砌體結(jié)構(gòu)定義

砌體(磚混結(jié)構(gòu))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(gè)建筑物自重的約1/2，用工量和造價(jià)約各占1/3,是建筑工程的重要材料。長期以來，我國占主導(dǎo)地位的砌體材料燒結(jié)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(hù)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(zhì)、高強(qiáng)、空心、大塊、多功能的方向發(fā)展。

砌體結(jié)構(gòu)(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(gòu)件的結(jié)構(gòu)。

它包括磚結(jié)構(gòu)、石結(jié)構(gòu)和其它材料的砌塊結(jié)構(gòu)。 分為無筋砌體結(jié)構(gòu)和配筋砌體結(jié)構(gòu)。砌體結(jié)構(gòu)在我國應(yīng)用很廣泛，這是因?yàn)樗梢跃偷厝〔?，具有很好的耐久性及較好的化學(xué)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(jié)構(gòu)節(jié)約水泥和鋼材，砌筑時(shí)不需模板及特殊的技術(shù)設(shè)備，可節(jié)約木材。砌體結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)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(jié)力較弱，因此無筋砌體的抗拉、抗彎及抗剪強(qiáng)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(zhì)，從而使其遭受地震時(shí)破壞較重，抗震性能很差，因此對(duì)多層砌體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)需要采用構(gòu)造柱、圈梁及其它拉結(jié)等構(gòu)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(shí)心磚改成空心磚，特別發(fā)展高孔洞率、高強(qiáng)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(jié)構(gòu)的方向。

砌體結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)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(jià)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(shí)不需要模板和特殊的施工設(shè)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(jié)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(jié)構(gòu)，也是較好的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。⑤當(dāng)采用砌塊或大型板材作墻體時(shí)，可以減輕結(jié)構(gòu)自重，加快施工進(jìn)度，進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)和施工。

砌體結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是:①與鋼和混凝土相比，砌體的強(qiáng)度較低，因而構(gòu)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(dòng)量大。③砌體的抗拉、抗剪強(qiáng)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(qiáng)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)。

前蘇聯(lián)是世界上最先建立砌體結(jié)構(gòu)理論和設(shè)計(jì)方法的國家，20世紀(jì)40年代之后進(jìn)行了較系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，20世紀(jì)50年代蘇聯(lián)提出了砌體結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。

1891年美國芝加哥建造了一幢17層磚房，由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件限制，其底層承重墻厚1.8 m。

1957年瑞士蘇黎世采用強(qiáng)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(qiáng)了對(duì)砌體結(jié)構(gòu)材料的研究和生產(chǎn)，在砌體結(jié)構(gòu)的理論研究和設(shè)計(jì)方法上取得了許多成果，推動(dòng)了砌體結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

總體來看，國外磚的強(qiáng)度一般均達(dá)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(dá)6kN/m3。 國外采用的砂漿強(qiáng)度也很高，美國標(biāo)準(zhǔn)ASTMC 270規(guī)定的M，S，N三類水泥石灰混合砂漿，抗壓強(qiáng)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(xué)公司已生產(chǎn)"Sarabond"高粘結(jié)強(qiáng)度的砂漿(摻有聚氯乙烯乳膠)，抗壓強(qiáng)度可超過55 MPa，用這種砂漿砌筑強(qiáng)度為41 MPa的磚，其砌體強(qiáng)度可達(dá)34 MPa。 國外早在20世紀(jì)70年代磚砌體抗壓強(qiáng)度已達(dá)20MPa以上，接近或超過普通混凝土強(qiáng)度。

國外砌塊生產(chǎn)發(fā)展也很快，在一些國家20世紀(jì)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(nèi)墻230nlm，外墻270 mm)與鋼筋混凝土框架相比上部結(jié)構(gòu)造價(jià)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(dá)13-20層。如美國丹佛市17層的"五月市場(chǎng)"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(xué)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?yàn)樗鼈冊(cè)谝欢ǚ秶鷥?nèi)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(jì)價(jià)值。

美國加州帕薩迪納市的希爾頓飯店為13層高強(qiáng)混凝土砌塊結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)卻遭受嚴(yán)重破壞。

