砼结构与砌体结构设计第5章 砌体结构

课程主讲人课程主讲人 贺学军贺学军中南大学土木工程学院中南大学土木工程学院建工系建工系Design of Concrete&Masonry Structures 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计2/1475 砌体结构砌体结构5.1 概述概述5.2 块体、砂浆、砌体物理力学性能块体、砂浆、砌体物理力学性能5.3 砌体结构的基本设计原则砌体结构的基本设计原则5.4 砌体构件承载力计算砌体构件承载力计算5.5 混合结构房屋墙、柱设计混合结构房屋墙、柱设计5.6 过梁、挑梁和墙梁的设计过梁、挑梁和墙梁的设计 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计3/1475 砌体结构砌体结构 块体、砂浆、砌体的力学性能块体、砂浆、砌体的力学性能 砌体构件的承载力计算砌体构件的承载力计算 混合结构房屋墙、柱设计混合结构房屋墙、柱设计 过梁、挑梁和墙梁的设计过梁、挑梁和墙梁的设计 砌体结构偏心受压、局部受压构件的承载力计算砌体结构偏心受压、局部受压构件的承载力计算 砌体结构房屋的静力计算方案砌体结构房屋的静力计算方案 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计4/1475 砌体结构砌体结构5.1概概 述述 (1.0学时学时)5.2块体、砂浆、砌体的物块体、砂浆、砌体的物 理力学性能理力学性能 (2.5学时学时)5.3砌体结构的基本设计原砌体结构的基本设计原 则则 (0.5学时学时)5.4砌体构件承载力计算砌体构件承载力计算(4.0学时学时)5.5混合结构房屋墙、柱设混合结构房屋墙、柱设 计计 (4.0学时学时)5.6过梁、挑梁和墙梁的设过梁、挑梁和墙梁的设 计计 (2.0学时学时)砌砌体体结结构构14学学时时新结构与新技术新结构与新技术模块模块(1.0学时学时)结构设计模结构设计模块块(3.0学时学时)结构分析模结构分析模块块(5.0学时学时)结构概念设计结构概念设计模块模块(5.0学时学时)1.51.00.52.02.01.00.52.50.50.50.50.50.50.5 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计5/1475.1 概述概述5.1.1 砌体结构的定义砌体结构的定义5.1.2 优缺点及其应用范围优缺点及其应用范围5.1.3 发展趋势与最新进展发展趋势与最新进展 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计6/1475.1.1 砌体结构的定义5.1.1 砌体结构的定义砌体结构的定义l 万里长城(中国)万里长城万里长城l 河北赵县安济桥(中国)河北赵县安济桥赵州桥河北赵县安济桥赵州桥 是指用各种块体（砖、石、砌块等）通过砂浆铺缝砌筑而成的结构，其中块体过去长期采用砖石，俗称砖石结构砖石结构。古代的砌体结构主要用于城墙、拱桥、寺院和佛塔城墙、拱桥、寺院和佛塔，如：中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计7/1475.1.1 砌体结构的定义l 河北定县料敌塔(中国)河北定县的料敌塔河北定县的料敌塔南京灵谷寺无梁殿走廊南京灵谷寺无梁殿走廊l 南京灵谷寺无梁殿走廊(中国)l 埃及金字塔(古埃及)l 雅典巴特农神庙(古希腊)埃及金字塔埃及金字塔雅典巴特农神庙雅典巴特农神庙 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计8/1475.1.2 优缺点及其应用范围 强度低、自重大，抗震性能差；抗拉、抗弯和抗剪强度较低；砌筑工作量大，施工进度慢；与农争地。5.1.2 优缺点及其应用范围优缺点及其应用范围 来源广泛，可就地取材；耐久、防火、隔声、隔热、保温、抗蚀；具有承重和围护双重功能，节约三材。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计9/1475.1.2 优缺点及其应用范围 五层五层的办公楼、教学楼、试验楼；七层七层的住宅、旅馆、宿舍；框架外墙、隔墙；排架外墙。现行规范：现行规范：砌体结构设计规范砌体结构设计规范(GBJ50003-2001)砌体工程施工及验收规范砌体工程施工及验收规范(GBJ50203-2002)混合结构：混合结构：砌体结构一般不宜作为受拉或受弯构件，其房屋楼(屋)盖结构，通常采用钢筋混凝土结构、钢结构和木结构，我们将由砌体和其它材料组成的结构称为混合结构混合结构。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计10/1475.1.3 发展趋势与最新进展 5.1.3 发展趋势与最新进展发展趋势与最新进展(1)大力开发大力开发高强轻质砌体材料高强轻质砌体材料及及高性能砂浆高性能砂浆 抗压强度最高可达140MPa以上、容重最轻可达0.6kN/m3。2)利用工业废料发展新型利用工业废料发展新型节能环保块体材料节能环保块体材料 如钢渣砖、粉煤灰砖、炉渣砖及其空心砌块，烧结页岩砖和烧结保温空心砖(块)等。(3)继续推进大型继续推进大型轻质墙板轻质墙板的开发与应用的开发与应用 主要有废渣轻型混凝土墙板、GRC轻质墙板、蒸压纤维水泥墙板等。