第六讲砌体结构正常使用极限状态

裂缝控制系数（mm/mm）
0.0010
0.0015
最大墙片尺 长度（m）
寸
长高比
最小水平配筋率As/An
7.62 2.5 0.0007
6.10 2
0.0007
1.3.4 配筋限制裂缝宽度
水平配筋间距≤1219mm，就能有效控制裂缝产生，且无 需设置控制缝。当设计不设控制缝的砌体时，应使钢筋的 变形仍处于弹性范围内，这样可使砌体裂缝宽度最小化。
2.1.3 变形要求
位移限值 在组合荷载作用（包括地震荷载）下，层间位移Δ不大
于所采用的合法规范中的允许层间位移Δα，若合法的规 范中未指定允许层间位移，则按照ASCE7－02取值。
计算位移应乘以系数Cd，该系数按合法规范中规定采 用，若没有则按照ASCE7－02取值。 无筋砌体挠度：按未开裂截面特性计算 配筋砌体挠度：按开裂截面特性计算，挠度计算时截面 的弯曲刚度、剪切刚度特性不应超过毛截面特性的1/2， 除非按开裂截面进行分析。
弹性变形是由于结构上各种荷载作用产生的可逆变形。
对于支承于框架结构上的填充墙和饰面墙，由于主体结 构的变形而产生不均匀的变形，从而导致开裂。这时的 框架填充墙就成了承重墙。
1.1.5 徐变
徐变或塑性流动，是荷载或应力作用下材料的持续的不可逆 变形。砌体和混凝土的徐变变形量取决于：应力大小、材料 龄期、应力时间长短、材料质量和环境因素。
砖墙经历的温度变化范围为砌体高温和低温的平均温度差。 温差一般取38°C。
1.1.2 潮湿变形
砌体材料一般随着含水量的增加而膨胀，减少而收缩。有的 材料是可逆的，有的材料是不可逆的或部分可逆。
1）粘土砖砌体
吸湿膨胀，不可逆 在砌体中，砖的湿膨胀会由于砂浆的收缩而有所减少。 由于砖在墙体中所占的面积较大，砖砌体仍然表现为湿膨 胀。 美国规范为膨胀（0.3mm/m），我国规范为收缩 （0.1mm/m）
使用建议值，则得到：
mu (0.0003 0 0.0000072 38)L 0.0005735 L
1.2.3 混凝土砌体的收缩变形 混凝土收缩变形是由干缩、碳化收缩和温差引起的收缩变
形的总和，称为“裂缝控制系数”。
干缩应为上墙含水率到平衡含水率之间的收缩变形， 故砌体的干燥收缩值去块材的50％（美国规范）。 50％×0. 00065mm/mm＝0.000325 （按ASTM实际有差异）
碳化收缩系数取0.00025 mm/mm。 热膨胀系数取值为0.0000081 mm/mm/°C。若温度差 值为38.9°C，温度收缩值可取0.00028 mm/mm。
裂缝控制系数： 0.000325＋0.00025＋0.00028＝0.000855mm/mm 根据ASTM,实际取值范围：0.00063～0.00108 mm/mm。
MASONRY VENEERS, TEK 10-4. NCMA, 2001. 梁建国, 彭茂丰.美国砌体结构房屋裂缝控制 .建筑砌块与砌块建筑，2007
A.W.Hendry, F. M. Khalaf. Chapter 5 ,Masonry Wall Construction[M].
