第六讲砌体结构正常使用极限状态

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。
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。
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。
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。
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）。
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
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
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。
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）
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。
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。
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。
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）
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
Construction 18A.2006 CRACK CONTROL IN CONCRETE MASONRY WALLS, TEK 10-1A. NCMA, 2005. CONTROL JOINTS FOR CONCRETE MASONRY WALLS - EMPIRICAL METHOD ,
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
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）
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
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。
裂缝宽度＝εs 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。
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。
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）