三种：1弹性方案当房屋横墙间距较大，甚至无横墙(山墙)时，屋盖和楼盖的水
9、平刚度较小，因而在水平荷载作用下，房屋的水平位移较大2刚性方案当房屋的横墙间距较小，房屋和楼盖的水平刚度较大时，则房屋的空间刚度也较大。因而在水平荷载作用下，房屋的水平位移很小，可假定为零。在确定墙柱的计算简图时，可以忽略房屋的水平位移，房屋和楼盖均可视作墙柱的不动铰支承，墙柱内力可按不动铰支承的竖向构件计算。这种房屋属于刚性方案房屋。对于刚性方案，在多层刚性方案房屋中，为了简化计算，假定墙体与基础为铰接，就可以把超静定问题变为静定问题。而单层房屋则不同，一般层高较大，计算时常需考虑风荷载，因而在墙体与基础顶面交接处截面的弯矩较大。因此，在单层房屋计算简图中，假定墙体与基础顶面固接。当作用在某
10、一层纵墙上的竖向荷载有 NM、G 时。这里 NU 为上面各层屋盖、楼盖传来的恒荷载、活荷载及墙体自重(包括内外粉刷及门窗自重)，作用在上一楼层墙体截面重心处。N，为本层楼盖传来的竖向荷载，应考虑对墙体的实际偏心影响，当梁支承于墙上时，梁端支承压力 M 到墙内边的距离，对屋盖梁应取 0.330，0 为梁端有效支承长度。G 为本层墙体自重(包括内外粉刷及门窗自重)，作用在本层墙体重心处。3刚弹性方案介于弹性方案和刚性方案之间的房屋，称为刚弹性方案房屋。这种房屋的楼盖具有一定的水平刚度，横墙间距不太大，能起一定的空间作用，水平位移比弹性方案要小，但又不能忽略不计。刚弹性方案单层房屋的静力计算介于刚性
11、方案和弹性方案之间，可应用空间性能影响系数按考虑空间工作的排架来计算。房屋静力计算方案的确定，主要根据相邻横墙间距 s 及屋盖或楼盖的类别进行，可按表 6-8-1 来判别。刚性和弹性方案房屋的横墙应符合下列要求：横墙中开有洞口时，洞口的水平截面面积不应超过横墙水平全截面面积的 50。横墙的厚度不宜小于 180mm。单层房屋的横墙长度不宜小于其高度，多层房屋的横墙长度，不宜小于 H/2(H 为横墙总高度)。当横墙不能同时符合上述要求时，应对横墙的刚度进行验算。如横墙的最大水平位移值Umax H4000 时，仍可视作刚性或刚弹性方案房屋的横墙。符合此刚度要求的一段横墙或其他结构构件(如框架等)，也
12、可视作刚性方案房屋的横墙。(三)墙和柱的构造混合结构房屋结构布置确定后，墙体的厚度除需满足保温、隔音等要求外，还要满足高厚比要求及其他构造要求，最后，必须满足承载力的要求。1墙和柱的允许高厚比墙、柱高厚比的限值，称为允许高厚比。其值主要根据房屋中墙(柱)的稳定性、刚度条件和其他各种影响因素，由经验确定。规范 GB500032001 规定的墙、柱的允许高厚比见表 6-8-2。注：1下列材料砌筑的墙、柱允许高厚比，应按表中数值分别予以降低：空斗墙、中型砌块墙、柱降低 10毛石墙、柱降低 20。2组合砖砌体构件的允许高厚比，可按表中数值提高 20，但不得大于 28。3验算施工阶段砂浆尚未硬化的新砌砌
13、体高厚比时，可按表中MO4 项数值降低 10。2墙、柱的一般构造要求为了保证房屋的空间刚度和整体性，墙、柱除应满足上述高厚比验算的要求外，还应满足下列构造要求： (1)五层及五层以上房屋的外墙、以及振动或层高大于 6m 的墙和柱所用材料的最低强度等级，应符合下列要求：砖-MU1O，砌块-MU7.5，石材-MU30，砂浆-MU5。(2)在室内地面以下，室外散水坡顶面以上的砌体内，应铺设防潮层。防潮层材料一般采用防水水泥砂浆。室外勒脚部位应采用水泥砂浆粉刷并抹光。地面以下或防潮层以下的砌体，所用材料的最低强度等级应符合要求。(3)承重独立砖柱的截面尺寸不应小于 240mm370mm370mm。毛石