國外采用高粘度粘合性高強(qiáng)砂漿或有機(jī)化合物樹脂砂漿甚至可以對(duì)縫砌筑。 在設(shè)計(jì)理論方面，20世紀(jì)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(yīng)力設(shè)計(jì)法。英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)1978年編制了《砌體結(jié)構(gòu)實(shí)施規(guī)范》，意大利磚瓦工業(yè)聯(lián)合會(huì)于1980年編制的《承重磚砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的建議》均采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。

一、塊體材料

《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50003-2001中可作為承重砌體的塊體材料主要有:

1.燒結(jié)磚

(1)燒結(jié)普通磚

原料:粘土、煤矸石、頁巖或粉煤灰

標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)等部位

(2)燒結(jié)多孔磚

原料同燒結(jié)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(diǎn):可節(jié)約粘土、減少砂漿用量、提高工效、節(jié)省墻體造價(jià);可減輕塊體自重、增強(qiáng)墻體抗震性能

適用范圍: 房屋上部結(jié)構(gòu)(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(jié)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(zhì)侵蝕的建筑部位，MU15和MU15以上的蒸壓灰砂磚可用于基礎(chǔ)及其他建筑部位，蒸壓粉煤灰磚用于基礎(chǔ)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(zhì)巖石、輕質(zhì)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(gè)的塊體粘結(jié)成整體、促使構(gòu)件應(yīng)力分布均勻;

(2)填實(shí)塊體之間的縫隙，提高砌體的保溫和防水性能，增強(qiáng)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(qiáng)度;(2) 流動(dòng)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(qiáng)度等級(jí)

強(qiáng)度分級(jí):

塊體 (符號(hào) MU)

普通砂漿(符號(hào) M)

砌塊灌孔混凝土(符號(hào) Cb)

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(jié)構(gòu)非常普遍，不少城市建到7~8層;重慶市70年代建成了高達(dá)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(dá)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(jié)構(gòu);

l 可在地震設(shè)防區(qū)建造砌體結(jié)構(gòu)房屋--合理設(shè)計(jì)、保證施工質(zhì)量、采取構(gòu)造措施。經(jīng)震害調(diào)查和研究表明:地震烈度在六度以下地區(qū)，一般的砌體結(jié)構(gòu)房屋能經(jīng)受地震的考驗(yàn);按抗震設(shè)計(jì)要求進(jìn)行改進(jìn)和處理，可在七度和八度設(shè)防區(qū)建造砌體結(jié)構(gòu)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(yīng)用與發(fā)展。美國是配筋砌塊應(yīng)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(jié)構(gòu)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(qiáng)烈地震的考驗(yàn)。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(nèi)華達(dá)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(diǎn)房屋。采用MU20高強(qiáng)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(xué)、遼寧建科院等單位的研究結(jié)果，東北設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)在遼寧盤錦市建成一棟15層配筋砌塊剪力墻點(diǎn)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(shè)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(jié)構(gòu)具有類似性能和應(yīng)用范圍的結(jié)構(gòu)體系。

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。可為各標(biāo)準(zhǔn)層定義不同的軸線，即各層可有不同的軸線網(wǎng)格，拷貝某一標(biāo)準(zhǔn)層后，其軸線和構(gòu)件布置同時(shí)被拷貝，用戶可對(duì)某層軸線單獨(dú)修改。

第2步:"網(wǎng)點(diǎn)生成"

是程序自動(dòng)將繪制的定位軸線分割為網(wǎng)格和節(jié)點(diǎn)。凡是軸線相交處都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)節(jié)點(diǎn)，軸線線段的起止點(diǎn)也做為節(jié)點(diǎn)。這里用戶可對(duì)程序自動(dòng)分割所產(chǎn)生的網(wǎng)格和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步的修改、審核和測(cè)試。網(wǎng)格確定后即可以給軸線命名。刪除不無用的節(jié)點(diǎn)。

