无筋砌体承载力计算

2.由于各类砌体在强度达到极限时的变形值有较大的差别，因 此砌体的类型对构件的承载力有较大的影响。为了考虑不同种 类砌体在受力性能上的差异，计算影响系数φ 或查φ 值表时， 构件高厚比β 应按砌体的类型及构件的高厚比乘以不同砌体材 料的高厚比修正系数γ β 对矩形截面 对T形截面
H0 h
2
折算厚度，hT =3.5i
i I A
图3-2 砌体的偏心距影响系数
偏压短柱的承载力可用下式表示
N fA
3.1.2受压长柱的承载力
1.轴心受压长柱
根据材料力学公式可求得轴心 受压柱的稳定系数为
0
1 1 1
2

2
（3-5）
图3-3 受压构件的纵向弯曲
H0 式中 λ——构件长细比， 。 i
1.6 f 1.612 1.612 0.89 1.435 1.8
fA 0.8531.435 0.181106 221.55103 N 221.55kN
N 246.4kN
不满足要求。
点评： 本例是砌体结构的第一个计算例题。内容简单，但也涉及 不少基本概念。
偏Βιβλιοθήκη Baidu距
M 15 106 e 125m m 0.6 y 0.6 310 186m m 3 N 120 10
e 125 0.202 h 620
H0 6000 1.2 11.61 h 620
查表3.1得： = 0.433 柱截面面积 A=0.37×0.62=0.229m2<0.3 m2 γa=0.7+0.229=0.929 查表2.9得砌体抗压强度设计值为1.83Mpa， f=0.929×1.83=1.70 Mpa
图3-4 减小偏心距的措施 （a）设置中心装置垫块（b）设置带缺口的垫块
[例3-1]一无筋砌体砖柱，截面尺寸为370mm×490mm，柱的高度
H=3.3m，计算高度H0=H，柱顶承受轴心压力作用，可变荷载标 准值为30kN，永久荷载标准值150kN（不包括砖柱自重），砖砌 体的重力密度18kN/m3，结构的安全等级为二级，设计使用年限 为50a，采用MU15蒸压灰砂普通砖和M5混合砂浆砌筑，施工质 量控制等级为B级。试验算该砖柱的承载力。若施工质量控制等 级降为C级，该砖柱的承载力是否还能满足要求？ 解：该柱为轴心受压，控制截面应在砖柱底部。 （1）轴向力设计值的计算（γ0=1.0，γL =1.0） 砖柱自重标准值 18×0.37×0.49×3.3=10.77kN 可变荷载控制组合为： N =1.0×[1.2×（150+10.77）+1.0×1.4×30]=234.9kN 永久荷载控制组合为： N=1.0×[1.35×(150+10.77)+1.4×1.0×0.7×30]=246.4kN >234.9kN 所以最不利轴向力设计值N=246.4kN
图3-3 受压构件的纵向弯曲
当轴心受压时，e=0，则有 0 ，即
1 0 2 ei 1 2 i
ei i
1
0
1
对矩形截面 i h / 12 ，代入上式，有
h 1 ei 1 12 0
《规范》给出的矩形截面单向偏心受压构件承载力的影响系数

