第五章 砌体结构
概述
砌体结构是由块体和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要受力构件的结构。是砖砌体、砌块砌体和石砌体结构的统称。配筋砌体结构由配置钢筋的砌体作为建筑物主要受力构件的结构。是网状配筋砌体柱、水平配筋砌体墙、砖砌体和钢筋混凝土面层或钢筋砂浆面层组合砌体柱(墙)、砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙和配筋砌块砌体剪力墙结构的统称。
一、砌体结构的优点
( l )可以同时满足结构、建筑、保温等多功能的要求;由于砌体材料具有抗压性能好、保温、耐火、耐久性好，收缩、徐变比混凝土要小的性能;因此砌体大多数可以用作墙体、柱、筒体(烟囱、水塔)、基础、坝身等承重结构的受压构件;
( 2 )材料经济：砌体的块体和砂浆来源广泛，可就地取材、价格比其他材料便宜;
( 3 )施工技术、管理、维护简便;
( 4 )采取一定措施后的配筋砌体结构具有一定程度的抗震性能。
二、砌体结构的缺点
( l )砌体的抗压强度相对于块材的强度来说还很低，抗弯、抗拉强度则更低;构件重量大;
( 2 )砌体中的块材和砂浆之间的粘结强度较低，故无配筋的砌体结构抗震性能较差，其破坏属于脆性破坏;
( 3 )普通砖所需要土源要占用大量良田(每年大约 40~50 万亩地)，更要耗费大量的能源。因此，国家已颁布有关法令限制普通砖的使用;
( 4 )砌体施工劳动强度大，运输、搬用材料时的损耗也大。
三、砌体结构的应用范围
根据砌体结构所具有的优点，砌体结构的应用还是比较广泛的：
( l )用作住宅、办公楼、学校、旅馆、小型礼堂、俱乐部、跨度小于 15m 的中小型厂房等房屋建筑的墙体、柱、基础;
( 2 )用作绝大部分围护墙、隔墙的建筑材料;
( 3 )用作高度 45m 以下的烟囱、小型水池、筒仓等特殊结构建筑的承重构件;
( 4 )用作跨度不大的道桥建筑和市政几水利建筑的排水沟隧道、涵洞、挡土墙。
四、工业与民用建筑物中的砌体结构体系
房屋建筑结构中通常由水平向的楼(屋)盖和竖向的墙、柱组成;楼(屋)盖主要承受垂直其平面的竖向荷载，称为水平结构承重体系;墙、柱主要承受楼(屋)盖传来的竖向荷载和由风和地震产生的水平荷载，称为竖向结构承重体系;
砌体结构主要为墙、柱等构件，属于竖向结构承重体系，在实际工程中，根据竖向荷载通过墙、柱的主要途径不同，把砌体结构分为三种承重体系：
1 .横墙承重体系
横墙承重体系：是指楼(屋)盖上的竖向荷载通过板或梁传至横墙，并经横墙基础传至地基的承重体系;
横墙承重体系的优点：是整体刚度大，抗震性能好;
横墙承重体系的缺点：是房间开间小，建筑使用上受到一定的限制，横墙砌体用料较多;
横墙承重体系：适用于住宅、宿舍、招待所、旅馆等。
2 .纵横墙承重体系
纵墙承重体系：是指楼(屋)盖上的竖向荷载通过板或梁传至纵墙，并经纵墙基础传至地基的承重体系;
纵墙承重体系的优点：是房间开间分割比较灵活;
纵墙承重体系的缺点：是整体刚度不如横墙承重体系，且纵墙上开洞不宜过大;
纵墙承重体系适用于教学楼、办公楼、实验室、阅览室、中小型厂房等。
3.内框架承重体系
内框架承重体系是指楼(屋)盖上的竖向荷载通过板或梁传给房屋四周的纵、横墙和室内的钢筋混凝土柱(或砖柱)，并经纵、横墙和柱各自的基础传至地基的承重体系。
内框架承重体系的优点：是房间面积一般较大，也可很方便地分隔成小房间;由于大部分竖向荷载由钢筋混凝土柱(或砖柱)来承受，四周纵、横承受的竖向荷载较小且同时也能够发挥砌体在保温、隔热和建筑立面比较美观等方面的优点。
内框架承重体系的缺点：
( 1 )由于内框架承重体系的内柱和外墙是由不同性质的材料组成，他们承受荷载的大小不同，基础形式也不同(柱为钢筋混凝土扩展基础，墙为刚性条形基础)，因而基础的沉降差比较大;
( 2 )由于房屋内墙少整体刚度差;
