注冊結構專業(yè)基礎砌體結構材料性能講義

PAGEPAGE14頁第十六章砌體結構第一節(jié)材料性能一、塊體塊體是砌體的主要部分，目前我國常用的塊體可以分為以下幾類。(一)燒結普通磚、燒結多孔磚I．燒結普通磚將粘土、頁巖、煤矸石、粉煤灰等原料調(diào)水塑壓成磚坯，干燥后送人焙燒窯經(jīng)過高溫燒結而成燒結粘土磚、燒結頁巖磚、燒結煤矸石磚、燒結粉煤灰磚等。這種磚是一種保溫、隔熱、耐久性能良好的建筑材料，可用于各種房屋的地上及地下結構。燒結普通磚的外形尺寸應符合規(guī)定，目前我國生產(chǎn)的標準燒結普通磚規(guī)格為240mm×ll5mm×53mm。燒結普通磚一般是實心的，也可以留有均勻的孔洞，不過孔洞率不得超過規(guī)定的限值。但是，我國小塊粘土磚墻體的傳統(tǒng)首先勢必改革，以邁向現(xiàn)代砌體結構發(fā)展的道路。2．燒結多孔磚燒結多孔磚的原料與燒結普通磚的相同，也是經(jīng)過高溫燒結制成。在磚中豎向設置較多小孔或若干個大孔，孔洞率不小于25％，主要用于承重部位的磚，稱為燒結多孔磚，簡稱多孔磚。多孔磚具有許多優(yōu)點：可減輕結構自重；由于磚厚度較大，可節(jié)約砌筑砂漿或減少工時；此外，材料用量和電力及燃料亦可相應減少。我國燒結多孔磚類型很多，這里介紹三種規(guī)格：KMl、KPl及KP2。KMl的規(guī)格為190nmX190mmX90mm，KPl的規(guī)格為240rnmXll5mmX90mrn，KP2的規(guī)格為240mmX180mmX115mm。編號中的字母K表示孔洞，M表示模數(shù)，P表示普通。即前者為模數(shù)多孔磚，后二者為普通多孔磚。以上三種規(guī)格多孔磚的生產(chǎn)量占全國燒結多孔磚的總產(chǎn)量很大的份額。圖16－1－1a、b為KM1型多孔磚及其配磚，孔洞率分別為26％及18％，圖16－1－1c為KP1型多孔磚，孔洞率為25％。圖16－1－1d、e、f為KP2型多孔磚及其配磚。有水平孔洞的粘土空心磚空心率可達40％--60％，一般用于填充墻、分隔墻等非承重部位，稱為燒結空心磚。塊體的強度等級符號以“MU”表示，單位為MPa(N／mm2)。燒結普通磚、燒結多孔磚的強度等級劃分為：MU30、MU25、MU15和MU10。(二)蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰磚將硅質材料壓制成坯型，并經(jīng)高壓蒸養(yǎng)而成的實心磚均屬此類。蒸壓灰砂磚以石英砂為主要用料，拌以10％--20％的石灰。這種磚不用于溫度長期超過200℃、驟冷驟熱和受酸性介質侵蝕的部位。蒸壓粉煤灰磚以電廠粉煤灰為主要用料，摻配一定比例的石灰、石膏和集料或一些堿性激發(fā)劑等。這種磚的抗凍性、長期強度穩(wěn)定性和防水性能等稍差，可用于一般建筑。這類磚的強度等級劃分為：MU25、MU20、MUl5和MUl0。(三)砌塊塊體尺寸較大時，稱為砌塊。高度在180--350mm的塊體，一般稱為小型砌塊；高度在360--900mm的塊體，一般稱為中型砌塊。中型砌塊尺寸大、重量重，由于生產(chǎn)、運輸、砌筑等等方面的原因，近年來我國已很少采用中型砌塊的房屋建筑，現(xiàn)行規(guī)范也取消了中型砌塊的內(nèi)容，規(guī)范中的砌塊即指的是小型砌塊。我國目前應用的砌塊按材料分有兩種：1．混凝土空心砌塊：由普通混凝土制成，有單排孔的和多排孔的，空心率在25％～50％，主規(guī)格尺寸為390rnm~190mm~190mm。（圖16－1－3）2．輕骨料混凝土空心砌塊：有單排孔的和多排孔的，用于承重的單排孔砌塊材料多為水泥煤渣混凝土和煤矸石混凝土，用于承重的多排孔砌塊(空心率不大于35％)材料多為陶?；炷?、火山灰混凝土和浮石混凝土。以上兩種砌塊簡稱混凝土砌塊或砌塊。