建筑结构材料及其设计指标

2.1　建筑结构材料及其设计指标

・2.1.1　混凝土・

1）混凝土强度

混凝土是由水泥、细骨料（如砂子）、粗骨料（如碎石、卵石）和水按一定比例配合搅拌，并经一定的条件养护，经凝结和硬化后形成的人工石材。混凝土的种类是以混凝土的强度等级划分的。混凝土的强度与所用的水泥标号、骨料质量、混凝土配合比、水灰比大小有关，还与制作方法、养护条件、龄期以及测定其强度时所采用的试件形状尺寸、试验方法等有着密切关系。在实际工程中，常用的混凝土强度有立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度等。

（1）混凝土立方体抗压强度（立方强度）

我国现行《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）规定以立方体抗压强度标准值作为衡量混凝土强度的指标。以边长为150 mm的立方体试块，在温度为（20±3）℃，相对湿度不低于90%的环境里养护28 d，以标准试验方法（加荷速度在0.3～0.5 N/（mm²・s））测得的具有95%保证率的抗压强度，用f_cu，k表示。《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）将混凝土等级分为14个强度等级，以立方体抗压强度标准值的大小划分，即C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80，各个等级中数字的单位都是N/mm²，称为立方体抗压强度标准值。一般将强度等级C50以下称为普通混凝土，C60～C80称为高强混凝土。

试验表明，混凝土的立方体抗压强度与试验方法有关。若在试件表面涂以润滑剂，所得混凝土抗压强度数值比不涂润滑剂低得多，这两种试验方法所得出的立方体试件破坏特性也不相同，如图2.1所示。不涂润滑剂者（图2.1（a））破坏时块体四周剥落成两个锥形体；涂润滑剂者（图2.1（b））破坏时则出现与加载方向平行的竖向裂缝。

图2.1　混凝土试块的破坏特征

（a）不涂润滑剂；（b）涂润滑剂

混凝土的立方体抗压强度与试块的尺寸和形状有关。与标准试块相比，试块尺寸越大，实测破坏强度越低；反之越高，这种现象称为尺寸效应。对100 mm的立方体试块，测得的立方体抗压强度应乘以换算系数0.95；对于200 mm的立方体试块，测得的立方体抗压强度应乘以换算系数1.05。

混凝土的立方体抗压强度与试件的龄期和养护条件有关。在一定的湿度和温度条件下，初期混凝土的强度增长较快，以后逐渐减慢，这个强度增长过程往往要持续许多年。另外，混凝土试件在潮湿环境下养护时其后期强度较高，而在干燥环境下养护时，虽然其早期强度较高，但后期强度比前期要低。

在实际工程设计中，要求钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15。当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C20；当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于C20；预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C30，当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土的强度等级不宜低于C40。

（2）混凝土轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）

在实际工程中，混凝土构件是呈棱柱体形状的，采用棱柱体比立方体试件能较好地反映混凝土的实际抗压性能。混凝土轴心抗压强度又称为棱柱体抗压强度，该强度的大小与试块的高度和截面宽度之比（h/b）有关，h/b越大，其承载力比立方体强度降低得越多。当h/b=2～3时，其强度趋于稳定。常用的试件有150 mm×150 mm×450 mm，100 mm×100 mm×300 mm等。试验所得到的抗压强度极限值，即为混凝土轴心抗压强度，设计时称为抗压强度标准值，用f_ck表示。

经试验分析可知，轴心抗压强度平均值μ_fc与立方体抗压强度平均值μ_fcu之间大致有以下关系：

μ_fc=0.76μ_fcu

考虑到实验室条件与工程实际情况的差异及构件尺寸的不同等因素，《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）取：

（3）混凝土轴心抗拉强度

在实际混凝土构件中，对于不允许出现裂缝的受拉构件，如水池池壁、屋架下弦等，混凝土抗拉强度是主要的强度指标。混凝土的抗拉强度很低，一般只有抗压强度的1/18～1/8，且不与抗压强度成正比。混凝土轴心抗拉强度用f_tk表示。

由于影响因素较多，所以测定混凝土抗拉强度的试验方法没有统一，现在常用的有直接轴心受拉试验、劈裂试验及弯折试验3种。

根据我国采用直接拉伸试验方法测得的混凝土轴心抗拉强度的试验结果，混凝土轴心抗拉强度的试验统计平均值μ_ft与立方体抗压强度的试验统计平均值μ_fcu之间有如下关系：

