建筑结构及受力分析砌体结构课件.ppt
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1、12 砌体结构建筑结构及受力分析12.1 砌体材料与砌体的力学性能12.2 砌体结构的承重体系与静力计算方案12.3 墙、柱的高厚比验算和构造要求12.4 无筋砌体构件的承载力计算 12.5 过梁与圈梁目 录12.1 砌体材料与砌体的力学性能12.1.1 砌体材料1.块块材材(1)烧结普通砖烧结普通砖由黏土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料,经过焙烧而成的实心或孔洞率不大于规定值且外形符合规定的砖。可分为烧结黏土砖、烧结页岩砖、烧结煤矸石砖、烧结粉煤灰砖等。(2)烧结多孔砖烧结多孔砖以黏土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料,经焙烧而成,孔洞率不小于 25,孔的尺寸小而数量多,主要用于承重部位的砖,
2、简称多孔砖。目前多孔砖分为 P 型砖和 M 型砖。采用烧结多孔砖可减轻建筑物自重、减少砂浆用量、提高砌筑效率、节省能源、改善隔音隔热效能及降低造价等。(3)蒸压灰砂砖蒸压灰砂砖以石灰和砂为主要原料,经坯料制备、压制成型、蒸压养护而成的实心砖。12.1.1 砌体材料(4)蒸压粉煤灰砖蒸压粉煤灰砖以粉煤灰、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、高压蒸汽养护而成的实心砖。(5)混凝土小型空心砌块混凝土小型空心砌块由普通混凝土或轻骨料混凝土制成,主要规格为 390 mm 190 mm 190 mm,空心率在25 50 的空心砌块,简称混凝土砌块或砌块。(6)石材石材石材是指用天然石
3、材经过加工后所形成的砌筑块材,按其加工后外形规则程度的不同,石材可分为料石和毛石,其中料石又包括细料石、半细料石、粗料石和毛料石。石材的抗压强度高,耐久性好,但自重大,砌筑麻烦,多用于房屋的基础和勒脚部位。砌体中的石材应选用无明显风化的天然石材。12.1.1 砌体材料2.砂浆砂浆砌体中砂浆的作用是将块材连成整体并使应力均匀分布。同时,因砂浆填满块材间的缝隙而减少了砌体的透气性,增强了砌体的隔热性能和抗冻性。(1)水泥砂浆水泥砂浆即由水泥与砂子加水搅拌而成的不加入任何塑化掺合料的纯水泥砂浆。水泥砂浆可以配制成较高强度的砂浆,耐久性好,但和易性差,砌筑不便,一般用于砌块砌体或对强度有较高要求以及位
4、于潮湿环境中的砌体等。(2)混合砂浆混合砂浆在水泥砂浆中掺入适量塑性掺合料(石灰膏、黏土膏等)而制成的砂浆称为混合砂浆。这种砂浆具有一定的强度和耐久性,且和易性好,便于施工操作,质量容易保证,是一般砌体中常用的砌筑砂浆。(3)非水泥砂浆非水泥砂浆指不含水泥的砂浆,如石灰砂浆、石膏砂浆、黏土砂浆等。这类砂浆强度不高,耐久性较差,一般用于受力不大或简易建筑、临时性建筑的砌体中。12.1.1 砌体材料3.混凝土混凝土砌块灌孔混凝土砌块灌孔混凝土由水泥、集料、水以及根据需要掺入的掺和料和外加剂等成分,按一定比例,采用机械搅拌后,用于浇注混凝土砌块砌体芯柱或其他需要填实部位孔洞的混凝土,简称砌块灌孔混凝
