第五章 砌體結(jié)構(gòu)
概述
砌體結(jié)構(gòu)是由塊體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)。是磚砌體、砌塊砌體和石砌體結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱。配筋砌體結(jié)構(gòu)由配置鋼筋的砌體作為建筑物主要受力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)。是網(wǎng)狀配筋砌體柱、水平配筋砌體墻、磚砌體和鋼筋混凝土面層或鋼筋砂漿面層組合砌體柱(墻)、磚砌體和鋼筋混凝土構(gòu)造柱組合墻和配筋砌塊砌體剪力墻結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱。
一、砌體結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)
( l )可以同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)、建筑、保溫等多功能的要求;由于砌體材料具有抗壓性能好、保溫、耐火、耐久性好，收縮、徐變比混凝土要小的性能;因此砌體大多數(shù)可以用作墻體、柱、筒體(煙囪、水塔)、基礎(chǔ)、壩身等承重結(jié)構(gòu)的受壓構(gòu)件;
( 2 )材料經(jīng)濟(jì)：砌體的塊體和砂漿來(lái)源廣泛，可就地取材、價(jià)格比其他材料便宜;
( 3 )施工技術(shù)、管理、維護(hù)簡(jiǎn)便;
( 4 )采取一定措施后的配筋砌體結(jié)構(gòu)具有一定程度的抗震性能。
二、砌體結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)
( l )砌體的抗壓強(qiáng)度相對(duì)于塊材的強(qiáng)度來(lái)說(shuō)還很低，抗彎、抗拉強(qiáng)度則更低;構(gòu)件重量大;
( 2 )砌體中的塊材和砂漿之間的粘結(jié)強(qiáng)度較低，故無(wú)配筋的砌體結(jié)構(gòu)抗震性能較差，其破壞屬于脆性破壞;
( 3 )普通磚所需要土源要占用大量良田(每年大約 40~50 萬(wàn)畝地)，更要耗費(fèi)大量的能源。因此，國(guó)家已頒布有關(guān)法令限制普通磚的使用;
( 4 )砌體施工勞動(dòng)強(qiáng)度大，運(yùn)輸、搬用材料時(shí)的損耗也大。
三、砌體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍
根據(jù)砌體結(jié)構(gòu)所具有的優(yōu)點(diǎn)，砌體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用還是比較廣泛的：
( l )用作住宅、辦公樓、學(xué)校、旅館、小型禮堂、俱樂(lè)部、跨度小于 15m 的中小型廠房等房屋建筑的墻體、柱、基礎(chǔ);
( 2 )用作絕大部分圍護(hù)墻、隔墻的建筑材料;
( 3 )用作高度 45m 以下的煙囪、小型水池、筒倉(cāng)等特殊結(jié)構(gòu)建筑的承重構(gòu)件;
( 4 )用作跨度不大的道橋建筑和市政幾水利建筑的排水溝隧道、涵洞、擋土墻。
四、工業(yè)與民用建筑物中的砌體結(jié)構(gòu)體系
房屋建筑結(jié)構(gòu)中通常由水平向的樓(屋)蓋和豎向的墻、柱組成;樓(屋)蓋主要承受垂直其平面的豎向荷載，稱為水平結(jié)構(gòu)承重體系;墻、柱主要承受樓(屋)蓋傳來(lái)的豎向荷載和由風(fēng)和地震產(chǎn)生的水平荷載，稱為豎向結(jié)構(gòu)承重體系;
砌體結(jié)構(gòu)主要為墻、柱等構(gòu)件，屬于豎向結(jié)構(gòu)承重體系，在實(shí)際工程中，根據(jù)豎向荷載通過(guò)墻、柱的主要途徑不同，把砌體結(jié)構(gòu)分為三種承重體系：
1 .橫墻承重體系
橫墻承重體系：是指樓(屋)蓋上的豎向荷載通過(guò)板或梁傳至橫墻，并經(jīng)橫墻基礎(chǔ)傳至地基的承重體系;
橫墻承重體系的優(yōu)點(diǎn)：是整體剛度大，抗震性能好;
橫墻承重體系的缺點(diǎn)：是房間開(kāi)間小，建筑使用上受到一定的限制，橫墻砌體用料較多;
橫墻承重體系：適用于住宅、宿舍、招待所、旅館等。
2 .縱橫墻承重體系
縱墻承重體系：是指樓(屋)蓋上的豎向荷載通過(guò)板或梁傳至縱墻，并經(jīng)縱墻基礎(chǔ)傳至地基的承重體系;