第3步:"構(gòu)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(jìn)行各個(gè)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層平面布置。凡是結(jié)構(gòu)布置相同的相鄰樓層都應(yīng)視為同一標(biāo)準(zhǔn)層，只需輸入一次。由于定位軸線和網(wǎng)點(diǎn)業(yè)已形成，布置構(gòu)件時(shí)只需簡(jiǎn)單地指出哪些節(jié)點(diǎn)放置哪些柱;哪條網(wǎng)格上放置哪個(gè)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(biāo)準(zhǔn)層。凡是樓面均布恒載和活載都相同的相鄰樓層都應(yīng)視為同一荷載標(biāo)準(zhǔn)層，只需輸入一次。

1、使砌體結(jié)構(gòu)適應(yīng)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(yùn)輸量大的缺點(diǎn)越來越不適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的要求。對(duì)其改革勢(shì)在必行。發(fā)展趨勢(shì)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(qiáng)、輕質(zhì)、高性能的材料。發(fā)展高強(qiáng)、輕質(zhì)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(qiáng)度、高粘結(jié)膠合力的砂漿，能有效的提高砌體的強(qiáng)度和抗震性能。

3、采用新技術(shù)、新的結(jié)構(gòu)體系和新的設(shè)計(jì)理論。配筋砌體有良好的抗震性能。采用工業(yè)化生產(chǎn)、機(jī)械化施工的板材和大型砌塊等可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、加快施工進(jìn)度。對(duì)墻體加預(yù)應(yīng)力也是一種有效的辦法。

砌體結(jié)構(gòu)是應(yīng)用量大、面廣的一種建筑結(jié)構(gòu)形式。本書以砌體結(jié)構(gòu)理論和《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(CB50003-2001)為依據(jù)進(jìn)行編寫，詳細(xì)闡述了砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算方法。本書共8章，主要內(nèi)容包括緒論，砌體材料及砌體力學(xué)性能，砌體結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力計(jì)算，混合結(jié)構(gòu)房屋墻體設(shè)計(jì)，過梁、圈梁、墻梁、挑梁及墻體構(gòu)造措施，混合結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計(jì)，砌體拱橋、墩臺(tái)設(shè)計(jì)。本書各主要章節(jié)均有相當(dāng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工、科研及管理人員的參考書。

序

前言

主要術(shù)語與符號(hào)

第1章 緒論

1.1 砌體結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史

1.2砌體結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)

1.3 砌體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍及發(fā)展趨勢(shì)

第2章 砌體材料及砌體力學(xué)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(xué)性能

2.5 公路圬工橋涵材料及其力學(xué)性能

思考題

第3章 砌體結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法

3.1 砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的發(fā)展

3.2 砌體結(jié)構(gòu)的可靠度指標(biāo)

3.3砌體強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

3.4 公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)定

思考題

第4章 砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力計(jì)算

4.1 無筋砌體

4.2 局部受壓

4.3 受拉、受彎和受剪構(gòu)件

4.4 配筋砌體的承載力計(jì)算

4.5 配筋砌塊砌體構(gòu)件

思考題

習(xí)題

第5章 混合結(jié)構(gòu)房屋墻體設(shè)計(jì)

5.1 混合結(jié)構(gòu)房屋墻體設(shè)計(jì)的基本原則

5.2 混合結(jié)構(gòu)房屋的靜力計(jì)算方案

5.3 混合結(jié)構(gòu)墻、柱的高厚比驗(yàn)算

5.4 剛性方案房屋墻體設(shè)計(jì)

5.5 彈性和剛彈性方案房屋墻體設(shè)計(jì)

5.6地下室墻的設(shè)計(jì)

思考題

習(xí)題

第6章 過梁、圈梁、墻梁、挑梁及墻體構(gòu)造措施

6.1 過梁

6.2 墻梁

6.3 懸挑構(gòu)件

6.4墻體的構(gòu)造措施

思考題

習(xí)題

第7章 混合結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計(jì)

7.1 概述

7.2震害及其分析

7.3 抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定和抗震構(gòu)造措施

7.4 多層混合結(jié)構(gòu)房屋的抗震設(shè)計(jì)

思考題

習(xí)題

第8章 砌體拱橋、墩臺(tái)設(shè)計(jì)

8.1 砌體拱橋概述

8.2砌體拱橋設(shè)計(jì)

8.3 砌體橋梁墩臺(tái)設(shè)計(jì)

思考題

參考文獻(xiàn)