砌塊的長度應滿足建筑模數(shù)的要求，在豎向尺寸上結合層高與門窗來考慮，力求型號少，組裝靈活，便于生產(chǎn)、運輸和安裝。砌塊的厚度及空心率應根據(jù)結構的承載力、穩(wěn)定性、構造與熱工要求決定。砌塊的強度等級劃分為：M20、MUl5、MUl0、MU7.5和MU5。(四)石材在建筑中，常用的有重質天然石(花崗石、石灰石、砂巖)及輕質天然石。重質天然石強度高，耐久，但導熱系數(shù)大，開采困難，一般用于基礎砌體和重要建筑物的貼面，不宜作采暖房屋的墻壁，因其厚度大。石砌體中的石材應選用無明顯風化的天然石材。石材按其加工后的外形規(guī)則程度，可分為料石和毛石。1．料石(1)細料石：通過細加工，外形規(guī)則，疊砌面凹入深度不應大于10mm，截面的寬度、高度不宜小于200mm，且不宜小于長度的1／4。(2)半細料石：規(guī)格尺寸同上，但疊砌面凹入深度不應大于15mm。．(3)粗料石：規(guī)格尺寸同上，但疊砌面凹入深度不應大于20mm。(4)毛料石：外形大致方正，一般不加工或僅稍加修整，高度不應小于200mm，疊砌面凹人深度不應大于25mm。2．毛石形狀不規(guī)則，中部厚度不應小于200mm。石材的強度等級，可用邊長為70mm的立方體試塊的抗壓強度表示?？箟簭姸热∪齻€試件破壞強度的平均值。石材的強度等級劃分為MUl00、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30和MU20。當采用其他邊長的立方體試塊時，其強度等級應乘以相應的換算系數(shù)。二、砂漿砂漿是由膠結材料(石灰、水泥)和細骨料(砂)加水攪拌而成的混合材料。其作用是將砌體中的磚石連接成整體而共同工作。同時，因砂漿抹平磚石表面使砌體受力均勻，此外，砂漿填滿磚石間縫隙，提高了砌體的保溫性與抗凍性。砂漿按其配合成分可分為：(1)水泥砂漿：按一定的重量比或體積比由水泥與砂加水拌和而成，它是無塑性摻和料的純水泥砂漿。(2)混合砂漿：按一定重量比由水泥、摻和料(石灰膏、粘土)與砂加水拌和而成，它是有摻和料的水泥砂漿，如石灰水泥砂漿、粘土水泥砂漿。(3)非水泥砂漿：按一定重量比由膠結材料石灰與砂加水拌和而成，它是不含水泥的砂漿，如石灰砂漿、石灰粘土砂漿。砂漿的強度是由28天齡期的每邊長為70.7mm的立方體試件的抗壓強度指標為依據(jù)，其強度等級符號以“M”表示，劃分為M15、M10、M7．5、M5和M2．5。驗算施工階段新砌筑的砌體強度，因為砂漿尚未硬化，可按砂漿強度為零確定其砌體強度。砌筑用砂漿除強度和耐久性等要求外，還應具有以下的特性。(1)流動性(或可塑性)在砌筑砌體的過程中，要求塊材與砂漿之間有較好的密實度，應使砂漿容易而且能夠均勻地鋪開，也就是有合適的稠度，以保證它有一定的流動性。砂漿的可塑性，采用重(力)3N、頂角300的標準錐體沉人砂漿中的深度來測定，錐體的沉人深度根據(jù)砂漿的用途規(guī)定為：用于磚砌體的為70—l00mm；用于砌塊砌體的為50--70mm；用于石砌體的為30--50mm。(2)保水性砂漿能保持水分的能力叫做保水性；砂漿的質量在很大程度上決定于其保水性。在砌筑時，磚將吸收一部分水分，如果砂漿的保水性很差，新鋪在磚面上的砂漿的水分很快被吸去，則使砂漿難于鋪平，而使砌體強度有所下降。砂漿的保水性以分層度表示，即將砂漿靜止30min，上下層沉入量之差宜在10～20mm。在砂漿中摻人適量的摻和料，可提高砂漿的流動性和保水性，既能節(jié)約水泥，又可提高砌筑質量。純水泥砂漿的流動性與保水性比混合砂漿差，因此，混合砂漿砌筑的砌體比同等級的水泥砂漿砌筑的砌體強度要高。為了提高砌塊砌體的砌筑質量，根據(jù)需要在水泥砂漿中摻人一定比例的摻和料和外加劑，采用機械攪拌制成，專門用于砌筑混凝土砌塊的砌筑砂漿，簡稱砌塊專用砂漿，使砂漿具有更好的和易性和粘結力，其強度等級用Mb表示。