( 3 )墙与柱各自的振动特性不同，在软弱地基地区和地震区采用内框架承重体内应慎重。
内框架承重体系适用于商店、小礼堂、轻工业部门的中小型厂房等。
砌体材料
砌体是把块体(包括普通砖、空心砖、砌块、石材等)和砂浆按一定的砌筑方法砌筑而成的结构材料。它分为无筋砌体和配筋砌体两大类。无筋砌体根据所使用的块材不同分为砖砌体、砌块砌体和石砌体。配筋砌体包括网状配筋砌体柱、水平配筋砌体墙、砖砌体和钢筋混凝土面层或钢筋砂浆面层组合砌体柱(墙)、砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙和配筋砌块砌体剪力墙。
一、砖砌体
砖砌体包括烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖无筋和配筋砌体;砌筑方法宜采用一顺一丁、梅花丁和三顺一丁。
1 .烧结普通砖
烧结普通砖由黏土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经过焙烧而成的实心或孔洞率不大于规定值且外形尺寸符合规定的砖。分烧结黏土砖、烧结页岩砖、烧结煤矸石砖、烧结粉煤灰砖等。标准烧结普通砖尺寸为 240mm ×115 mm ×53mm ;墙体尺寸有 120、 240 、 370 、 490 、 620mm 等，主要应用于房屋上部及地下基础等部位。
2 .烧结多孔砖
以黏土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经焙烧而成，孔洞率不小于 25 % ，孔的尺寸小而数量多，主要用于承重部位的砖，简称多孔砖。目前多孔砖分为 P 形砖和 M 形砖。承重多孔砖目前主要采用 P 形砖( 240mm ×115mm × 90mm )和 M 形砖( 190mm×190mm× 90mm );主要应用于房屋上部结构(不宜用于冻胀地区地下部位)。
3 .蒸压灰砂砖
以石灰和砂为主要原料，经坯料制备、压制成型、蒸压养护而成的实心砖。简称灰砂砖。标准烧结普通砖尺寸为 240mm ×115mm× 53mm ;墙体尺寸 120 、 240 、 370 、 490 、 620mm 等。主要应用于不得用于长期受热 200 ℃ 以上、受急冷急热和有酸性介质侵蚀的建筑部位， MU15 和 MU15 以上的蒸压灰砂砖可用于基础及其他建筑部位，蒸压粉煤灰砖用于基础或用于受冻融和干湿交替作用的建筑部位必须使用一等砖。
4 .蒸压粉煤灰砖
以粉煤灰、石灰为主要原料，掺加适量石膏和骨料，经坯料制备、压制成型、高压蒸汽养护而成的实心砖。简称粉煤灰砖。主要应用于不得用于长期受热 200 ℃ 以上、受急冷急热和有酸性介质侵蚀的建筑部位， MU15 和 MU15以上的蒸压灰砂砖可用于基础及其他建筑部位，蒸压粉煤灰砖用于基础或用于受冻融和干湿交替作用的建筑部位必须使用一等砖。
5 .配筋砌体
配筋砌体包括网状配筋砌体柱、水平配筋砌体墙、砖砌体和钢筋混凝土面层或钢筋砂浆面层组合砌体柱(墙)、砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙和配筋砌块砌体剪力墙。配筋砌体不允许采用 C 级。不得用掺盐砂浆施工。
( l )水平网状配筋砌体在水平灰缝中配置钢筋网片提高轴心抗压承载力(图 5 -1 )。
( 2 )混凝土或钢筋砂浆面层组合砖砌体偏心距超限的砖砌体外侧配置纵向钢筋，提高偏心抗压承载力(图 5 -2 )。
( 3 )砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙在房屋墙体中设置间距不大于 4m 的构造柱提高砖墙的承载力(图 5 -3 )。
二、砌块砌体
砌块砌体包括混凝土、轻骨料混凝土砌块无筋和配筋砌体;砌筑应选用配套砌块先排块后施工，施工时砌块底面向上反向砌筑。