《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）考虑到实际构件与试验的差异，采用：

表2.1、表2.2给出了混凝土强度标准值与设计值。

表2.1　混凝土强度标准值　　　单位：N/mm₂

表2.2　混凝土强度设计值　　　单位：N/mm₂

注：①计算现浇钢筋混凝土轴心受压及偏心受压构件时，如截面的长边或直径小于300 mm，则表中混凝土的强度设计值应乘以系数0.8。当构件质量（如混凝土成型、截面和轴线尺寸等）确有保证时，可不受此限制。

②离心混凝土的强度设计值应按专门标准取用。

（4）复杂应力状态下混凝土的强度

在钢筋混凝土结构中，混凝土处于单向受力状态的很少，往往都处于复合应力状态，由于混凝土材料的特点，对于复合应力状态下的强度至今尚未建立完善的强度理论。

试验表明，双向受压时，一向的强度随另一向压应力的增加而增加，其强度比单向受压高。当双向受拉时，一向抗拉强度基本上与另一向拉应力大小无关。当一向受拉另一向受压时，其抗压强度随拉应力的增加而降低。当混凝土试件在三向受压时，由于侧向约束的作用，延迟了混凝土内部裂缝的产生和发展，侧压力越大，对裂缝的约束作用也越大，破坏时的轴向抗压强度也相应提高。在实际工程中，通过在混凝土构件中配置密排箍筋、螺旋箍筋及钢管等加强对混凝土的侧向约束，以提高混凝土的抗压强度和延性。

试验表明，混凝土的抗剪强度随拉应力的增大而降低，随压应力的增大而增大。但当压应力大于（0.5～0.7）f_c时，抗剪强度随压应力的增大而减少。混凝土的抗压强度由于剪应力的存在而低于单轴抗压强度。在实际工程中，当梁、柱等构件中有剪应力时，应注意其对受压区混凝土强度的影响。

2）混凝土变形

混凝土的变形可以分成两类：一类是由荷载作用产生的变形；另一类是混凝土的收缩变形以及温度、湿度变化产生的变形。对由荷载作用产生的变形，随时间增长变形性能也不同。

（1）混凝土在一次短期加荷时的变形性能

混凝土一次加荷时的变形性能，通常采用h/b=3～4的棱柱体试件来测定，一次加载的应力-应变曲线如图2.2所示。曲线可分为上升段oc和下降段cd。

在上升段曲线开始部分的oa段（σ＜0.3f_c）为直线段，混凝土处于弹性阶段，应力与应变呈正比，在该段内若卸载应变将恢复到零。在ab段（0.3f_c＜σ＜0.8f_c），混凝土发生塑性变形，应变增长速率加快，混凝土内部微裂缝发展。此后，随荷载增加，在bc段（σ＞0.8f_c），裂缝发展加快，宽度加大，塑性变形急剧增大，很快达到峰值c点，此时对应的应变为σ=f_c，f_c称为混凝土的轴心抗压强度。相应于f_c的应变值ε₀约为0.002。

图2.2　混凝土受压时的应力-应变曲线

在下降段cd，由于变形急剧发展，承载力下降，当达到d点时混凝土已被压碎，此时混凝土的应变为极限压应变ε_cu，其值约为0.003，这时构件已破坏。但由于混凝土各碎块间的机械咬合力与摩擦力存在，仍能承担一定荷载。如继续加载，混凝土的变形将仍有发展。

对于不同强度等级的混凝土，其相应的应力-应变曲线有着相似的形状，但也有区别。如图2.3所示，随着混凝土强度的提高，曲线上升段和峰值应变的变化不是很显著，而下降段形状有较大的差异。强度越高，下降段越陡，材料的延性越差。

图2.3　不同强度等级混凝土的应力-应变曲线

图2.4　配置螺旋箍筋混凝土的应力-应变曲线

（2）混凝土的横向变形系数

混凝土在纵向受压变形时，纵向产生压缩应变ε_cv，而横向产生膨胀应变ε_ch，则混凝土的横向变形系数μ可以表示为：

（3）混凝土受约束时的变形特点

在实际工程中，混凝土构件受力时多处于三向受压状态。当受压混凝土受到横向约束时，不仅可以提高混凝土的强度，而且也可以大大提高混凝土的延性。如图2.4所示，在接近混凝土单轴抗压强度以前，箍筋基本不起约束作用；当其应力超过单轴抗压强度后，混凝土处于三向压应力状态，强度和延性明显提高。箍筋越密，强度提高越多，但最多不超过20%，而变形能力却大幅度增长。

