(一)砌体结构的定义
砌体结构是指其主要承重构件(墙、柱)的材料都是有块体和砂浆砌筑而成的结构。砌体结构在我国有着悠久的历史和辉煌记录。据史料记载公元前殷商时代就已存在用粘上砌成的夯土版筑墙。战国时期秦汉时期的秦砖汉瓦,都表明当时建筑材料的生产和砌筑质量的高超水平。
(二)砌体结构的特点
砌体结构与钢筋混凝土结构相比具有以下特点:
1.砌体结构的抗压性能、抗弯和抗拉性能比混凝土结构都要差,而且钢筋在砌体结构中的应用会在构造上和施工上带来很大的不便,因此无筋砌体结构一般采用较大截面的构件组成,这样砌体结构的体积就比较大、自重较重,材料用量铰多,相应的运输量也增加。
2.倗体结构中的材料大多是天然石材、粘土、砂等。这些材料几乎各地都有,原料取材方便,因此砌体结构比较经济,能节约水泥、钢材和木材。不过由于砌体结构使用量较大的粘土砖的制备需要与农业争地,对农业的生产有较大影响
3.砌体工程比钢筋混凝土结构的保温、隔热、耐火、耐久和化学稳定性都要好,但是砂浆和块材间的粘结力较弱,无筋砌体结构的抗震和抗振动性能较差。
4.砌体结构多采用小型块材经人工砌筑而成,不像钢筋混凝土结构那样需要模板和特殊的技术设备。由于目前的砌体的砌筑操作还是人工方式,故现场的劳动量大、施工质量不易保证、工期缓慢。此外新砌筑的砌体就可以承受一定的荷载,且它在冬期天寒地冻时还可用冻结法进行操作,因此可以保证连续施工。
(三)砌体结构的应用范围
砌体结构因其材料的受力性能特点,不适宜用在承受较大弯矩和拉力的构件。砌体结构适用于以受压为主的结构构件,以及需要就地取材的工程。如一般建筑中的墙体、柱、基础、过梁、台阶、烟囱、地沟、石坝、涵洞、挡土墙、隧道和小型水池等。
(四)砌体结构的结构体系
砌体在民用和工业建筑物中主要应用于建造各类承重墙、柱和基础构件。砌体结构建筑物中的水平结构体系是楼盖和屋盖,竖向结构体系为纵向(开间方向)和横向(进深方向)的有砖石或砌块和砂浆砌筑而成的承重墙体。砌体结构按竖向荷载的传递途径可归纳合并为横墙承重体系、纵墙承重体系和内框架承重体系等三种重体系。
1.横墙承重体系
(1)横墙定义:横墙是恉横向的承重墙体。
(2)横墙承重体系;建筑物楼屋盖的竖向荷载主要通过短向楼板或横墙间小梁传给横墙,再经横墙基础传至低级的结构体系。
(3)横墙间距:横墙与横墙之间的距离。在横墙承重体系中,主要的承重墙体为横墙,故横墙间距不能太大,划分房间开间的宽度一般为3~5m。
(4)横墙承重体系的特点:横墙承重体系建筑物的纵墙不参与承受楼屋盖荷载,因此可在纵墙上开设较大的门窗洞口;因承重墙较密,建筑的整体刚度和抗地震性能很好;因为横墙间距小,室内空间较小,房屋在使用上很不灵活;由于横墙较密而使建筑材料的用量较大。
(5)横墙承重体系的适用范围:宿舍、住宅等建筑物。
纵墙承重体系
(1)纵墙定义:纵墙是指纵向的承重墙体。
(2)纵墙承重体系:建筑物楼屋盖的竖向荷载主要通过长向楼板或进深梁传给纵墙,再经过纵墙基础传至地基的结构体系。
(3)纵墙承重体系的特点:纵墙体系的横墙间距一般较大,使得建筑物可以有较大的空间,房内分割也较灵活;建筑物整体的刚性没有横墙承重体系好;在纵墙上开门窗洞口受到限制。
(4)纵墙承重体系的适用范围:教学楼、办公楼、试验楼、阅览室、中小型生产厂房、车间、食堂和会议室等建筑物。小型砌块多层房屋不允许采用纵墙承重体系,且不应有错层,否则应该设置沉降缝。
3.内框架承重体系
(1)内框架承重体系:四周纵、横墙和室内钢筋混凝上柱(或砖柱)共同承受楼屋盖竖向荷载的承重体系