1 e 1 1 1 12 ( 1) 12 0 h
h
b
y
Nu
h
3.1.1 受压短柱的承载力
1.偏心距对承载力的影响 设砌体匀质、线弹性，按材力公式。截面受压边缘的应力：
N N e y N e y σ 1 2 A I A i
图3-1
砌体受压时截面应力变化
砌体截面破坏时的轴向承载力极限值与偏心距的大小有关。《规范》 采用承载力的影响系数 来反映截面承载力受高厚比和偏心距的影响程度。
3 无筋砌体构件承载力的计算
本章提要
本章较详细地介绍了无筋和有筋砌体结构构件 受压、局部受压、轴心受拉、受弯和受剪承载力的计算 方法，并给出了相应例题。
3.1
受压构件
e Nu
max
在砌体结构中，最常用的是受压构 件，例如墙、柱等。 砌体受压构件的承载力主要取决于 构件的截面面积、砌体的抗压强度、 轴向压力的偏心距及构件的高厚比。 构件的高厚比是构件的计算高度H0 与相应方向边长h的比值，用β表示， 即β= H0/h。当构件的β≤3时称为短 柱，β>3时称为长柱。 对短柱的承载力可不考虑构件高厚 比的影响。
【例3-3】一矩形截面偏心受压柱，截面尺寸为 370mm×620mm，计算高度H0=6m，采用MU15 蒸压粉煤灰普通砖和M5混合砂浆砌筑，施工质量 控制等级为B级。承受轴向力设计值N=120kN， 沿长边方向作用的弯矩设计值M=15kN· m，试验 算该偏心受压砖柱的承载力是否满足要求？ 解： 1、沿截面长边方向按偏心受压验算
2 2 12 当为矩形截面时，有 ，当为T形或十字形截面
时，也有 2 12 2 。
因此式（3-5）可表示为
0
1
1 12

2


2
1 1 2
式中 α——与砂浆强度等级有关的系数，当砂浆强度 等级大于或等于M5时，α=0.0015；当砂浆强度等级等于 M2.5时，α=0.002；当砂浆强度等级f2等于0时，α=0.009。
2、当砌体同时符合表中所列几种使用时，应将砌体的强度设计值连续乘以调整系 数γa。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。对于冬期施工采用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，砌体强度和稳定性可不验算。配筋砌体不得用掺盐砂浆施工。
（3）施工质量控制等级为C级的承载力验算 当施工质量控制等级为C级时，砌体抗压强度设计 值应予降低，此时
H0 3.3 1.2 10.7 h 0.37 查表3.1得： = 0.853

fA 0.8531.612 0.181106 248.88103 N 248.88kN
N 246.4kN
满足要求。
砌体强度设计值的调整系数 考虑到实际工程中的一些不利的因素，各类砌体的强度设计值， 当符合表2.15所列情况时，其砌体强度设计值应乘以调整系数γa。 表2.15 砌体强度设计值的调整系数
使用情况 构件截面面积A小于0.3m2的无筋砌体 γa A +0.7
构件截面面积A小于0.2m2的配筋砌体
当砌体用强度等级小 于M5.0的水泥砂浆砌 筑时 对表2.7~表2.13中的数值 对表2.14中的数值
A +0.8
0.9 0.8 1.1
当验算施工中房屋的构件时 注：1、表中构件截面面积A以m2计；
（3.13） （3.14）
H0 hT
式中 H0——受压构件的计算高度，查表4.4；
h——矩形截面轴向力偏心方向的边长，当轴心受压时 取截面较小边长；
hT——T形截面的折算厚度，可近似按3.5i计算；
i——截面回转半径；
γβ——不同砌体材料的高厚比修正系数，查表3.13。
3.轴向力的偏心距离较大时的设计方法 偏心距较大的受压构件在荷载较大时，往往在使用阶段砌 体边缘就产生较宽的水平裂缝，致使构件刚度降低，纵向弯 曲的影响增大，构件的承载能力显著下降，这样的结构既不 安全也不够经济。对于偏心距超过限值的构件应优先考虑采 取适当的措施来减小偏心距，如采用垫块来调整偏心距，也 可采取修改构件截面尺寸的方法调整偏心距。《规范》规定， 按荷载设计值计算轴向力的偏心距，并不应超过0．6y，即 ’ e≤0．6y
（2）承载力验算
柱截面面积A=0.37×0.49=0.181m2<0.3 m2，砌体强度设计值 应乘以调整系数γa γa=0.7+0.181=0.881
H0 3.5 1.1 10.41 h 0.37
轴心受压砖柱e=0，施工阶段，砂浆尚未硬化，查表3.3得： = 0.512 当验算施工中房屋的构件时，γa为1.1 查表2.8得砌体抗压强度设计值0.82Mpa， f=1.1×0.881×0.82=0.795Mpa 满足要求。 点评：本例也是轴心受压柱，还需注意以下两点： ①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； ②注意多个强度设计值调整系数γa的采用。
370mm×490mm，采用MU15混凝土普通砖和M5混 合砂浆砌筑，施工阶段，砂浆尚未硬化，施工质量控 制等级为B级。柱顶截面承受的轴向压力设计值 N=53kN，柱的高度H=3.5m，计算高度H0=H，砖砌体 的重力密度22kN/m3。试验算该砖柱的承载力是否满 足要求？
解（1）轴向力设计值的计算 砖柱自重22×0.37×0.49×3.5×1.35=18.85kN （采用以承受自重为主的内力组合） 柱底截面上的轴向力设计值 N=53+18.85=71.85kN
2.偏心影响系数
规定砌体受压时的偏心距影响系数按下式计算

