建筑結構砌體材料及砌體力學性能課件

1、9.1 砌體材料及強度等級 砌體材料：塊體、砂漿 9.1.1塊體及強度等級 常用的砌體塊體有磚、砌塊、石材。 1.磚及強度等級 （1）磚 砌體結構用磚：燒結普通磚、燒結多孔磚、蒸壓灰砂普通磚、蒸壓粉煤灰普通磚和混凝土磚。 燒結普通磚 原料：煤矸石、頁巖、粉煤灰或粘土。 燒結普通磚：燒結煤矸石磚、燒結頁巖磚、燒結粉煤灰磚和燒結粘土磚。 標準磚尺寸：24011553 mm。 適用范圍： 房屋上部及地下基礎等。240墻180墻灰縫的厚度為 燒結多孔磚 孔洞率不大于35%。 承重多孔磚分為P型磚（24011590）和M型磚（19019090）； 多孔磚優(yōu)點：可節(jié)約粘土、減少砂漿用量、提高工效、節(jié)省墻體

2、造價，可減輕塊體自重、增強墻體抗震性能。 適用范圍： 房屋上部結構（不宜用于凍脹地區(qū)地下部位）。 蒸壓灰砂普通磚 蒸壓粉煤灰普通磚 蒸壓灰砂普通磚和蒸壓粉煤灰普通磚的規(guī)格尺寸同燒結普通磚。 混凝土磚 多孔磚的主要規(guī)格尺寸為240mm115mm90mm、240mm190mm90mm、190mm190mm190mm等；實心磚的主要規(guī)格尺寸為240mm115mm53mm、240mm115mm90mm等，可替代粘土磚砌筑承重墻體。 （2）磚的強度等級 實心磚的強度等級是根據標準試驗方法所得到的磚的極限抗壓強度MPa值來劃分的，多孔磚強度等級的劃分除考慮抗壓強度外，還應考慮抗折強度的要求。 塊體的強度等

3、級用符號“MU”加相應數(shù)字表示，其數(shù)字表示塊體的強度大小，單位為MPa（即N/mm2）。 燒結普通磚、燒結多孔磚的強度等級共分為5級，依次為MU30、MU25、MU20、MU15和MU10。 蒸壓灰砂普通磚、蒸壓粉煤灰普通磚的強度等級共分為3級，依次為MU25、MU20和MU15。 混凝土普通磚、混凝土多孔磚的強度等級共分為4級，依次為MU30、MU25、MU20和MU15。 （1）混凝土砌塊由普通混凝土或輕集料混凝土制成。規(guī)格尺寸：390mm190mm190mm空 心 率：25%50%的空心砌塊混凝土小型砌塊 2.混凝土砌塊及強度等級 混凝土砌塊的強度等級是根據標準試驗方法，按毛截面面積計算

4、的極限抗壓強度MPa值來劃分的。混凝土砌塊、輕集料混凝土砌塊的強度等級共分為5級，依次為MU20、MU15、MU10、MU7.5和MU5。 （2）混凝土砌塊的強度等級3.石材及強度等級 （1）石材 石材按其加工后的外形規(guī)則程度，可分為毛石和料石兩類。 毛石形狀不規(guī)則，中部厚度不應小于200mm，長度約300 mm400mm。 料石為比較規(guī)則的六面體，其截面高度與寬度不宜小于200mm，且不宜小于長度的1/4；料石按加工平整程度不同分為細料石、粗料石和毛料石3種。 石材的強度等級 共分為7級，依次為MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30和MU20（2）石材的強度等級立方體邊

5、長（mm）2001501007050 換算系數(shù)1.431.281.141.000.86表9-1 石材強度等級的換算系數(shù) 9.1.2 砂漿及強度等級 砂漿是由膠凝材料（如水泥、石灰等）及細骨料（如粗砂、中砂、細砂）加水攪拌而成的粘結塊體的材料。 砂漿的主要作用是：粘結塊體，使單個塊體形成受力整體；找平塊體間的接觸面，促使應力分布較為均勻；充填塊體間的縫隙，減少砌體的透風性，提高砌塊的保溫、隔熱、隔聲、防水和抗凍性能。對砂漿基本要求是強度、可塑性和保水性。1.砂漿的種類 （1）水泥砂漿 （2）混合砂漿 （3）非水泥砂漿 （4）混凝土砌塊（磚）專用砌筑砂漿 （5）蒸壓灰砂普通磚、蒸壓粉煤灰普通磚專用

