砌体强度设计值的调整

第2章　村镇砌体结构材料及其力学性能

村镇住宅结构及结构构件材料的物理性能、力学性能和耐久性能应符合国家现行标准的有关规定及设计要求，且应符合抗震性能要求。砌体是由块体和砂浆砌筑而成的整体材料。根据砌体中是否配置钢筋，砌体可以分为无筋砌体和配筋砌体。考虑到村镇的技术经济条件及适应性，本章重点论述无筋砌体材料及其基本力学性能。

2.1　砌体材料

2.1.1　砖

在中国，砖是砌体结构中应用最为广泛的一种块材，历史仅次于石材。主要包括烧结普通砖、烧结多孔砖和非烧结硅酸盐砖等。

烧结普通砖是以页岩、煤矸石、粉煤灰、黏土为主要原料，装模成型后，送入焙烧窑经过高温烧结而成，见图2.1（a）。最常用的标准砖规格尺寸为240mm×115mm×53mm，国外很多国家的砖基本上也采用这个尺寸。根据《砌体结构设计规范》（GB 50003—2011），按抗压强度分为MU30、MU25、MU20、MU15 和MU10五个强度等级，具体要求应满足表2.1的规定。

以页岩、煤矸石、粉煤灰、黏土为主要原料，经焙烧而成，孔洞率不小于25%，孔的尺寸小但数量多，主要用于承重部位的砖称为烧结多孔砖，简称多孔砖，见图2.1（b）。其强度等级划分同烧结普通砖。当孔洞率大于或等于40%时，主要用于非承重部位的砖称为烧结空心砖。

图2.1　我国主要的砖种类

表2.1　烧结普通砖、烧结多孔砖强度等级（MPa）

非烧结硅酸盐砖主要包括蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖，见图2.1（c）、图2.1（d）。蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖是以粉煤灰或其他矿渣或灰砂为原料，添加石灰、石膏以及骨料，经胚料制备、压制成型、高效蒸汽养护等工艺制成。蒸压砖的抗冻性、耐蚀性、抗压强度等多项性能都优于实心黏土砖的人工石材。砖的规格尺寸与普通实心黏土砖完全一致，为240mm× 115mm×53mm，所以用蒸压砖可以直接代替实心黏土砖，是国家大力发展、应用的新型墙体材料。蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖的抗压强度分为MU25、MU20、MU15和MU10四个强度等级。值得注意的是，在确定蒸压粉煤灰砖的强度等级时，应考虑碳化的影响，其抗压强度应乘以自然碳化系数，当无自然碳化系数时应取人工碳化系数的1.15倍。此外，蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖不得用于长期受热200℃以上、受急冷急热和有酸性介质侵蚀的建筑部位，MU15及以上的蒸压灰砂砖可用于基础及其他建筑部位，蒸压粉煤灰砖用于基础或用于受冻融和干湿交替作用的建筑部位时，必须使用一等砖。蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖中粉煤灰掺量不宜过多，否则易引起墙体裂缝。

上述各种砖中，烧结普通砖是一种传统材料，但需耗大量黏土，不利于可持续发展。我国实心黏土砖已被列为限时、限地禁止使用的墙体材料；“十一五”期间，积极推进禁止使用实心黏土砖（简称：“禁实”），2010年底全国城市城区基本完成“禁实”任务，新型墙体材料比重达到55%的目标，全国以非黏土多孔砖、轻质墙板、砌块为主的新型墙体材料生产和应用格局基本形成，建筑应用比例达到65%以上，部分城市在禁止使用的基础上，积极推进禁止生产。部分省市在完成城市城区“禁实”任务基础上，有序向县城推进，一些地区正积极向有条件的农村推进。黏土多孔砖、页岩实心和多孔砖属于过渡的墙体材料；实心或多孔的煤矸石砖、粉煤灰砖、灰砂砖以及粉煤灰砖属于新型墙体材料［1］。

2.1.2　砌块

制作砌块的材料很多，如普通混凝土、轻骨料混凝土以及各种工业废渣、粉煤灰配制的混凝土等。砌块按尺寸大小可分为小型、中型和大型三种。一般砌块外形尺寸可达标准砖的6～60倍，接近6倍的一般谓之“小型砌块”，接近60倍的一般谓之“大型砌块”，介于当中的谓之“中型砌块”。