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计11/1475.1.3 发展趋势与最新进展(4)加速加速配筋砌体结构配筋砌体结构的研究与应用的研究与应用 包括：包括：网状配筋砌体、组合砌体、砖砌体和钢筋砼构造柱组合墙砌体等，在中高层砌体建筑中应用越来越广泛。株洲国脉家园高层住宅楼株洲国脉家园高层住宅楼北北湖湖滨滨大大道道36603660大大楼楼盘盘锦锦15层层住住宅宅楼楼 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计12/1475.1.3 发展趋势与最新进展(5)大力推进大力推进预应力砌体结构预应力砌体结构的理论研究与工程应用的理论研究与工程应用 是现代砌体结构走向高层和抗震发展方向的一种新的结构形式，但目前无专门设计规范。目前重点对砌体中徐变、预应力损失及施加工艺、抗震设计理论和方法等方面的研究。如：高层配筋砌体地震反应全程分析、预应力砌体结构、新型节能环保墙体材料结构、砌体隔震技术、砌体结构测试技术、耐久性以及修复补强技术等方面的研究。(6)进一步深入开展砌体结构的进一步深入开展砌体结构的理论研究理论研究 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计13/1475.2 块体、砂浆、砌体物理力学性能块体、砂浆、砌体物理力学性能5.2.1 块体块体5.2.2 砂浆砂浆5.2.3 砌体砌体5.2.4 砌体弹性模量砌体弹性模量、剪变模量、剪变模量 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计14/1475.2.1 块体5.2.1 块体块体 包括砖、石块和砌块，是砌体的主要组成部分，占砌体总体积的78以上。(GB50003-2001）l烧结普通砖烧结普通砖/烧结多孔砖：烧结多孔砖：MU30、MU25、MU20、MU15、MU10l蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖：蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖：MU25、MU20、MU15、MU10l砌块：砌块：MU20、MU15、MU10、MU7.5、MU5 l石材：石材：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20讨论：新老砌体设计规范中块体强度等级规定的异同点。讨论：新老砌体设计规范中块体强度等级规定的异同点。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计15/1475.2.1 块体 新老砌体设计规范中块体强度等级规定的新老砌体设计规范中块体强度等级规定的异同点异同点:l烧结普通砖/烧结多孔砖：GB50003-2001取消GBJ3-88中的MU7.5；lGB50003-2001新增蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖的强度等级；l砌块：GB50003-2001新增MU20，取消GBJ3-88中的MU3.5；l石材：GB50003-2001取消GBJ3-88中MU15、MU10。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计16/147烧结普通砖烧结普通砖5.2.1 块体 以粘土、页岩、煤矸石及粉煤灰等为主要原料；孔洞率15%；标准尺寸 24011553mm，比重=16-18kN/m3。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计17/1475.2.1 块体上海产：上海产：KP-1南京产：南京产：KM-1西安产：西安产：KP-2烧结多孔砖烧结多孔砖 孔洞率15-60，=9-14kN/m3；可节约材料，提高保温隔热性能。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计18/1475.2.1 块体大孔空心砖大孔空心砖 孔洞少而大，只用于隔墙和填充墙。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计19/1475.2.1 块体蒸压粉煤灰砖蒸压粉煤灰砖 以粉煤灰为主要原料，又称烟灰烟灰砖；砖；抗冻性、防水性不及粘土砖，可用于一般建筑。蒸压灰砂砖蒸压灰砂砖 石英砂和石灰为主要原料，一般为灰白色；灰白色；不能用于温度200，急冷急热或酸性介质侵蚀部位。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计20/1475.2.1 块体炉渣砖炉渣砖 以炉渣为主要原料，又称为煤渣砖；耐热温度可达300，能用于一般建筑。矿渣砖矿渣砖 以未水淬处理的高炉矿渣为主要原料；外表呈灰白色、光洁密实；不宜做壁炉、烟囱等高温砌体.中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计21/1475.2.1 块体 混凝土小型砌块(h18kN/m3；强度高、抗冻性强；保温隔热效果较差。足够强度；强度；良好的耐久性；耐久性；保温隔热。保温隔热。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计23/1475.2.2 砂浆 组成材料：组成材料：砂、水、水泥、石灰、石膏。