1、*1第一章第一章 绪论绪论本章内容1.11.2砌体材料和砌体结构砌体材料和砌体结构砌体结构的发展历史和发展方向砌体结构的发展历史和发展方向1.4 本章小结本章小结第一章第一章 绪论绪论1.31.4本教程的学习方法本教程的学习方法砌体结构的设计原理和设计方法砌体结构的设计原理和设计方法*采用砌筑方法，用砂浆将单个块体连接而成的整体称为砌体；由砌体组成的墙、柱等构件作为建筑物或构建物主要受力构件的结构称为砌体结构。1.1 1.1 砌体材料和砌体结构砌体材料和砌体结构*砌体材料包括块体和砂浆。1.1.1 1.1.1 砌体材料砌体材料1.1.块体块体块体的种类主要有：人造砖块、混凝土砌块、天然石块。*
2、（1 1）人造砖块）人造砖块 烧结普通砖由粘土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经过焙烧而成的实心或空洞率大于规定值（15%）却外形尺寸符合规定的砖。烧结普通砖的外形尺寸是：240mm(长)115mm（宽）53mm（高）。根据所采用的原材料不同分为烧结粘土砖、烧结页岩砖、烧结煤矸石砖、烧结粉煤灰砖等。烧结普通砖的强度等级是按照标准试验方法测得的试件抗压强度划分的，砌体结构设计规范将烧结普通砖的强度等级划分为MU30、MU25、MU20、MU15、MU10 五级。烧结多孔砖是以粘土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经焙烧而成，空洞率不小于15%，孔的尺寸小而孔的数量多，主要用于重要部位的砖，称多
3、孔砖。多孔砖分为 P 形多孔砖（240mm115mm90mm）和 M 形多孔砖（190mm190mm90mm）。多孔砖的强度等级划分与烧结普通砖相同，也分为MU30、MU25、MU20、MU15、MU10五级。其强度等级是根据标准试验方法测得的。多孔砖具有自重轻、保温隔热性能好等优点，但是有砌筑麻烦、劳动强度大等缺点。（图1.1）图1.1 烧结多孔砖（a）P形多孔砖 (b)M形多孔砖（1 1）人造砖块）人造砖块 蒸压灰砂砖是以石灰和砂为主要原料，经坯料制备、压制成型、蒸压养护而成的实心砖，简称灰砂砖。蒸压粉煤灰砖是以粉煤灰、石灰为主要原料，掺加适量石膏和集料，经坯料制备、压制成型、高压蒸汽养护
4、而成的实心砖，简称粉煤灰砖。蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖的尺寸与烧结普通砖相同，强度等级分为 MU25、MU20、MU15、MU10 四级。（2 2）混凝土砌块）混凝土砌块 采用普通混凝土或利用浮石、陶粒等为骨料的轻骨料混凝土制成的实心或空心砌块。混凝土砌块按体型大小分为三类，通常将高度为190390mm的砌块称为小型砌块（图1.2），高度为 390900mm 的砌块称为中型砌块，高度大于900mm的砌块称为大型砌块。小型砌块尺寸较小、自重较轻、使用灵活、便于手工操作，目前在我国应用较广泛。砌块的强度等级分为MU20、MU15、MU10、MU7.5、MU5五级。它和多孔砖一样，其强度等级也是根据标
5、准试验方法测得的试件毛面积抗压强度划分的。图图1.2 混凝土小型空心砌块混凝土小型空心砌块（2）混凝土砌块）混凝土砌块 砌块是混凝土小型空心砌块的简称，由普通混凝土或利用浮石、陶粒等为骨料的轻骨料混凝土制成，主要规格尺寸为390mm190mm190mm，孔隙率在25%50%之间。混凝土砌块按体型大小分为三类，通常将高度为190390mm的砌块称为小型砌块（图1.2），高度为 390900mm 的砌块称为中型砌块，高度大于900mm的砌块称为大型砌块。小型砌块尺寸较小、自重较轻、使用灵活、便于手工操作，目前在我国应用较广泛。砌块的强度等级分为MU20、MU15、MU10、MU7.5、MU5五级。