5、土。12.1.1 砌体材料12.1.2 砌体的种类1.砖砖砌体砌体砖砌体是由普通砖和空心砖用砂浆砌筑而成。当用标准砖砌筑时,可形成实心砖砌体和空斗墙砌体。实心砖砌体的厚度有 120 mm、240 mm、370 mm、490 mm、620 mm 及 740 mm 等,也可把砌体一侧的砖侧砌而形成厚度为 180 mm、300 mm、420 mm 等厚度的实心物体。空斗墙砌体是指把砌体中部分或全部砖立砌,并留有空斗而形成的墙体,其厚度通常为240 mm。空斗墙砌体有一眠一斗、一眠二斗、一眠多斗和无眠斗墙等多种形式。这种砌体具有自重轻、节约块材和砂浆以及造价较低等优点,但抗剪性能较差,一般可用于非地震
6、区一至四层的小开间民用房屋的墙体。12.1.2 砌体的种类2.砌块砌块砌体砌体砌块砌体可用于定型设计的民用房屋及工业厂房的墙体。由于砌块重量较大,砌筑时必须采用吊装机具,因此在确定砌块规格尺寸时,应考虑起吊能力,并应尽量减少砌块类型。目前国内使用的砌块高度一般在 180 600 mm 之间。3.石石砌体砌体石砌体有料石砌体和毛石砌体两种类型。料石是经过加工,外形规则的石材,按其加工面平整的程度可分为细料石、半细料石、粗料石和毛料石四种。各种砌筑用料石的宽度不应小于 200 mm,长度不应大于厚度的四倍。由于料石外形规整程度不同,灰缝的厚度也不同:细料石砌体,不应大于 5 mm;半细料石砌体,不
7、应大于 10 mm;粗料石和毛料石砌体,不应大于 20 mm。毛石又分为乱毛石和平毛石,平毛石系指形状虽不规则,但有两个平面大致平行的石块。在砌墙时所用毛石的尺寸,长边不应小于墙厚的 2/3,短边不应小于墙厚的 1/3。毛石砌体的灰缝一般为 20 30 mm。12.1.3 砌体强度1.砌砌体的抗压强度体的抗压强度(1)砌体轴心受压时的破坏特征砌体轴心受压时的破坏特征砌体的轴心受力及破坏过程大体上分为以下三个阶段。未裂阶段:未裂阶段:砌体从开始加载到砌体出现第一条(批)裂缝为第一阶段,此时,荷载约为破坏荷载的 50 70。裂缝阶段:裂缝阶段:当继续增加荷载时,单块砖内个别短裂缝将继续增大和加宽,
8、以至贯穿几皮砖而形成连续裂缝。当荷载达到破坏荷载的 80 90 时,可认为砌体已经历了第二阶段。破坏阶段:破坏阶段:当荷载继续增大时,砌体中裂缝迅速发展,这些裂缝彼此相连并和垂直灰缝连起来形成条缝,逐渐将砌体分割成若干个单独的半砖小柱,整个砌体明显向外鼓出,由于各个小立柱受力不均匀,故最后将由于某些小立柱的失稳或压碎而导致整个砌体的破坏。12.1.3 砌体强度(2)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 块材和砂浆的强度。块材和砂浆的强度。砌体材料的强度是影响砌体强度的主要因素,其中块材的强度又是最主要的因素。所以采用提高砂浆强度等级来提高砌体强度的做法,不如用提高块材的强度等级
9、更为有效。块材的尺寸和形状。块材的尺寸和形状。砌体的强度随块材长度的增大而降低,随块材厚度的增加而提高,这是因为块材抗折能力较低的缘故。块材形状的规则与否,也直接影响到砌体的抗压强度,块材表面不平;形状不规整会使砌体中灰缝厚度不均匀而导致砌体抗压强度的降低。12.1.3 砌体强度 砂浆的和易性。砂浆的和易性。砂浆的和易性好,砌筑时灰缝易铺砌均匀和饱满,单块砖在砌体中的受力也就均匀,因而抗压强度就相对较高。混合砂浆的和易性比水泥砂浆要好,因此,同一强度等级的混合砂浆砌筑的砌体强度要比水泥砂浆砌筑的砌体强度高。砌筑质量。砌筑质量。砌筑质量也是影响砌体抗压强度的重要因素。砂浆铺砌均匀、饱满,可以改善