（4）混凝土的弹性模量和变形模量

混凝土除在应力很小时应力-应变为直线关系，在受压的其他应力阶段，应力-应变为曲线关系，相应的总应变ε_c包含弹性应变ε_e和塑性应变ε_p两部分，即ε_c=ε_e+ε_p。

为了描述混凝土受压时的应力-应变关系，混凝土的受压变形模量有以下3种表示方法：

·混凝土的原点弹性模量　在图2.5中，过曲线原点做一切线，其倾角的斜率称为混凝土的原点弹性模量，简称为弹性模量，以E_c表示：

图2.5　混凝土弹性模量与变形模量

式中　α₀——混凝土应力-应变曲线在原点处切线与横坐标的夹角。

根据我国建筑科学院等单位的试验结果，混凝土的弹性模量与混凝土的立方体抗压强度之间有如下关系：

《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）给出E_c的取值，见表2.3。

表2.3　混凝土弹性模量E_c

·混凝土的割线模量　在图2.5中，连接O点至曲线任意一点应力为σ_c的割线，其斜率称为割线模量或变形模量，可表示为：

或　　　

式中　ν——混凝土弹性系数，

当σc=0.5f_c时，ν=0.8～0.9；当σc=0.9f_c时，ν=0.4～0.7；当σc≤0.3f_c时，ν=1.0。

·混凝土的切线模量　在混凝土应力-应变曲线上任意一点应力为σc处做切线，其切线的斜率称为混凝土的切线模量，可表示为：

由于混凝土塑性变形的发展，混凝土的切线模量也是一个变值，它随着混凝土的应力增大而减小。

（5）混凝土在重复荷载作用下的变形性能

对混凝土棱柱体试件加载，当压应力达到某一数值时（一般不超过0.5f_c），卸载至零，如此重复循环加载卸载，称为多次重复加载。混凝土棱柱体在多次重复荷载作用下，混凝土的变形性能有明显的变化。当重复到某一次数时，混凝土因严重开裂或变形过大而破坏，这一现象称为“疲劳破坏”。混凝土材料达到疲劳破坏时所能承受的最大应力值称为疲劳强度。疲劳破坏是由于混凝土内部应力集中，微裂缝发展，塑性变形的积累而造成的。通常取加载应力0.5f_c，并能使试件循环次数不低于200万次时发生破坏的压应力值作为混凝土疲劳抗压强度的计算指标，以表示。

（6）混凝土在长期持续荷载作用下的变形性能——徐变

混凝土在长期荷载作用下，应力即使不变，变形也会随时间增长而增加，这一现象称为混凝土的徐变。

试验表明，混凝土的徐变开始时增长较快，以后逐渐减慢，通常在最初6个月内可完成最终徐变量的70%～80%，第1年内可完成90%左右，其余部分在以后几年内逐渐完成，经过2～5年可认为徐变基本结束。

试验还表明，混凝土的徐变与许多因素有关。混凝土的压应力越大，徐变也越大；加荷时混凝土的龄期越短，徐变也越大。另外，水泥用量越多，徐变越大；水灰比越大，徐变也越大。混凝土养护时相对湿度高，徐变会显著减少，在加载前混凝土采用低压蒸汽养护可使徐变减少。

在钢筋混凝土构件中，徐变将使构件中产生内力重分布现象。如钢筋混凝土受压短柱，荷载开始作用时，钢筋和混凝土的压应力是按弹性变形分配的，随着时间的增长，由于徐变的作用，混凝土压应力减少，钢筋的压应力增加，配筋量越大，内力重分布现象越明显。

（7）混凝土的收缩和膨胀变形

混凝土在空气中硬结时，体积减小的现象称为收缩。当混凝土在水中硬结时，体积略有膨胀。一般来说，同体积的混凝土其收缩值比膨胀值大得多。

引起混凝土收缩的原因主要有：一是在硬化初期，水泥与水的水化作用形成一种水泥晶体，而这种水泥晶体化合物较原材料的体积小，宏观上引起混凝土的收缩，我们把这种收缩称为凝缩；另一原因是后期混凝土内自由水分的蒸发而引起的干缩。