6、它和多孔砖一样，其强度等级也是根据标准试验方法测得的试件毛面积抗压强度划分的。（3）天然石块）天然石块 天然石块按其外形和加工程度不同可分为毛石和料石。未经加工的形状不规则石材为毛石（其中部厚度不应小于200mm）；经加工的石材称为料石（料石高度不应小于200mm），根据加工后外形规则程度，分为细料石、半细料石、粗料石和毛料石。石材一般采用重天然石，如石灰石、花岗岩、砂岩等，其重力密度大于18KN/。石材的强度等级划分为MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30 和 MU20。在承重石砌体结构中，石材应选用无明显风化的天然石材。石材的强度高，耐久度好，多用于产石地区的基础及挡
7、土墙，房屋的基础及勒脚部位。石材的热传导系数较高，如用作墙体，往往需要较大的厚度。2.2.砂浆砂浆 砂浆的强度等级符号为M。砂浆的强度等级是根据标准试验方法所测得的试件抗压强度来划分的，砌体结构设计规范将砂浆强度等级分为M15、M10、M7.5、M5、M2.5五级。砂浆是由胶凝材料(如水泥、石灰等)及细骨料（如粗砂、中砂、细砂）加水搅拌而成的粘结块体的材料。砂浆的主要作用是：粘结块体，将块材砌筑成为整体，使应力分布均匀，砂浆填满了块材间的缝隙，减少了砌体的透气性，从而提高了砌体的隔热性能和抗冻性能。砌体常用的砂浆有水泥砂浆、混合砂浆和石灰砂浆三种。砂浆按其组成材料的不同可分为水泥砂浆、混合砂浆
8、、柔性砂浆和砌块专用砂浆。（1）水泥砂浆）水泥砂浆 水泥砂浆是由水泥和砂加水拌合而成的，不加塑性掺合料（石灰膏）的砂浆，其强度高、耐久性好，也称为刚性砂浆。由于水泥砂浆的水泥用量大、和易性较差，一般用于强度有较高要求的砌体及对防水有较高要求的砌体。水分离析会使铺砌发生困难，影响砂浆的正常硬化，降低砌筑质量。因此，用水泥砂浆比用同强度等级保水性好的其他砂浆砌筑的砌体强度要低。砌体用水泥砂浆砌筑时，其强度应按相同强度等级保水性好的砂浆砌筑的砌体强度乘以强度调整系数。（2）混合砂浆）混合砂浆 混合砂浆是指在水泥砂浆中掺入一定的塑化剂的砂浆，如水泥石灰砂浆。这种砂浆的和易性和保水性都好，水泥的用量较少
9、，便于施工，容易保证砌体质量，因此在砌体结构中被广泛应用，适用于砌筑一般墙、柱砌体。(3 (3）柔性砂浆）柔性砂浆 柔性砂浆是指不含水泥的石灰砂浆、粘土砂浆、石膏砂浆等。这类砂浆强度底、耐久性较差，只适用于砌筑受力不大的砌体或临时性简易建筑的砌体。(4 (4）砌块专用砂浆）砌块专用砂浆 由水泥、砂、水以及根据需要掺入的掺合料和外加剂等组分，按一定比例，采用机械拌合制成，专门用于砌筑混凝土的砌筑砂浆，称为混凝土砌块砌筑砂浆，简称砌块专用砂浆。根据砌体的块体类型，砌体可分为砖砌体、石砌体和砌块砌体；根据砌体内是否配筋，又可分为无筋砌体和配筋砌体。我国目前最广采用的气体是无筋砖砌体。在砌体砌筑时，各
10、层块体间竖向缝隙应当错开搭砌，不允许通缝存在。砖的搭砌方式，就有一顺一丁、三顺一丁和梅花丁等。(图1.3)（1 1）砌体的种类砌体的种类1.1.2 1.1.2 砌体和砌体构件砌体和砌体构件 图1.3 常用砖砌体砌筑方法（a）一顺一丁；（b）梅花丁；（c）三顺一丁 （2）砌体构件砌体构件 按照砌体受力形式的不同，砌体构件主要有受压构件（承受轴力N或轴力N与弯矩共同作用）、受弯构件(承受弯矩M和剪力V)、受拉构件和受剪构件。砌体构件分为：无筋砌体构件、配筋砌体构件、组合砖砌体构件。房屋建筑中量大面广的砌筑构件是受压构件，如墙、柱、基础等。砌体结构存在一系列优点，其重要原因在于砌体结构有以下几项主要
