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配筋砌体结构设计



第6章 配筋砌体结构设计
6.1 网状配筋砖砌体受压构件

在砌体水平灰缝内设置钢筋网以共同工作,这就是网状配筋砖砌体,又 称横向配筋砖砌体。 常用的钢筋网有:方格钢筋网、连弯钢筋网。用相邻 两皮灰缝中布置的相互垂直的两层连弯钢筋网起一层方格钢筋网同样的作用。 这样,可以用较粗直径的钢筋而又不致于使灰缝厚度过大。 工作原理:共同工作,砌体受压,钢筋受拉 。 效果:阻止横向变形发展,防止过早失稳,间接提高砌体受压承载能力 1.受力全过程:分为三个阶段 第一阶段:加载至出现裂缝; 第二阶段:裂缝发展,但很难形成连续缝; 第三阶段:砖块开裂严重、压碎,一般不会形成1/2砖立柱。

2 .受压承载力

N ? ?n f n A
N 轴向力设计值;

2e ? f n ? f ? 2(1 ? ) fy y 100

Vs ? ? ?100 V

? n 高厚比和配筋率以及轴向力的偏心距对网状配筋砖砌体受压构件 1 承载力影响系数; ? n ? 1 ? ?
?e ? ? 1 ? 1 ? 1? ? 1 ? 12? ? ? ?? h 12 ? ? 0 n ?? ? ? ?
2
0n

1?

1 ? 3? 2 ? 667

f n 网状配筋砖砌体的抗压强度设计值;

轴向力的偏心距; ? 体积配筋率,当采用截面面积为As的钢筋组成的方格网,网格 2A 尺寸为a和钢筋网的竖向间距为sn时, ? ? s 100 asn V , V 分别为钢筋和气体的体积;
s

A 截面面积;

e

f y 钢筋的抗拉强度设计值,当 f y大于320MPa时,仍然采用320MPa.

网状配筋砖砌体受压构件应符合下列规定:
1)偏心距超过截面的核心范围,对于矩形截面即e/h>0.17
时或偏心距虽未超过截面的核心范围,但构件的高厚比
? ? 16 不宜采用网状配筋砖砌体构件;

2)对矩形截面构件,当轴向压力偏心方向的截面边长大于 另一方向的边长时,除按偏心受压计算外,还应对较小

边长方向按轴心受压进行计算;
3)当网状配筋砌体构件下端与无配筋砌体交接时,尚应验 算交接处无筋砌体的局部受压承载力。

3. 网状配筋砖砌体的构造要求
1)网状配筋砌体中的体积配筋率,不应小于0.1%,并不 应大于1%; 采用钢筋网时,钢筋的直径宜采用3-4mm;当采用链弯钢 筋网时,钢筋的直径不应大于8mm; 2)钢筋网中的钢筋间距,不应大于120mm,并不应小于 30mm; 3)钢筋网的竖向间距,不应大于五皮砖,并不应大于 400mm; 4)网状配筋砌体所用的砂浆强度等级不应低于M7.5;钢 筋网应设置在砌体的水平灰缝之中,灰缝厚度应保证钢筋 上下至少各有2mm厚的砂浆层。

[例]砖柱截面尺寸为370×740mm,其计算高度为5.2m,用 MU10红砖,M5混合砂浆砌筑,承受轴心压力设计值N = 450kN。 试验算其承载力。 [解] 先按无筋砌体验算
H 0 5200 ?? ? ? 14.05 h 370
但由于 查表得: ? ? 0.77, f ? 1.5MPa

A ? 0.37 ? 0.74 ? 0.27m2 ? 0.3m2,所以应考虑调整系数,
? a ? 0.7 ? 0.27 ? 0.97,

? a f ? 0.97 ?1.5 ? 1.455MPa

砖柱承载力为:

? Af ? 0.77 ? 370 ? 740 ? 0.97 ?1.5 ? 306752 N ? 307kN ? 450kN
不满足要求。

b 现采用网状配筋加强。用冷拔低碳钢丝 ? 4 ,其抗拉强度设计值

f y ? 430 MPa(甲级Ⅱ组),设方格网孔眼尺寸为60mm,
网的间距为三皮砖(180mm),则
??
2 An 2 ?12.6 ?100 ? ?100 ? 0.233% ? 0.1%且小于1% asn 60 ?180

f y ? 430MPa ? 320MPa, 取f y ? 320MPa

2e ? ) fy y 100 2? 2 ? 0.233 fn ? f ? f y ? 1.5 ? ? 320 ? 2.99MPa 100 100 f n ? f ? 2(1 ?
对于配筋砌体,规范规定其砌体截面面积小于0.2m2时,才考虑调 整系数,因此,此处不必再乘以 ? a 由 ? 及 ? 查表得 ? n ? 0.64