縱墻承重體系的優(yōu)點(diǎn)：是房間開(kāi)間分割比較靈活;
縱墻承重體系的缺點(diǎn)：是整體剛度不如橫墻承重體系，且縱墻上開(kāi)洞不宜過(guò)大;
縱墻承重體系適用于教學(xué)樓、辦公樓、實(shí)驗(yàn)室、閱覽室、中小型廠房等。
3.內(nèi)框架承重體系
內(nèi)框架承重體系是指樓(屋)蓋上的豎向荷載通過(guò)板或梁傳給房屋四周的縱、橫墻和室內(nèi)的鋼筋混凝土柱(或磚柱)，并經(jīng)縱、橫墻和柱各自的基礎(chǔ)傳至地基的承重體系。
內(nèi)框架承重體系的優(yōu)點(diǎn)：是房間面積一般較大，也可很方便地分隔成小房間;由于大部分豎向荷載由鋼筋混凝土柱(或磚柱)來(lái)承受，四周縱、橫承受的豎向荷載較小且同時(shí)也能夠發(fā)揮砌體在保溫、隔熱和建筑立面比較美觀等方面的優(yōu)點(diǎn)。
內(nèi)框架承重體系的缺點(diǎn)：
( 1 )由于內(nèi)框架承重體系的內(nèi)柱和外墻是由不同性質(zhì)的材料組成，他們承受荷載的大小不同，基礎(chǔ)形式也不同(柱為鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)，墻為剛性條形基礎(chǔ))，因而基礎(chǔ)的沉降差比較大;
( 2 )由于房屋內(nèi)墻少整體剛度差;
( 3 )墻與柱各自的振動(dòng)特性不同，在軟弱地基地區(qū)和地震區(qū)采用內(nèi)框架承重體內(nèi)應(yīng)慎重。
內(nèi)框架承重體系適用于商店、小禮堂、輕工業(yè)部門的中小型廠房等。
砌體材料
砌體是把塊體(包括普通磚、空心磚、砌塊、石材等)和砂漿按一定的砌筑方法砌筑而成的結(jié)構(gòu)材料。它分為無(wú)筋砌體和配筋砌體兩大類。無(wú)筋砌體根據(jù)所使用的塊材不同分為磚砌體、砌塊砌體和石砌體。配筋砌體包括網(wǎng)狀配筋砌體柱、水平配筋砌體墻、磚砌體和鋼筋混凝土面層或鋼筋砂漿面層組合砌體柱(墻)、磚砌體和鋼筋混凝土構(gòu)造柱組合墻和配筋砌塊砌體剪力墻。
一、磚砌體
磚砌體包括燒結(jié)普通磚、燒結(jié)多孔磚、蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰磚無(wú)筋和配筋砌體;砌筑方法宜采用一順一丁、梅花丁和三順一丁。
1 .燒結(jié)普通磚
燒結(jié)普通磚由黏土、頁(yè)巖、煤矸石或粉煤灰為主要原料，經(jīng)過(guò)焙燒而成的實(shí)心或孔洞率不大于規(guī)定值且外形尺寸符合規(guī)定的磚。分燒結(jié)黏土磚、燒結(jié)頁(yè)巖磚、燒結(jié)煤矸石磚、燒結(jié)粉煤灰磚等。標(biāo)準(zhǔn)燒結(jié)普通磚尺寸為 240mm ×115 mm ×53mm ;墻體尺寸有 120、 240 、 370 、 490 、 620mm 等，主要應(yīng)用于房屋上部及地下基礎(chǔ)等部位。
2 .燒結(jié)多孔磚
以黏土、頁(yè)巖、煤矸石或粉煤灰為主要原料，經(jīng)焙燒而成，孔洞率不小于 25 % ，孔的尺寸小而數(shù)量多，主要用于承重部位的磚，簡(jiǎn)稱多孔磚。目前多孔磚分為 P 形磚和 M 形磚。承重多孔磚目前主要采用 P 形磚( 240mm ×115mm × 90mm )和 M 形磚( 190mm×190mm× 90mm );主要應(yīng)用于房屋上部結(jié)構(gòu)(不宜用于凍脹地區(qū)地下部位)。
3 .蒸壓灰砂磚
以石灰和砂為主要原料，經(jīng)坯料制備、壓制成型、蒸壓養(yǎng)護(hù)而成的實(shí)心磚。簡(jiǎn)稱灰砂磚。標(biāo)準(zhǔn)燒結(jié)普通磚尺寸為 240mm ×115mm× 53mm ;墻體尺寸 120 、 240 、 370 、 490 、 620mm 等。主要應(yīng)用于不得用于長(zhǎng)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。
4 .蒸壓粉煤灰磚
以粉煤灰、石灰為主要原料，摻加適量石膏和骨料，經(jīng)坯料制備、壓制成型、高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)而成的實(shí)心磚。簡(jiǎn)稱粉煤灰磚。主要應(yīng)用于不得用于長(zhǎng)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。