同理，由水泥、集料、水以及根據(jù)需要摻入的摻和料和外加劑等組分，按一定比例混合，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的孔洞部位的混凝土，簡稱砌塊灌孔混凝土，其強度等級用Mb表示。三、砌體由塊體和砂漿砌筑而成的整體結構稱為砌體。(一)無筋砌體1．磚砌體在房屋建筑中，磚砌體用作內(nèi)外承重墻或圍護墻及隔墻。其厚度是根據(jù)承載力及高厚比的要求確定的，但外墻厚度往往還需考慮到保暖及隔熱的要求。磚砌體一般多砌成實砌的，有時也可砌成空斗的，磚柱則應實砌。按照磚的搭砌方式，實砌砌體通常采用一順一頂、梅花頂和三順一頂砌合法。對上下兩層頂磚間的順磚愈多，則寬為240mm的兩片半磚墻之間的聯(lián)系愈弱，其承載能力有所下降。實砌標準磚墻的厚度為120mm(半磚)、240mm(1磚)、370mm(1.5磚)、490mm(2磚)、620mm(2.5磚)、740mm(3磚)等。如果墻厚度不按半磚而按0.25磚進位，則需加砌一塊側磚而使厚度為180mm、300mm、420mm等。2．砌塊砌體目前采用的砌塊砌體有普通混凝土小型空心砌塊砌體、輕骨料混凝土小型空心砌塊砌體。用小型砌塊可砌成190mm、90mm等不同厚度的墻體。3.石砌體由石材和砂漿或石材和混凝土砌筑而成的整體結構稱為石砌體，石砌體分為料石砌體、毛石砌體和毛石混凝土砌體。(二)配筋砌體1．網(wǎng)狀配筋磚砌體在磚柱或墻體的水平灰縫內(nèi)配置網(wǎng)狀鋼筋或水平鋼筋，則構成網(wǎng)狀配筋砌體。2．組合砌體由磚砌體和鋼筋混凝土面層或鋼筋砂漿面層組成的砌體稱為組合砌體。這種砌體用于承受偏心壓力較大的墻和柱。3．配筋砌塊砌體在對孔砌筑的混凝土砌塊的豎向孔洞中設置豎向鋼筋，并配以水平分布鋼筋和箍筋，然后灌注灌孔混凝土形成配筋砌塊砌體。四、砌體的受壓性能影響砌體抗壓強度的因素很多，其中主要為塊體和砂漿的強度，此外如搭縫方式、砂漿和塊體的粘結力、豎向灰縫飽滿程度以及構造方式等等也有一定的影響。將我國歷年各地眾多砌體抗壓強度的試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和回歸分析，并經(jīng)多次校核，我國規(guī)范提出了一個比較完整、統(tǒng)一的表達砌體抗壓強度平均值計算公式。即fm=k1f1u(1+0.07f2)k2(16—1—1)式中：fm—砌體軸心抗壓強度平均值(MPa)；kl——砌體種類和砌筑方法等因素對砌體抗壓強度的影響系數(shù)；a——與塊體高度有關的參數(shù)；f1——塊體(磚、石、砌塊)抗壓強度平均值(MPa)；f2——砂漿抗壓強度平均值(MPa)；k2——砂漿強度不同時，砌體抗壓強度的影響系數(shù)。根據(jù)《建筑結構設計統(tǒng)一標準》GB50068的規(guī)定，砌體抗壓強度標準值是取抗壓強度平均值fm的概率密度分布函數(shù)0.05的分位值，則材料強度的標準值和設計值分別為fk=fm(1—1.645δf)(16—1-2)f=(16-1-3)式中δf--砌體強度的變異系數(shù)，其值通過試驗結果統(tǒng)計確定；γf--砌體結構的材料性能分項系數(shù)，當砌體施工質量控制等級達到《砌體工程施工及驗收規(guī)范》GB50203--98中規(guī)定的B級(在設計計算中，通常按B級考慮)水平時，取γf=1.6；當施工控制等級為C時，γf=1.8，即強度設計值調(diào)整系數(shù)γa=1．6／1．8=0．89(見本節(jié)七、4)；當為A級時，可取γa=1.05，即將砌體強度設計值提高5％。至于灌孔混凝土砌塊砌體，經(jīng)試驗證實，空心砌塊砌體能與灌孔混凝土形成的芯柱共同工作，其抗壓強度由未灌孔的空心砌體和灌孔混凝土兩者組成，但考慮施工因素要將灌孔混凝土的強度調(diào)低。