?n Af n ? 0.64 ? 370 ? 740 ? 2.99 ? 523944 N ? 524kN ? 450kN 安全

[例] 已知条件同上题,但轴向力设计值改为N = 200kN,M = 20kN· m(沿截面长边)。已知荷载设计值产生的偏心距e = 95mm。砖柱按上题配置网状钢筋。试验算其承载力。
[解] e = 95mm < 0.17h = 125.8mm
e ? 95 ? 0.128 h 740

f n ? f ? 2(1 ?

2e ? ) fy y 100

? 2 ? 0.095 ? 0.233 f n ? 1.5 ? 2 ?1 ? ? 300 ? 2.225MPa ?? 0.37 ? 100 ?

??

H 0 5200 ? ? 7.03 ? 16 查表求 ? n 时需多次内插,直接按公式计算。 h 740

? 0n ?

1 1 ? ? 0.888 1 ? 3? 2 1 ? 1 ? 3 ? 0.233 ? 7.032 1? ? 667 667

?n ?

1 ? 1 ?1? ? 1 ? 12? e ? 1 ?h ? 12 ? 0n ? ?
2

?

1 ? 1 ? 12? 0.128 ? 1 ? 12 ? 1 ?1? ? 0.888 ? ?
2

? 0.61

?n Af n ? 0.61? 370 ? 740 ? 2.225 ? 371615N ? 372kN ? 200kN, 安全。
尚应沿截面短边方向按轴心受压进行验算,

? ? 5200 ? 14.05 370
对轴心受压 ? n ? ? 0n

? 0n ?

1 ? 0.665 1 ? 3 ? 0.233 ? 14.052 1? 667

f n ? 1.5 ? 2 ? 0.233 ? 320 ? 2.99 MPa 100 ?n Af n ? 0.665 ? 370 ? 740 ? 2.99 ? 544410 N ? 544kN ? 200kN,安全。

6.2 组合砖砌体构件
在砖砌体内配置纵向钢筋或设置部分钢筋混凝土或钢筋 砂浆以共同工作都是组合砖砌体。它不但能显著提高砌体的 抗弯能力和延性,而且也能提高其抗压能力,具有和钢筋混 凝土相近的性能。规范指出,轴向力偏心距超过无筋砌体偏 压构件的限值时宜采用组合砖砌体。 规范所列主要是指由砖砌体和钢筋混凝土面层或钢筋 砂浆面层组成的组合砖砌体。规范还规定,对于砖墙与组 合砌体一同砌筑的T形截面构件,为简化计算可按矩形截面 组合砌体计算。 受力性能:钢筋、混凝土或砂浆直接参与受压

1.轴心受压
在荷载作用下,截面不同材料获得共同的变形,但每种材 料相应于达到其自身极限强度时的压应变并不相同,钢筋最 小,混凝土其次,砖砌体最大,所以组合砖砌体在轴向压力 作用下,钢筋首先屈服,然后面层混凝土达到抗压强度,此 时砖砌体尚未达到其抗压强度。 将组合砌体破坏时截面中砌体的应力与砌体的极限强度 之比定义为砖砌体的强度系数。对于钢筋混凝土面层的组合 砌体,根据试验结果,该系数的平均值为0.945。当面层采用 水泥砂浆时,强度系数平均为0.93。 组合砖砌体构件的稳定系数 ? com 理应介于无筋砌体构件 的稳定系数 ? 0 与钢筋混凝土构件的稳定系数 ? rc 之间, 试验表明 : com ? ? 0 ? 100? ?? rc ? ? 0 ? ? ? rc ?
规范按上式编制成表可直接查用。

组合砖砌体轴心受压构件的承载力可按下式计算:
N ? ? com ( fA ? f c Ac ? ? s f y ' As' )
fc — 混凝土或面层砂浆的轴心抗压强度设计值,砂浆的 轴心抗压强度设计值可取为同强度等级混凝土的轴压强 度设计值的70%,当砂浆为M10时,其值取3.5MPa;当 砂浆为M7.5时取2.6MPa;