1 裂缝
控制缝间距
经验法
基于经验法的最大控制缝间距要求： 1）墙体长高比不超过1.5； 2）墙长不超过7.62m。
工程法 “裂缝控制系数”
若能将裂缝宽度限制在0.51mm以内，则防水涂层就能有 效地防止渗水，可以用这个裂缝宽度限值作为计算所需 水平配筋量的基础。根据该限值和“裂缝控制系数”规 定值，当最小水平钢筋配筋率As/An≥0.0007时，控制缝 设置的间距规定值见表。
饱和到平衡含水率（相对含水率约17％）范围内的 收缩值，一般为0.2 至 0.45 mm/m。
1.1.3 碳化收缩
碳化收缩是由于水泥水化物与空气中二氧化碳之间的一 种不可逆的反应，它慢慢持续好几年。目前美国也没有 碳化收缩的试验方法标准，美国砌块协会（NCMA）建 议取0.25 mm/m。
1.1.4 弹性变形
TEK 10-2B. NCMA, 2005. CONTROL JOINTS FOR CONCRETE MASONRY WALLS - ALTERNATIVE
ENGINEERED METHOD , TEK 10-3. NCMA, 2003. CRACK CONTROL FOR CONCRETE BRICK AND OTHER CONCRETE
第六讲 砌体结构正常使用极限 状态与耐久性
裂缝 变形 耐久性
参考文献
BIA. Volume Changes - Analysis and Effects of Movement. Technical Notes on Brick Construction 18.2006
BIA. Accommodating Expansion of Brickwork. Technical Notes on Brick
1.4 我国控制裂缝的方法
变形缝： 伸缩缝（主要是温度） 沉降缝 防震缝
配筋（非系统的） 圈梁、构造柱 墙内适当配筋
2 变形（挠度）
2.1 美国规范 2.1.1 刚度
刚度计算应取不开裂的截面特征，按构件毛截面计算。 2.1.2 梁的挠度
恒载和活载作用下梁和过梁的挠度应小于1/600或7.6mm。
2.2.2.2 挠度估算
影响因素很多，很难准确计算，如： a）支座约束按简支计算有误差； b) 不知道准确的荷载作用，或者一部分荷载为长期荷载； c）构件是否开裂也对挠度产生很大差异。
一般用弹性分析估算挠度，按以下基本假定： 1）按毛截面进行刚度计算，不考虑钢筋； 2）平截面假定； 3）钢筋不论受拉还是受压，均是弹性的 4）受压砌体为弹性。区别短期荷载下弹性模量、考虑徐变收 缩的长期弹性模量取值； ——对粘土砖和普通混凝土砌块砌体，Em=0.45fk kN/mm2； ——对硅酸钙、加气混凝土和轻骨料混凝土砌体，Em=0.3fk kN/mm2。 挠度可以用作用的弯距来计算，或者直接按悬臂梁计算。
3.2 影响砌体结构的耐久性的因素
十分复杂，主要取决于以下四方面因素： 材料的自身特性：砌体的吸水率 设计与施工质量：块材品种选择、块材强度等级、防雨防 潮措施、灰缝饱满度等 结构所处的环境：我国钢筋混凝土分五类，见表 结构的使用条件与防护措施：防雨措施等
3.3 冻融 冻融破坏主要是存在于砖中的非化学结合水结冰体积
2.3 我国规范 最大横墙刚度或最大挠度验算
3 耐久性
3.1 砌体结构的耐久性
砌体结构的耐久性是指结构对气候作用、化学侵蚀、 物理作用或任何其他破坏过程的抵抗能力。
在结构随着使用时间的延续，受结构使用条件及环 境侵蚀等因素的影响，加之设计和施工的不当，将发 生材料老化与结构损伤，这是一个不可逆的过程，这 种损伤的累积将导致结构性能劣化，承载力下降和耐 久性降低。
红砖膨胀
混凝土砌块收缩
1.1.7其它原因
其他导致砌体变形的原因还有：钢筋的锈蚀、框架结构的 侧移以及地基不均匀沉降。
1.2 组合变形的估算 1.2.1 墙体变形类型
建筑材料
砖砌体 混凝土砌体
荷载变形 （可逆）
√ √
温度变形 （可逆）
√ √
潮湿变形 （可逆）
×
√
潮湿变形
碳化变形
（不可逆） （不可逆）
1.1 开裂的原因 1.1.1 温度变形 无约束条件时，这种变形是可逆的。温度变形为材料线
涨系数与温度改变和构件长度的乘积。
材料 砖砌体 混凝土砌体 混凝土 结构钢 蒸压加气混凝土
设计线涨系数（×10－6/°C） 7.2 8.1 9.9 11.7 8.1
砖墙的表面温度要比周边温度高很多，主要影响因素有墙的 朝向、颜色、墙体类型、隔热层及其位置等。
式中， Se——膨胀缝间距； we——膨胀缝宽度； ej——膨胀缝材料的延展性（％）。
