1、1第九章 砌体和砌体构件苏州科技学院苏州科技学院 土木工程学院土木工程学院唐兴荣唐兴荣 博博 士士 教教 授授二二一二年五月一二年五月2第一节 砌体材料和砌体力学性能 砌体结构砌体结构masonry structure 是指用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是指用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，砖砌体、砌块砌体、石砌体结构的统称构，砖砌体、砌块砌体、石砌体结构的统称 砌体结构的优缺点砌体结构的优缺点 优点优点 砌体结构材料来源广泛，易于就地取材。砌体结构材料来源广泛，易于就地取材。 砌体结构有很好的耐火性和较好的耐久性。砌体结构有很好的耐火性和较好的
2、耐久性。 砖砌体的保温、隔热性能好，节能效果明显。砖砌体的保温、隔热性能好，节能效果明显。 可以节约水泥、钢材和木材。可以节约水泥、钢材和木材。 当采用砌块或大型板材作墙体时，可以减轻结构自重，加快施工进度，当采用砌块或大型板材作墙体时，可以减轻结构自重，加快施工进度，进行工业化生产和施工。进行工业化生产和施工。3 缺点缺点 砌体结构自重大砌体结构自重大 无筋砌体的抗拉、抗弯及抗剪强度低，抗震及抗裂性能较差。无筋砌体的抗拉、抗弯及抗剪强度低，抗震及抗裂性能较差。 砌体结构砌筑工作繁重。砌体结构砌筑工作繁重。 砖砌体结构的粘土砖用量很大，往往占用农田，影响农业生产。砖砌体结构的粘土砖用量很大，往
3、往占用农田，影响农业生产。 必须必须大力发展砌块、煤矸石砖、粉煤灰砖等粘土砖的替代产品。大力发展砌块、煤矸石砖、粉煤灰砖等粘土砖的替代产品。 砌体结构的应用范围砌体结构的应用范围 主要用于承受压力的构件，如基础、内外墙、柱等。主要用于承受压力的构件，如基础、内外墙、柱等。 砌筑围护墙和填充墙等。砌筑围护墙和填充墙等。 桥梁、隧道工程等。桥梁、隧道工程等。45（2）蒸压砖）蒸压砖 蒸压灰砂砖（蒸压灰砂砖（autoclaved sand-limt brick）简称简称“灰砂砖灰砂砖” 以石灰和砂为主要原料，经坯料制备、压制成型、蒸压养护而成的以石灰和砂为主要原料，经坯料制备、压制成型、蒸压养护而成
4、的实心砖实心砖 蒸压粉煤灰砖（蒸压粉煤灰砖（autoclaved flyash-limt brick）简称简称“粉煤灰砖粉煤灰砖” 以粉煤灰、石灰为主要原料，掺加石膏和集料，经坯料制备、压制以粉煤灰、石灰为主要原料，掺加石膏和集料，经坯料制备、压制成型、高压蒸汽养护而成的实心砖成型、高压蒸汽养护而成的实心砖（3）砌块）砌块 混凝土小型空心砌块（混凝土小型空心砌块（concrete small hollow brick）由普通混凝土或轻骨料混凝土制成，主要规格尺寸为由普通混凝土或轻骨料混凝土制成，主要规格尺寸为390mm190mm190mm、空心率在、空心率在25%50%的空心砌块的空心砌块6（
5、4）石材）石材（按其加工后的外形规则程度分为：（按其加工后的外形规则程度分为：料石、毛石料石、毛石） 料石料石 细料石细料石经过细加工，外表规则，叠砌面凹入深度不应大于经过细加工，外表规则，叠砌面凹入深度不应大于10mm，截面的宽度、高度不宜小于截面的宽度、高度不宜小于200mm，且不宜小于长度的，且不宜小于长度的1/4 半细料石半细料石规格尺寸同上，但叠砌面凹入深度不应大于规格尺寸同上，但叠砌面凹入深度不应大于15mm 粗料石粗料石规格尺寸同上，但叠砌面凹入深度不应大于规格尺寸同上，但叠砌面凹入深度不应大于20mm 毛料石毛料石外形大致方正，一般不加工或仅稍加修整，高度不应小于外形大致方正，