5 .配筋砌體
配筋砌體包括網(wǎng)狀配筋砌體柱、水平配筋砌體墻、磚砌體和鋼筋混凝土面層或鋼筋砂漿面層組合砌體柱(墻)、磚砌體和鋼筋混凝土構(gòu)造柱組合墻和配筋砌塊砌體剪力墻。配筋砌體不允許采用 C 級(jí)。不得用摻鹽砂漿施工。
( l )水平網(wǎng)狀配筋砌體在水平灰縫中配置鋼筋網(wǎng)片提高軸心抗壓承載力(圖 5 -1 )。
( 2 )混凝土或鋼筋砂漿面層組合磚砌體偏心距超限的磚砌體外側(cè)配置縱向鋼筋，提高偏心抗壓承載力(圖 5 -2 )。
( 3 )磚砌體和鋼筋混凝土構(gòu)造柱組合墻在房屋墻體中設(shè)置間距不大于 4m 的構(gòu)造柱提高磚墻的承載力(圖 5 -3 )。
二、砌塊砌體
砌塊砌體包括混凝土、輕骨料混凝土砌塊無(wú)筋和配筋砌體;砌筑應(yīng)選用配套砌塊先排塊后施工，施工時(shí)砌塊底面向上反向砌筑。
混凝土小型空心砌塊由普通混凝土或輕骨料混凝土制成，主規(guī)格尺寸為 390mm× 190mm× 190mm 、空心率在 25 % ~50 %的空心砌塊。簡(jiǎn)稱混凝土砌塊或砌塊。墻體尺寸有 190 、 200 、 240 、 290mm。
三、石砌體
石砌體包括各種料石和毛石砌體。石砌體中的石材應(yīng)選用無(wú)明顯風(fēng)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。見(jiàn)表 5 -1 。
四、砌筑砂漿
砂漿是由無(wú)機(jī)膠結(jié)料(水泥、石灰、石膏、黏土)、細(xì)骨料(砂)、水和一定數(shù)量的塑性摻和料(石灰膏、黏土)組成。
砂漿分為： ( l )水泥砂漿;( 2 )混合砂漿;( 3 )砌筑專用砂漿;( 4 )非水泥砂漿(石灰、黏土砂漿)，其作用一方面將單個(gè)的塊體粘結(jié)成整體，促使構(gòu)件應(yīng)力分布均勻;另一方面填實(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;其性能包括： ( 1 )強(qiáng)度;( 2 )流動(dòng)性(可塑性);( 3 )保水性，見(jiàn)表 5 一 2 。
( 1 )水泥砂漿：其優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高、硬化快、耐久性好;其缺點(diǎn)是和易性差;適用于水中或潮濕環(huán)境中的磚砌體;
( 2 )水泥混合砂漿：在水泥砂漿中摻入一定數(shù)量的石灰膏配制而成;其優(yōu)點(diǎn)是和易性好，便于施工;適用于防潮層以上的磚砌體;
( 3 )石灰、石膏、黏土砂漿：其優(yōu)點(diǎn)是和易性好;其缺點(diǎn)是強(qiáng)度低、抗水性能差;適用于低層建筑物的磚砌體。
二、砌體材料強(qiáng)度
(一)影響磚砌體抗壓強(qiáng)度的主要因素
影響磚砌體抗壓強(qiáng)度的主要因素主要有以下幾方面原因;
( l )磚的強(qiáng)度等級(jí)及其形狀尺寸：試驗(yàn)表明，在砂漿強(qiáng)度一定時(shí)，磚的強(qiáng)度等級(jí)提高一倍，磚砌體的抗壓強(qiáng)度可以提高 50 %左右;磚砌體的抗壓強(qiáng)度還與磚塊的形狀尺寸，特別是磚塊的厚度有關(guān);當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)磚的長(zhǎng)度不變時(shí)，厚度由 53mm 改為 60mm 、 70mm 時(shí)，砌體的抗壓強(qiáng)度相對(duì)比值為 1 :1 . 06 :1 . 12 ，因此提高砌體抗壓強(qiáng)度的有效措施是盡可能采用強(qiáng)度等級(jí)較高的標(biāo)準(zhǔn)磚。
( 2 )砂漿的強(qiáng)度等級(jí)及其厚度：試驗(yàn)表明，在磚塊強(qiáng)度一定時(shí)，砂漿強(qiáng)度等級(jí)提高一倍，磚砌體的抗壓強(qiáng)度可以提高 20 %左右;砂漿的灰縫層厚度不宜太薄，也不能太厚;太薄會(huì)因磚塊間砂漿過(guò)少使磚塊間凹凸不平而傳力不均勻，降低強(qiáng)度;太厚則會(huì)使砂漿層變形過(guò)大，降低強(qiáng)度;減小砂漿層變形的主要方法是提高砂漿的強(qiáng)度;當(dāng)磚砌體的灰縫層厚度分別為 10mm 、 20 mm、 30mm 時(shí)，砌體的抗壓強(qiáng)度相對(duì)比值為 l :0 . 78:0 . 64 。
( 3 )施工砌筑質(zhì)量：包括飽滿度、砌筑時(shí)磚的含水率、操作人員的技術(shù)水平。