6、砌筑砂漿 砂漿的強度等級用符號“M”、“Ms”或“Mb”加相應數(shù)字表示，其數(shù)字表示砂漿的強度大小，單位為Mpa（即N/mm2）。 （1）燒結普通磚、燒結多孔磚、蒸壓灰砂普通磚和蒸壓粉煤灰普通磚砌體采用的普通砂漿強度等級共分為5級，依次為M15、M10、M7.5、M5和M2.5。 （2）蒸壓灰砂普通磚和蒸壓粉煤灰普通磚砌體采用的專用砌筑砂漿強度等級共分為4級，依次為Ms15、Ms10、Ms7.5、Ms5。 2.砂漿的強度等級 （3）混凝土普通磚、混凝土多孔磚、單排孔混凝土砌塊和煤矸石混凝土砌塊砌體采用的砂漿強度等級共分為5級，依次為Mb20、Mb15、Mb10、Mb7.5和Mb5。 （4）雙排孔

7、或多排孔輕集料混凝土砌塊砌體采用的砂漿強度等級共分為3級，依次為Mb10、Mb7.5和Mb5。 （5）毛料石、毛石砌體采用的砂漿強度等級共分為3級，依次為M7.5、M5和M2.5。（1）足夠的強度；（2）較好的可塑性；（3）適當?shù)谋Ｋ浴?.對砂漿質量的要求 混凝土砌塊灌孔混凝土是由水泥、集料、水以及根據需要摻入的摻和料和外加擠等組分，按一定比例，采用機械攪拌后，用于澆注混凝土砌塊砌體芯柱或其他需要填實部位孔洞的混凝土。簡稱砌塊灌孔混凝土。 砌塊灌孔混凝土應具有較大的流動性，其坍落度應控制在200250mm，強度等級用“Cb”表示。 9.1.3 砌塊灌孔混凝土 9.2.1 砌體的種類 分類：磚

8、砌體、砌塊砌體及石砌體； 無筋砌體和配筋砌體； 承重砌體和非承重砌體。 砌筑要求：塊體排列應橫平豎直、上下錯縫、內外相互搭接。 9.2 砌體的種類及力學性能 無筋砌體包括磚砌體、砌塊砌體和石砌體。 （1）磚砌體 由磚和砂漿砌筑而成的砌體稱為磚砌體。磚砌體分為實心磚砌體和多孔磚砌體。 實心磚砌體砌筑方式：一順一丁、三順一丁和梅花丁。1.無筋砌體 墻體尺寸：240mm（一磚）、370mm（一磚半）、490mm（二磚）620mm（二磚半）、740 mm（三磚）。 1/4磚長側砌：180mm、300mm、420mm等。圖9-4 包心砌法 施工嚴禁：包心柱和不同強度等級磚塊混用。（a）上皮磚 （b）下皮

9、磚 燒結多孔磚在砌筑時，其孔是沿豎向放置的。多孔磚墻體厚度：90mm、190mm、240mm、290mm和390mm等。 由砌塊和砂漿砌筑而成的砌體稱為砌塊砌體。 目前國內外常用的砌塊砌體以混凝土小型空心砌塊砌體為主，其中包括普通混凝土空心砌塊砌體和輕集料混凝土空心砌塊砌體。 （2）砌塊砌體 石砌體是由天然石材和砂漿（或混凝土）砌筑而成，分為料石砌體、毛石砌體和毛石混凝土砌體等。 料石砌體主要用于房屋建筑上部結構以及石拱橋、石壩、渡槽和儲液池等構筑物。毛石砌體砌筑基礎、堤壩、城墻、擋土墻等。 3.石砌體圖9-5 石砌體網狀配筋砌體 2.配筋砌體 配筋目的：提高砌體強度、減少截面尺寸、增加砌體結