14、墙厚度，不宜小于 350mm，毛料石柱截面较小边长，不宜小于400mm。当有振动荷载时，墙、柱不宜采用毛石砌体。(4)跨度大于 6m 的屋架，跨度大于 4.8m(对砖砌体)、4.2m(对砌块和料石砌体)以及 3.9m(对毛石砌体)的梁，其支承面下的砌体应设置混凝土或钢筋混凝土垫块，当墙中设有圈梁时，垫块与圈梁宜浇成整体。(5)对 180mm 厚砖墙为 4.8m，对厚度 h240mm 的墙，当大梁跨度大于或等于 6m(对砖墙)、4.8m(对砌块和料石墙)时，其支承处宜加设壁柱，或采用其他加强措施。(6)预制钢筋混凝土板的支承长度，在墙上不宜小于 lOOmm；在钢筋混凝土圈梁上不宜小于 80mm。
15、(7)骨架房屋的填充墙，应分别采用拉结条或其他措施与骨架的柱和横梁连接。(8)山墙处的壁柱宜砌至山墙顶部。风压较大的地区，檩条应与山墙锚固，屋盖不宜挑出山墙。(9)砌块的砌体应分皮错缝搭砌。中型砌块上下搭砌不得小于砌块高度的 1/3，且不应小于 150mm；小型空心砌块上下搭砌长度，不得小于 90mm。(10)混凝土中型空心砌块房屋，宜在外墙转角处、楼梯间四角的砌体孔洞内设置不少于 1 根直径为 12 的竖向钢筋，并用 C20 细石混凝土灌实。竖向钢筋应贯通墙高并锚固于基础和楼、屋盖圈梁内，其锚固长度不得小于 30 倍的钢筋直径。钢筋接头应绑扎或焊接，绑扎接头搭接长度不得小于 35 倍的钢筋直
16、径。(11)空斗墙的下列部位，宜采用斗砖或眠砖实砌：纵横墙交接处，其实砌宽度距墙中心线每边不小于 370mm；室内地面以下，及地面以上高度为 180mm 的砌体；榈栅、檩条和钢筋混凝土楼板等构件的支承面下，高度为120180mm 的通长砌体，所用砂浆不应低于 M2.5；屋架、大梁等构件的垫块底面以下，高度为 240360mm，长度不应小于 740mm 的砌体，其所用砂浆不应低于 M2.5。(12)墙中设置圈梁的要求，参见房屋部件中的圈梁部分。房屋部件四、房屋部件(一)圈梁1圈梁的设置在砌体结构房屋中，沿外墙四周及内墙水平方向设置连续封闭的钢筋混凝土梁或钢筋砖梁，称为圈梁。钢筋混凝土圈梁可以现浇
17、，也可以预制。但由于目前砖的规格不整齐，砌体上安放圈梁时的坐浆厚度不易控制，所以预制圈梁实际应用较少。钢筋混凝土圈梁的宽度宜与墙厚相同，当墙厚 h240mm 时，其宽度不宜小于 2h/3。其高度应等于每皮砖厚度的倍数，并不应小于 120mm。2圈梁的作用(1)增强房屋的空间刚度和整体性，加强纵横墙的联系。圈梁还可以在验算墙、柱高厚比时为不动铰支承，以减小墙、柱的计算高度，提高其稳定性。例如设有钢筋混凝土圈梁的带壁柱墙，当b/sl/30 时，(b 为圈梁宽度，s 为相邻壁柱中心距)，圈梁可视作壁柱间墙的不动铰支点。(2)承受地基不均匀沉降在墙体中所引起的弯曲应力，可抑制墙体裂缝的出现或减小裂缝的
18、宽度，还可有效地消除或减弱较大振动荷载对墙体产生的不利影响。(3)过门窗洞口的圈梁，若配筋不少于过梁时，可兼作过梁。(二)过梁1过梁的设置和作用过梁是砌体结构房屋墙体门窗洞上常用的构件，它用来承受洞口顶面以上砌体的自重及上层楼盖梁板传来的荷载。过梁可采用砖砌过梁和钢筋混凝土过梁。砖砌过梁又可分为砖砌平拱过梁和钢筋砖过梁。2过梁的计算(1)过梁上的荷载过梁上承受的荷载有砌体自重和过梁计算高度范围内梁、板传来的荷载。GB500032001 规定过梁上荷载按下列采用：1)梁、板荷载对砖和小型砌块砌体，梁、板下的墙体高度 hwLn 。时(ln 为过梁的净跨)，可按梁、板传来的荷载采用。梁、板下的墙体高
19、度hwln 时，可不考虑梁、板荷载。对中型砌块砌体，梁、板下的墙体高度 hwLn 或 hw3h 时，(h为包括灰缝厚度的每皮砌块高度)，可按梁、板传来的荷载采用。梁、板下的墙体高度 hwln 且 hw3h 时，可不考虑梁、板荷载。2)墙体荷载 对砖砌体，当过梁上的墙体高度 hw ln/3 时，应按墙体的均布自重采用。墙体高度 hwln/3 时，应按高度为 ln/3 墙体的均布自重采用。对小型砌块砌体，当过梁上的墙体高度 lwLn/2 时，应按墙体的均布自重采用。墙体高度 lwLn/2 时，应按高度为 ln/2 墙体的均布自重采用。对中型砌块砌体，当过梁上的墙体高度 hwLn 或 hw3h 时，