6、一般不加工或仅稍加修整，高度不应小于200mm，叠砌面凹入深度不应大于，叠砌面凹入深度不应大于25mm 毛石毛石 形状不规则、中部厚度不应小于形状不规则、中部厚度不应小于200mm72、砂浆、砂浆（mortar） 定义定义 由胶凝材料（如水泥、石灰）和细骨料（砂）加水搅拌而成的混由胶凝材料（如水泥、石灰）和细骨料（砂）加水搅拌而成的混合材料。合材料。 砂浆的作用砂浆的作用 将砌体中的块体连成一个整体，并因抹平块体表面而促使应力的分将砌体中的块体连成一个整体，并因抹平块体表面而促使应力的分布较为均匀。同时砂浆填满块体间的缝隙，减少了砌体的透气性，布较为均匀。同时砂浆填满块体间的缝隙，减少了砌体的
7、透气性，提高砌体的保温性能与抗冻性能。提高砌体的保温性能与抗冻性能。 分类分类 纯水泥砂浆纯水泥砂浆（水泥（水泥+砂砂+水拌合而成）水拌合而成） 适用于：对防水有较高要求的砌体，以及对强度有较高要求的砌体适用于：对防水有较高要求的砌体，以及对强度有较高要求的砌体 混合砂浆混合砂浆（水泥（水泥+砂砂+适量的催化剂适量的催化剂+水拌合而成）水拌合而成） 适用于：一般的墙柱砌体适用于：一般的墙柱砌体 非水泥砂浆非水泥砂浆（石灰砂浆、粘土砂浆和石膏砂浆）（石灰砂浆、粘土砂浆和石膏砂浆） 8 混凝土砌块砌筑砂浆（混凝土砌块砌筑砂浆（mortar for concrete small hollow bri
8、ck） 由水泥、砂、水以及根据需要掺入的掺和料和外加剂等组分，按由水泥、砂、水以及根据需要掺入的掺和料和外加剂等组分，按一定比例，采用机械拌和制成，专门用于砌筑混凝土砌块的砌筑砂浆。一定比例，采用机械拌和制成，专门用于砌筑混凝土砌块的砌筑砂浆。 简称简称“砌块专用砂浆砌块专用砂浆”9二、砌体的力学性能二、砌体的力学性能1、砌体的受压性能、砌体的受压性能（以砖砌体为例）（以砖砌体为例） 三个受力阶段三个受力阶段 第一阶段：单砖内出现裂缝，第一阶段：单砖内出现裂缝，50%70%破坏荷载破坏荷载 第二阶段：裂缝通过若干皮砖，形成连续裂缝，第二阶段：裂缝通过若干皮砖，形成连续裂缝，80%90%破坏荷载
9、破坏荷载 第三阶段：形成贯通裂缝，砌体完全破坏，第三阶段：形成贯通裂缝，砌体完全破坏，100%破坏荷载破坏荷载10 砌体的受压应力状态砌体的受压应力状态 砖本身的形状不完全规整平整、灰缝的厚度和密实性不均匀，使得单砖本身的形状不完全规整平整、灰缝的厚度和密实性不均匀，使得单块砖处于受弯和受剪状态。块砖处于受弯和受剪状态。 砌体横向变形时砖和砂浆存在交互作用。砌体横向变形时砖和砂浆存在交互作用。 弹性地基梁作用。弹性地基梁作用。 竖向灰缝上的应力集中。竖向灰缝上的应力集中。11 影响砌体抗压强度的主要因素影响砌体抗压强度的主要因素 块体与砂浆的强度块体与砂浆的强度(主要因素主要因素) 块体与砂浆
10、的强度越高，砌体的抗压强度越高；块体与砂浆的强度越高，砌体的抗压强度越高； 在一般砖砌体中，提高砖的强度等级比提高砂浆强度等级对增加砌体抗在一般砖砌体中，提高砖的强度等级比提高砂浆强度等级对增加砌体抗压强度的效果好压强度的效果好 块体尺寸和几何形状的影响块体尺寸和几何形状的影响 块体的高度大，其受弯受剪能力提高，砌体的抗压强度高块体的高度大，其受弯受剪能力提高，砌体的抗压强度高； 块体的表面越平整，受力越均匀，砌体的抗压强度越高块体的表面越平整，受力越均匀，砌体的抗压强度越高 砂浆性能（流动性、保水性及弹性模量）的影响砂浆性能（流动性、保水性及弹性模量）的影响 砂浆的和易性好、流动性大砂浆的和