膨胀缝宽度类似与砂浆缝，一般10～13mm， 最大尺寸取决于密封剂的能力。
1.3.3 控制缝 控制缝用来减轻非烧结块材 砌体的收缩裂缝。
控制缝的位置： 墙高变化处； 墙厚改变处，如管道和壁柱； 基础和楼板变形缝处； 支承在墙上的屋面和楼面变形缝处； 门窗洞口的一侧或两侧； 墙角或交叉墙处，控制缝间距不大于直墙控制缝间距的一半。
2.1.4 墙体平面外挠度设计
在水平荷载（不考虑荷载系数）作用下，跨中挠度限值
δs≤0.007h，并应考虑P-△效应。
当Mser<Mcr时，
s

5M crh2 48Em I g
当Mcr<Mser<Mn时，
s

5M crh2 48Em I g
5 M ser M cr 48Em I cr
饱和状态下，砖的霜冻也会产生膨胀，霜冻膨胀对总膨胀的 影响较小。砖砌体霜冻变形系数一般取2×10－4mm/mm。 吸水饱和的砖一般在-10°C以下时发生霜冻膨胀，其变形可 以忽略。
2）混凝土砌体
干燥收缩是含水量改变的作用。
尽管砂浆、灌浆和混凝土砌块都是混凝土制品，由于砌 块在墙中占的比重最大，它的收缩对整个墙的收缩起主 导作用。因此仅仅用砌块的收缩特性来建立墙体的裂缝 控制设计准则。
h2
式中，Mser为不考虑荷载系数（荷载标准值）的跨中最大弯距 Mcr= Snfr
fr为modulus of rupture,（相当我国的弯曲抗拉强度）
2.2 英国BS5628
2.2.1 无筋砌体
竖向荷载下的砌体构件的承载力满足要求后，由于裂缝所引 起的正常使用极限状态就满足了。
应该评估对结构不利的风险因素：作为隔墙的非承重构件， 由于温度湿度改变、徐变、沉降和弯曲变形所导致的收缩 或膨胀，如有必要需进行一定的构造处理。
徐变 （不可逆）
√
×
√
×
√
√
1.2.2 砖砌体的膨胀变形
砖砌体在无约束时膨胀变形 mu (ke k f kt T )L
式中，mu——砖砌体总的无约束变形（mm）； ke——湿膨胀系数（mm/mm）； kf——霜冻膨胀系数（mm/mm）； kt——温度膨胀系数（mm/mm/°C）；
ΔT——温度差（°C）； L——墙长（mm）。
Construction 18A.2006 CRACK CONTROL IN CONCRETE MASONRY WALLS, TEK 10-1A. NCMA, 2005. CONTROL JOINTS FOR CONCRETE MASONRY WALLS - EMPIRICAL METHOD ,
2.2.2 配筋砌体
2.2.2.1 一般规定
结构或结构的一部分的变形不得影响结构性能和结构 的使用，尤其是抵抗天气的性能。
结构变形限制： a）悬臂构件挠度（包括温度、徐变和收缩）不应该大于 1/125，其他构件不大于1/250； b）施工后发生的结构变形不影响隔墙和装饰，挠度应小 于跨度/500或20mm。 c) 装饰在预应力砌体上时，总的向下的挠度不超过跨度 /300，除非相邻砌块间的变形面保持均匀。
裂缝宽度＝ห้องสมุดไป่ตู้s l
式中：εs为钢筋的屈服应变，εs＝fy/Es=0.002mm/mm； l为受拉钢筋的长度。
为了使钢筋受力后变形处于弹性范围内，砌体内的拉力必须 小于钢筋的抗拉屈服强度： F t A n ≤f y As或As ≥F t An /fy 将数值代入公式，得：
As ≥0.009An 当满足该要求时，配足水平配筋可将砌体的裂缝宽度控 制在0.51mm之内，可不用设置控制缝。
砖砌体的徐变主要产生在砂浆，徐变系数取0.1×10-4 mm/mm / MPa。
混凝土砌体由于含有水泥，徐变变形较粘土砖砌体大。 徐变系数取0.36×10-4 mm/mm / MPa。
1.1.6 不同材料间的变形差 混凝土砌体的总体趋势是收缩，而粘土砖砌体趋于膨
胀，两种材料结合在一起时，他们之间产生变形差。 禁止不同材料混砌。
膨胀产生水压力和砖（砂浆）中的过冷水发生迁移产生 渗透压两者共同作用的结果。冻融产生体积膨胀，表面 出现裂缝，逐渐发展为表面剥蚀脱落，松散破坏，坍落。
1.3 裂缝控制方法
1.3.1 材料性能
块材的总的干燥收缩值不超过0.65mm/m ； 块材的体积吸水率 。
混凝土砖的最大吸水率限制（kg/m3）
等级 N S
轻质 240 288
中等 208 240
普通 160 208
1.3.2 粘土砖砌体膨胀缝
水平膨胀缝的间距和宽度：
Se

(ke
wjej k f kt T )100