(2)内框架承重体系的特点:内柱代替承重内墙使房间有较大的使用空间,而不增加梁的跨度,使室内布置灵活:纵、横墙较少,使建筑物整体刚性差;柱与墙体材料的不同、压缩性不同导致建筑的变形不一致,容易产生开裂现象。
(3)内框架承重体系的适用范围:商店、试验楼、多层工业厂房等建筑物。
(五)砌体结构中块材和砂浆的粘结作用
砖砌体在竖向压力作用下,砖块和砂浆在产生竖向压缩的同时都会发生横向的拉伸。由于二者材料的性能不同,其横向拉伸率是不同的,因此要靠砖块和砂浆之间的良好粘接作用,使二者能很好地承受竖向荷载。而且随着砌体纵向裂缝的发生和发展,砖块和砂浆层所受的内力也由于其间粘结力存在而发生不断的变化,以便与外荷载取得平衡砌体结构中块体和砂羕层间的粘接强度决定着结构的抗拉、抗剪和抗弯强度。砖砌体在拉力、由弯曲引起的拉力或水平剪力作用下,截面的破坏一般都发生在砂浆和砖块的连接面上。对砂浆和砖块的粘接强度其主要影响作用的就是它的砌筑方法、砖块和砂浆材料的质量,所以为了保证砖块和砂浆的粘接强度,对砌伓结构工程屮用的砖块、砂浆和砌筑方法提出了一系列的要求。
1.砖的大面应该是粗糙的,不宜做成光滑磨面,以便增加砖块和砂浆层的机械咬合力;砖表面要平整(满足外观尺寸的要求)以便增加砖块和砂浆层间的吻合接触面。
2.规定砖在砌筑时要有一定的含水率(砖要适当润湿后而不是在干燥时直接进行砌筑)。因为干燥的砖会吸掉砂浆中的水分造成截面接触不良,而被水浸透的砖的水会在砖与砂浆之间形成一层水膜,对粘接不利。一般认为砖在砌筑时的含水率在10%左右为宜。
3.为保证砂浆的流动性和保水性,避免砂浆失水后形成面层上有许多突出沙粒与砖面接触,降低砖块和砂浆层间的吸附力;避免因砂浆流动性差难于铺砌而使砖块支承在很不规则的砂浆支承面上面,形成极为复杂的应力状态。
4.要保证在砖面上铺砌砂浆的饱满度,以便增加砖块和砂浆层间的接触面,既要尽可能使砖块在竖向压力下均匀受压,又能提高砖和砂浆层界面上的摩阻力,增加抵抗水平剪力的能力
5.砌筑时各层砖块间必须有效地搭接。通过提高齿缝宽度来提高砌体拉结时的粘接强度。
(六)砌体结构中的构造要求
1.墙体的构造要求
墙体是砌体结构的重要组成部分,因此墙体的承载能力对结构的正常使用起着重要作用。
墙体除由各种荷载引起的内力外,还会因材料收缩、温度变化、地基发生过大不均匀沉降、墙体和门窗洞口处置不当、梁板与墙体搭接做法不妥等复杂因素引起的内力由于墙体的抗拉强度低,为了墙体的承受力和房屋的整体性在上面一系列的内力影响因素下都能不受破坏,需要对其构造采取适当的构造措施。
2.防止因材料收缩和温度变化使墙体开裂而采用的构造措施材料随时间发生收缩徐变和自然界温度发生变化时,钢筋混凝士和墙块体材料收缩系数和线膨胀系数不同以及房屋地面以上的部分和地面以下部分,室内和室外的温度差异,会使房屋的墙体及楼屋盖结构中引起约束变形而产生的附加內力,这些附加内力过大就会形成裂缝。为防止或缓和房屋在正常使用条件下因温差收缩引起的各种裂缝,可将长度过大的房屋用温度伸缩缝划分成几个长度较小的独立单元。由于长度减小,若墙体因收缩和温度变形引起的附加应力小于砌体抗拉强度和抗剪强度,就能防止或减小裂缝。砌体规范中规定了砌体房屋伸缩缝的最大间距,见表2-38。
表2-38砌体房屋伸缩缝的最大间距mm
注:1.按本表设置的伸缩缝,可以防止由温差和干缩引起的墙体竖向裂缝,也可缓
1.和或减少顶层墙体的八字缝、水平缝等,但不能防止它们;
2.高层大于5m的单层房屋,伸缩缝最大间距可按表中数据乘以1.3;
3.温差较大且变化频繁地区和严寒地区不采暖房屋,应按表中数值适当减小;