目前主要应用的有混凝土小型空心砌块、轻骨料混凝土小型空心砌块及实心砌块等，国内主要砌块规格示于图2.2。

图2.2　我国主要的砌块规格

混凝土空芯砌块与黏土砖同属脆性材料，其抗压强度较高，承重砌块通常由重骨料混凝土构成，块材芯孔率约在45%～50%（按主块型计算），砌块常用强度等级为MU7.5和MU10，较高可达MU20，低层建筑可用MU5。国家标准和规范规定：砌块的强度等级是按砌块毛截面积进行确定的，实际块材混凝土强度为砌块标定强度一倍以上，如MU10砌块，块材混凝土强度等级为C20以上。块材应在台式震动成型机上成型，成型机的激振强度愈大块材强度也愈高，同时密实度也愈高，其抗渗性和抗收缩性也愈好。

根据《混凝土小型空心砌块》（GB 8239—1997），砌块的主规格尺寸为390mm×190mm×190mm，孔洞率不小于25%，砌块强度等级划分为六个等级，考虑到低强度砌块运输过程中质量无法保证，表2.2只列出五种强度等级砌块。根据《轻集料混凝土小型空心砌块》（GB／T 15229—2002），砌块的主规格尺寸与普通混凝土小型空心砌块的主规格尺寸相同，但孔的排数有变化。砌块强度等级划分见表2.3。当确定掺有粉煤灰超过15%以上的混凝土砌块的强度等级时，也应考虑碳化的影响。为了控制搬运过程中的破损以及块材的防水，轻集料混凝土小型空心砌块应成组包装（用塑料薄膜）；普通混凝土小型空心砌块包装体（用塑料薄膜）的尺寸（每边）宜为800～900mm，以适应村镇运输施工条件（表2.2，表2.3）。

表2.2　普通混凝土小型空心砌块强度等级　　（MPa）

表2.3　轻集料混凝土小型空心砌块强度等级　　（MPa）

村镇住宅承重结构用砖和砌块墙体材料应符合下列规定：

（1）村镇层数为一、二层的房屋，砌体的砂浆可用较低的砂浆强度等级，砖和砌块墙体材料最低强度等级应符合表2.4规定，块体折（劈）压比最低限值应符合国家现行有关标准的规定。

表2.4　砖和砌块材料的最低强度等级

注：1.烧结普通砖用于基础及潮湿环境的内墙时，强度应提高一个等级。
2.多孔砖不应用于基础，用于外墙及潮湿环境的内墙时，强度应提高一个等级。
3.蒸压砖的墙体宜采用专门配制的砂浆砌筑。
4.防潮层以下宜采用实心砖或预先将孔灌实的多孔砖（空心砌块）。
5.基础、室内地坪以下及潮湿环境砌体的砂浆强度等级不应低于M10，且应为水泥砂浆砌筑。
6.水泥砂浆的最低水泥用量不应小于200 kg／m3。
7.水泥砂浆密度不应小于1 900 kg／m3，水泥混合砂浆密度不应小于1 800 kg／m3。

（2）非蒸压硅酸盐砖或砌块及水平孔块体材料不得用于承重墙体。

2.1.3　砂浆

砌体中的砂浆是由胶凝材料（水泥、石灰膏、黏土等）和细骨料（砂）加水拌和而成。砂浆的强度等级划分为：M15、M10、M7.5、M5和M2.5。

根据组成材料，普通砂浆还可分为：

（1）石灰砂浆。由石灰膏、砂和水按一定配比制成，一般用于强度要求不高、不受潮湿的砌体和抹灰层。

（2）水泥砂浆。由水泥、砂和水按一定配比制成，一般用于潮湿环境或水中的砌体、墙面或地面等。

（3）混合砂浆。混合砂浆一般由水泥、石灰膏、砂子拌和而成，一般用于地面以上的砌体。混合砂浆由于加入了石灰膏，起到了保水性的作用，改善了砂浆的和易性且具有必要的稠度，操作起来比较方便，有利于砌体密实度和工效的提高。常用的混合砂浆有水泥石灰砂浆、水泥黏土砂浆和石灰黏土砂浆等。

我国砂浆的强度等级由龄期28 d的砂浆立方体（70.7mm× 70.7mm×70.7mm）的抗压强度指标为依据，这里要特别注意在确定砂浆强度等级时，应采用同类块材为砂浆试块侧模（并垫以吸水纸），底模用木板，每组试块为6块。验算施工阶段新砌筑的砌体强度，因为砂浆尚未硬化，可按砂浆强度为零确定其砌体强度。