于是可得單排孔混凝土砌塊對孔砌筑時，灌孔砌體的抗壓強度設計值fg，應按下列公式計算：fg=f十0.6afc(16-1-4)a=δρ(16—1—5)式中fg——灌孔砌體的抗壓強度設計值，并不應大于未灌孔砌體抗壓強度設計值的2倍；f—未灌孔砌體的抗壓強度設計值，應按相應表格采用；fc——灌孔混凝土的軸心抗壓強度設計值；a——砌塊砌體中灌孔混凝上面積和砌體毛面積的比值；δ——混凝土砌塊的孔洞率；ρ——棍凝土砌塊砌體的灌孔率，系截面灌孔混凝土面積和截面孔洞面積的比值，ρ不應小于33％。砌塊砌體的灌孔混凝土強度等級不應低于Cb20，也不宜低于兩倍的塊體強度等級。注：灌孔混凝土的強度等級Cbxx等同于對應的混凝土強度等級Cxx的強度指標。五、砌體的受拉性能砌體受軸心拉力時，按照力作用于砌體方向的不同，砌體可能會發(fā)生沿齒縫截面、也可能沿塊體和豎向灰縫截面、或者沿通縫截面破壞。砌體的軸心受拉承載力主要取決于塊體與砂漿之間的粘結強度，一般與砂漿的粘結強度有關。豎向灰縫一般不飽滿，粘結不可靠，故計算中僅考慮水平灰縫的粘結強度。因法向粘結強度往往不能保證，故設計時應避免采用沿通縫截面的軸心受拉構件。砌體沿齒縫截面的軸心抗拉強度平均值按下式計算：ft,m=k3(16—1—6)式中ft,m——砌體軸心抗拉強度平均值；k3——系數(shù)，可按塊體類別查用規(guī)范現(xiàn)成表格中數(shù)據(jù)，下同f2——砂漿抗壓強度平均值。砌體彎曲受拉破壞時，也有沿齒縫截面、沿塊體與豎向灰縫截面、以及沿通縫截面三種破壞形態(tài)。砌體沿齒縫和沿通縫截面的彎曲抗拉強度按下式計算：ftm,m=k4(16—1—7)式中ftm,m砌體彎曲抗拉強度平均值；k4———系數(shù)。六、砌體的受剪剪性能受純剪時，砌體體可能沿通通縫、或沿沿階梯形截截面破壞，因因為豎向灰灰縫的抗剪剪能力很低低，所以可可取二者的的抗剪強度度相等。但在壓彎受力狀狀態(tài)下，砌砌體可能發(fā)發(fā)生剪摩破破壞、剪壓壓破壞和斜斜壓破壞等等三種剪切切破壞形態(tài)態(tài)。砌體材料強度、試試件尺寸、加加載周期、豎豎向壓應力力的大小、截截面是否開開洞削弱等等因素都有有影響。砌體抗剪強度按按下式計算算：fvv,m=kk5((16-11—8)．式中fv,m砌體抗剪剪強度平均均值；k5系數(shù)；對于單排孔混凝凝土砌塊對對孔砌筑時時，灌孔砌砌體的抗剪剪強度設計計值fvg，應按按下式計算算：fvg==0.2(16—1—9)式中fg——灌孔孔砌體的抗抗壓強度設設計值。七、各類砌體的的強度設計計值和強度度設計值調(diào)調(diào)整系數(shù)γγa齡期為28d的的以毛截面面計算的各各類砌體抗抗壓、軸心心抗拉、彎彎曲抗拉和和抗剪強度度設計值，當當施工質量量控制等級級為B級時，《砌砌體結構設設計規(guī)范》GB50000320001中已列有有詳細表格格供采用。但但在下列情情況的各類類砌體，其其砌體強度度設計值應應乘以調(diào)整整系數(shù)γa1．考慮吊車對廠廠房的動力力影響和柱柱受力的不不利因素，對對有吊車房房屋砌體、跨跨度不小于于9m的梁下下燒結普通通磚砌體、跨跨度不小于于7．5m的粱下下燒結多孔孔磚、蒸壓壓灰砂磚、蒸蒸壓粉煤灰灰磚砌體，混混凝土和輕輕骨料混凝凝土砌塊砌砌體，γa為0．9；2．當構件截面較較小時，若若有局部缺缺陷或遇碰碰損，則對對強度影響響較大。故故而對無筋筋砌體構件件，其截面面面積小于于0．3m2時，γa為其截面面面積加0.7。對配筋筋砌體構件件，當其中中砌體截面面面積小于于0．2m2時，γa為其截面面面積加0．8。構件截截面面積均均以m2計；3．由于水泥砂漿漿的流動性性和保水性性較差，當當砌體用水水泥砂漿砌砌筑時，對對各類砌體體的抗壓強強度設計值值數(shù)值，γγa為0.9；對各類類砌體的軸軸心抗拉、彎彎曲抗拉和和抗剪強度度設計值數(shù)數(shù)值，γa為0．8；對配筋筋砌體構件件，當其中中的砌體采采用水泥砂砂漿砌筑時時，僅對砌砌體的強度度設計值乘乘以調(diào)整系系數(shù)γa；4．當施工質量控控