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一级建筑师(建筑结构)辅导:影响砌体抗压强度的因素

 3.影响砌体抗压强度的因素
(1)块材和砂浆强度的影响
块材和砂浆强度是影响砌体抗压强度的主要因素,砌体强度随块材和砂浆强度的提高而提高。对提高砌体强度而言,提高块材强度比提高砂浆强度更有效。
一般情况下,砌体强度低于块材强度。当砂浆强度等级较低时,砌体强度高于砂浆强度;当砂浆强度等级较高时,砌体强度低于砂浆强度。
(2)块材的表面平整度和几何尺寸的影响
块材表面愈平整,灰缝厚薄愈均匀,砌体的抗压强度可提高。当块材翘曲时,砂浆层严重不均匀,将产生较大的附加弯曲应力使块材过早破坏。
块材高度大时,其抗弯、抗剪和抗拉能力增大;块材较长时,在砌体中产生的弯剪应力也较大。
(3)砌筑质量的影响
砌体砌筑时水平灰缝的厚度、饱满度、砖的含水率及砌筑方法,均影响到砌体的强度和整体性。水平灰缝厚度应为8~12mm(一般宜为lOmm);水平灰缝饱满度应不低于80%;砌体砌筑时,应提前将砖浇水湿润,含水率不宜过大或过低(一般要求控制在10%~15%);砌筑时砖砌体应上下错缝,内外搭接。 (四)砌体的受拉、受弯和受剪性能
1.砌体轴心受拉
根据拉力作用方向,有三种破坏形态(图11-8)。当轴心拉力与砌体水平灰缝平行时,砌体可能沿灰缝I—I截面破坏(图11-8a),也可能沿块体和竖向灰缝破坏(图11—8b);当轴心拉力与砌体水平灰缝垂直时,砌体沿通缝截面破坏(图11-8c)。
当块材强度较高而砂浆强度较低时,砌体沿齿缝受拉破坏;当块材强度较低而砂浆强度较高时,砌体受拉破坏可能通过块体和竖向灰缝连成的截面发生。

 2.砌体弯曲受拉
 砌体弯曲受拉时,有三种破坏形态(图11-9)。即砌体沿齿缝破坏;沿块体和竖向灰缝破坏和沿通缝破坏。
 
 3.砌体抗剪强度
 砌体受抗剪破坏时,有三种破坏形态。即沿通缝剪切破坏;沿齿缝剪切破坏;沿阶梯形缝剪切破坏(图11-10)。

 影响砌体抗剪强度的因素有:
 (1)砂浆强度的影响
 砌体抗剪强度随砂浆强度等级的提高而提高,但块体强度对抗剪强度的影响较小。
 (2)竖向压应力的影响
 当竖向压应力与剪应力之比在一定范围内时,砌体的抗剪强度随竖向压应力的增加而 提高。
 (3)砌筑质量的影响
 主要与砂浆饱满度和砌筑时块体的含水率有关。当砌体内水平灰缝砂浆饱满度大于 92%,竖向灰缝内未灌砂浆;或当水平灰缝砂浆饱满度大于80%,竖向灰缝内砂浆饱满 度大于40%时,砌体的抗剪强度可达到规范规定值。
 砖砌筑时,随含水量的增加砌体抗剪强度相应提高。当砖含水量约为10%时,砌体 抗剪强度最高。
 砌体抗剪强度主要取决于水平灰缝中砂浆与块体的粘结强度。 (五)砌体强度计算值
1.砌体强度平均值fm

 2.砌体强度标准值fk
砌体强度标准值是结构设计时采用的强度基本代表值。考虑了强度的变异性,强度标 准值fk与平均值fm的关系为:

 式中 δf—砌体强度变异系数。对砖砌体δf =0.17;
对抗拉、抗弯和抗剪强度δf =0.20。
3.砌体强度设计值
砌体强度设计值是由可靠度分析或工程经验校准法确定的,引入了材料性能分项系数 来体现不同情况的可靠度要求。该值直接用于结构构件的承载力计算。
砌体强度设计值f与标准值fk的关系为:

 式中 rf—砌体结构材料性能分项系数,对各类砌体的各种强度均取1.5,用以保证结
构的可靠度。
各类砌体轴心抗拉、弯曲抗拉和抗剪强度设计值,见表11—9。
单排孔混凝土砌块对孔砌筑时,灌孔砌体的抗剪强度设计值fvg,应按下列公式计算:

式中fg——灌孔砌体的抗压强度设计值(MPa)。
  二、砌体房屋的静力计算
  房屋中的墙、柱等竖向构件用砌体材料,屋盖、楼盖等水平承重构件用钢筋混凝土或其他材料建造的房屋,由于采用了两种或两种以上材料,称为混合结构房屋,或称为砌体结构房屋。