砂浆的质量在很大程度上取决于其保水性。保水性不良的砂浆，使用过程中出现泌水、流浆，使砂浆与基底黏结不牢，且由于失水影响砂浆正常的黏结硬化，使砂浆的强度降低。影响砂浆保水性的主要因素是胶凝材料种类和用量、砂的品种、细度和用水量。

保证砂浆具有良好保水性的有效措施，是采用掺有石灰膏的砂浆。当然也可以采用砌筑水泥或能使砂浆具有保水性的其他附加剂，但必须经配比试验确定其含量。ASTM标准测定保水性的方法：将砂浆置于标准真空度为51mm水银（Hg）柱条件下一分钟，使砂浆失去水分后，测量真空抽水前后流动度，后者与前者之比80%为合适。

此外，砌筑砂浆施工时的稠度也有一定的要求，砂浆应进行试配，合理地选择砂的骨料组成，方可获得良好品质的砂浆。砂粒过细虽和易性较好，但强度偏低，并有气孔；砂粒过粗，砂浆显得干硬，和易性较差，砌缝抗渗性也差。砂的细度模量一般宜控制在2.50左右。

应当特别指出，砌块的高度为190mm，比黏土砖大得多（黏土砖高度为53mm），竖缝砌筑难度较大。如果砂浆稠度较差，在竖向端面铺挂砂浆是困难的，即是说，砌块砌筑对砂浆的要求比黏土砖要高。根据国家相关标准规定砌块砌筑砂浆的分层度为10～30mm，砂的细度模量宜为2.4～2.7，施工中应从严掌控，以保证获得较好的稠度。表2.5给出了不同砌体种类的砌筑砂浆的施工稠度。砌筑砂浆的稠度具体测试方法参见《建筑砂浆基本性能试验方法标准》（JGJ／T 70—2009）。

表2.5　砌筑砂浆的施工稠度　　（mm）

2.2　砌体的受压性能

2.2.1　块体和砂浆的受压性能

砌体是由块材和砂浆两种材料组成的，首先讨论块材、砂浆的受压性能。

同济大学曾对砖的轴心受压性能进行过试验。从原砖中锯出53mm×56mm×160mm的棱柱体，将两端磨平后，用环氧水泥把钢垫块粘在两端，在试件的两侧贴有电阻应变片测量变形。通过破坏形态的观测表明，砖是一种脆性材料。在达到极限强度前，应力—应变曲线接近于直线；在达到极限强度后，很快就达到极限变形而下降。通过试验获得砖的弹性模量为：烧结普通砖的平均弹性模量为1.3×104　MPa；粉煤灰砖的平均弹性模量为1.2×104 MPa。

同济大学还对棱柱体砂浆受压试件进行试验，试件尺寸70.5mm×70.5mm×211.5mm。与砖相比，显然砂浆的变形能力较好。试验获得的砂浆的割线弹性模量如表2.6所示。

表2.6　砂浆的割线弹性模量

2.2.2　砌体受压性能

1）普通砖砌体

普通砖砌体轴心受压时从开始加载至破坏，按照裂缝的出现和发展的特点，可划分为三个受力阶段。图2.3为砖砌体的轴心受压破坏情况。

图2.3　砖砌体的轴心受压破坏情况

　第一阶段：从砌体开始受压，压力不断增大至单块砖内出现第一条裂缝（有时为数砖、数条，称第一批裂缝）见图2.3（a）。如不增加荷载，砖上裂缝也不发展，在试验中表现为千分表指针的读数维持不变。根据大量的试验结果，砖砌体内第一批裂缝发生于破坏荷载的50%～70%。

　第二阶段：随着压力的增大，单块砖内裂缝不断发展，并逐渐连接成一段段的裂缝，沿竖向通过若干皮砖，见图2.3（b）。这时，即使不增加荷载，裂缝仍然继续发展，千分表指针的读数在增大。此时的荷载约为破坏荷载的80%～90%，在实际结构中若发生这种情况，应看做是结构临近破坏。

　第三阶段：压力继续增大，裂缝很快加长、加宽，砌体被贯通的竖向裂缝分割成若干个独立的半砖小柱而破坏，见图2.3（c）。其特点是局部砌体被压碎或小柱体失稳破坏。此时砌体的强度称为砌体的破坏强度。

分析砖砌体受压破坏过程可见，砖砌体在受压破坏时，一个重要的特征是单块砖先开裂，且砌体的抗压强度总是低于它所用砖的抗压强度。这是因为砌体虽然承受轴向均匀分布的压力，但是在砌体的单块砖内却产生复杂的应力状态。