飽滿度是指砂漿鋪砌在一塊磚(大面)上的面積(以百分率表示)�！� 施工規(guī)程 》 規(guī)定：飽滿度應(yīng)該大于 80 %才能確保砌體質(zhì)量。
試驗(yàn)表明，磚砌體砌筑時(shí)磚的含水率在 8 %一 10 %時(shí)，砂漿硬化所需要的水分才能有保證;而用飽和狀態(tài)的磚砌筑的砌體其抗壓強(qiáng)度反而會(huì)降低。
( 4 )砌筑方式：磚砌體中實(shí)心磚塊體的砌筑方式應(yīng)遵守內(nèi)外要搭接，上下要錯(cuò)縫，不得有連續(xù)的垂直通縫的原則。目前，最為常用的實(shí)心磚塊體的砌筑方式為一順一丁和三順一丁。
( 5 )試驗(yàn)方法：包括加荷速度、施工砌筑的快慢程度，受荷前砌體齡期的長(zhǎng)短，實(shí)際砌體與試件砌體的差異和試件尺寸不同等都會(huì)對(duì)砌體抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生一定的影響。
(二)砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值
1 .燒結(jié)普通磚、燒結(jié)多孔磚砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值
燒結(jié)普通磚、燒結(jié)多孔磚等的強(qiáng)度等級(jí)分為五級(jí)，強(qiáng)度等級(jí)符號(hào)以“ MU ”表示，單位為 N / mm2 或 MPa 。即 MU30 、 MU25 、 MU20 、 MU15 和 MU10 ;燒結(jié)普通磚和燒結(jié)多孔磚砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，應(yīng)按表 5 -3 采用。
2 .蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰磚砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值
蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰磚的強(qiáng)度等級(jí)分為四級(jí)，強(qiáng)度等級(jí)符號(hào)以“ MU ”表示，單位為 N / mm2 或 MPa 。即 MU25 、 MU20 、 MU15 和 MU10 ;確定蒸壓粉煤灰磚和摻有粉煤灰 15 %以上的混凝土砌塊的強(qiáng)度等級(jí)時(shí)，其抗壓強(qiáng)度應(yīng)乘以自然碳化系數(shù)，當(dāng)無(wú)自然碳化系數(shù)時(shí)，可取人工碳化系數(shù)的1.15倍;蒸壓灰砂磚和蒸壓粉煤灰磚砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，應(yīng)按表 5 -4 采用。
3 .砌塊砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值
砌塊的強(qiáng)度等級(jí)分為六級(jí)，強(qiáng)度等級(jí)符號(hào)以“ MU ”表示，單位為 N / mm2 “或 MPa 、即 MU25 、 MU20 、 MU15 、 MU10 、 MU7 . 5 和 MU5 ;
單排孔混凝土和輕骨料混凝土砌塊砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，應(yīng)按表 5 -5 采用。
孔洞率不大于 35 %的雙排孔或多排孔輕骨料混凝土砌塊砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，應(yīng)按表 5 -6 采用。
4 .石材砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值
石材的強(qiáng)度等級(jí)分為七級(jí)，強(qiáng)度等級(jí)符號(hào)以“ MU”表示，單位為 N /mm2 或 MPa 即 MU 100 、 MU80 、 MU60 、 MU50 、 MU40 、 MU30 和 MU20 ;石材的強(qiáng)度等級(jí)，可用邊長(zhǎng)為 70mm 的立方體試塊的抗壓強(qiáng)度表示�？箟簭�(qiáng)度取三個(gè)試件破壞強(qiáng)度的平均值。試件也可采用表 5 -7 所列邊長(zhǎng)尺寸的立方體，但應(yīng)對(duì)其試驗(yàn)結(jié)果乘以相應(yīng)的換算系數(shù)后方可作為石材的強(qiáng)度等級(jí)。