试验表明，混凝土的收缩变形随时间增长而增加，初期发展较快，2个星期可完成全部收缩量的25%，1个月可完成约50%，3个月后增长缓慢，一般2年后趋于稳定。

收缩对钢筋混凝土构件的危害很大。对一般构件来说，收缩会引起初始应力，甚至产生早期收缩裂缝。因此，应采取措施减少混凝土的收缩，其办法有：

①加强养护。在养护期内使混凝土保持潮湿。

②减小水灰比。水灰比越大，混凝土收缩量也越大。

③减小水泥用量。水泥含量减少，骨料含量相对增加，骨料的体积稳定性比水泥浆好，可减少混凝土的收缩。

④加强施工振捣，提高混凝土的密实性。混凝土内部孔隙越少，收缩量也就越小。

・2.1.2　建筑钢材・

建筑钢材包括钢筋混凝土结构用钢筋和钢结构用型钢和钢板。本小节主要介绍钢筋混凝土结构用钢筋，钢结构用型钢和钢板在后面章节中介绍。

1）钢筋的化学成分、级别和品种

钢筋的材料性能取决于其化学成分，我国在钢筋混凝土结构中采用的钢筋可分为热轧碳素钢和普通低合金钢。

热轧碳素钢除含主要铁元素外，还含有少量的碳、锰、硅、硫、磷等元素。其中碳元素含量越高，钢筋的强度越高，但塑性降低。通常把含碳量低于0.25%的碳素钢称为低碳钢，含碳量在0.25%～0.6%的碳素钢称为中碳钢，含碳量在0.6%～1.4%的碳素钢称为高碳钢。

普通低合金钢是在碳素钢中加入少量的合金元素，如硅、矾、锰、钛、铌等，用以提高钢筋的强度，同时改善钢材的塑性性能。

钢筋按其生产加工工艺和力学性能，可以分为热轧钢筋、冷加工钢筋、热处理钢筋和钢丝4类。

（1）热轧钢筋

热轧钢筋按其强度由低到高分成四级：HPB300，HRB335（HRBF335），HRB400（HRBF400、RRB400），HRB500（HRBF500），它们由工厂直接热轧成型。

①HPB300级热轧钢筋（）：是由普通碳素钢（Q235）经热轧而成的光面圆钢筋。它是一种低碳钢，质量稳定，塑性好易焊接，易加工成型，以直条或盘圆供货，但强度低。主要用作钢筋混凝土板和小型结构构件的受力钢筋以及各种构件的箍筋和构造钢筋。混凝土强度等级较高时不宜采用。

②HRB335级热轧钢筋（）：主要是由20MnSi低合金钢经热轧而成的钢筋。为加强钢筋与混凝土的粘结力，表面轧制成等高肋（螺纹），现在生产的均为月牙形凸纹，其表面一般有表示强度等级的标志（以数字3表示）。这种钢筋的强度较HPB300级高，塑性和可焊性能都较好，易加工成型。它主要用作大中型钢筋混凝土结构构件的受力钢筋，特别适宜用作承受多次重复荷载、地震作用及其他振动和冲击荷载的结构构件的受力钢筋，是我国钢筋混凝土结构构件中钢筋用材的最主要品种之一。

③HRB400级热轧钢筋（）：是我国对原《混凝土结构设计规范》（GBJ 10—89）规定的Ⅲ级钢筋经过改进生产的品种，又称新Ⅲ级钢筋，外形为月牙形，表面有“4”的标志，含碳量与HRB335级钢筋相当。微合金含量除与HRB335级钢筋相同外，分别添加钒、铌、钛等元素，因而强度有所提高，并保持良好的塑性和焊接性能，是我国今后钢筋混凝土结构构件受力钢筋用材的主导品种，主要用作大中型钢筋混凝土结构和高强混凝土结构构件的受力钢筋。但是这种钢筋由于强度较高，对受拉为主的构件会使裂缝展开加大，因此在实际工程中现行《规范》规定：对轴心受拉和小偏心受拉构件，HRB400级的钢筋抗拉强度只能按HRB335级的钢筋强度值取用。