砂浆作用砂浆作用：使单个块体粘结成为整体，改善块体在 砌体中的受力，提高防水、隔热能力。5.2.2 砂浆砂浆 水泥水泥砂浆 混合混合砂浆 石灰石灰砂浆和粘土石灰粘土石灰砂浆 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计24/1475.2.2 砂浆 GB50003-2001：M15、M10、M7.5、M5、M2.5 足够强度；强度；可塑性可塑性：以便于砌筑；保水性保水性：以保证充分硬化。讨论：砂浆的强度如何测定？讨论：砂浆的强度如何测定？l用边长70.7mm的标准立方块，在15-25条件下硬化，用28d龄期(石膏砂浆为7d)的抗压强度予以确定。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计25/1475.2.3 砌体 由块体用砂浆砌筑而成，分为承重和非承重墙。分为承重和非承重墙。多用于内、外墙和柱及基础等承重结构，围护墙体及隔、断墙等非承重结构；砖墙厚度及砖柱边长应符合砖的模数。5.2.3 砌体砌体 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计26/1475.2.3 砌体实心砖墙的常用砌法：实心砖墙的常用砌法：一顺一顶一顺一顶 一顺一顶一顺一顶三顺一顶三顺一顶梅花丁梅花丁 梅花丁梅花丁三顺一顶三顺一顶 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计27/1475.2.3 砌体 有料石砌体、毛石砌体及毛石混凝土砌体之分；料石和毛石砌体可建造5层房屋墙体，但隔热性能较差；毛石混凝土砌体广泛应用于基础和挡土墙工程。雅典巴特农神庙雅典巴特农神庙(石砌石砌)石砌护坡石砌护坡 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计28/1475.2.3 砌体 由砖砌块、砖墙板、空心砌块等吊装砌筑成房屋；砌块墙体一般由单排砌块砌筑。粉煤灰砌块砌体粉煤灰砌块砌体空心砌块砌体空心砌块砌体 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计29/1475.2.3 砌体网状配筋砖砌体网状配筋砖砌体（横向配筋砖砌体）方格钢筋网方格钢筋网连弯钢筋连弯钢筋网状配筋砖砌体网状配筋砖砌体组合砖砌体组合砖砌体砖砌体（砌块）和钢筋混凝土构造柱组合墙砌体砖砌体（砌块）和钢筋混凝土构造柱组合墙砌体 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计30/1475.2.3 砌体网状配筋砖砌体网状配筋砖砌体（横向配筋砖砌体）组合砖砌体组合砖砌体砖砌体（砌块）和钢筋混凝土构造柱组合墙砌体砖砌体（砌块）和钢筋混凝土构造柱组合墙砌体墙内竖向配筋墙内竖向配筋组合砖砌体组合砖砌体墙面配置钢筋网墙面配置钢筋网 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计31/1475.2.3 砌体网状配筋砖砌体网状配筋砖砌体（横向配筋砖砌体）组合砖砌体组合砖砌体砖砌体（砌块）和钢筋混凝土构造柱组合墙砌体砖砌体（砌块）和钢筋混凝土构造柱组合墙砌体砖砌体和构造柱组合墙砖砌体和构造柱组合墙砌块和构造柱组合墙砌块和构造柱组合墙 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计32/1475.2.3 砌体 N=(0.5-0.7)Nu单砖先裂单砖先裂；N=(0.8-0.9)Nu裂通若干块砖裂通若干块砖；砌体分割成若干独立小柱独立小柱，导致整体破坏。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计33/1475.2.3 砌体l块体：块体：压压(包括局压包括局压)、弯、剪、拉复合、弯、剪、拉复合应力状态l砂浆：砂浆：三向受压三向受压应力状态 块体和砂浆的受力状态：块体和砂浆的受力状态：问题：引起块体和砂浆上述受力状态的原因？问题：引起块体和砂浆上述受力状态的原因？中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计34/1475.2.3 砌体 因此，砌体抗压强度远远小于小于块体抗压强度，但大于大于砂浆强度(当砂浆强度等级相对较低时)。l灰缝厚度不一、砂浆不均匀密实饱满，砖表面不平整规则 块体块体非均匀受块体块体非均匀受压压，处于受，处于受弯弯和受和受剪剪状态状态l砂浆的弹性模量小于砖的弹性模量，其横向变形大于砖的横向变形 块体处于受块体处于受拉拉状态状态 原因分析：原因分析：l垂直灰缝往往不能填实 块体在垂直灰缝处产生块体在垂直灰缝处产生应应力集中力集中现象现象 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计35/1475.2.3 砌体 块体块体的强度、外形及厚度；砂浆砂浆的强度、可塑性及弹性模量；砌筑质量砌筑质量。砌体轴心抗压强度平均值平均值，主要取决于块体的抗压强度平均值f1和砂浆的抗压强度平均值f2：1 1221 0.07amfk ffk 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计36/1475.2.3 砌体(5)砌体的轴心抗拉、弯曲抗拉和抗剪强度砌体的轴心抗拉、弯曲抗拉和抗剪强度 规范通过提高块体的最低强度等级提高块体的最低强度等级来防止沿块体截面的破坏。