砌體結構

砌體結構的主要優(yōu)點是:①容易就地取材。磚主要用粘土燒制;石材的原料是天然石 ;砌塊可以用工業(yè)廢料──礦渣制作，來源方便，價格低廉。②磚、石或砌塊砌體具有良好的耐火性和較好的耐久性。③砌體砌筑時不需要模板和特殊的施工設備，可以節(jié)省木材。新砌筑的砌體上即可承受一定荷載，因而可以連續(xù)施工。在寒冷地區(qū)，冬季可用凍結法砌筑，不需特殊的保溫措施。④磚墻和砌塊墻體能夠隔熱和保溫，節(jié)能效果明顯。所以既是較好的承重結構，也是較好的圍護結構。⑤當采用砌塊或大型板材作墻體時，可以減輕結構自重，加快施工進度，進行工業(yè)化生產(chǎn)和施工。

砌體結構的缺點是:①與鋼和混凝土相比，砌體的強度較低，因而構件的截面尺寸較大，材料用量多，自重大。②砌體的砌筑基本上是手工方式，施工勞動量大。③砌體的抗拉、抗剪強度都很低，因而抗震較差，在使用上受到一定限制;磚、石的抗壓強度也不能充分發(fā)揮;抗彎能力低。④粘土磚需用粘土制造，在某些地區(qū)過多占用農(nóng)田，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

砌體(磚混結構)是由塊體和砂漿砌筑而成的墻或柱，包括磚砌體、砌塊砌體、石砌體和墻板砌體， 在一般的工程建筑中，砌體占整個建筑物自重的約1/2，用工量和造價約各占1/3,是建筑工程的重要材料。長期以來，我國占主導地位的砌體材料燒結鉆土磚已有二千多年的歷史，與黏土瓦并稱為"秦磚漢瓦"。但是，這種砌體材料需要大量黏土作原材料，為有效地保護耕地，國家要求盡量不用黏土磚。砌體材料正朝著充分利用各種工業(yè)廢料，輕質、高強、空心、大塊、多功能的方向發(fā)展。

砌體結構(masonry structure) 是由塊材和砂漿砌筑而成的墻,柱作為建筑物主要受力構件的結構。

它包括磚結構、石結構和其它材料的砌塊結構。 分為無筋砌體結構和配筋砌體結構。砌體結構在我國應用很廣泛，這是因為它可以就地取材，具有很好的耐久性及較好的化學穩(wěn)定性和大氣穩(wěn)定性，有較好的保溫隔熱性能。較鋼筋混凝土結構節(jié)約水泥和鋼材，砌筑時不需模板及特殊的技術設備，可節(jié)約木材。砌體結構的缺點是自重大、體積大，砌筑工作繁重。由于磚、石、砌塊和砂漿間粘結力較弱，因此無筋砌體的抗拉、抗彎及抗剪強度都很低。由于其組成的基本材料和連接方式，決定了它的脆性性質，從而使其遭受地震時破壞較重，抗震性能很差，因此對多層砌體結構抗震設計需要采用構造柱、圈梁及其它拉結等構造措施以提高其延性和抗倒塌能力。此外，磚砌體所用粘土磚用量很大，占用農(nóng)田土地過多，因此把實心磚改成空心磚，特別發(fā)展高孔洞率、高強度、大塊的空心磚以節(jié)約材料，以及利用工業(yè)廢料，如粉煤灰、煤渣或者混凝土制成空心磚塊代替紅磚等都是今后砌體結構的方向。

前蘇聯(lián)是世界上最先建立砌體結構理論和設計方法的國家，20世紀40年代之后進行了較系統(tǒng)的試驗研究，20世紀50年代蘇聯(lián)提出了砌體結構按極限狀態(tài)設計方法。

1891年美國芝加哥建造了一幢17層磚房，由于當時的技術條件限制，其底層承重墻厚1.8 m。

1957年瑞士蘇黎世采用強度為58.8 MPa，空心率為28%的空心磚建成一幢19層塔式住宅，墻厚才380 mm，引起了各國的興趣和重視。歐美各國加強了對砌體結構材料的研究和生產(chǎn)，在砌體結構的理論研究和設計方法上取得了許多成果，推動了砌體結構的發(fā)展。