砖块在砌体中出现如此复杂的受力状态（图2.4），其主要原因是：

图2.4　砌体内砖的复杂应力状态

（1）砖是通过砂浆用人工砌成整体的，由于砂浆厚度及密实性不均匀，造成砖块受到上下不均匀的压力，上述原因都使砖块处于同时受压、受弯、受剪甚至受扭的复合受力状态。

（2）砌体在竖向压力作用下，砖和砂浆各自的横向变形系数不同。前面提到，砖的弹性模量较砂浆要高，因而砖块相应的横向变形比砂浆小得多。这样，较大的砂浆横向变形使砖在水平方向受拉。由于砖内出现了附加拉应力，便加快了砖裂缝的出现。

（3）竖向灰缝上的应力集中。由于竖向灰缝不饱满以及砂浆收缩等原因，砂浆与砖的黏结力减弱，使砌体整体性受到影响。

2）多孔砖砌体

烧结多孔砖砌体轴心受压相对于普通砖砌体有如下不同点：

（1）砌体内产生第一批裂缝时压力较普通砖砌体的高，约为破坏力的70%；

（2）砌体受力的第二阶段，出现裂缝的数量不多，但裂缝竖向贯通的速度快；

（3）多孔砖砌体轴心受压时，自第二至第三个受力阶段经历时间较短，临近破坏时砖的表面普遍出现较大面积的剥落。

上述现象是由于多孔砖的高度比普通砖的高度要大，但孔壁较薄，致使多孔砖砌体较普通砖砌体具有更为显著的脆性破坏特征。

3）混凝土小型空心砌块砌体

混凝土小型空心砌块砌体轴心受压时，按照裂缝的出现、发展和破坏特点，亦划分为三个受力阶段。但是考虑到空心砌块具有孔洞率大、壁薄，若灌孔则块体和芯柱共同工作等特点，使其破坏特征有别于普通砖砌体，主要表现在以下几个方面：

（1）在受力的第一阶段，砌体内通常只产生一条竖向裂缝，由于砌块高度较普通砖要大，第一条裂缝的宽度虽较细，但往往在一块砌块的高度内贯通。

（2）对于空心砌块砌体，第一条竖向裂缝常在砌体宽面上沿砌块孔洞角部处产生。随着压力的增加，沿砌块孔边缘或砂浆竖缝产生裂缝，并在砌体窄面产生裂缝。最终因窄面上的裂缝急剧加宽而破坏，砌块砌体破坏时裂缝数量较普通砖砌体破坏时的裂缝数量要少得多。

（3）对于灌孔砌块砌体，第一条竖向裂缝常在砌块孔洞中部的肋上产生，随荷载的增加，砌块四周的肋对芯柱混凝土起到一定的约束作用。这种约束作用与砌块和芯柱混凝土的强度有关，当砌块抗压强度与芯柱混凝土的抗压强度不匹配时，且前者远小于后者时，砌块周边先于芯柱开裂；当两者匹配时，砌块与芯柱均产生竖向裂缝，表明它们能较好地共同工作。随着压力的不断增加，芯体混凝土的横向变形增大，砌块孔洞中部肋上的竖向裂缝加宽，砌块的肋向外鼓出，导致砌体完全破坏。

试验表明，空心砌块砌体与灌孔砌体，其开裂荷载与破坏荷载之比值较为接近［1］。

2.2.3　影响砌体抗压强度的因素

影响砌体抗压强度的因素有：块材和砂浆的强度、砂浆的弹塑性性质、砂浆铺砌时的流动性、砌筑质量等。

1）块材和砂浆的强度

块材和砂浆的强度指标是确定砌体强度最主要的因素。由于砌体中的块体内处于压、弯、剪等复合受力状态，砌体破坏时，块体的抗压强度并未被充分利用。研究表明，提高块体的抗压强度和加大块体的抗弯刚度，是提高砌体抗压强度的有效途径。

对于提高砌体抗压强度而言，试验研究表明，提高块体的强度等级比提高砂浆的强度等级更为有效。

加大块体抗弯刚度可以提高砌体的抗压强度，砌体强度随着块体厚度的增加而增加，而随着块体长度的增加而降低。因此，材料验收规范中规定，对一定强度的块材，必须有相应的抗弯（抗折）强度要求。

此外，块体的形状愈规则、表面愈平整，灰缝的厚度将愈均匀，愈有利于砌体抗压强度的提高。

2）砂浆的弹塑性性质

砂浆相对于块材具有一定的弹塑性性质。在砌体中随着砂浆变形率增大，块材受到的弯剪应力和横向拉应力也增大，拉应力也随之增大，则砌体强度将有较大的降低。在一般情况下，随着砂浆强度的减低，变形率同时增大。