④RRB400级热轧钢筋（^R）：其代表钢种有K20MnSi，是用HRB335级钢筋经热轧后，穿过生产作业线上的高压水湍流管进行快速冷却，再利用钢筋芯部的余热自行回火而成的钢筋。这种钢筋强度高，同时保持有足够的塑性和韧性。但这种钢筋当采用闪光对焊时，强度会有不同程度的降低。这种钢筋与HRB400级钢筋一样，《规范》规定：对轴心受拉和小偏心受拉构件，钢筋抗拉强度只能按HRB335级的钢筋强度值取用。

⑤HRB500级热轧钢筋（）：是指强度标准值为500 MPa的热轧带肋钢筋，是我国通过对钢筋成分的微合金化而开发出来的一种强度高、延性好的钢筋新品种，表面有“5”的标志。

⑥HRBF335（^F），HRBF400（^F）和HRBF500（^F）级热轧钢筋：是指细晶粒热轧钢筋，该种钢筋是在热轧过程中，通过控轧和控冷工艺形成的细晶粒钢筋，表面分别有“C3”“C4”“C5”的标志。

（2）热处理钢筋

热处理钢筋是由40Si2Mn，48Si2Mn，45Si2Cr热轧钢筋等经过淬火和回火处理后制成。钢筋淬火后强度大幅度提高，但塑性和韧性相应降低。

（3）钢丝

钢丝是指直径小于6 mm的钢筋。品种包括碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线及冷拔低碳钢丝4种。钢丝的直径越细，其强度越高。冷拔低碳钢丝是用直径较小的HPB300级热轧钢筋用冷拔机经过几次冷拔后成型的。钢丝主要应用于预应力混凝土结构。预应力钢筋以钢绞线及高强钢筋作为主导钢筋。

2）钢筋的强度和变形

钢筋混凝土结构所用的钢筋按其在单调受拉时应力-应变曲线性质不同，可将钢筋分为有明显屈服点和无明显屈服点的钢筋。

（1）有明显屈服点的钢筋

有明显屈服点的钢筋，工程上习惯称为软钢，从加荷到拉断，可分成4个受力阶段。图2.6所示为软钢的应力-应变曲线。自开始加荷至应力达到a点之前，应力-应变呈线性关系，a点应力称为比例极限，Oa段属于弹性工作阶段；应力达到b点后钢筋进入屈服阶段（b至d），应力增加幅度很小而应变仍在增大，产生很大的塑性变形，d点应力称为屈服强度，在应力-应变曲线中cd段呈现近似水平线段，称为屈服阶段；超过d点后应力-应变关系重新表现为上升的曲线，de段称为强化阶段。曲线最高点e对应的应力称为抗拉强度或极限强度。此后钢筋试件产生颈缩现象，应力-应变曲线开始下降，应变继续增加，到f点断裂，ef段称为破坏阶段。

图2.6　有明显屈服点的钢筋的应力-应变曲线

图2.7　钢筋的弯曲试验

钢筋断裂点f所对应的横坐标为伸长率，可用式（2.8）计算：

式中　δ——伸长率；

　l——钢筋拉断后合起来的长度；

　l₀——钢筋拉断前的长度。

伸长率的大小标志钢筋的塑性性能。δ越大，表示钢筋的塑性性能越好。钢筋的塑性除用伸长率表示外，还可用冷弯性能试验来检验，如图2.7所示。钢筋塑性越好，冷弯角就越大。

由于钢筋屈服后产生较大的塑性变形，这将使构件的变形与裂缝宽度大大增加，以致影响使用，所以在钢筋混凝土构件计算中采用屈服强度作为构件破坏时的钢筋强度计算指标，以屈服强度作为钢筋强度标准值的取值依据。从屈服强度到极限强度，钢筋还有一定的强度储备。

（2）无明显屈服点的钢筋

无明显屈服强度的钢筋，工程上习惯称为硬钢。硬钢强度高，但塑性差、脆性大。从加载到拉断，不像软钢那样有明显的屈服阶段。图2.8所示为硬钢的应力-应变曲线，由图2.8可知，无明显屈服点的钢筋中只有一个强度指标，即抗拉强度或极限强度。

图2.8　硬钢的应力-应变曲线

在设计中，一般取残余应变为0.2%时所对应的应力σ0.2作为无屈服点钢筋的强度值，通常称为条件屈服强度。为了简化计算，《规范》统一取σ0.2=0.8σb（其中σb为无明显屈服点钢筋的抗拉强度），作为强度标准值的取值。