11、易性好、流动性大，容易形成厚度均匀和密实的灰缝，减少块，容易形成厚度均匀和密实的灰缝，减少块体的弯曲应力和剪应力，体的弯曲应力和剪应力，提高砌体的抗压强度提高砌体的抗压强度； 砂浆的弹性模量越低砂浆的弹性模量越低（变形率越大），块体受到的横向拉应力越大，使（变形率越大），块体受到的横向拉应力越大，使砌体的强度降低砌体的强度降低12 砌筑质量与灰缝的厚度的影响砌筑质量与灰缝的厚度的影响 水平灰缝的饱满度越好，砌体抗压强度越高水平灰缝的饱满度越好，砌体抗压强度越高（通常要求水平灰缝的饱（通常要求水平灰缝的饱满度不小于满度不小于80%） 水平灰缝薄而均匀，砌体抗压强度较高水平灰缝薄而均匀，砌体抗压强
12、度较高（砖砌体水平灰缝厚度一般（砖砌体水平灰缝厚度一般1012mm） 保证质量前提下，保证质量前提下，快速砌筑有利于提高砌体的抗压强度快速砌筑有利于提高砌体的抗压强度； 砖的含水率较大时易于保证砌筑质量砖的含水率较大时易于保证砌筑质量，干砖砌筑和含水饱和的砖砌筑，干砖砌筑和含水饱和的砖砌筑都会降低砖与砂浆的粘结强度，降低砌体的抗压强度。都会降低砖与砂浆的粘结强度，降低砌体的抗压强度。 其他其他 不同强度的砖不应混合使用不同强度的砖不应混合使用。 （不同强度等级的砖混合砌筑时，砌体在同样荷载下引起不同压缩变（不同强度等级的砖混合砌筑时，砌体在同样荷载下引起不同压缩变形）形）1314（2） 砂浆的
13、强度等级砂浆的强度等级 M15、M 10、M 7.5、M 5和和M 2.5（五个等级）（五个等级） 确定砂浆强度等级时应采用同类块体为砂浆强度试块的底模。确定砂浆强度等级时应采用同类块体为砂浆强度试块的底模。 如砂浆强度在两个等级之间时，采用相邻较低值。如砂浆强度在两个等级之间时，采用相邻较低值。 当验算施工阶段砂浆尚未硬化的新砌体强度时，可按砂浆强度为零来当验算施工阶段砂浆尚未硬化的新砌体强度时，可按砂浆强度为零来确定。确定。 砂浆试块：砂浆试块：70.7mm70.7mm70.7mm 15（3）砌体的计算指标）砌体的计算指标 砌体的抗压强度设计值砌体的抗压强度设计值由砌块和砂浆的强度等级确定
14、由砌块和砂浆的强度等级确定 16 砌体的受拉、受弯和受剪强度设计值砌体的受拉、受弯和受剪强度设计值 一般发生在砂浆和块体的连接面，即一般发生在砂浆和块体的连接面，即取决于砂浆和块体的粘结性取决于砂浆和块体的粘结性能能（但块体强度较低时，也可能发生沿块体截面破坏）（但块体强度较低时，也可能发生沿块体截面破坏）砌体的受拉（沿齿缝砌体的受拉（沿齿缝 ）沿齿缝沿齿缝 沿通缝沿通缝 砌体受弯砌体受弯17（4）砌体的其他性能）砌体的其他性能 砌体干缩变形砌体干缩变形 砌体在浸水时体积膨胀，失水时体积收缩，且收缩变形较膨胀变形大砌体在浸水时体积膨胀，失水时体积收缩，且收缩变形较膨胀变形大很多（尤其硅酸盐砖、
15、轻混凝土砌块）很多（尤其硅酸盐砖、轻混凝土砌块） 砌体的受热性能砌体的受热性能 砂浆受热时，当温度不超过砂浆受热时，当温度不超过400度，强度不降低；当温度达度，强度不降低；当温度达600度时，度时，其强度降低约其强度降低约10%。 砂浆受冷却时，其强度明显降低（当温度自砂浆受冷却时，其强度明显降低（当温度自400度冷却时，其强度降度冷却时，其强度降低约低约50%） 砖受热时强度提高砖受热时强度提高 采用普通粘土砖和普通砂浆砌筑的砌体，不考虑受热时砌体抗压强度采用普通粘土砖和普通砂浆砌筑的砌体，不考虑受热时砌体抗压强度的提高，且在一面受热时，其最高受热温度应低于的提高，且在一面受热时，其最高受