20、按墙体的均布自重采用。墙体高度 hw3h 时，应按高度为 ln 和 3h中较大值的墙体均布自重采用。(2)过梁的破坏形式砖砌过梁在荷载作用下，随着荷载的不断增大，将先后在跨中受拉区出现垂直裂缝，在靠近支座处出现沿灰缝近于 45o 的阶梯形斜裂缝，这时过梁像一个拱一样地工作。过梁下部的拉力将由钢筋承受(对钢筋砖过梁)或由两端砌体提供推力来平衡(对砖砌平拱)。最后过梁可能有三种破坏形 态：过梁跨中正截面的受弯承载力不足而破坏；过梁支座附近截面受剪承载力不足，沿灰缝产生45o 方向的阶梯形斜裂缝不断扩展而破坏；过梁支座端部墙体长度不够，引起水平灰缝的受剪承载力不足发生支座滑动而破坏。(三)墙梁由支承
21、墙体的钢筋混凝土托梁及其以上计算高度范围内的墙体所组成的组合构件称为墙梁。墙梁可分为承重墙梁和非承重墙梁。只承受托梁和它顶面以上墙体自重的墙梁称为非承重墙梁，如果墙梁还承受由屋盖和楼盖传来的荷载时称为承重墙梁。1墙梁的受力特点墙梁是由墙和托梁组合而成。当托梁及其上的墙体达到一定强度后，它们两者就能共同工作，在裂缝出现前，如同钢筋混凝土和砖砌体两种材料组成的深梁。根据用有限单元法分析，在均布荷载作用下，其主应力轨迹线如图 6-8-1 所示。当墙体无洞口时(图 6-8-1a)，主应力都指向支座，墙梁形成拱作用，托梁主要受拉，这与一般受弯构件不同。当墙体有洞口时(图 6-8-1b)，墙梁顶部荷载通过
22、墙体的大拱和小拱向两端支座及托梁传递，托梁不仅受拉，而且受弯；当洞口位于跨中时，大拱作用加强，小拱作用削弱，托梁的受力又接近于无洞口的状况。2墙梁的破坏形态(四)挑梁在砌体结构房屋中，常常设计一种一端嵌入墙内，另一端悬臂挑出的梁，称为挑梁，如雨蓬、凸阳台、悬挑楼梯等。1挑梁的受力特征图 6-8-3 所示挑梁，挑梁的嵌固部分承受着上部砌体极其传递下来的荷载作用，在挑梁的上、下界面上存在着压应力。当外荷载 F 作用后，挑梁 A 处的上、下界面上就分别产生拉、压应力。随着荷载增大，在挑梁 A 处的上界面将出现水平裂缝，与上部砌体脱开。若继续加荷，在挑梁尾部 B 处的下表面，也出现水平裂缝，与下部砌体
23、脱开。若挑梁本身承载力(正、斜截面)得到保证，则挑梁在砌体中可能发生下述破坏形态。2挑梁的破坏形式(1)挑梁倾覆破坏当挑梁埋人端砌体强度较低而埋入段长度 l1 较短，就可能在挑梁尾端处角部砌体中产生阶梯形 斜裂缝(图 6-8-3)。当斜裂缝继续发展，如斜裂缝范围内砌体及其他上部荷载不足以抵抗挑梁的倾 覆，挑梁即产生倾覆破坏。(2)挑梁下砌体局部受压破坏当挑梁埋入端砌体强度较低而埋入段长度 l1 较长，在斜裂缝发展的同时，下界面水平裂缝也在延伸，挑梁下砌体受压区长度减小，砌体压应力增大。若压应力超过了砌体的局部抗压强度，则挑梁下的砌体将发生局部受压破坏。抗震设计要点五、抗震设计要点(一)一般规定
24、1抗震设防的基本原则我国对建筑结构的抗震设防的基本原则是“小震不坏、中震可修、大震不倒” 。房屋在经受多发的和常遇性的、低于本地区设防烈度的地震，即所谓小震的影响时，结构一般未遭受损坏，或所受影响无需修理即可继续正常使用，结构仍然处于弹性阶段。这里，一个地区的设防烈度即该地区的基本烈度；小震时的烈度称众值烈度，它比基本烈度平均低 1.55 度。结构在经受中震，即相当于基本烈度时，虽有损坏，但修理后仍然可以继续使用。结构在经受大震，即较基本烈度约高 1 度左右的罕遇地震烈度时，结构可以有较大的变形，但能控制在一定的范围内，使结构不致倒塌，以保障人身的安全和避免财产的损失。当经受相应于或高于基本烈度的地震作用时，结构已进入弹塑性阶段。2砌体结构的抗震设计的基本要求合理的抗震设计需要各方面的配合，其具体的基本要求如下：(1)房屋的平、立面布置1)房屋的平、立面布置宜规则、对称，房屋的质量分布和刚度变化宜均匀，楼层不宜错层。2)房屋的防震缝可按实际需要设置。当房屋体型复杂不设防震缝时，应选用符合实际的结构计算模型，进行较精细的抗震分析，采取措施提高抗震能力。当设置防震缝时，应将房屋分成规则的结构单元，留有