10、砖块在砌体中的受力性能,使之比较均匀地受压,从而提高砌体的抗压强度;反之,铺砌得不饱满、不均匀,则将降低砌体的抗压强度。一般要求砌体水平灰缝砂浆的饱满程度不得低于 80,砖柱和宽度小于 1 m 的窗间墙竖向灰缝的饱满程度不得低于 60。12.1.3 砌体强度2.砌砌体的轴心抗拉、弯曲抗拉及抗剪强度体的轴心抗拉、弯曲抗拉及抗剪强度砖石砌体的抗压性能好,大多数用来承受压力,但实际中也会遇到承受轴向拉力、弯矩和剪力的情况。试验资料表明:砌体的轴心受拉、受弯及受剪的破坏,大多发生在砂浆与砌体的连接面上,其强度值主要取决于灰缝的粘结强度和砂浆的强度。破坏形式有三种:沿齿缝破坏,沿直缝破坏,沿通缝破坏。1
11、2.1.3 砌体强度12.1.3 砌体强度12.1.3 砌体强度12.1.3 砌体强度3.各各类砌体的抗压强度类砌体的抗压强度龄期为 28d 的各类砌体以毛截面计算的抗压强度设计值用 f 表示,当施工质量控制等级为 B 级时,可按表 12.4 表 12.10 采用。当进行施工阶段承载力的验算时,设计强度可按表中砂浆强度为零的情况确定。12.1.3 砌体强度12.1.3 砌体强度12.1.3 砌体强度12.1.3 砌体强度12.1.3 砌体强度在设计过程中,砌体强度设计值应按表 12.11 所列使用情况,乘以调整系数 a。12.1.4 砌体的弹性模量砌体的弹性模量随砌体的抗压强度而变化。各类砌体
12、的弹性模量 E 按表 12.12 采用。12.2 砌体结构的承重体系与静力计算方案12.2.1 砌体结构的承重体系1.纵纵墙承重体系墙承重体系砌体结构房屋中以纵墙作为主要承重墙的承重体系,称为纵墙承重体系。其荷载的主要传递路径是:板梁(或纵墙)纵墙基础地基。纵墙承重体系一般用于要求房屋内部具有较大的空间、横墙间距较大的建筑物,如教学楼、办公楼、实验楼、食堂等。12.2.1 砌体结构的承重体系2.横横墙承重体系墙承重体系砌体结构中以横墙作为主要承重墙的承重体系,称为横墙承重体系。其荷载的主要传递路径是:板横墙基础地基。一般住宅或集体宿舍类的建筑,因其开间不大,横墙间距小,楼板可直接支承在横墙上,
13、形成横墙承重体系。3.内内框架承重体系框架承重体系墙体和柱子共同承受楼(屋)面荷载的承重体系,称为内框架承重体系。其荷载的传递路径是:板梁墙和柱基础地基。一般多层厂房、商店等常用内框架承重体系。12.2.2 房屋静力计算1.房屋房屋的空间工作的空间工作情况情况影响房屋的空间工作性能的主要因素是楼(屋)盖的水平刚度和横墙间距的大小。楼(屋)盖的水平刚度大,横墙间距小,房屋的空间刚度就大,荷载作用下墙、柱顶端的水平位移就小;反之,如房屋的空间刚度小,墙柱顶部的水平位移就大。2.房屋房屋的静力计算方案的静力计算方案(1)刚性刚性方案方案当房屋的横墙间距较小、楼(屋)盖刚度较大时,在荷载作用下,房屋的