表2.4给出了普通钢筋的抗拉强度标准值f_yk、抗拉强度设计值f_y和抗压强度设计值f′y。

表2.5给出了预应力钢筋的抗拉强度标准值f_ptk、抗拉强度设计值f_py和抗压强度设计值

表2.4　普通钢筋强度取值　　　单位：N/mm₂

注：①在钢筋混凝土结构中，当用作受剪、受扭、受冲切承载力计算时，其强度设计值大于360 N/mm²时应取360 N/mm²；

②构件中配有不同种类的钢筋时，每种钢筋应采用各自的强度设计值。

表2.5　预应力钢筋强度取值　　　单位：N/mm₂

续表

注：当预应力钢筋的强度标准值不符合表中的规定时，其强度设计值应进行相应的比例换算。

3）钢筋的冷加工

对有明显屈服点的钢筋进行冷加工，可改善钢材的内部组织结构，以提高钢材的强度。冷加工的方法有冷拉、冷拔和冷轧。

（1）冷拉

冷拉是将有明显屈服点的热轧钢筋在常温下把钢筋应力拉到超过其原有的屈服点，然后再卸载，若钢筋再次受拉，则能获得较高屈服强度的一种加工方法。通过冷拉可以提高钢筋的强度，但同时也降低了钢筋的塑性。对HPB300级盘圆钢筋冷拉还可达到除锈的目的。钢筋冷拉的一般伸长率可达7%～10%，从而节约了钢材。

应注意，钢筋经过冷拉只可提高其抗拉屈服强度，却不能提高其抗压屈服强度。

（2）冷拔

冷拔是将盘条钢筋用强力使其通过直径比其还小的硬质合金拔丝模，经过多次冷拔，盘条钢筋截面减小而长度增长，其抗拉强度和抗压强度都得以提高，但降低了钢筋塑性。

（3）冷轧

热轧钢筋再经过冷轧，轧制成表面有不同花纹的钢筋，其内部组织结构更加紧密，使钢材的强度和粘结性有所提高，但塑性有所降低。冷轧是目前钢筋冷加工普遍采用的一种方法，主要品种有冷轧带肋钢筋和冷轧扭钢筋。

·冷轧带肋钢筋　冷轧带肋钢筋是采用低碳热轧盘圆进行减小直径冷轧，可提高其抗拉强度，表面轧制成带横肋的月牙形钢筋，有两面肋和三面肋两种，直径为4～12 mm，多用作钢筋混凝土板的受力钢筋，也适宜用作预应力混凝土构件的配筋。

·冷轧扭钢筋　冷轧扭钢筋是以HPB300级盘圆钢筋为原材料，经冷轧成扁平状并经扭转而成的钢筋，直径为6.5～14 mm，强度比原材料强度可提高近1倍，抗拉设计强度可达360 N/mm²，但延性较差，主要用作钢筋混凝土板的受力钢筋。

・2.1.3　砌体结构材料・

1）砌体结构材料种类和强度等级

（1）块材

块材是砌体结构的主要组成部分，通常占砌体总体积的80%以上。块材分天然材料和人工材料两大类，人工材料主要有烧结普通砖、烧结多孔砖、非烧结硅酸盐砖、混凝土砌块和石材等。

·烧结普通砖和烧结多孔砖　烧结普通砖又称普通黏土实心砖。烧结多孔砖是指砖中孔洞（竖向孔）率不小于25%，主要由黏土或页岩、煤矸石经过焙烧而成的砖。实心砖自重大，多孔砖可减轻墙体自重，改善墙体的保温隔热性能，但强度较实心砖低。为保护耕地资源，改善环境，全国许多地区已禁止使用黏土实心砖，推广采用非黏土材料制成的块体。

承重多孔砖的型号主要有KP1型（240 mm×150 mm×90 mm）、KP2型（240 mm×180 mm×115 mm）、KM1型（190 mm×190 mm×90 mm），“K”表示“多孔”，“P”表示“普通”，“M”表示“模数”。图2.9为部分多孔砖的示意图。