塊體高度為 180 ~350mm 的毛料石砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，應(yīng)按表 5 -8 采用。
毛石砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，應(yīng)按表 5 -9 采用。
5 .砂漿
砂漿的強(qiáng)度等級(jí)分為五級(jí)，強(qiáng)度等級(jí)符號(hào)以“ M ”表示，單位為 N / mm2或 MPa 。即M15、 M10 、 M7 . 5 、 M5 和 M2 . 5 。確定砂漿強(qiáng)度等級(jí)時(shí)應(yīng)采用同類塊體為砂漿強(qiáng)度試塊底模。
施工階段砂漿尚未硬化的新砌砌體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，可按砂漿強(qiáng)度為零進(jìn)行驗(yàn)算。對(duì)于冬期施工采有摻鹽砂漿法施工的砌體，.砂漿強(qiáng)度等級(jí)按常溫施工的強(qiáng)度等級(jí)提高一級(jí)時(shí)，砌體強(qiáng)度和穩(wěn)定性可不驗(yàn)算。
(三)各類砌體的軸心抗拉、彎曲抗拉和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值
齡期為 28d 的以毛截面計(jì)算的各類砌體的軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值、彎曲抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，當(dāng)施工質(zhì)量控制等級(jí)為 B 級(jí)時(shí)，應(yīng)按表 5 -10 采用。
(四)砌體強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的調(diào)整
對(duì)各類砌體在下列情況下，其砌體強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以調(diào)整系數(shù) γa
( 1 )對(duì)無(wú)筋砌體構(gòu)件，其截面面積小于0.3m2 時(shí)，γa為其截面面積加0.7。對(duì)配筋砌體構(gòu)件，當(dāng)其中砌體截面面積小于 0 . 2 m2時(shí)時(shí)， γa為其截面面積加0 . 8 。構(gòu)件截面面積以平方米計(jì);
( 2 )當(dāng)砌體用強(qiáng)度等級(jí)小于M5.0的水泥砂漿砌筑時(shí)，對(duì)表 5 -4 和表 5 -5 中的數(shù)值， γa 為 0 . 9 ;對(duì)表 5 -10 中數(shù)值，γa為0.8。
( 3 )當(dāng)驗(yàn)算施工中房屋的構(gòu)件時(shí)， γa為 1 . 1 。
三、磚砌體中磚和砂漿的共同作用——粘結(jié)
磚砌體能夠整體工作是因?yàn)榇u和砂漿之間(主要在水平灰縫處)有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度;砂漿和磚塊界面上的剪應(yīng)力一般稱為粘結(jié)應(yīng)力。磚和砂漿的粘結(jié)作用主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：
( l )在垂直荷載作用下出現(xiàn)豎向裂縫前，可使磚塊和砂漿共同變形;出現(xiàn)裂縫后，可調(diào)整因裂縫引起的內(nèi)力重分布;
( 2 )在水平力(拉力、剪力和彎曲拉應(yīng)力)作用下;可由界面上的粘結(jié)應(yīng)力(剪應(yīng)力)承擔(dān)上述應(yīng)力。粘結(jié)應(yīng)力的大小，也即剪應(yīng)力的大小，取決于粘結(jié)強(qiáng)度大小。粘結(jié)強(qiáng)度主要與砂漿強(qiáng)度等級(jí)和砌體類別有關(guān)。粘結(jié)強(qiáng)度是砌體抗拉、抗剪和抗彎強(qiáng)度的決定性因素。
提高粘結(jié)強(qiáng)度的途徑有：
提高砂漿強(qiáng)度等級(jí)、增加磚塊大面上的粗糙度;砌筑時(shí)磚的濕潤(rùn)程度保持最佳狀態(tài);采用能使磚塊交搭的水平齒縫段盡可能長(zhǎng)的砌筑方式。