f1高，f2低 沿齿缝截面破坏沿齿缝截面破坏 f1低，f2高 沿竖缝与块体截面破坏沿竖缝与块体截面破坏 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计37/1475.2.3 砌体 在土压力作用下，挡土墙挡土墙壁犹如以支墩为支座的水平受弯构件，破坏形态和轴心受拉砌体类似破坏形态和轴心受拉砌体类似。受弯矩作用较大的地下室地下室等偏压墙体，砌体将在最大弯矩截面的水平灰缝发生沿通缝的弯曲受拉破坏。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计38/1475.2.3 砌体vyf 影响砌体抗剪强度的主要因素：影响砌体抗剪强度的主要因素：l砂浆-块体的粘结强度l垂直压应力及其摩擦系数 砌体抗剪强度规范设计值：中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计39/1475.2.3 砌体 砌体主要用于承受压力，抗压强度主要与块体和砂浆等级有关。砌体抗压强度高于轴心抗拉、弯曲抗拉和抗剪强度，但远低于块体的抗压强度。各类砌体的强度平均值、标准值和设计值的大小顺序为：fmfkf 各类砌体的抗压强度、轴心抗拉强度、弯曲抗拉强度和抗剪强度值的大小顺序为：fftmftfv小小 结结 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计40/1475.2.4 砌体弹性模量、剪变模量 砌体轴心受压时的变形包括：l砖的变形砖的变形l砂浆的变形砂浆的变形l砂浆与砖之间空隙的压缩变形砂浆与砖之间空隙的压缩变形 砌体应力-应变对数曲线：5.2.4 砌体弹性模量砌体弹性模量、剪变模量、剪变模量ln 1mfnn 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计41/1475.2.4 砌体弹性模量、剪变模量 工程中，取应力应变曲线上0.43fm点的割线模量作为弹性模量的取值：0.430.430.8mfmmfEf 剪切模量剪切模量G：10.41 0.450.4GEEGE，近似取 初始弹性模量初始弹性模量E0：tanE 割线模量割线模量(变形模量)E：00tanE 砌体的线膨胀系数和摩擦系数的取值详见表砌体的线膨胀系数和摩擦系数的取值详见表4-3和表和表4-4。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计42/1475.3 砌体结构的基本设计原则砌体结构的基本设计原则5.3.1 承载能力极限状态的设计表达式承载能力极限状态的设计表达式5.3.2 砌体强度标准值和设计值砌体强度标准值和设计值5.3.3 砌体强度设计值的调整砌体强度设计值的调整 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计43/1475.3.1 承载能力极限状态的设计表达式 采用以概率理论概率理论为基础的极限状态设计方法。正常使用极限状态构造构造措施保证。承载能力极限状态设计设计计算：5.3.1 承载能力极限状态的设计表达式承载能力极限状态的设计表达式0SR 当砌体结构作为一个刚体需进行稳定性验算时：11k2211k20.81.21.41.40nGGkQQiGiikiC GC GC QCQ 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计44/1475.3.2 砌体强度标准值和设计值5.3.2 砌体强度标准值和设计值砌体强度标准值和设计值（fk）：）：（f）：）：kfff1 1.645kmfff f 砌体强度的变异系数：l毛石砌体：f=0.26；l其它砌体：抗压强度：f=0.17 抗拉、抗弯和抗剪强度：f=0.20。f 砌体结构的材料分项系数，宜按施工等级控制：l施工控制等级为B级：f1.6；l施工控制等级为C级：f1.8。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计45/1475.3.3 砌体强度设计值的调整5.3.3 砌体强度设计值的调整砌体强度设计值的调整 对各类砌体强度设计值进行适当调整，其实质是对砌体砌体截面承载能力的调整截面承载能力的调整。砌体强度设计值的调整系数砌体强度设计值的调整系数 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计46/1475.4 砌体构件承载力计算砌体构件承载力计算5.4.1 受压构件受压构件5.4.2 局部受压局部受压5.4.3 轴心受拉、受弯和受剪构件轴心受拉、受弯和受剪构件5.4.4 网状配筋砖砌体构件网状配筋砖砌体构件 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计47/1475.4.1 受压构件 承载力主要影响因素承载力主要影响因素：5.4.1 受压构件受压构件轴压短柱（轴压短柱（e=0，3）轴压长柱（轴压长柱（e=0，3）偏压短柱（偏压短柱（e0，3）偏压长柱（偏压长柱（e0，3）截面尺寸截面尺寸A砌体抗压强度砌体抗压强度f高厚比高厚比=H0/h长柱、短柱长柱、短柱偏心距偏心距e=M/N轴压柱、偏压柱轴压柱、偏压柱各种柱的承载力各种柱的承载力如何进行计算？如何进行计算？中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计48/1475.4.1 受压构件 3的轴轴心受压构件；破坏特征和承载力与砌体抗压强度试件相同。