1 e 1 i
2
式中 i——截面的回转半径，i
e——荷载设计值产生的轴向力偏心距， e 对矩形截面砌体

1 e 1 12 h
2
I A
M N
对于T形或十字形截面砌体

1 e 1 12 h T
①控制截面的概念，轴心受压柱的控制截面在构件底部； ②砖砌体自重的计算； ③荷载效应组合的设计值应从两组组合值中取最不利值； ④强度设计值调整系数γa的采用； ⑤高厚比修正系数γβ的采用； ⑥影响系数φ的线性插值； ⑦施工质量控制等级为C级时，砌体抗压强度设计值应予 降低。
这都是应该熟练掌握的。
[例3-2]一承受轴心压力的砖柱，截面尺寸为
1 1 12
2
式中
0
2
2

1 1 a 2
对T形或十字形截面受压构件，应以折算厚度hT =3.5i代替上式中的h。
3.1.3受压构件承载力的计算
规范规定无筋砌体受压构件的承载力按下式计算
N f A
式中 N——轴向力设计值；
（3.12）
φ——高厚比β和轴向力偏心矩e对受压构件承载力的影 响系数；
(2-11)
(2-12)
②当仅有一个可变荷载时，应按下列公式中最不利组合进行计算
0 1.2SGk 1.4 LSQk Rf , k ,
0 1.35SGk 1.4 L cSQk Rf , k ,
(2-13) (2-14)
（2）施工质量控制等级为B级的承载力验算 柱截面面积 A=0.37×0.49=0.181m2<0.3 m2 砌体强度设计值应乘以调整系数γa γa =0.7+0.181=0.881 查表2.9得砌体抗压强度设计值1.83Mpa f=0.881×1.83=1.612Mpa
式中 y—— 截面重心到轴向力所在
偏心方向截面边缘的距离。
y
当轴向力的偏心距e超过0.6y时，可采取修改构 件截面尺寸的方法；当梁或屋架端部支承反力 的偏心距较大时，可在其端部下的砌体上设置 带中心装置的垫块或带缺口垫块，如图3-4所示。 中心装置的位置或缺口垫块的缺口尺寸，可视 需要减小的偏心距而定。
f——砌体抗压强度设计值；
A——截面面积，对各类砌体均应按毛截面计算。
0 cri
fm
0 N Nu 0 cri
f m — 取设计值f
0 — 用通式表示

N A
应注意的问题
1. 对矩形截面的构件，当轴向力偏心方向的边长大于另一方 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 受压进行验算。
（5）设计表达式
①当可变荷载多于一个时，应按下列公式中最不利组合进行计算
n 0 1.2SGk 1.4 LSQ1k Qi ciSQik R f , k , i 2
n 0 1.35SGk 1.4 L ciSQik R f , k , i 1
式中：a---与砂浆强度有关的系数；
a根据试验测定取值如下表：
砂浆强 度等级
≥M5
0.0015
M2.5
0.002
M1.0
0.003
M0.4
0.0045
0
0.009
a
注：对矩形截面：≤3为短柱。
2.偏心受压长柱
由图知：长柱最不利截面的偏心距为：
e ei
影响系数：

1 2 e ei 1 i2