10、構（或構件）的整體性。 （1）網狀配筋磚砌體 網狀配筋磚砌體又稱橫向配筋砌體，是磚柱或磚墻中每隔幾皮磚在其水平灰縫中設置直徑為34mm的方格網式鋼筋網片。組合磚砌體構件截面（2）組合磚砌體 組合磚砌體是由磚砌體和鋼筋混凝土面層或配筋砂漿面層組成的構件，可以承受較大的偏心軸壓力。磚砌體和鋼筋混凝土構造柱組合墻截面 是在磚砌體的轉角、縱橫墻交接處以及每隔一定距離設置鋼筋混凝土構造柱。 磚砌體和鋼筋混凝土構造柱組合墻 砂漿M5，混凝土C20；構造柱的截面尺寸240mm240mm，厚度不應小于墻厚。 柱內豎向受力鋼筋： 中柱：4 12mm；邊柱、角柱：4 14mm。構造柱的豎向受力鋼筋的直徑也不宜大于

11、16mm。 箍筋： 6200，樓層上下500mm范圍內宜采用 6200。 構造柱的豎向受力鋼筋應在基礎梁和樓層圈梁中錨固，并應符合受拉鋼筋的錨固要求。組合磚墻應先砌墻后澆混凝土構造柱。 在混凝土小型空心砌塊孔洞中配置上下貫通的豎向鋼筋，并用混凝土灌孔注芯，同時在砌體的水平灰縫內設置水平鋼筋，所形成的砌體即為配筋砌塊砌體。 （3）配筋砌塊砌體 配筋砌塊砌體剪力墻和柱對砌體材料強度等級的要求：砌塊不應低于MU10；砌筑砂漿不應低于Mb7.5；灌孔混凝土不應低于Cb20。 9.2.2 砌體的力學性能1.砌體的受壓破壞特征圖9-10 軸心受壓砌體的破壞形態(tài) （1）單塊磚在砌體內并非均勻受壓 由于磚塊受

12、壓面并不完全規(guī)則平整，再加之所鋪砂漿厚度和密實性不均勻，使得單塊磚在砌體內并不是均勻受壓，而是處于受彎、受剪和局部受壓的復雜應力狀態(tài)。 2.砌體的受壓應力狀態(tài)圖9-11 砌體內磚的受力狀態(tài)示意圖 磚砌體內的磚所受彎曲應力和剪應力的大小不僅與灰縫厚度和密實性不均勻有關，還與砂漿的彈性性質有關。每塊磚可視為作用在彈性地基上的“梁”，其下面的砌體即可視為“彈性地基”。“地基”的彈性模量越小，磚的彎曲變形就越大，磚內產生的彎、剪應力就越高。 磚的彈性模量大、砂漿的彈性模量小。單塊磚在砌體中處于壓，彎，剪及拉的復合應力狀態(tài)，其抗壓強度降低；而砂漿處于三向受壓狀態(tài)，抗壓強度提高。圖9-13 砂漿對磚的作用

13、力 （2）砌體橫向變形時磚和砂漿存在交互作用圖9-12 磚、砂漿的受壓應力-應變曲線 砌體的豎向灰縫不飽滿、不密實，易在豎向灰縫上產生應力集中，同時豎向灰縫內的砂漿和磚的粘結力也不能保證砌體的穩(wěn)定性。因此，在豎向灰縫上的磚內將產生拉應力和剪應力的集中，從而加快磚的開裂，引起砌體強度的降低。 （3）豎向灰縫的應力集中 （1）塊體與砂漿的等級強度 塊體與砂漿的等級是確定砌體強度最重要的因素，單個塊體的抗彎、抗拉強度在某種層度上決定了砌體的強度。 塊體和砂漿的強度越高、則砌體強度也越高 3.影響砌體抗壓強度的因素 塊體的尺寸，幾何形狀及表面的平整程度對砌體的抗壓強度有較大影響。 塊體高度大，砌體強度