11、优点，因而在单层、低层和多层房屋中被广泛采用。（1）砌体结构就地取材，来源方便，比较经济；（2）砌体结构具有良好的耐火性和耐久性；（3）砌体结构保温、隔热性能较好，有利于节能；（4）施工简单。1.1.3 1.1.3 砌体结构的优缺点砌体结构的优缺点 砌体结构的缺点和有点并存，除上述优点外，砌体结构还有下述一些缺点：（1）砌体结构自重大；（2）砌体结构砌筑工作相当繁重；（3）砌体结构靠砂浆和砌块的粘结而形成的整体，砂浆和砖、石、砌块之间粘结力较低，因而砌体的抗震及抗裂性能都比较弱。（4）砌体结构粘土砖的生产还要占用良田，影响农业生产，破坏生态环境。1.2 1.2 砌体结构的发展历史和发展方向砌体
12、结构的发展历史和发展方向1.2.11.2.1简要发展历史简要发展历史砌体结构在我国的发展大致可分为三个阶段：第一阶段 19世纪中叶以前，我国的砖石结构主要为城墙、佛墙、石桥及少数砖砌重型穹拱佛殿。第二阶段 19世纪中叶以后到20世纪中叶大约100年左右期间，我国广泛采用主要以粘土砖建造承重墙。这一阶段对砌体结构的设计按容许应力法粗略计算，而静力分析还没有较正确的理论依据。三阶段 1950年至今，广泛采用砖砌多层房屋、扩大石结构应用范围，发展新结构，采用新材料和新技术（如建造砖薄壳、采用蒸压灰砂砖和粉煤灰砖、混凝土空心砌块、采用各种配筋砌体和大型墙板等），砌体结构有了较快的发展。1.2.2 1.
13、2.2 主要发展方向主要发展方向 我国自解放以来，砌体结构有了较快的发展，鉴于以往砌体结构的固有缺点，限制了砌体结构的适用范围，并且不符合大规模建设的要求。但砌体结构在很多领域的使用仍具有现实意义，因此发展轻质高强块体，使砂浆具有高强度，采用工业化方法和机械化施工，利用工业废料制作块体等，是砌体结构的主要发展方向。（1）研制轻质高强块体）研制轻质高强块体 目前我国采用的烧结砖，抗压强度一般都比较低；而国外市场供应的砖，抗压强度可高达140N/mm,两者差距较大。轻质高强意味着砌体抗压强度的提高，因而墙厚可减薄，自重可减轻，便于往第五空间发展。大尺寸、高孔洞率、高强度的空心砖，有利于减轻结构自重
14、、节约材料、降低工程造价。我国的承重空心砖孔洞率一般在30%以内，抗压强度设计值为1030N/mm，国外的承重空心墙孔洞率往往在40%以上，抗压强度普遍可达3040N/mm，有的国家还可以达到5080N/mm/。采用高强轻质空心砖可以建造高层建筑，例如瑞士用孔洞率为28%、抗压强度为60N/mm的空心砖先后建成了19层和24层的塔式住宅，而墙体厚度仅为380mm。为节省钢材和水泥、造价，有必要研制适合时代发展的高强轻质砖或砌块。（2 2）利用工业废料）利用工业废料 变废为宝，城市工业废料如粉煤灰、炉渣或经过处理的垃圾，可以将其制成硅酸盐砖、加气硅酸盐砌块或炉渣混凝土砌块等，既可处理城市建设中的
15、部分工业垃圾，又可以减少烧结砖的使用，进而保护了耕地。（3 3）采用大型墙板结构）采用大型墙板结构 大型墙板作为悬挂的外墙，墙内采用现浇钢筋混凝土墙（俗称內浇外挂）的结构，是北京、唐山等地住宅建筑的一种主要承重结构形式，有利于加快建筑速度、减轻砌墙的繁重体力劳动，促进建筑工业化、施工机械化，是墙体改革的一种趋向。1.3 1.3 砌体结构的设计原理和设计方法砌体结构的设计原理和设计方法1.3.11.3.1设计方法的发展简况设计方法的发展简况 早期的砌体结构主要是凭经验设计和建造的。随着力学和材料等学科的发展，砌体结构的设计与混凝土结构的设计相类似，经历了按容许应力方法设计、按破损阶段法设计、安极