3的偏偏心受压构件；承载力低于轴心受压短柱。uNf AeuNf A 偏心受压短柱的承载力偏心影响系数，e1.0e。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计49/1475.4.1 受压构件3的轴轴心受压构件；承载力低于轴心受压短柱。0uNf A 3的偏偏心受压构件；和e的共同影响，其承载力更低于偏心受压短柱。uNf A轴心受压长柱的稳定系数，001.0。偏心受压长柱的承载力影响系数，0e或。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计50/1475.4.1 受压构件轴轴心受压心受压长长柱：柱：0uNf A偏偏心受压心受压长长柱柱:uNf A轴轴心受压心受压短短柱柱:偏偏心受压心受压短短柱柱:uNf AeuNf A 受压构件承载力的计算，最终可归结为与受压构件承载力的计算，最终可归结为与、e有关的承有关的承载力降低影响系数载力降低影响系数 的计算。的计算。综上所述，各种柱的承载力计算除与f、A有关外，主要取决于、e两个影响因素。0e、中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计51/1475.4.1 受压构件()e 规范规范经验公式：经验公式：211()ee i211 12()ee h211 12()3.5eTTehhi其中，中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计52/1475.4.1 受压构件0()220ciEH 因截面材料不均匀、轴线弯曲以及轴力偏心等初始缺陷而产生纵向弯曲，导致长柱可能失稳。当截面应力达欧拉临界应力欧拉临界应力时，构件处于临界稳定状态，破坏临界应力为：E为砌体切线变形模量：1Eff2200ccAEifAffH令 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计53/1475.4.1 受压构件 令=H0/i构件长细比长细比022111 0221121 其中，对矩形矩形截面：公式推导过程：公式推导过程：讨论：如讨论：如何推导？何推导？00212121212HHIhiAih 令 202222111121111 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计54/1475.4.1 受压构件022111 0221121 其中，对矩形矩形截面：系数 可根据砂浆强度 确定：当当f2 M5 时，时，=0.0015；当当f2=M2.5时，时，=0.002；当当f2=0 时，时，=0.009。令=H0/i构件长细比长细比 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计55/1475.4.1 受压构件()偏心受压的细长杆件，因纵向弯曲而产生侧向挠曲变形，一般用轴向力附加偏心距一般用轴向力附加偏心距ei来反映来反映。211ieei 细长柱总偏心距e=e+ei。规范规范以系数 来综合考虑轴心力偏心距e和附加偏心距ei对承载力的影响。利用短柱偏心影响系数公式，得 ：中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计56/1475.4.1 受压构件 若e=0时，则 应和 相等，即：011iei 00211eiei2021111eii 对矩形截面矩形截面：201111 12112eh01112ihe12hi 211 12ieeh 又又 思考题：非矩形截面长柱承载力影响系数如何计算？思考题：非矩形截面长柱承载力影响系数如何计算？0 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计57/1475.4.1 受压构件 公式分析：公式分析：220201111111 121112eiehi 矩形截面：与砂浆强度等级与砂浆强度等级f2()、(或或)、e/h(或或e/i)有关。有关。当当e/h=0(即即e=0)时，时，；当；当ei=0时，时，。0e22111()1 12()eee ie h 矩形截面：002221111 矩形截面：与与、e有关的承载力降低影响系数有关的承载力降低影响系数 均可统均可统一采用一采用 的公式进行的公式进行计算。计算。0e、中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计58/1475.4.1 受压构件(2)受压构件承载力计算受压构件承载力计算Nf A 统一计算公式统一计算公式：注意事项：注意事项：l 可按砂浆强度等级f2、e/h制表,以供查用；其中：与3对应的一行数据为 ，与e/h=0对应的一列数据为 。l轴压、偏压构件 的取值规定：轴压轴压构件：取两向高厚比大值查表；偏压偏压构件：当截面偏心方向偏心方向边长另一方向边长时，除按偏压计算 外，还应对较小边方向按轴压轴压进行验算。