图2.9　多孔砖

烧结普通砖和用于承重部位的烧结多孔砖强度等级有MU30，MU25，MU20，MU15，MU10五级。

·非烧结硅酸盐砖　非烧结硅酸盐砖是以硅酸盐材料、石灰、矿渣、粉煤灰等为主要材料压制成型，经过蒸汽养护制成的实心砖。常用的有蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖和矿渣砖等，此类砖抗冻性、长期强度稳定性及防水性较差，不得用于长期受热200℃以上、受急冷急热和有酸性介质侵蚀的建筑部位。

蒸压灰砂砖强度等级有MU25，MU20，MU15三级；蒸压粉煤灰砖强度等级有MU25，MU20，MU15三级。

·砌块　砌块一般由混凝土、水泥矿渣或粉煤灰制作而成，常用的有混凝土空心砌块、加气混凝土砌块、水泥矿渣空心砌块、粉煤灰硅酸盐砌块。按尺寸和质量分为小型、中型和大型3类，高度在180～350 mm一般为小型砌块，高度在360～900 mm一般为中型砌块，高度在900 mm以上一般为大型砌块。

砌块强度等级有MU20，MU15，MU10，MU7.5，MU5五级。

·石材　建筑石材由于其强度高，抗冻性和抗水性好，主要用于建筑物基础、挡土墙等。石材按加工后的外观规则程度分成料石和毛石。

石材强度等级有MU100，MU80，MU60，MU50，MU40，MU30，MU20七级。

（2）砂浆

砌体中砂浆的作用是将块材连成整体，改善块材在砌体中的受力状态，提高砌体结构的防水、隔热和抗冻性能。按配料成分不同，砂浆可分成水泥砂浆、混合砂浆、非水泥砂浆和混凝土砌块砌筑砂浆。

·水泥砂浆　水泥砂浆的强度高，主要用于地下结构或经常受水侵蚀的砌体部位，但它保水性和流动性较差，施工较其他砂浆困难。

·混合砂浆　混合砂浆的强度较高，耐久性、保水性和流动性较好，便于施工，质量易保证，主要用于地面以上砌体部位。

·非水泥砂浆　非水泥砂浆主要有石灰砂浆、石膏砂浆等，它们的强度较低，主要用于墙面装饰抹灰。

·混凝土砌块砌筑砂浆　混凝土砌块砌筑砂浆由水泥、砂、水、掺和料和外加剂按一定比例拌和制成，是专门用于砌筑混凝土砌块的砂浆。

砂浆的强度等级由边长为70.7 mm的立方体试块，经过28 d养护，通过标准试验方法测得的抗压强度平均值确定，用符号“M”表示，单位MPa，有M15，M10，M7.5，M5和M2.5五级。

砌筑砂浆除应满足强度要求外，还应满足流动性和保水性的要求，以保证砌筑时能均匀地摊铺，并在运输和砌筑中具有保持水分的能力。

（3）块材和砂浆材料的选择

《砌体结构设计规范》（GB 50003—2011）规定，5层及5层以上房屋的墙，以及受振动或层高大于6 m的墙、柱所用材料的最低强度等级为：砖MU10、砌块MU7.5、石材MU30、砂浆M5。对安全等级为一级或设计使用年限大于50年的房屋，墙、柱所用材料最低强度等级应至少提高一级。

对于潮湿房间以及防潮层和地面以下的砌体，所用块材及砂浆最低强度等级应满足表2.6的规定。

表2.6　潮湿房间以及防潮层和地面以下砌体所用材料最低强度等级

注：在冻胀地区，地面以下或防潮层以下的砌体，当采用多空砖时，其空洞应用水泥砂浆灌实；当采用混凝土砌体时，其空洞应采用强度等级不低于Cb20的混凝土灌实。

2）砌体的力学性能

（1）砌体的种类

砌体分为无筋砌体和配筋砌体两类。

·无筋砌体　无筋砌体由块体和砂浆组成，包括砖砌体、砌块砌体和石砌体。

砖砌体：包括实心黏土砖砌体、多孔砖砌体、蒸压粉煤灰砌体等，用标准砖可砌成厚度为120 mm（半砖），240 mm（一砖），370 mm（一砖半），490 mm（两砖），620 mm（两砖半）墙体，多孔砖可砌成90 mm，190 mm，240 mm，290 mm厚墙体。