16、限状态设计等几个发展阶段。1.3.21.3.2现行规范的设计方法现行规范的设计方法 砌体结构设计规范(GB500032001)（以下简称规范）采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用分项系数的设计表达式进行计算。1 1规范规范的设计准则的设计准则 结构在规定的设计使用年限内应具有足够的可靠度，其基本内容与混凝土结构所阐述的内容完全相同。2 2规范规范的设计方法的设计方法 安全等级 破坏后果 建筑物类型 一级 很严重重要的建筑物 二级 严重一般的建筑物 三级 不严重次要的建筑物建筑结构安全等级1 1 对于特殊的建筑物，其安全等级可根据具体情况另行确定；对于特殊
17、的建筑物，其安全等级可根据具体情况另行确定；2 2 对地震区的砌体结构设计，应按现行国家标准对地震区的砌体结构设计，应按现行国家标准建筑抗震设防分类标准建筑抗震设防分类标准GB50223GB50223根据建筑物重要性区分建筑物类别。根据建筑物重要性区分建筑物类别。（1）安全等级的确定根据建筑结构破环可能产生的后果（如危及生命、造成经济损失、产生社会影响等）的严重性，建筑结构按表1.1划分为三个安全等级，设计事应按具体情况适当选用。（2）设计内容砌体结构应按承载能力极限状态设计，并满足正常使用极限状态的要求。根据砌体结构的特点（截面尺寸往往较大），砌体结构正常使用极限状态的要求，一般情况下可由相
18、应的结构措施保证。（3）承载能力极限状态设计表达式砌体结构和结构构件在使用年限内，在正常维护下，必须保证适合使用，而不需大修加固。在按承载能力极限状态设计时，应按下列公式中最不利组合进行计算：3.3.承载能力极限状态设计表达式承载能力极限状态设计表达式砌体结构构件的承载能力极限状态设计表达式如下所示。(1)砌体结构按承载能力极限状态设计时，应按下列公式中的最不利组合进行计算。0121.21.4()nGkQ kQiciQikkiSSSR fa，011.351.4()nGkciQikkiSSR fa，注：1 当楼面活荷载标准值大于4kH/m2时，式中系数1.4应为1.3 施工质量控制等级划分要求应
19、符合砌体工程施工质量验收规范GB50203的规定。当砌体结构作为一个刚体，需验算整体稳定性时，例如倾覆、滑移、漂浮等，应按下式验算：021121.21.40.85nG kQ kQikG kiSSSS式中SG1k-起有利作用的永久荷载标准值的效应；SG2k-起不利作用的永久荷载标准值的效应。1.4本教程的学习方法本教程的学习方法“砌体结构”属于土木工程专业的一门专业基础课。学习中应注意砌体的受力性能具有两个主要特点：一是由于砂浆的强度低于块材的强度以及施工中灰缝铺砌的不均匀性，而使砌体的抗压强度远远低于块材的抗压强度；二是由于砌体结构的材料是由块材通过灰缝砂浆粘结而成的，因此具有抗压承载力较高而
20、抗拉承载力较低的特点。本章小结本章小结解得解得 （1）砌体结构是指用砖、石以及由轻混凝土、混凝土、硅酸盐等材料做成的块 材 用砂浆砌筑而成的结构，只要用于承受压力。根据块体的不同，砌体可以分为砖砌体、石砌体和砌块砌体；砂浆常用的有水泥砂浆、石灰砂浆和混合砂浆。砌体构件的受力类型主要是受压，例如墙体、基础等。（2）砌体结构的主要优点：砌体结构就地取材，来源方便，比较经济砌体结构具有良好的耐火性和耐久性砌体结构保温、隔热性能较好，有利于节能施工简单（3）砌体结构的设计原则和设计方法，一般只需要进行承载能力极限状态计算，一验算的形式出现。（4）砌体结构发展展望 1、积极发展新材料。2、积极推广应用配筋砌体结构。3、加强对防止和减轻墙体裂缝构造措施的研究。4、加强对砌体结构理论的研究。5、提高砌体结构的施工技术水平和施工质量。思考题思考题1.1 什么是砌体和砌体结构？1.2砌体结构有何优缺点？主要应用范围有哪些？1.3砌体中块体和砂浆起什么作用？有哪些砂浆种类？1.4砌体的种类有哪些？1.5砌体结构的设计方法是什么？设计内容有哪些？