注:①对于用形状规则的块体砌筑的砌体,当搭接长度与块体高度的比值小于1时,其轴心抗拉强度设计值ft和弯曲抗拉强度设计值ftm应按表中数值乘以搭接长度与块体高度比值后采用;
②对孔洞率不大于35%的双排孔或多排孔轻骨料混凝土砌块砌体的抗剪强度设计值,可按表中混凝土砌块砌体抗剪强度设计值乘以1.1;
③对蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖砌体,当有可靠的试验数据时,表中强度设计值允许作适当调整;
④对烧结页岩砖、烧结煤矸石砖、烧结粉煤灰砖砌体,当有可靠的试验数据时,表中强度设计值允许作适当调整。 (一)砌体结构房屋承重墙布置的四种方案
1.横墙承重体系
在多层住宅、宿舍中,横墙间距较小,可做成横墙承重体系,楼面和屋面荷载直接传至横墙和基础。这种承重体系由于横墙间距小,因此房屋空间刚度较大,有利于抵抗水平风载和地震作用,也有利于调整房屋的不均匀沉降。
2.纵墙承重体系
在食堂、礼堂、商店、单层小型厂房中,将楼、屋面板(或增设檩条)铺设在大梁 (或屋架)上,大梁(或屋架)放置在纵墙上,当进深不大时,也可将楼、屋面板直接放置在纵墙上,通过纵墙将荷载传至基础,这种体系称为纵墙承重体系。
纵墙承重体系可获得较大的使用空间,但这类房屋的横向刚度较差,应加强楼、屋盖与纵墙的连接,这种体系不宜用于多层建筑物。
3.纵横墙承重体系
在教学楼、实验楼、办公楼、医院门诊楼中,部分房屋需要做成大空间,部分房间可以做成小空间,根据楼、屋面板的跨度,跨度小的町将板直接搁置在横墙上,跨度大的方向可加设大梁,板荷载传至大梁,大梁支承在纵墙厂,这样设汁成纵横墙同时承重,这种体系布置灵活,其空间刚度介于上述两种体系之间。
4.内框架承重体系
在商场、多层厂房中,常需要较大的空间,可在房屋中部设柱,大梁一端支承在柱上,另一端支承在周边承重墙上,这样,在大梁中部形成内框架承重体系。这种体系房屋横墙少,空间刚度差,且柱基础与基础型式不同,容易产生不均匀沉降。
(二)砌体结构房屋的空间工作
砌体结构房屋是由墙、柱、楼(屋盖)、基础等结构构件组成的空间工作体系。竖向 荷载的传递路线是:楼(屋)面板一楼(屋)而梁—墙(柱)一基础一地基;水平荷载(风载、地震作用和竖向偏心荷载引起的水平力)的传递路线与房屋的空间刚度有关。

  图11-11(a)为从外墙上截取的典型计算单元(一般可取典型开间的窗中至窗中的距离),其上作用有风压力。外纵墙计算单元可看作是下端支承在基础,上端支承在屋面上的竖向柱子,屋面结构可看作是一根水平方向的梁,两端支承在山墙上,跨度为屋面长度S,山墙可看作是竖向悬臂柱支承在基础上。屋面梁承受部分风载R后,分为两部分:
  一部分Rl通过屋面梁的平面弯曲传至山墙,冉传至基础;另—部分R2通过平面排架直接传至外纵墙基础。
  由图11-11(b)可看出,纵墙顶点水平位移在房屋中间部位最大,在山墙处最小,其包括两部分:—部分是屋盖水平梁中间部位的最大值;另—部分为山墙顶点的水平位移Δ,则

  式中ymax——纵墙中间部分计算单元墙顶的水平位移;
  Δ——山墙顶点的水平位移;
  u——屋盖沿水平梁的最大水平位移;
  ν——在考虑山墙影响时,在水平荷载作用下按平面排架计算的水平位移。
  显然,ymax的大小与屋盖水平梁在自身平面内的刚度、山墙间距以及山墙在自身平面内的刚度有关。对单层房屋,令

  式中 ηi——空间性能影响系数,即考虑空间工作后,水平位移的折减系数。见表11-12。

  表中屋盖或楼盖类别同表11-13。 (三)砌体结构房屋静力计算的三种方案
砌体结构房屋,根据其横墙间距的大小、屋(楼)盖结构刚度的大小及山墙在自身平 面内的刚度(即房屋空间刚度),可将房屋的静力计算分为三种方案,下面以单层房屋为例。
1.刚性方案
房屋空间刚度大,在荷载作用下墙柱内力可按顶端具有不动铰支承的竖向结构计算。
2.刚弹性方案
在荷载作用下,墙柱内力可考虑空间工作性能影响系数,按顶端为弹性支承的平面排 架计算。
3.弹性方案
在荷载作用下,由于空间刚度很差,墙柱内力按有侧移的平面排架计算。
规范将房屋按屋盖或楼盖的平面刚度分为三种类型,并按房屋横墙间距确定静力计算方案。见表11-13。

注:①表中s为房屋横墙间距,其长度单位为m;
②当屋盖、楼盖类别不同或横墙间距不同时,可按《砌体结构设计规范》第4,2.7条的规定确定房屋的静力计算方案。
③对无山墙或伸缩缝处无横墙的房屋,应按弹性方案考虑。
 对于单层砌体房屋,在风载作用下,一般可按刚性、弹性、刚弹性三种方案进行设 计。
 对于多层砌体房屋,在风载作用下,一般均按刚性方案设计,很少情况下按弹性方案设计。
 作为刚性和刚弹性方案的横墙,为了保证屋盖水平梁的支座位移不致过大,横墙应符 合下列要求,以保证其平面刚度。
(1)横墙中开有洞口时,洞口的水平截面面积不应超过横墙截面面积的50%。
(2)横墙厚度不宜小于180mm。
(3)单层房屋的横墙长度不宜小于其高度,多层房屋横墙长度,不宜小于H/2(H为 横墙总高度)。
当横墙不能同时满足上述要求时,应对横墙刚度进行验算,如其最大水平位移值umax ≤H/4000时,仍可视作刚性或刚弹性方案的横墙.

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