總體來看，國外磚的強度一般均達30-60 MPa，而且能生產(chǎn)高于100 MPa的磚。國外空心磚的表觀密度一般為13kN/m3，輕的達6kN/m3。 國外采用的砂漿強度也很高，美國標準ASTMC 270規(guī)定的M，S，N三類水泥石灰混合砂漿，抗壓強度分別為25.5 MPa，20MPa，13.9 MPa，德國砂漿為13.7-14.1 MPa。 美國Dow化學公司已生產(chǎn)"Sarabond"高粘結強度的砂漿(摻有聚氯乙烯乳膠)，抗壓強度可超過55 MPa，用這種砂漿砌筑強度為41 MPa的磚，其砌體強度可達34 MPa。 國外早在20世紀70年代磚砌體抗壓強度已達20MPa以上，接近或超過普通混凝土強度。

國外砌塊生產(chǎn)發(fā)展也很快，在一些國家20世紀70年代砌塊產(chǎn)量就接近磚的產(chǎn)量。 國外采用砌體作承重墻建筑了許多高層房屋。1970年在英國諾丁漢市建成一幢14層房屋(內墻230nlm，外墻270 mm)與鋼筋混凝土框架相比上部結構造價降低7.7%。 美國、新西蘭等國采用配筋砌體在地震區(qū)建造高層可達13-20層。如美國丹佛市17層的"五月市場"公寓和20層的派克蘭姆塔樓等，前者高度50 m，墻厚僅280 mm。 英國利物浦皇家教學醫(yī)院10層職工住宅是歐洲最高的半磚厚(102.5 mm)薄壁墻。新西蘭允許在地震區(qū)用配筋砌體建造7-12層的房屋，因為它們在一定范圍內與鋼筋混凝土框架填充墻相比具有較好的適用性和經(jīng)濟價值。

美國加州帕薩迪納市的希爾頓飯店為13層高強混凝土砌塊結構，經(jīng)受圣佛南多大地震后完好無損，而毗鄰的一幢10層鋼筋混凝土結構卻遭受嚴重破壞。

國外采用高粘度粘合性高強砂漿或有機化合物樹脂砂漿甚至可以對縫砌筑。 在設計理論方面，20世紀60年代以來歐美許多國家逐漸改變長期沿用的按彈性理論的容許應力設計法。英國標準協(xié)會1978年編制了《砌體結構實施規(guī)范》，意大利磚瓦工業(yè)聯(lián)合會于1980年編制的《承重磚砌體結構設計計算的建議》均采用極限狀態(tài)設計方法。

第1步:"軸線輸入"

利用作圖工具繪制建筑物整體的平面定位軸線。這些軸線可以是與墻、梁等長的線段也可以是一整條建筑軸線?？蔀楦鳂藴蕦佣x不同的軸線，即各層可有不同的軸線網(wǎng)格，拷貝某一標準層后，其軸線和構件布置同時被拷貝，用戶可對某層軸線單獨修改。

第2步:"網(wǎng)點生成"

是程序自動將繪制的定位軸線分割為網(wǎng)格和節(jié)點。凡是軸線相交處都會產(chǎn)生一個節(jié)點，軸線線段的起止點也做為節(jié)點。這里用戶可對程序自動分割所產(chǎn)生的網(wǎng)格和節(jié)點進行進一步的修改、審核和測試。網(wǎng)格確定后即可以給軸線命名。刪除不無用的節(jié)點。

第3步:"構件定義"

是用于定義全樓所用到的全部柱、梁、墻、墻上洞口及斜桿支撐的截面尺寸，以備下一步驟使用。

第4步:"樓層定義"

是依照從下至上的次序進行各個結構標準層平面布置。凡是結構布置相同的相鄰樓層都應視為同一標準層，只需輸入一次。由于定位軸線和網(wǎng)點業(yè)已形成，布置構件時只需簡單地指出哪些節(jié)點放置哪些柱;哪條網(wǎng)格上放置哪個墻、梁或洞口。

第5步:"荷載定義"

是依照從下至上的次序定義荷載標準層。凡是樓面均布恒載和活載都相同的相鄰樓層都應視為同一荷載標準層，只需輸入一次。

一、塊體材料

《砌體結構設計規(guī)范》GB50003-2001中可作為承重砌體的塊體材料主要有:

1.燒結磚

(1)燒結普通磚

原料:粘土、煤矸石、頁巖或粉煤灰

標準磚尺寸:240×115×53 mm

墻體尺寸:(120)、 240、 370、490、620… mm

適用范圍: 房屋上部及地下基礎等部位

(2)燒結多孔磚

原料同燒結磚，但孔洞率不小于25%

承重多孔磚目前主要采用P型磚(240×115×90)和M型磚(190×190×90)

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)

2.蒸壓硅酸鹽磚

(1)蒸壓灰砂磚

原料:石灰和砂

尺寸燒結普通磚

適用范圍同蒸壓粉煤灰磚

(2)蒸壓粉煤灰磚

原料:粉煤灰和石灰加適量石膏及集料

適用范圍:不得用于長期受熱200℃以上、受急冷急熱和有酸性介質侵蝕的建筑部位，MU15和MU15以上的蒸壓灰砂磚可用于基礎及其他建筑部位，蒸壓粉煤灰磚用于基礎或用于受凍融和干濕交替作用的建筑部位必須使用一等磚。

3. 單排孔混凝土小型空心砌塊

原料:普通混凝土或輕骨料混凝土

主規(guī)格尺寸:(圖例1、2)

空心率:20%~50%

4. 石材

分類:(按容重)重質巖石、輕質巖石(按其加工后的外形規(guī)則程度)可分為料石和毛石。

二、砌筑砂漿

砂漿作用:

(1)將單個的塊體粘結成整體、促使構件應力分布均勻;

(2)填實塊體之間的縫隙，提高砌體的保溫和防水性能，增強墻體抗凍性能

1. 砂漿分類

(1)水泥砂漿;(2)混合砂漿;(3)砌筑專用砂漿;(4)非水泥砂漿

2. 砂漿性能

(1) 強度;(2) 流動性 (可塑性);(3) 保水性

三、鋼筋、混凝土和砌塊灌孔混凝土

1. 鋼筋

2. 混凝土

3. 砌塊灌孔混凝土(灌漿)

灌漿方法(高位、低位法)

四、塊體和砂漿的強度等級

強度分級:

塊體 (符號 MU)

普通砂漿(符號 M)

砌塊灌孔混凝土(符號 Cb)

1、使砌體結構適應可持續(xù)性發(fā)展的要求。傳統(tǒng)的小塊粘土磚以其耗能大、毀田多，運輸量大的缺點越來越不適應可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護的要求。對其改革勢在必行。發(fā)展趨勢是充分利用工業(yè)廢料和地方性材料。例如，用粉煤灰、爐渣、礦渣等垃圾或廢料制磚或者板材，可變廢為寶，用河泥、湖泥、海泥制磚等。 2、發(fā)展高強、輕質、高性能的材料。發(fā)展高強、輕質的空心塊體，能使墻體之中減輕，生產(chǎn)效率提高，保溫性能良好，且受力更加合理，抗震性能也得到提高。發(fā)展高強度、高粘結膠合力的砂漿，能有效的提高砌體的強度和抗震性能。

3、采用新技術、新的結構體系和新的設計理論。配筋砌體有良好的抗震性能。采用工業(yè)化生產(chǎn)、機械化施工的板材和大型砌塊等可以減輕勞動強度、加快施工進度。對墻體加預應力也是一種有效的辦法。

l 住宅、辦公樓等民用建筑中廣泛采用砌體承重。 所建房屋層數(shù)增加，5~6層高的房屋，采用以磚砌體承重的混合結構非常普遍，不少城市建到7~8層;重慶市70年代建成了高達12層的以砌體承重的住宅;在某些產(chǎn)石地區(qū)毛石砌體作承重墻的房屋高達6層;

l 在工業(yè)廠房建筑中，通常用砌體砌筑圍墻; l 中、小型廠房和多層輕工業(yè)廠房，以及影劇院、食堂、倉庫等建筑的承重結構;

l 可在地震設防區(qū)建造砌體結構房屋--合理設計、保證施工質量、采取構造措施。經(jīng)震害調查和研究表明:地震烈度在六度以下地區(qū)，一般的砌體結構房屋能經(jīng)受地震的考驗;按抗震設計要求進行改進和處理，可在七度和八度設防區(qū)建造砌體結構的房屋。