(为什么为什么?)e02201111eii 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计59/147l不同种类砌体的修正系数修正系数：烧结普通砖、多孔砖：1.0 混凝土及轻骨料混凝土砌块：1.1 蒸压灰砂砖、粉煤灰砖：1.2 细料石、半石料石：1.2 粗料石、毛石砌体：1.5l偏心距e宜0.6y；l偏心距超过限值的设计方法：优先采取措施减小优先采取措施减小e 增大截面尺寸增大截面尺寸 改用配筋砌体改用配筋砌体5.4.1 受压构件Ny 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计60/1475.4.2 局部受压5.4.2 局部受压局部受压 在房屋建筑中，大梁或屋架等构件支承于砌体上时，砌体局部面积上承受较大的荷载，称为砌体的局部受压局部受压。有局部均匀受压局部均匀受压和局部非均匀受压局部非均匀受压之分。局部均匀受压局部均匀受压局部非均匀受压局部非均匀受压 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计61/1475.4.2 局部受压(1)局部均匀受压承载力计算局部均匀受压承载力计算 砌体与垫板接触处三向受压，且为三向压应力之最大值；离垫板约1-2皮砖皮砖处横向拉应力最大。局部均匀受压砌体应力状态局部均匀受压砌体应力状态 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计62/1475.4.2 局部受压 因纵向裂缝的发展而引起的破坏：因纵向裂缝的发展而引起的破坏：劈裂破坏：劈裂破坏：垫板下的局部压坏：垫板下的局部压坏：中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计63/1475.4.2 局部受压 局部抗压强度大于一般情况下的抗压强度，其原因：l套箍作用套箍作用l应力扩散作用应力扩散作用 若若Al/A0的比值越小，则套箍作用越强，应力扩散越充分的比值越小，则套箍作用越强，应力扩散越充分 局部抗压强度就越高。局部抗压强度就越高。A0Al 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计64/1475.4.2 局部受压00.3511lAA lff llNfA 规范规范公式：公式：局部抗压强度局部抗压强度：局部抗压承载力局部抗压承载力：限制限制A0/Al比值比值避免劈裂破坏。避免劈裂破坏。问题：如何限制问题：如何限制 值值以避免劈裂破坏发生？以避免劈裂破坏发生？中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计65/1475.4.2 局部受压0()2.5Aach h(a)中心局压中心局压(c)角部局压角部局压01()()1.5Aah hbhh h0(2)2Abh h(b)边缘局压边缘局压(d)端部局压端部局压0()1.25Aah h 对于多孔砖砌体和灌孔砌块砌体还应满足：1.5 对于未灌孔砌体还应满足：1.0 对于砖砌体砖砌体：中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计66/1475.4.2 局部受压 只作用有梁端传来的Nl；作用有梁端传来的Nl和上部结构传来的轴向压力N0。(2)梁端支承处砌体的局部受压梁端支承处砌体的局部受压 梁的挠曲变形梁的挠曲变形和支承处砌体的压缩变形支承处砌体的压缩变形 支承处砌体局部受压面上呈现不均匀分布压应力。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计67/1475.4.2 局部受压 砌体边缘的位移：max0tanya 相应的最大压应力：maxmax0tankyka 根据平衡条件：lNdA10.687k fmm取 010/cahfa 规范公式规范公式：20tanlNka b038tanlaNbf 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计68/1475.4.2 局部受压 内拱卸荷作用随着A0/Al的减少而减少。上部荷载对下部砌体具有横向约束作用。规范规范采用上部荷载折减系数上部荷载折减系数来考虑内拱卸荷作用：01.5 0.5lAA 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计69/1475.4.2 局部受压max0lf0000011llllllNNAAAa bNA其中，0llNNA f 梁端支承处局压承载力计算公式：梁端支承处局压承载力计算公式：问题：梁端支承砌体局压承载力不足时如何处理？问题：梁端支承砌体局压承载力不足时如何处理？中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计70/1475.4.2 局部受压 高度tb180mm，且其挑出梁边的长度不大于其高度的垫块。解决梁端局部受压承载力不足的有效措施：解决梁端局部受压承载力不足的有效措施：l设置预制刚性垫块l设置与梁端整体现浇垫块l设置长度h的混凝土垫梁(圈梁)中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计71/1475.4.2 局部受压 刚性垫块下砌体的局部受压计算：01lbNNA fl按偏心短柱的偏心影响系数确定；l10.8，以Ababbb代替Al计算；l壁柱内设置预制刚性垫块时，A0不考虑翼缘部分；l刚性垫块上梁端有效支承长度：。100.810.351bbbbAa bAA01cahf1的取值c/f00.20.40.60.815.45.766.97.8 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计72/1475.4.2 局部受压 垫块与梁端现浇成整体后，与梁端未设垫块时的受力特点相类似。