16、热温度应低于400度。度。 砌体的线膨胀系数砌体的线膨胀系数(510)10-6/度度 砌体的弹性模量砌体的弹性模量 砌体弹性模量砌体弹性模量E按规范取用，剪切模量按规范取用，剪切模量G=0.4E18第二节 无筋砌体结构的承载力计算 砌体结构砌体结构 无筋砌体构件无筋砌体构件 配筋砌体构件配筋砌体构件 砌体结构构件受力情况：砌体结构构件受力情况：受压（偏压）、受拉、受弯、受剪受压（偏压）、受拉、受弯、受剪 砌体结构设计方法砌体结构设计方法(同同)混凝土结构设计方法混凝土结构设计方法 承载力能力极限状态承载力能力极限状态 属于属于截面校核截面校核（先选定截面尺寸和材料强度后计算）（先选定截面尺寸和
17、材料强度后计算） 正常使用界限状态正常使用界限状态 不进行验算不进行验算（通过构造措施来保证）（通过构造措施来保证）19一、受压构件的承载力计算一、受压构件的承载力计算 实际工程中的砌体构件大部分为受压构件（含轴心受压和偏心受压），在承实际工程中的砌体构件大部分为受压构件（含轴心受压和偏心受压），在承载力计算中，对轴心受压和偏心受压构件均采用同一计算公式载力计算中，对轴心受压和偏心受压构件均采用同一计算公式fAN（9-1）2021(2)偏心距偏心距e e=弯矩设计值（弯矩设计值（M）/轴力设计值（轴力设计值（N） （9-4）22（3 3）截面面积）截面面积A A 对带壁柱墙，计算时应考虑截面翼
18、缘宽度。翼缘宽度可按下列规定采对带壁柱墙，计算时应考虑截面翼缘宽度。翼缘宽度可按下列规定采用：用： 多层房屋多层房屋 当有门窗洞口时，可取窗间墙宽度；当有门窗洞口时，可取窗间墙宽度； 当无门窗洞口时，每侧翼缘宽度可取壁柱高度的当无门窗洞口时，每侧翼缘宽度可取壁柱高度的1/3。ss翼缘宽度bf翼缘宽度b =2/3Hf多层房屋带壁柱墙的计算截面翼缘宽度多层房屋带壁柱墙的计算截面翼缘宽度 单层房屋单层房屋 可取壁柱宽度加可取壁柱宽度加2/3墙高墙高H，即，即bf=b+2H/3，但不大于窗间墙宽度，但不大于窗间墙宽度（有门窗洞）或相邻壁柱间的距离（无门窗洞）（有门窗洞）或相邻壁柱间的距离（无门窗洞）2
19、3【例【例9-1】某承受轴心压力的柱，上部传来的轴向力设计值某承受轴心压力的柱，上部传来的轴向力设计值N=170kN，柱，柱截面尺寸截面尺寸370mm490mm，H0=H=3.5m，采用，采用MU10砖、砖、M5混合砂混合砂浆。试核算该柱的承载力。浆。试核算该柱的承载力。【解【解】（1）计算柱抗压强度设计值）计算柱抗压强度设计值 截面面积截面面积A=0.370.49=0.1813m2N=170kN 满足要求满足要求24【例【例9-2】截面尺寸截面尺寸490mm740mm砖柱，采用砖柱，采用MU10砖、砖、M5混合砂浆，混合砂浆， H0=5.9m，试核算该柱在轴向力设计值，试核算该柱在轴向力设计
20、值N1=50kN、N2=200kN同时作同时作用下的承载力是否满足要求。用下的承载力是否满足要求。【解【解】（1）计算柱抗压强度设计值计算柱抗压强度设计值 截面面积截面面积A=0.490.74=0.3626m20.3m2 强度调整系数强度调整系数ga=1.0 根据根据MU10砖、砖、M5混合砂浆，由混合砂浆，由表表9-1可得可得f=1.5N/mm2（2）计算影响系数计算影响系数w b=H0/h=5.9/0.74=7.973，近似取，近似取b=8 e=M/N=N2e/(N1N2)=200 185/(50+200)=148mm e/h=148/740=0.2 由由表表9-2可得，可得， w =0.