? s — 受压钢筋的强度系数,当为混凝土面层时,可取为 1.0;当为砂浆面层时,可取0.9;

2.偏心受压
组合砖砌体偏心受压时,其承载力和变形性能与钢筋混凝土构 件相近。组合砖柱的荷载-变形曲线表明,偏心距较大的柱变形较 大,即延性较好,柱的高厚比对柱的延性也有较大影响,β大的 柱延性也大。

破坏形态:
对于偏心受压组合砖柱,当达到极限荷 载时,受压较大一侧的混凝土或砂浆面层可 达到抗压强度,而受拉钢筋仅当大偏心受压 时,才能达到屈服强度。因此偏压构件破坏 As 基本上可分为: as 小偏压:受压区混凝土或砂浆面层及 部分受压砌体受压破坏; 大偏压:受拉区钢筋先屈服,然后受 压区破坏。破坏形态与钢筋混凝土柱相似。

N eN e’N

A’s a s’ h

组合砖砌体构件偏压破坏时,距轴 向力N较远一侧钢筋As的应力:

N eN e’N

? s ? 650 ? 800? ? f
计算组合砌体偏压柱时,需要考 虑由于柱纵向弯曲所产生的附加偏心 距。由截面边缘极限应变及试验结果 求得:
As as a s’ h A’s

ei ?

? 2h

2000

?1 ? 0.022? ?

' N ? fA' ? f c Ac ? ? s f y' As' ? ? s As 计算公式:

' Ne N ? fS s ? f c S c,s ? ? s f y' As' (h0 ? a s )

受压区高度x可按下式确定:

fS N ? f c Sc , N ? ? s f y ? As? eN ? ? s As eN ? 0
? Ac— 混凝土或砂浆面层受压部分的面积; Ss — 砖砌体受压部分的面积对钢筋A s重心的面积矩; Sc,s— 混凝土或砂浆面层受压部分的面积对钢筋A s重心的面积矩; SN — 砖砌体受压部分的面积对轴向力N作用点的面积矩; Sc,N— 混凝土或砂浆面层受压部分的面积对轴向力作用点的面积矩;

A?— 砖砌体受压部分的面积;

? e ? 、eN—— 分别为钢筋 As 和A s重心至轴向力N作用点的距离。 N

? h ?? e? ? e0 ? ei ? ? ? a ? N ?2 ?

?h ? eN ? e0 ? ei ? ? ? a ? ?2 ?

构造要求
面层混凝土强度等级宜采用C15或C20,面层水泥砂 浆强度等级不得低于M7.5。砌筑砂浆不得低于M5,砖不低 于MU10。砂浆面层的厚度可采用30~45mm,当面层厚度 大于45mm时,其面层宜采用混凝土。 受力钢筋一般采用Ⅰ级钢筋,对于混凝土面层亦可采 用Ⅱ级钢筋。受压钢筋一侧的配筋率对砂浆面层不宜小于 0.1%,对混凝土面层,不宜小于0.2%.受拉钢筋的配筋率不 应小于0.1%。受力钢筋直径不应小于8mm。钢筋净距不应 小于30mm。受力钢筋的保护层厚度,不应小于表6-3规定 箍筋的直径不宜小于4mm及0.2倍的受压钢筋直径,并 不宜大于6mm。箍筋间距不应大于20倍受压钢筋直径及 500mm,并不应小于120mm.当组合砖砌体构件一侧的受力 钢筋多于4根时,应设置附加箍筋或拉结钢筋。

表: 受力钢筋保护层厚度(mm)

环境条件 结构部位

室内正常环境

露天或室内潮湿环 境

墙 柱

15 25

25 35

对于截面长短边相差较大的构件如墙体等,应采用穿 通墙体的拉结钢筋作为箍筋,同时设置水平分布钢筋。水 平分布钢筋的竖向间距及拉结钢筋的水平间距均不应大于 500mm。 组合砖砌体构件的顶部、底部以及牛腿部位,必须 设置钢筋混凝土垫块,受力钢筋伸入垫块的长度,必须满 足锚固要求。