混凝土小型空心砌块由普通混凝土或轻骨料混凝土制成，主规格尺寸为 390mm× 190mm× 190mm 、空心率在 25 % ~50 %的空心砌块。简称混凝土砌块或砌块。墙体尺寸有 190 、 200 、 240 、 290mm。
三、石砌体
石砌体包括各种料石和毛石砌体。石砌体中的石材应选用无明显风化的天然石材。石材(按其加工后的外形规则程度)可分为料石和毛石。见表 5 -1 。
四、砌筑砂浆
砂浆是由无机胶结料(水泥、石灰、石膏、黏土)、细骨料(砂)、水和一定数量的塑性掺和料(石灰膏、黏土)组成。
砂浆分为： ( l )水泥砂浆;( 2 )混合砂浆;( 3 )砌筑专用砂浆;( 4 )非水泥砂浆(石灰、黏土砂浆)，其作用一方面将单个的块体粘结成整体，促使构件应力分布均匀;另一方面填实块体之间的缝隙，提高砌体的保温和防水性能，增强墙体抗冻性能;其性能包括： ( 1 )强度;( 2 )流动性(可塑性);( 3 )保水性，见表 5 一 2 。
( 1 )水泥砂浆：其优点是强度高、硬化快、耐久性好;其缺点是和易性差;适用于水中或潮湿环境中的砖砌体;
( 2 )水泥混合砂浆：在水泥砂浆中掺入一定数量的石灰膏配制而成;其优点是和易性好，便于施工;适用于防潮层以上的砖砌体;
( 3 )石灰、石膏、黏土砂浆：其优点是和易性好;其缺点是强度低、抗水性能差;适用于低层建筑物的砖砌体。
二、砌体材料强度
(一)影响砖砌体抗压强度的主要因素
影响砖砌体抗压强度的主要因素主要有以下几方面原因;
( l )砖的强度等级及其形状尺寸：试验表明，在砂浆强度一定时，砖的强度等级提高一倍，砖砌体的抗压强度可以提高 50 %左右;砖砌体的抗压强度还与砖块的形状尺寸，特别是砖块的厚度有关;当标准砖的长度不变时，厚度由 53mm 改为 60mm 、 70mm 时，砌体的抗压强度相对比值为 1 :1 . 06 :1 . 12 ，因此提高砌体抗压强度的有效措施是尽可能采用强度等级较高的标准砖。
( 2 )砂浆的强度等级及其厚度：试验表明，在砖块强度一定时，砂浆强度等级提高一倍，砖砌体的抗压强度可以提高 20 %左右;砂浆的灰缝层厚度不宜太薄，也不能太厚;太薄会因砖块间砂浆过少使砖块间凹凸不平而传力不均匀，降低强度;太厚则会使砂浆层变形过大，降低强度;减小砂浆层变形的主要方法是提高砂浆的强度;当砖砌体的灰缝层厚度分别为 10mm 、 20 mm、 30mm 时，砌体的抗压强度相对比值为 l :0 . 78:0 . 64 。
( 3 )施工砌筑质量：包括饱满度、砌筑时砖的含水率、操作人员的技术水平。
饱满度是指砂浆铺砌在一块砖(大面)上的面积(以百分率表示)。《 施工规程 》 规定：饱满度应该大于 80 %才能确保砌体质量。
试验表明，砖砌体砌筑时砖的含水率在 8 %一 10 %时，砂浆硬化所需要的水分才能有保证;而用饱和状态的砖砌筑的砌体其抗压强度反而会降低。
( 4 )砌筑方式：砖砌体中实心砖块体的砌筑方式应遵守内外要搭接，上下要错缝，不得有连续的垂直通缝的原则。目前，最为常用的实心砖块体的砌筑方式为一顺一丁和三顺一丁。
( 5 )试验方法：包括加荷速度、施工砌筑的快慢程度，受荷前砌体龄期的长短，实际砌体与试件砌体的差异和试件尺寸不同等都会对砌体抗压强度产生一定的影响。
(二)砌体的抗压强度设计值
1 .烧结普通砖、烧结多孔砖砌体的抗压强度设计值
烧结普通砖、烧结多孔砖等的强度等级分为五级，强度等级符号以“ MU ”表示，单位为 N / mm2 或 MPa 。即 MU30 、 MU25 、 MU20 、 MU15 和 MU10 ;烧结普通砖和烧结多孔砖砌体的抗压强度设计值，应按表 5 -3 采用。
2 .蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖砌体的抗压强度设计值
蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖的强度等级分为四级，强度等级符号以“ MU ”表示，单位为 N / mm2 或 MPa 。即 MU25 、 MU20 、 MU15 和 MU10 ;确定蒸压粉煤灰砖和掺有粉煤灰 15 %以上的混凝土砌块的强度等级时，其抗压强度应乘以自然碳化系数，当无自然碳化系数时，可取人工碳化系数的1.15倍;蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖砌体的抗压强度设计值，应按表 5 -4 采用。
3 .砌块砌体的抗压强度设计值
砌块的强度等级分为六级，强度等级符号以“ MU ”表示，单位为 N / mm2 “或 MPa 、即 MU25 、 MU20 、 MU15 、 MU10 、 MU7 . 5 和 MU5 ;
单排孔混凝土和轻骨料混凝土砌块砌体的抗压强度设计值，应按表 5 -5 采用。
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压强度设计值，应按表 5 -6 采用。
4 .石材砌体的抗压强度设计值
石材的强度等级分为七级，强度等级符号以“ MU”表示，单位为 N /mm2 或 MPa 即 MU 100 、 MU80 、 MU60 、 MU50 、 MU40 、 MU30 和 MU20 ;石材的强度等级，可用边长为 70mm 的立方体试块的抗压强度表示。抗压强度取三个试件破坏强度的平均值。试件也可采用表 5 -7 所列边长尺寸的立方体，但应对其试验结果乘以相应的换算系数后方可作为石材的强度等级。
块体高度为 180 ~350mm 的毛料石砌体的抗压强度设计值，应按表 5 -8 采用。
毛石砌体的抗压强度设计值，应按表 5 -9 采用。
5 .砂浆
砂浆的强度等级分为五级，强度等级符号以“ M ”表示，单位为 N / mm2或 MPa 。即M15、 M10 、 M7 . 5 、 M5 和 M2 . 5 。确定砂浆强度等级时应采用同类块体为砂浆强度试块底模。
施工阶段砂浆尚未硬化的新砌砌体的强度和稳定性，可按砂浆强度为零进行验算。对于冬期施工采有掺盐砂浆法施工的砌体，.砂浆强度等级按常温施工的强度等级提高一级时，砌体强度和稳定性可不验算。
(三)各类砌体的轴心抗拉、弯曲抗拉和抗剪强度设计值
龄期为 28d 的以毛截面计算的各类砌体的轴心抗拉强度设计值、弯曲抗拉强度设计值和抗剪强度设计值，当施工质量控制等级为 B 级时，应按表 5 -10 采用。
(四)砌体强度设计值的调整
对各类砌体在下列情况下，其砌体强度设计值应乘以调整系数 γa
( 1 )对无筋砌体构件，其截面面积小于0.3m2 时，γa为其截面面积加0.7。对配筋砌体构件，当其中砌体截面面积小于 0 . 2 m2时时， γa为其截面面积加0 . 8 。构件截面面积以平方米计;
( 2 )当砌体用强度等级小于M5.0的水泥砂浆砌筑时，对表 5 -4 和表 5 -5 中的数值， γa 为 0 . 9 ;对表 5 -10 中数值，γa为0.8。
( 3 )当验算施工中房屋的构件时， γa为 1 . 1 。
三、砖砌体中砖和砂浆的共同作用——粘结
砖砌体能够整体工作是因为砖和砂浆之间(主要在水平灰缝处)有足够的粘结强度;砂浆和砖块界面上的剪应力一般称为粘结应力。砖和砂浆的粘结作用主要表现在以下两个方面：
( l )在垂直荷载作用下出现竖向裂缝前，可使砖块和砂浆共同变形;出现裂缝后，可调整因裂缝引起的内力重分布;
( 2 )在水平力(拉力、剪力和弯曲拉应力)作用下;可由界面上的粘结应力(剪应力)承担上述应力。粘结应力的大小，也即剪应力的大小，取决于粘结强度大小。粘结强度主要与砂浆强度等级和砌体类别有关。粘结强度是砌体抗拉、抗剪和抗弯强度的决定性因素。
提高粘结强度的途径有：
提高砂浆强度等级、增加砖块大面上的粗糙度;砌筑时砖的湿润程度保持最佳状态;采用能使砖块交搭的水平齿缝段尽可能长的砌筑方式。