14、高；長度大，砌體強度低；表面平整，砌體強度高。 （2）塊體的尺寸和幾何形狀 砂漿的流動性大和保水性好時，容易形成厚度和密實性較均勻的灰縫，因而減少單塊磚內的彎剪應力，而提高砌體強度。 砂漿性質變形越大，砌體強度越低； 砂漿的流動性流動性差，砌體強度降低； 砂漿的彈性模量彈性模量越大，砌體強度越高。 同一強度等級的混合砂漿砌筑的砌體強度要比相應純水泥砂漿砌體高。（3）砂漿的流動性、保水性及彈性模量的影響 砂漿鋪砌飽滿、均勻，可改善塊體在砌體中的受力性能，使之較均勻的受壓而提高砌體的抗壓強度；反之，降低砌體強度。 錯縫搭接、砂漿均勻、灰縫飽滿。 磚墻水平灰縫飽滿程度不得低于80%，磚柱水平灰縫和豎

15、向灰縫飽滿度不得低于90%；混凝土砌塊砌體水平灰縫和豎向灰縫的砂漿飽滿度，應按凈面積計算不得低于90%；磚砌體和砌塊砌體的水平灰縫厚度和豎向灰縫厚度宜為10mm，但不應小于8mm，也不應大于12mm。（4）砌筑質量與灰縫的厚度 砌體大多數(shù)用來承受壓力，以充分利用其抗壓性能；但也有用于受拉、受彎、受剪的情況，比如圓形水池的池壁上存在拉力，檔土墻受到土側壓力形成的彎矩作用，砌體過梁在自重和樓面荷載作用下受到的彎、剪作用，拱支座處的剪力作用等。4.砌體的受拉、受彎、受剪性能 破壞形態(tài)：沿齒縫破壞 砌體的抗拉強度主要取決塊體與砂漿的連接面的粘結強度，并與齒縫破壞面水平灰縫的總面積有關，由于塊體與砂漿間

16、的粘結強度取決于砂漿強度等級，故此時的砌體的軸心抗拉強度可由砂漿的等級來確定。 （1）砌體的軸心受拉性能圖9-14 砌體軸心受拉的破壞形態(tài) 沿砌體（塊體）截面破壞 當塊體的強度等級較低，而砂漿強度等級較高時，砌體則可能沿塊體與豎向灰縫截面破壞。此時，砌體的軸心抗拉強度取決于塊體的強度等級。 （1）砌體的軸心受拉性能圖9-14 砌體軸心受拉的破壞形態(tài)（2）砌體的受彎性能圖9-15 砌體的受彎破壞 破壞形態(tài)：與砂漿的強度等級有關。沿通縫破壞：故也與砂漿的強度等級有關。沿砌體與豎向縫破壞：主要取決于塊體強度等級。 砌體結構中的受剪構件：門窗過梁、拱過梁、墻體的過梁等。 砌體在受剪時，可發(fā)生沿階梯形截

17、面的受剪破壞、沿通縫截面的受剪破壞及沿塊體截面或灰縫的受剪破壞。（3）砌體的受剪性能5.砌體的變形系數(shù) （1）砌體的彈性模量 在設計中計算墻體在水平荷載作用下的剪切變形或對墻體進行剪力分配時，需要用到砌體的剪變模量。式中 材料的泊松系數(shù)，一般為0.10.2， 因此，規(guī)范近似取 G= 0.4E。 （2）砌體的剪變模量 砌體浸水時體積膨脹，失水時體積干縮，而且收縮變形較膨脹變形大的多，因此工程對砌體的干縮變形十分重視。 （3）砌體的線膨脹系數(shù)和收縮率 在砌體結構的抗滑移和抗剪承載力計算中要用到砌體摩擦系數(shù)，其值與摩擦面的材料和潮濕程度有關。（4）砌體的摩擦系數(shù) 砌體的抗壓強度設計值 f 是砌體強度標準值 fk除以材料性能分項系數(shù)f，按下式計算式中 f砌體的抗壓強度設計值； f砌體結構的材料性能分項系數(shù)，一般情況下，宜按施工質量控制等級為B級考慮，取f =1.6；當為C級時，f=1.8；當為A級時，f=1.5。 6.砌體的抗壓強度設計值 砌體工程施工質量驗收規(guī)范根據施工現(xiàn)場的質量管理、砂漿和混凝土強度、砂漿拌合方式、砌筑工人技術等級等方面的綜合水平，把砌體施工質量控制等級分為A、B、C三級。 齡期為28d的以毛截面計算的各類砌體抗壓強度設計值，當施工質量控制等級為B級時，應