砌块砌体：具有自重轻、保温隔热性能好、经济环保的特点，但强度和整体性不如砖砌体。

石砌体：分料石砌体、毛石砌体、毛石混凝土砌体，其自重大且隔热性能差，主要用作一般民用建筑的基础和墙体。

·配筋砌体　配筋砌体是指在灰缝中配置钢筋或钢筋混凝土的砌体，包括网状配筋砌体、组合砌体。配筋砌体不仅提高了各种砌体的强度和抗震性能，还扩大了砌体结构的应用范围。

网状配筋砌体：又称横向配筋砌体，主要是在砖柱或砖墙一定间隔的水平灰缝中放置方格钢筋网片或连弯钢筋网（图2.10），在砌体构件受压时，网状配筋可约束砌体的横向变形，从而提高砌体结构的抗压强度。

图2.10　砖砌体中的横向配筋

（a）方格钢筋网片；（b）连弯钢筋网；（c）水平钢筋

组合砌体：是在砌体外侧预留的竖向凹槽或外侧配置纵向钢筋，再浇筑混凝土或砂浆形成的砌体，如图2.11所示。在砌块孔洞中，插入钢筋后浇筑混凝土形成的芯柱也属于一种组合砌体。

图2.11　组合砌体

（a）竖向凹槽配置纵向钢筋；（b）外侧配置纵向钢筋

（2）砌体的抗压强度

龄期为28 d的以毛截面计算的各类砌体抗压强度设计值，当施工质量控制等级为B级时，根据块体和砂浆的强度等级可分别按表2.7至表2.9采用。当验算施工阶段砂浆尚未硬化的新砌砌体的强度和稳定性时，砂浆强度按零考虑。

表2.7　烧结普通砖和烧结多孔砖砌体的抗压强度设计值f　　　单位：MPa

表2.8　蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖砌体的抗压强度设计值f　　　单位：MPa

表2.9　单排孔混凝土和轻集料混凝土砌块砌体对孔砌筑的抗压强度设计值f　　　单位：MPa

注：①对独立柱或厚度为双排组砌的砌块砌体，应按表中数值乘以0.7；

②对T形截面砌体，应按表中数值乘以0.85。

当出现下列情况时，表中的强度设计值应乘以调整系数γa：

①无筋砌体构件，其截面面积A＜0.3 m²时，γ_a=0.7+A。

②当砌体采用水泥砂浆砌筑时，γ_a=0.9。

③吊车房屋砌体，跨度不小于9 m的梁下烧结普通砖砌体，跨度不小于7 m的梁下烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖砌体，混凝土和轻骨料混凝土砌块砌体，γa=0.9。

④当验算施工中房屋的构件时，γ_a=1.1。

⑤当施工质量控制等级为C级时，γ_a=0.89。

（3）影响砌体强度的因素

①块材和砂浆的强度。块材和砂浆的强度是影响砌体强度的首要因素，其中块材的强度是最主要因素。块材的抗压强度越高，其相应的抗拉、抗弯和抗剪强度也较高，砌体的抗压强度也相应提高。砌体的抗压强度随块材和砂浆强度等级的提高而提高，但采用提高块材强度等级比提高砂浆的强度等级更有效。

②砂浆的性能。砂浆除强度外，其保水性、流动性等性能对砌体抗压强度也有很大影响。流动性合适、保水性良好的砂浆铺成的水平灰缝较均匀，且密实性较好，可以提高砌体抗压强度。混合砂浆的流动性、保水性较水泥砂浆好，有利于砌体抗压强度的发挥。

③块材的形状和灰缝厚度。块材的厚度大，其相应的抗拉、抗弯和抗剪强度也较高，砌体的抗压强度也相应提高。块材表面规则平整时，砌体的强度也相应较高。

灰缝厚较容易铺设均匀，但过厚其横向变形也愈大，块材的横向拉应力也愈大，砌体的抗压强度愈低，灰缝较薄则不易铺设均匀。正常施工标准的灰缝厚度应控制在8～12 mm。

④砌筑质量。砌筑质量包含的因素是多方面的，如块材砌筑时的含水率、工人的技术水平、现场管理水平、灰缝饱满度等。《砌体结构工程施工质量验收规范》（GB 50203—2011）将砌筑施工质量控制等级分为A，B，C三级，见表2.10。当采用A级砌筑施工质量控制等级时，砌体抗压强度设计值可提高5%；采用C级砌筑施工质量控制等级时，砌体抗压强度设计值应降低。

表2.10　砌筑施工质量控制等级