3）砂浆铺砌时的流动性

砂浆的流动性大，容易铺成厚度和密实性较均匀的灰缝，因而可减小上述弯剪应力，即可以在某种程度上提高砌体的强度。采用混合砂浆代替水泥砂浆就是为了提高砂浆的流动性。纯水泥砂浆的流动性较差，所以纯水泥砂浆砌体强度应降低些（约15%）。前苏联的试验得出纯水泥砂浆砌体强度降低为13%，而施楚贤等人得出平均仅降低5%。然而，也不能过高地估计砂浆流动性对砌体强度的有利影响，因为砂浆的流动性大，一般在硬化后的变形率也大。此外，砂浆流动性过大对砌筑竖缝的砌筑也存在不利影响。

4）砌筑质量

砌体是由人工砌筑的，因此施工中的砌筑质量对砌体强度影响很大。

在砌筑过程中，灰缝的饱满、均匀和密实度等因素对块材在砌体中的受力状态影响较大。同济大学进行过试验，砂浆强度4.7 MPa的砌体应比砂浆强度0.9 MPa的砌体高37%，由于砌筑技术水平的差异反而低48%。一般要求水平灰缝砂浆的饱满度不得低于80%。

此外，砖的含水率也会影响砌体抗压强度。湖南大学的试验指出，用含水率为10%的砖砌筑的砌体抗压强度与干燥的砖砌筑的砌体抗压强度之比为1.25，由此可见施工中将砖浸水是很重要的。特别需要提醒的是，对于混凝土砌块、粉煤灰等砌块不能浸水。

2.2.4　砌体抗压强度的平均值与设计值

由于影响砌体抗压强度的因素很多，建立一个相对精确的砌体抗压强度公式是比较困难的。几十年来，我国通过大量的试验数据，通过统计与回归分析，规范采用了一个比较完整、统一的表达砌体抗压强度平均值的计算公式［6］：

式中　f 1、f 2——块体、砂浆抗压强度平均值，MPa；

　　　k1、α、k2——系数，见表2.7。

表2.7　各类砌体轴心抗压强度平均值计算公式中的参数值

注：1.k 2在表列条件以外时均等于1。
2.混凝土砌块砌体的轴心抗压强度平均值，当f 2＞10 MPa时，应乘以系数1.1～0.1f 2，MU20的砌体应乘系数0.95，且满足f 1≥f 2，f 1≤20 MPa。

根据《建筑结构设计统一标准》（GB 50068）的规定，砌体强度的标准值与平均值的关系为如下计算公式：

式中　f k——砌体强度的标准值；

　　　δf——砌体强度的变异系数，其值通过试验结果统计确定。

砌体强度的设计值则为：

式中　γf——砌体结构的材料性能分项系数。

当施工质量控制等级达到文献［8］规定的B级水平时，取γf ＝1.6；当施工控制等级为C时，γf＝1.8。

根据文献［6］规定龄期为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，应根据块体和砂浆的强度等级分别按下列规定采用：

（1）烧结普通砖和烧结多孔砖砌体的抗压强度设计值，应按表2.8采用。

表2.8　烧结普通砖和烧结多孔砖砌体的抗压强度设计值（MPa）

注：当烧结多孔砖的孔洞率大于30%时，应按表中数值乘以0.9。

（2）蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖砌体的抗压强度设计值，应按表2.9采用。

表2.9　蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖砌体的抗压强度设计值（MPa）

注：当采用专用砂浆砌筑时，应按表中数值采用。

（3）单排孔混凝土砌块和轻骨料混凝土砌块砌体的抗压强度设计值，应按表2.10采用。

表2.10　单排孔混凝土和轻骨料混凝土砌块砌体的抗压强度设计值（MPa）

注：1.对错孔砌筑的砌体，应按表中数值乘以0.8。
2.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。
3.对T形截面砌体，应按表中数值乘以0.85。
4.表中轻骨料混凝土砌块为煤矸石和水泥煤渣混凝土砌块。