21、5 （3）偏压方向验算）偏压方向验算 y=370mm，e/y=148/370=0.4N=N1+N2=250kN 满足要求满足要求25(5)轴压方向验算轴压方向验算 b=H0/h=5.9/0.49=12.0 e=0 由由表表9-2可得，可得， w =0.82 wA f=0.820.3626106（1.01.5） =446.0kNN=N1+N2=250kN 满足要求满足要求26二、局部受压二、局部受压 当荷载只作用于砌体的部分截面面积上时称为当荷载只作用于砌体的部分截面面积上时称为局部受压局部受压 （在砌体结构房屋中经常会遇到砌体局部受压的情况，例如（在砌体结构房屋中经常会遇到砌体局部受压的情况，
22、例如大梁支承在砖墙大梁支承在砖墙或砖柱或砖柱上，使砖墙或砖柱局部受压）上，使砖墙或砖柱局部受压）1、局部均匀受压、局部均匀受压 当局部面积上受有均匀分布的压力时称为当局部面积上受有均匀分布的压力时称为局部均匀受压局部均匀受压 试验表明，局部受压时由于砌体四面未直接承受荷载的砌体对中间局部荷载试验表明，局部受压时由于砌体四面未直接承受荷载的砌体对中间局部荷载下的砌体的横向变形起着箍束作用，使产生三向应力状态，因而使局部受压下的砌体的横向变形起着箍束作用，使产生三向应力状态，因而使局部受压砌体的抗压强度提高。砌体的抗压强度提高。 均匀局部受压承载力的计算公式均匀局部受压承载力的计算公式llfAN（
23、9-7a） 27280AA0hachbhbhhA0=(b+2h)hA0(b)(a)AllAA0=(a+c+h)hlAlA=(a+h)h0A0AhahA0h1habh1A0=(a+h)h+(b+h1-h)h1(d)(c)图图9-8 影响局部抗压强度的计算面积影响局部抗压强度的计算面积A0292、梁端局部受压、梁端局部受压 梁端局部受压梁端局部受压是指梁端直接支承于砌体上的局部受压（图是指梁端直接支承于砌体上的局部受压（图9-10）11A =a0ba0ab1-1hNaa0梁N02-2hN梁N0t bA =aabbb梁垫bbab223-3hNaa0梁N0bA =a0bba0a33（a） （b） （c
24、） 图图9-10 梁端砌体局部受压示意图梁端砌体局部受压示意图（a）梁端支承处砌体局部受压；（）梁端支承处砌体局部受压；（b）梁端设有垫块时砌体局部受压）梁端设有垫块时砌体局部受压（c）垫块与梁整体时砌体局部受压）垫块与梁整体时砌体局部受压303132第三节 配筋砌体构件简介 配筋砌体配筋砌体 在砌体内配置适量的钢筋或钢筋混凝土，形成在砌体内配置适量的钢筋或钢筋混凝土，形成配筋砌体配筋砌体 提高砌体的强度提高砌体的强度和和减小构件的截面尺寸减小构件的截面尺寸 配筋砌体分类配筋砌体分类 目前我国应用较多的配筋砌体有：目前我国应用较多的配筋砌体有： 网状配筋砌体、组合砌体、砖砌体和钢筋混凝土构造柱