[例] 截面为370×490mm的组合砖柱,柱高6m,两端为不动铰支 座,承受轴心压力设计值N = 700kN,组合砌体采用MU10砖,M5 混合砂浆砌筑,混凝土面层采用C20,HPB235级钢筋。试验算其 承载能力。
[解] 砖砌体面积 A ? 250 ? 370 ? 92500mm2

混凝土截面积 Ac ? 2 ?120 ? 370 ? 88800mm2
f = 1.5MPa(MU10、M5)

和网状配筋砌体一样,对于截面积A < 0.2m2的组合 砌体应考虑强度调整系数 ? a

? a ? 0.8 ? 0.092 ? 0.9
? a f ? 0.9 ?1.5 ? 1.35MPa
f y? ? f y ? 200MPa

f c ? 10MPa C20

截面配筋率 ? ? As? ? 615 ? 0.365 % bh0 370 ? 455
H 0 6000 ?? ? ? 16.2 h 370

查表得 ? com ? 0.775

对于混凝土面层 ? s ? 1.0 ,则

?com ? fA ? f c Ac ? ? s f y? As? ?
? 0.775 ? (1.5 ? 0.9 ? 92500 ? 10 ? 88800 ? 200 ? 615)
= 885069N = 885kN > 700kN 安全。

[例] 有一无吊车房屋的柱,截面尺寸为490×740mm的组合砌体,柱

高7.4m。房屋系刚性方案,承受轴向压力设计值N = 980kN,并在长 边方向作用弯矩设计值M = 49kN· m,按荷载设计值计算的初始偏心 距e = 45mm。采用MU10砖,M5混合砂浆砌筑,面层混凝土采用C20, 钢筋用Ⅰ级钢。求As及As’ 。 [解] 初始偏心距e = 45mm > 0.05h应按偏心受压计算,考虑到e很
小,As肯定受压,但可能不屈服,可暂时按构造配置, 取As = 0.1%×490×740 = 363mm2,选3Φ14,As= 462mm2。

[例] 组合砖柱的截面为490×740mm。采用对称配筋。承受轴 向力设计值N = 400kN,弯矩设计值M = 180kN· m,其它条件同 ? 上题。求 As 及 As

5.3

砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙

一、应用场合
《抗震规范》指出,对于多层砖房应按要求设置钢筋混凝土构 造柱,这里的构造柱设置目的主要是为了加强墙体的整体性,增 加墙体抗侧延性,和一定程度上利用其抵抗侧向地震力的能力。 砖混结构墙体设计中,有时会遇到砖墙竖向承载力不足又不 愿意增大墙体厚度,往往在墙体中设钢筋混凝土柱予以加强,柱 的厚度与墙厚一样,也可以被视为构造柱。 构造柱在墙体中的位置,可以设在墙面的两端,也可以在墙 体中部,或且两者兼而有之。

二、受力性能
过去对这类墙体的承载力计算,习惯于采用折算截面的方法, 即将构造柱的混凝土面积按混凝土弹性模量与砌体弹性模量之比, 换算成砖砌体面积,然后按无筋砌体轴心受压计算公式计算。试验 表明,这种算法高估了混凝土构造柱的承载力。实际上构造柱的抗 压强度往往未能充分发挥,而砖墙就已经被压坏了。

构造柱不但自身可以承受一定荷载,而且与圈梁组成了“构 造框架”对墙体有一定约束作用,此外,混凝土构造柱提高了墙 体的受压稳定性。 有限元分析表明,构造柱附近墙体的竖向压应力比构造柱之间 中部墙体低,中部砌体压应力峰值随着构造柱间距的减小而降低。 电算结果表明层高对组合墙内力分配影响不大,而构造柱间距却 是最主要的影响因素。 根据有限元非线性分析结果,得出组合墙与无构造柱砌体轴 心受压承载力之比,即强度提高系数可按下式计算:

? ? 1 ? 2e

?0.65S

S –– 构造柱的间距

三、组合墙轴心受压承载力计算公式
新修订的砌体结构设计规范采用了与组合砖砌体受压构件承 来反映其差别,即 载力相同的计算模式,但引入强度系数 ?
l=(L1+L2)/2 b An Ac
L1 L2

? N ? ? com [ fAn ? ? ( f c Ac ? f y? As )]

? ? ??? 1 s ? b ?3 ? 0

1 ?4

? ? ? ?

四、组合墙的构造要求


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