（4）孔洞率不大于35%的双排孔或多排孔轻骨料混凝土砌块砌体的抗压强度设计值，应按表2.11采用。

表2.11　双排孔或多排孔轻骨料混凝土砌块砌体的抗压强度设计值（MPa）

注：1.表中的砌块为火山渣、浮石和陶粒轻骨料混凝土砌块。
2.对厚度方向为双排组砌的轻骨料混凝土砌块砌体的抗压强度设计值，应按表中数值乘以0.8。

（5）混凝土普通砖和混凝土多孔砖砌体的抗压强度设计值，应按表2.12采用。

表2.12　混凝土普通砖和混凝土多孔砖砌体的抗压强度设计值（MPa）

当房屋纵、横墙开洞的水平截面面积率分别不大于50%和25%时，对于层数不超过两层、地震烈度6、7度时层高不超过3.6m、8度时层高不超过3.3m、横墙间距不大于5.4m、房屋宽度不大于9m的砌体结构房屋，在不同地震抗震设防烈度下的各种砌体所使用的砌筑砂浆的强度等级建议不低于表2.13～表2.16中的强度等级。

表2.13　不同烈度下的实心砖砌体（墙厚不小于240mm）房屋砂浆的强度等级建议值

表2.14　不同烈度下的多孔砖砌体（墙厚等于240mm）房屋砂浆的强度等级建议值

表2.15　不同烈度下的蒸压砖砌体（墙厚不小于240mm）房屋砂浆的强度等级建议值

表2.16　不同烈度下的普通砌块砌体（墙厚等于190mm）房屋砂浆的强度等级建议值

注：以上各表中的砂浆强度等级说明如下，如表2.14中一层、8度（0.2g）对应砂浆M2.5意思是：在8度（0.2g）烈度下，房屋总层数为一层时，墙体只需用M2.5等级砂浆砌筑即可满足地震作用下的抗震承载力要求。再如表2.16中两层、7度（0.15g）对应砂浆M10意思是：在7度（0.15g）烈度下，房屋总层数为两层时，一、二层的所有墙体只需用M10等级砂浆砌筑即可满足地震作用下的抗震承载力要求。

2.3　砌体的受拉、受剪性能

与砌体受压相比，砌体的抗拉强度很低。抗压强度主要取决于块体的强度，而受拉、受弯和受剪破坏一般均发生于砂浆与块体的连接面上，因此砌体抗拉、抗弯和抗剪强度主要取决于灰缝强度，即取决于灰缝中砂浆和块体的黏结强度。

值得注意的是，砂浆和块体在水平灰缝内和在竖向灰缝内的黏结强度是不同的。在竖向灰缝内，由于未能很好地填满砂浆，并且由于砂浆硬化时的收缩而削弱，以至完全破坏两者的黏结。因此在计算中对竖向灰缝的黏结强度不予考虑［4］。

2.3.1　砌体的轴心受拉

按照外力作用于砌体方向的不同，砌体可能发生如图2.5所示的三种破坏。当轴向拉力与水平灰缝平行时，砌体可能发生沿竖向及水平向灰缝的齿缝截面破坏见图2.5（a）；或者沿块体和竖向灰缝截面破坏，见图2.5（b）。一般当块体强度等级较高而砂浆的强度等级较低时，砌体发生前一种破坏形态；当块体的强度等级较低而砂浆的强度等级较高时，砌体则发生后一种破坏形态。当轴向拉力与砌体的竖向灰缝平行时，砌体可能沿通缝截面破坏，见图2.5（c）。由于灰缝的法向黏结强度是不可靠的，在设计中不允许采用沿通缝截面的轴心受拉构件。

图2.5　砌体的轴心受拉破坏特征

2.3.2　砌体的弯曲受拉

如图2.6所示，砌体弯曲受拉时，也可能发生三种破坏形态：沿齿缝截面破坏，见图2.6（a）、沿砖与竖向灰缝截面破坏，见图2.6（b），以及沿通缝截面破坏，见图2.6（c）。与轴心受拉相似，砌体的弯曲受拉破坏形态也与块体和砂浆的强度等级有关。

图2.6　砌体的弯曲受拉破坏特征

考虑到沿齿缝截面破坏和沿通缝截面破坏的两种情况（图2.7），《砌体规范》规定的砌体弯曲抗拉强度的主要强度指标有：砌体弯曲抗拉强度平均值、砌体弯曲抗拉强度设计值。

图2.7　沿齿缝破坏和沿通缝破坏

2.3.3　砌体的受剪性能

与受压相比，砌体的受剪是另一较为重要的性能。如图2.8所示，砌体受剪可能发生三种破坏形态：沿通缝破坏，见图2.8（a），沿齿缝破坏，见图2.8（b），以及沿阶梯形缝破坏，见图2.8（c）。如上所述，由于竖向灰缝不饱满，抗剪能力很低，竖向灰缝强度可不予考虑。因此，可认为这三种破坏的砌体抗剪强度相同。