为简化计算，仍可按预制刚性垫块进行局压承载力计算，但应以Aba0bb代替代替Al。梁端与垫块现浇成整体梁端与垫块现浇成整体 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计73/1475.4.2 局部受压 梁、屋架支承处的圈梁可起垫梁圈梁可起垫梁作用。当垫梁长度h0时，即可视为承受集中荷载的“弹性地基弹性地基”上的无限长梁。采用弹性力学平面应力理论，梁下最大压应力：3max0.306lybbbNEhE Ib 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计74/1475.4.2 局部受压 用三角形三角形应力图形代替曲线应力图形。0max12lbyNh b3max0.306lybbbNEhE Ib又又3302.082b bb bE IE IhEhEh 垫梁折算高度垫梁折算高度h0：中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计75/1475.4.2 局部受压 根据试验结果，取：max1.5yf300000202.422lbbbbNNbhfb hE INhEh 并考虑垫梁bbh0/2范围内上部荷载设计值N0，则00001.52.3562.42bblbb hfb h fNNb h f 2沿墙厚方向荷载类型调整系数，当荷载均匀分布时取1.0，不均 匀分布时取0.8。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计76/1475.4.3 轴心受拉、受弯和受剪构件5.4.3 轴心受拉、受弯和受剪构件轴心受拉、受弯和受剪构件ttNA f 承载力计算公式：如容积较小的圆形水池或筒仓，在液体或松散物料的侧压力作用下，壁内只产生环向拉力只产生环向拉力时，可采用砌体结构。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计77/1475.4.3 轴心受拉、受弯和受剪构件 砖砌平拱过梁和挡墙，在弯矩作用下可能沿齿缝截面或沿砖和竖向灰缝截面或沿通缝截面因弯曲受拉破坏。tmMWf0vVb Z f 受弯受弯承载力计算：承载力计算：受剪受剪承载力计算：承载力计算：中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计78/1475.4.3 轴心受拉、受弯和受剪构件 当拱支座采用砖和砌块砌体，可能产生沿水平通缝截面的受剪破坏。00vVfA 受剪承载力取决于砌体抗剪强度和作用在截面上的正应力所产生的摩擦力之和。沿通缝受剪承载力沿通缝受剪承载力计算公式：中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计79/1475.4.4 网状配筋砖砌体构件 在水平灰缝内每隔每隔3-5皮砖皮砖设置一层横向钢筋网的配筋砌体。限制砂浆横向变形限制砂浆横向变形，减少砖中的水平拉力。横向钢筋网分为：横向钢筋网分为：l方格钢筋网方格钢筋网l连弯钢筋网连弯钢筋网5.4.4 网状配筋砖砌体构件网状配筋砖砌体构件连弯钢筋连弯钢筋方格钢筋网方格钢筋网 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计80/1475.4.4 网状配筋砖砌体构件 按裂缝开展可分为三阶段：按裂缝开展可分为三阶段：l在6075Nu时，单砖先裂；l裂缝数量增多，但不能形成贯通裂缝；l裂缝多而细，不能形成独立小柱，部分砖因严重开裂或压碎而脱落。问题：网状配筋砖砌体与无筋砖砌问题：网状配筋砖砌体与无筋砖砌 体的破坏形态有何不同？体的破坏形态有何不同？参见第参见第5.2.3论述论述 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计81/1475.4.4 网状配筋砖砌体构件(3)网状配筋砖砌体受压构件承载力计算网状配筋砖砌体受压构件承载力计算nnNfA n、以及e对网状配筋砌体承载力的影响系数：211 31 1266712neh为体积配筋率：2100100ssnVAVaS 或 fn为网状配筋砖砌体抗压强度设计值：2 1 2/132000nyyeffffN mmy（）中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计82/1475.4.4 网状配筋砖砌体构件 配筋率配筋率：0.1%0.17时不宜采用网状配筋砌体；le虽未超过截面核心范围，但构件高厚比16或或56时，也不宜采用网状配筋砌体。l网状配筋砌体通过钢筋网与灰缝砂浆之间的摩擦力与粘结力约束砌体的横向变形，对轴压构件的效果最好，随着偏心距的增大，效果逐渐降低，故规范作上述第一个规定；l由于网状配筋砌体水平灰缝较厚，砂浆变形较大，导致网状配筋砌体纵向弯曲系数随网状钢筋配筋率的增大而降低，故规范又作了上述第二个规定。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计84/1475.5 混合结构房屋墙、柱设计混合结构房屋墙、柱设计5.5.1 概述概述5.5.2 混合结构房屋墙体承重体系混合结构房屋墙体承重体系5.5.3 砌体房屋静力计算方案砌体房屋静力计算方案5.5.4 墙、柱高厚比验算墙、柱高厚比验算5.5.5 多层刚性方案房屋墙、柱计算多层刚性方案房屋墙、柱计算5.5.6 单层房屋墙、柱承载力计算单层房屋墙、柱承载力计算5.5.7 砌体结构构造要求砌体结构构造要求 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计85/1475.5.1 概述 混合结构房屋：混合结构房屋：竖向承重构件墙、柱和基础采用砌体结构，而水平承重构件屋盖、楼盖采用钢筋混凝土结构(或钢结构、木结构)所组成的房屋承重结构体系。