25、组合墙、配筋网状配筋砌体、组合砌体、砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙、配筋砌块砌体砌块砌体 网状配筋砌体网状配筋砌体砌体柱水平灰缝内配置网状横向钢筋或在砌体墙水平灰缝内配置水砌体柱水平灰缝内配置网状横向钢筋或在砌体墙水平灰缝内配置水平钢筋，构成网状配筋砌体（平钢筋，构成网状配筋砌体（图图9-17） 33钢筋网8钢筋网 34asn400（b）（a）aaaaa(c)图图9-17 网状配筋砌体网状配筋砌体（a）用方格网配筋的砖柱；（）用方格网配筋的砖柱；（b）连弯钢筋网；（）连弯钢筋网；（c）用方格网配筋的砖墙）用方格网配筋的砖墙3435hbhbhb箍筋混凝土或砂浆纵向钢筋拉结钢筋图图9-18 组合砖
26、砌体构件截面组合砖砌体构件截面 组合砌体组合砌体 组合砌体是在砌体外侧预留的竖向凹槽内配置纵向钢筋，再浇灌混组合砌体是在砌体外侧预留的竖向凹槽内配置纵向钢筋，再浇灌混凝土或砂浆面层而形成的凝土或砂浆面层而形成的(图图9-18)。 组合砌体适用范围组合砌体适用范围 （a）当荷载偏心距较大（超过核心范围）当荷载偏心距较大（超过核心范围）eh/6，无筋砖砌体承载，无筋砖砌体承载力不足而截面尺寸受到限制的情况力不足而截面尺寸受到限制的情况 （b）已建成的砖砌体构件进行加固）已建成的砖砌体构件进行加固 （c） 截面尺寸受到限制的情况截面尺寸受到限制的情况36 砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙砖砌体和钢筋混
27、凝土构造柱组合墙在砖砌体中每隔一定距离设置钢筋混凝土构造柱，并在各层楼盖处在砖砌体中每隔一定距离设置钢筋混凝土构造柱，并在各层楼盖处设置钢筋混凝土圈梁（设置钢筋混凝土圈梁（图图9-19），使砖砌体墙与钢筋混凝土构造柱和），使砖砌体墙与钢筋混凝土构造柱和圈梁组成一个整体结构共同受力，不仅可以提高墙体的承载力，还可圈梁组成一个整体结构共同受力，不仅可以提高墙体的承载力，还可以增强墙体的变形能力和抗倒塌能力。以增强墙体的变形能力和抗倒塌能力。AcbcAnl1l2l=(l1+l2)/2图图9-19 砖砌体和构造柱组合墙截面砖砌体和构造柱组合墙截面37 配筋砌块砌体配筋砌块砌体在砌块中配置一定数量的竖向
28、和水平钢筋，竖向钢筋一般是插入砌在砌块中配置一定数量的竖向和水平钢筋，竖向钢筋一般是插入砌块上下贯通的孔中，用灌孔混凝土灌实使钢筋充分锚固（图），配筋块上下贯通的孔中，用灌孔混凝土灌实使钢筋充分锚固（图），配筋砌体的灌孔率一般大于砌体的灌孔率一般大于50%，竖向和水平钢筋使砌块砌体形成一个共，竖向和水平钢筋使砌块砌体形成一个共同的整体。同的整体。配筋砌块砌体在受力模式上类同于混凝土剪力墙结构，即由配筋砌配筋砌块砌体在受力模式上类同于混凝土剪力墙结构，即由配筋砌块剪力墙承受结构的竖向和水平作用，是结构的承重和抗侧力构件。块剪力墙承受结构的竖向和水平作用，是结构的承重和抗侧力构件。配筋砌块砌体配筋砌块砌体38 配筋砌块砌体适用范围配筋砌块砌体适用范围 由于配筋砌块砌体的强度高，延性好，可用于由于配筋砌块砌体的强度高，延性好，可用于大开间和高层建筑结构大开间和高层建筑结构。 配筋砌块剪力墙在地震设防烈度为配筋砌块剪力墙在地震设防烈度为6度、度、7度和度和8度地区分别建造高度不度地区分别建造高度不超过超过54m、45m和和30m的建筑物。而且相对于钢筋混凝土结构具有不需的建筑物。而且相对于钢筋混凝土结构具有不需要支模、不需要再作贴面处理及耐火性能更好等优点。要支模、不需要再作贴面处理及耐火性能更好等优点。