图2.8　砌体的受剪破坏特征

砌体沿通缝截面的受剪试验有多种方案，砌体可以有一个受剪面，见单剪图2.9（a），或两个受剪面，见双剪图2.9（b）。然而，早期规范推荐的单剪试验方案测出的试验数据离散性较大，现在基本已不使用，普遍采用文献［9］推荐的双剪试验。但是，实际上不论何种方案，都不能做到真正的“纯剪”。

图2.9　砌体抗剪强度试验方案对比

影响砌体抗剪强度的因素主要有：块材和砂浆的强度、竖向压应力、砌筑质量等。

1）块材和砂浆的强度

对于破坏截面仅发生在水平和竖向灰缝处的抗剪砌体，砂浆强度高，抗剪强度就会随之增大，此时块体强度影响很小。对于破坏截面发生在灰缝和块材处的抗剪砌体，块体强度高，抗剪强度亦随之提高，此时砂浆强度影响很小。

2）竖向压应力

当竖向压应力小于砌体抗压强度平均值的60%的情况下，砌体的抗剪强度随着压应力的增加增长逐步减慢。当竖向压应力大于砌体抗压强度平均值的60%后，砌体的抗剪强度随着压应力的增加迅速下降，以致当竖向压应力等于砌体抗压强度平均值时，抗剪强度为零（图2.10）。整个过程包括了剪摩、剪压和斜压等三个破坏阶段与破坏形式（图2.11）。

图2.10　竖向应力对砌体抗剪强度的影响

图2.11　砌体的剪压复合破坏特征

3）砌筑质量

砌体的灰缝饱满度及砌筑时块体的含水率对砌体的抗剪强度影响很大。例如，南京新型建材厂的试验表明，对于多孔砖砌体，当水平向和竖向的灰缝饱满度均为80%时，与灰缝饱满度为100%的砌体相比，抗剪强度降低26%。

此外，砌体抗剪强度还与试件形式、尺寸及加载方式等有关。

2.3.4　砌体抗拉、抗剪强度的平均值与设计值

砌体抗拉、抗弯和抗剪强度的统一公式如下：

式中k3、k4、k5如表2.17所示。

表2.17　砌体抗拉、抗弯和抗剪平均值的影响系数

表2.13中的系数k 3、k 4、k 5是根据国内对各类砌体总共1　378个试件的试验结果统计确定的，试验值和计算值之比平均为1.02，变异系数为0.184。

根据文献［6］的规定：龄期为28 d的以毛截面计算的各类砌体的轴心抗拉强度设计值、弯曲抗拉强度设计值和抗剪强度设计值，当施工质量控制等级为B级时，应按表2.18采用。

表2.18　沿砌体灰缝截面破坏时砌体的轴心抗拉强度设计值、弯曲抗拉强度设计值和抗剪强度设计值（MPa）

注：1.对于用形状规则的块体砌筑的砌体，当搭接长度与块体高度的比值小于1时，其轴心抗拉强度设计值f t和弯曲抗拉强度设计值f tm应按表中数值乘以搭接长度与块体高度比值后采用。
2.表中数值是依据普通砂浆确定的，采用经研究性试验且通过技术鉴定的专用砂浆砌筑的蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖砌体，其抗剪强度设计值应按普通砂浆强度等级砌筑的烧结普通砖砌体采用。
3.对混凝土普通砖、混凝土多孔砖、混凝土和轻集料混凝土砌块砌体，表中的砂浆强度等级分别为：≥Mb10、Mb7.5及Mb5。

2.4　砌体强度设计值的调整

因为砌体强度设计值调整系数关系到结构的安全，虽然上述给出砌体在不同受力状态下的砌体强度计算公式和取值，但村镇建筑中砌体的使用情况多种多样，难以把握，在某些情况下的砌体强度可能降低，在有的情况下需要适当进行提高或者降低。因而在设计计算时还需考虑砌体强度的调整，即将砌体强度设计值乘以调整系数γa。根据文献［6］的规定，对下列情况的各类砌体，γa应按下列情况进行取值：

（1）对无筋砌体构件，其截面面积小于0.3m2时，γa为其截面面积加0.7；对配筋砌体构件，当其中砌体截面面积小于0.2m2时，γa为其截面面积加0.8；构件截面面积以m2计。