墙、柱设计一般步骤：墙、柱设计一般步骤：5.5.1 概述概述l根据房屋使用要求、地质条件和抗震要求，选择墙体墙体承重方案承重方案。l确定结构静力计算方案结构静力计算方案，并进行内力分析。l初步选择墙、柱截面尺寸，材料强度等级，进行墙柱稳定性和砌体承载力验算稳定性和砌体承载力验算。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计86/1475.5.2 混合结构房屋墙体承重体系 按竖向荷载的传递路径竖向荷载的传递路径不同，可分为四种四种不同的类型：5.5.2 混合结构房屋墙体承重体系混合结构房屋墙体承重体系 主要传力路线：主要传力路线：楼(屋)面荷载 横墙 基础 地基 特点：特点：l横墙主承重，间距较小；l横向刚度大，抗震性能好；l外纵墙自承重，开洞方便；l楼盖结构简单，造价较经济；l适宜于小开间住宅、宿舍等房屋。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计87/1475.5.2 混合结构房屋墙体承重体系 主要传力路线：主要传力路线：楼(屋)面荷载 纵墙 基础 地基l纵墙主承重，房间开间布置灵活；l房屋横向刚度差，不利于抗震；l墙体用材较少，楼面用材较多；l适用于房屋开间大、横墙少的办公室、医院、单层厂房等。特点：特点：中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计88/1475.5.2 混合结构房屋墙体承重体系 主要传力路线：主要传力路线：一部分传至横墙 基础 地基 楼(屋)面荷载 一部分传至纵墙 基础 地基 两条传力路线无主次之分。特点介于上述两种承重体系之间。适用于平面布置布置灵活的房屋，如点式住宅楼。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计89/1475.5.2 混合结构房屋墙体承重体系 主要传力路线：主要传力路线：一部分传至四周纵横墙基础地基 楼(屋)面荷载 一部分传至室内砼柱 基础 地基l内框架主承重，房屋空间刚度差；与全框架比,节省钢筋、水泥。l砼柱与砌体的压缩性能不一样，易引起不均匀的竖向变形。l适用于空间要求较大的商店、仓库、厂房、食堂等。特点：特点：中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计90/1475.5.3 砌体房屋静力计算方案 在竖向荷载作用下：在竖向荷载作用下：楼(屋)盖荷载 梁、板 墙、柱 基础 地基 （受弯构件受弯构件）（）（轴压或偏压构件轴压或偏压构件）5.5.3 砌体房屋静力计算方案砌体房屋静力计算方案 在水平荷载作用下在水平荷载作用下:l 若若无无山山(横横)墙时墙时平面传力系统平面传力系统 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计91/1475.5.3 砌体房屋静力计算方案l若两端设若两端设有有山山(横横)墙时墙时空间传力系统空间传力系统+平面传力系统平面传力系统此时，中间排架顶部楼此时，中间排架顶部楼(屋屋)盖最大水平位移：盖最大水平位移：maxmaxuu 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计92/1475.5.3 砌体房屋静力计算方案 房屋空间刚度：房屋空间刚度：即房屋在水平荷载作用下抵抗侧移的能力，其大小主要取决于：用空间性能影响系数空间性能影响系数来表示：111()puuch K S 规范规范根据房屋根据房屋空间刚度空间刚度，分成三种计算方案：，分成三种计算方案：l 刚性方案刚性方案l 弹性方案弹性方案l 刚弹性方案刚弹性方案l横墙的间距横墙的间距Sl楼楼(屋屋)盖刚度盖刚度K 中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计93/1475.5.3 砌体房屋静力计算方案 纵墙顶点的水平位移u 0。计算简图为一无侧移平面排架。横墙承重体系的房屋一般是刚性方案房屋横墙承重体系的房屋一般是刚性方案房屋。(）墙、柱计算简图：墙、柱计算简图：l单层房屋：单层房屋：无论是竖向竖向还是水平水平荷载，均可将墙柱视作上端不动铰支承于屋盖、下端嵌固于基础的竖向构件。中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计94/1475.5.3 砌体房屋静力计算方案单单层刚性方案房屋计算简图层刚性方案房屋计算简图l多层房屋多层房屋：竖向竖向荷载作用下，墙柱在每层高度范围内视作两端铰支的竖向构件；水平水平荷载作用下，墙柱视作竖向的连续梁构件。多多层刚性方案房屋计算简图层刚性方案房屋计算简图(）中中南南大大学学Design of Concrete&Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计混凝土结构与砌体结构设计95/1475.5.3 砌体房屋静力计算方案 横墙间距较大，屋盖平面内抗弯刚度较小，水平荷载作用下的位移，近