4.石砌体、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖和混凝土砌块房屋取表中数值乘以0.8的系数,其他类别房屋的有关数据见砌体规范;
5墙体的伸缩缝应与结构的其他变形缝相重合,在进行立面处理时,必须保证缝隙的伸缩作用。控制缝的间距一般为:对有规则洞口的外墙不大于6m;对无洞口墙体不大于8m及墙高的3倍;在转角部位、控制缝至转角的距离不大于4.5m。控制缝应通过建筑手段做成与灰缝相近的假灰缝。控制缝的宽度通常为12mm。
3.防止因地基发生过大不均匀沉降使墙体开裂而釆取的构造措施防止因地基发生过大不均匀沉降在墙体上产生的各种裂缝,一般采取以下构造措施
(1)总体上控制房屋的长高比
(2)合理布置承重墙体
(3)设置圈梁
在墙体内设置钢筋混凝士圈梁,圈梁在墙体中的作用相应于纵向钢筋在钢筋混凝土梁中的作用,既可以提高墙体在其平面内的抗拉能力,承受由地基不均匀沉降而在墙体内产生的拉应力,还能增加房屋的整体刚度,纵横圈梁交接处应有可靠的连接,并在同水平面内形成一个封闭系统。
(4)设置沉降缝
沉降缝一般设置在以下位置:形状复杂建筑平面内的转折部位;房屋高度或荷载差异较大的交接部位;建筑结构或基础类型不同的交接部位;长高比过大的房屋的适当位置;地基土的压缩性有显著差异的部位;房屋分期建造的交接处。沉降缝的最小宽度般取为:2~3层房屋50~80mm,4~5层房屋80~120mm;5层以上房屋的沉降缝大于120mm。
4.其它构造要求
对于用于砌体结构的砂浆在多层房屋每层墙体宜采用同一等级的进行砌筑;五层及五层以上的房屋的墙、以及受振动或层高大于6m的墙、柱所用砖的最低强度等级为M10、砂浆的最低强度等级为M5,对安全等级为一级或设计使用年限大于50年的房屋其强度等级应相应至少提高一级。
多层房屋的静力计算方案应尽量采用刚性方案,墙、柱等的截面、墙体厚度、门窗间墙的最小宽度都应符合砖的模数;同一片墙的厚度应相同;壁柱间距应有规律;墙体上下洞口宜对齐,使上下层荷载能直接传递;宜避免在纵横墙交接处开门窗洞口或留通长沟槽;砖墙转角处和纵横墙交接处宜沿竖向每隔400~500mm设拉结筋,数量为每120mm墙厚不少于直径为6mm的钢筋或焊接钢筋网片,埋入长度从墙的转角或交接处算起每边不小于600mm。
(七)砌体结构房屋的抗震构造措施
砌体结构房屋的抗震构造措施要遵循抗震设计的基本要求:房屋平立面布置宜规则、对称,沿房屋高度的质量分布和刚度变化宜均匀,楼层不宜错层;房屋所在场地宜选择有利地段和较好的场地土,避开不利地段和较弱的场地土,基础设计应考虑与上部结构相一致的结构体系;抗震结构体系应有明确的计算简图和合理的地震作用传递的途径,宜有多道抗震防线,具备必要的承载能力、良好的变形能力和耗能能力;宜有合理的刚度和强度分布,以避免因局部削弱或突变形成薄弱部位,产生过大的应力或塑性变形集中;抗震构件除应有必要的承载能力和变形能力外,还必须保证构件间具有可靠的连接;应按规定设置钢筋混凝上圈梁和构造柱。构造柱的作用主要是约束墙体的变形,其截面面积不一定很大,但必须与各层纵横墙的圈梁连接,构造柱的最小截面尺寸是240mm×180mm,角柱可适当增加,构造柱和圈梁连接处的纵筋应穿过圈梁,确保上下贯通。构造柱应先砌墙后浇注混凝土,连接处应砌成大马牙槎以便加强整体性和便于检查。钢筋混凝土构造柱的设置要求见表2-39
表2-39砖房构造柱设置要求
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