14、水平位移很小,在确定计算简图时,可以忽略不计,将楼(屋)盖视为墙体的不动铰支座,而墙、柱内力按不动铰支座的竖向构件计算,这种房屋称为刚性方案房屋。12.2.2 房屋静力计算(2)弹性方案弹性方案当房屋的横墙间距较大,楼(屋)盖刚度较小时,在荷载作用下,房屋的水平位移较大,在确定计算简图时,必须考虑水平位移(u)对结构的影响,这种房屋称为弹性方案房屋。(3)刚弹性方案刚弹性方案在外荷载作用下,房屋的水平位移介于“刚性”与“弹性”两种方案之间的房屋称为刚弹性方案房屋。这种方案的房屋,在水平荷载作用下,其水平位移(u1)较弹性方案的水平位移小,但又不能忽略。12.2.2 房屋静力计算12.2.2 房
15、屋静力计算3.刚性刚性和刚弹性方案房屋的横墙和刚弹性方案房屋的横墙刚性和刚弹性方案房屋的横墙是指有足够刚度的承重墙,轻质墙体或后砌的隔墙不起这种作用。砌体规范规定刚性方案和刚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截面面积的 50。横墙的厚度不宜小于 180 mm。单层房屋的横墙长度不应小于高度;多层房屋的横墙长度不应小于横墙总高度的1/2。12.3 墙、柱的高厚比验算和构造要求12.3.1 墙、柱的高厚比验算1.矩形矩形截面墙、柱高厚比验算截面墙、柱高厚比验算矩形截面墙、柱高厚比应按下式验算:式中,H0墙、柱的计算高度(mm);h墙厚或矩形柱与 H
16、0 相对应的边长(mm);墙、柱的允许高厚比;上端为自由端的值,除按 1 修正外,尚可提高 30;1非承重墙允许高厚比的修正系数。2有门窗洞口墙允许高厚比的修正系数,按式 确定;s相邻窗间墙或壁柱之间的距离,mm;bs在宽度 s 范围内的门窗洞口总宽度,mm。当算得的 2 值小于 0.7 时,应采用 0.7。当洞口高度等于或小于墙高的1/5 时,取 2 1.0。12.3.1 墙、柱的高厚比验算12.3.1 墙、柱的高厚比验算12.3.1 墙、柱的高厚比验算2.带带壁柱墙体的高厚比壁柱墙体的高厚比验算验算(1)整片墙的高厚比验算整片墙的高厚比验算验算公式如下:式中,hT带壁柱墙截面的折算厚度,m
17、m,当为 T 形截面时,可近似取 hT 3.5i 计算;i带壁柱墙截面的惯性半径,mm,i I/A;I带壁柱墙截面的惯性矩,mm4;A带壁柱墙截面的面积,mm2。12.3.1 墙、柱的高厚比验算(2)壁柱间墙体的高厚比验算壁柱间墙体的高厚比验算壁柱间墙体的高厚比按厚度为 h 的矩形截面由 进行验算,此时 s 应取相邻壁柱间的距离,且计算高度 H0 一律按刚性方案考虑。设有钢筋混凝土圈梁的带壁柱墙,当 b/s 1/30 时(b 为圈梁宽度),圈梁可视作壁柱间墙的不动铰支点。如具体条件不允许增加圈梁宽度,可按等刚度原则(墙体平面外刚度相等)增加圈梁刚度,以满足壁柱间墙不动铰支点的要求。12.3.1
18、 墙、柱的高厚比验算【例例 12.1】某教学楼底层平面如图所示,外承重墙厚 370 mm,内承重墙厚240 mm,底层墙高 4.5 m(下端支点取基础顶面),120 mm 厚,隔墙高 3.5 m,所有墙体均采用M2.5 混合砂浆砌筑,烧结普通砖为 MU10,钢筋混凝土楼盖。试验算各墙的高厚比。(图中尺寸单位为 mm)12.3.2 墙、柱的一般构造要求(1)地面以下或防潮层以下的砌体,潮湿房间的墙,所用材料的最低强度等级应符合表12.16 的规定。(2)承重的独立砖柱截面尺寸不应小于 240 mm 370 mm。毛石墙的厚度不应小于350 mm,毛石柱截面较小边长不应小于 400 mm。当有振动
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