l 配筋砌塊建筑表現(xiàn)了良好抗震性能，在地震區(qū)得到應用與發(fā)展。美國是配筋砌塊應用最廣泛的國家，在1933年大地震后，推出了配筋混凝土砌塊(配筋砌體)結構體系，建造了大量的多層和高層配筋砌體建筑。這些建筑大部分經(jīng)歷了強烈地震的考驗。如:1952年建成的26棟6-13層的美退伍軍人醫(yī)院;1966年在圣地亞哥建成的8層海納雷旅館(位于9度區(qū))和洛杉磯19層公寓;1990年5月在內華達州拉斯維加斯(7度區(qū))建成了4棟28層配筋砌塊旅館。利用配筋砌塊，我國各地建造了不少的砌體高層建筑: 1983年、1986年南寧已修建了配筋砌塊10層住宅樓和11層辦公樓試點房屋。采用MU20高強砌塊，人工兩次投料振搗，無法大量生產(chǎn); 1988年本溪用煤矸石混凝土砌塊配筋修建了一批10層住宅樓;1997年根據(jù)哈爾濱建筑大學、遼寧建科院等單位的研究結果，東北設計院設計在遼寧盤錦市建成一棟15層配筋砌塊剪力墻點式住宅樓; 1998年，上海住宅總公司在上海建成了一棟配筋砌塊剪力墻18層塔樓，這是我國最高的18層砌塊高層房屋，而且是建在7度抗震設防的地區(qū);2000年撫順建成一棟6.6米大開間12層配筋砌塊剪力墻板式住宅樓;2001年哈爾濱阿繼科技園修建了12層配筋砌塊房屋，其后一幢18層砌塊高層也建成。

l 配筋砌體已成為與鋼筋混凝土結構具有類似性能和應用范圍的結構體系。

砌體結構是應用量大、面廣的一種建筑結構形式。本書以砌體結構理論和《砌體結構設計規(guī)范》(CB50003-2001)為依據(jù)進行編寫，詳細闡述了砌體結構設計的計算方法。本書共8章，主要內容包括緒論，砌體材料及砌體力學性能，砌體結構極限狀態(tài)設計方法，砌體結構構件的承載力計算，混合結構房屋墻體設計，過梁、圈梁、墻梁、挑梁及墻體構造措施，混合結構房屋抗震設計，砌體拱橋、墩臺設計。本書各主要章節(jié)均有相當數(shù)量的例題和思考題。 本書可作為高等院校土木工程專業(yè)的教材，也可作為建筑結構設計、施工、科研及管理人員的參考書。

序

前言

主要術語與符號

第1章 緒論

1.1 砌體結構發(fā)展簡史

1.2砌體結構優(yōu)缺點

1.3 砌體結構的應用范圍及發(fā)展趨勢

第2章 砌體材料及砌體力學性能

2.1 塊體材料

2.2 砂漿與灌注用混凝土

2.3砌體材料的選擇

2.4砌體種類及其力學性能

2.5 公路圬工橋涵材料及其力學性能

思考題

第3章 砌體結構極限狀態(tài)設計方法

3.1 砌體結構設計方法的發(fā)展

3.2 砌體結構的可靠度指標

3.3砌體強度設計值

3.4 公路圬工橋涵設計規(guī)定

思考題

第4章 砌體結構構件的承載力計算

4.1 無筋砌體

4.2 局部受壓

4.3 受拉、受彎和受剪構件

4.4 配筋砌體的承載力計算

4.5 配筋砌塊砌體構件

思考題

習題

第5章 混合結構房屋墻體設計

5.1 混合結構房屋墻體設計的基本原則

5.2 混合結構房屋的靜力計算方案

5.3 混合結構墻、柱的高厚比驗算

5.4 剛性方案房屋墻體設計

5.5 彈性和剛彈性方案房屋墻體設計

5.6地下室墻的設計

思考題

習題

第6章 過梁、圈梁、墻梁、挑梁及墻體構造措施

6.1 過梁

6.2 墻梁

6.3 懸挑構件

6.4墻體的構造措施

思考題

習題

第7章 混合結構房屋抗震設計

7.1 概述

7.2震害及其分析

7.3 抗震設計的一般規(guī)定和抗震構造措施

7.4 多層混合結構房屋的抗震設計

思考題

習題

第8章 砌體拱橋、墩臺設計

8.1 砌體拱橋概述

8.2砌體拱橋設計

8.3 砌體橋梁墩臺設計

思考題

參考文獻