（2）当砌体用强度等级小于M5.0的水泥砂浆砌筑时，对上述表中各种砌体抗压强度设计值的数值，γa为0.9；对表2.18中数值，γa为0.8。

（3）当验算施工中房屋的构件时，γa为1.1。

近年来，四川省建筑科学研究院对大孔洞率条型孔多孔砖砌体力学性能试验表明，中、高强度水泥砂浆对砌体抗压强度和砌体抗剪强度无不利影响，当砂浆强度不小于5 MPa时，可不作调整。

此外，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时，砌体强度和稳定性可不验算。

2.5　砌体的弹性模量、线胀系数和收缩率、摩擦系数

2.5.1　砌体的弹性模量

1）砌体的弹性模量

根据砌体受压应力－应变曲线，可以定义砌体的切线弹性模量（即受压应力－应变曲线上任意一点的切线的斜率，如图2.12中的E′＝tanα′）、割线模量（即受压应力－应变曲线上任意一点与原点连线的斜率，如图2.12中的E＝tanα）。

图2.12　砌体受压时的应力应变曲线

原点处的切线模量称为初始弹性模量E 0，该数值是难以由试验方法测准的。《砌体规范》规定的砌体弹性模量E为应力－应变曲线上应力为0.43f m处的割线模量。E与E 0间近似有：

文献［6］对不同强度等级砂浆砌筑的砌体的弹性模量，取用与砌体抗压强度设计值成正比的关系，其数值可直接查用表2.19。

表2.19　砌体的弹性模量　　（MPa）

注：1.轻集料混凝土砌块砌体的弹性模量，可按表中砌块砌体的弹性模量采用。
2.表中砌体抗压强度设计值不需按2.4节的要求进行调整。
3.表中砂浆为普通砂浆。采用专用砂浆砌筑的砌体的弹性模量也可以按此表取值。
4.对混凝土普通砖、混凝土多孔砖、混凝土和轻集料混凝土砌块砌体，表中的砂浆强度等级分别为：≥Mb10、Mb7.5及Mb5。

单排孔且对孔砌筑的混凝土砌块灌孔砌体的弹性模量，应按下列公式计算：

式中，f g为灌孔砌体的抗压强度设计值。

2）砌体的剪变模量

国内外对砌体剪变模量的试验和研究极少。根据材料力学公

式为：

式中，ν为泊松比，即砌体在轴心受压情况下，横向变形与纵向变形的比值。

砌体的泊松比分散性很大，根据国内大量试验结果，砖砌体的泊松比约为0.15，砌块砌体的泊松比为0.3。代入式（2－7），砖砌体和砌块砌体的剪变模量分别约为0.43E和0.38E。GB 50003规范建议，对各类砌体，剪变模量可取弹性模量的0.4倍。

2.5.2　砌体的线性膨胀系数和收缩率、摩擦系数

1）砌体的线性膨胀系数和收缩率

考虑到砌体在温度作用下的变形性能，需要知道砌体的线性膨胀系数。GB 50003规范根据不同的砌体种类给出其线性膨胀系数和收缩率，见表2.20。

表2.20　砌体的线膨胀系数和收缩率

注：表中的收缩率系由达到收缩允许标准的块体砌筑28 d的砌体收缩率，当地方有可靠的砌体收缩试验数据时，亦可采用当地的试验数据。

混凝土砌块（包括各类混凝土砖和灰砂砖、粉煤灰砖）的收缩（包括凝缩、干缩和温度收缩）和徐变变形总和需要多年才能完成，砌筑后第一至三个月大约完成总变形的25%，一年左右完成总变形的50%。因此施工过程中（尤其是施工早期）应特别注意砌块吸水的多少，以及由此引起的收缩变形。砌块块材的凝缩经过28天的养护期已大部分完成，问题在于：干燥收缩对砌块仍在反复进行。特别在块材产出后不久，如果有多次吸水，砌块会随水分挥发，反复产生干缩变形。限制施工用水进入砌块墙体内，在砌块砌体规范中是特别强调的，否则就难以控制砌块墙体收缩变形和裂缝。

此外，砌体的收缩与块体的上墙含水率、砌体的施工方法等有密切关系。

2）砌体的摩擦系数

砌体与砌体接触面之间或砌体与混凝土等其他材料接触面之间，滑动时的摩擦力与法向压力的比值即为砌体的摩擦系数。根据接触面的干燥或潮湿状态而取不同的值。GB 50003规范给定的砌体的摩擦系数见表2.21。

表2.21　砌体的摩擦系数

本章参考文献

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