1 砌体结构概述

Masonry Structure

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周葆春工学博士

Email：zhoubcxynu@163.com

1砌体结构

学分：2

先修课程：材料力学、结构力学、土木工程材料、钢筋混凝土结构基本原理

课程性质：本课程为土木工程专业的一门必修专业课。(建筑工程专业，桥梁工程专业，道路与铁道工程专业，地下、岩土、矿山专业)教学/学习目的：掌握土木工程中砌体结构构件计算的基本理论和砌体结构的有关知识。

2《砌体结构》课程基本要求

1. 了解砌体结构在建筑工程中的作用地位，块体材料和砂浆的种类及其相应的性能，各类砌体的特点及选用方法。

2. 深入理解砌体抗压强度及其主要影响因素。理解砌体抗拉、抗弯、抗剪强度。了解砌体的变形性能。掌握砌体强度设计值的确定方法并能正确使用。

3. 理解无筋砌体受压构件的受力特点。熟练掌握无筋砌体受压构件、砌体及梁下砌体局部受压承载力计算方法。熟练掌握刚性方案多层房屋墙体设计及墙、柱高厚比验算方法。掌握墙体设计中的构造要求。

4.了解混合结构房屋空间工作性能，横向配筋砌体及组合的应用条件与设计方法。理解墙梁、过梁、挑梁的受力特点并掌握其计算要点及构造要求。

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1 砌体结构概述

1.1 砌体结构简史

1.2 砌体结构的优缺点

1.3 砌体结构的应用范围

1.4 砌体结构的发展

5砌体结构：原指用砖、石材、砂浆砌筑的结构，称为砖石结构，当也考虑采用砌块时统称为砌体结构。

《砌体结构设计规范GB50003-2001》定义

砌体结构masonry structure：由块体和砂浆砌而成的墙、柱作为建筑物主要受力构件的结构。是砖砌体、砌块砌体和石砌体结构的统称。

砖砌体，包括烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖无筋和配

筋砌体；砌块砌体，包括混凝土、轻骨料混凝土砌块无筋和配筋砌体；石砌体，包括各种料石和毛石砌体。

由于建筑结构的水平构件通常是钢筋混凝土构件，因此，将这种由竖向的砌体构件与水平的混凝土构件所组成的结构称为混合结构。

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以砖、石材作为建筑材料，通过将其与砂浆或小石子混凝土砌筑而成的砌体所建成的结构为“砖石结构”；

用砂浆砌筑混凝土预制块、整体浇注的混凝土或片石混凝土等构成的结构，成为“混凝土结构”，

通常把以上两种结构统称为圬工结构。

圬工结构：是材料强度不能充分发挥的结构，比如大体积的混凝土，内部混凝土的强度远没得到充分发挥，也就是说材料的实际应力很小，远没达到材料的设计强度。基本结构是指除钢筋砼、预应力砼、钢结构以外，由纯混凝土或砖石砌体材料建筑的。

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甘肃嘉峪关

10北京八达岭河北山海关

甘肃嘉峪关

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12南京. 玄武门. 2010

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南京. 灵谷寺无梁殿. 2011

明朝首创的砖砌拱券建筑，其主体结构由砖拱券

构成，室内空间为一大型砖拱，前后在垂直方向

再砌出若干小砖拱券作为门或窗用，外部出檐、

斗栱、檩枋等均以砖石仿照木构件式样制做，上

面覆以瓦屋面。

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在石拱砌置方法上，均采用了纵向（顺桥方向）砌置方法，就是整个大桥是由28道各自的拱券沿宽度方向并列组合而成；拱厚皆为1.03米，每券各自、单独操作，相当灵活。每券砌完全合拢后就成一道拼券砌完一道拱券，移动承担重量的“鹰架”，再砌另一道相邻拱。这种砌法既可节省制作“鹰架”所用的木材，便于移动，同时又利于桥的维修，一道拱券的石块损坏，只要嵌入新石，进行局部修整就行了，而不必对整个桥进行调整。赵州桥建于隋代开皇十五

年至大业元年（605-616），由

匠师李春监造。该桥全长.4

米，拱顶宽9米。

单孔敞肩式石拱桥。拱长

37.02米。桥洞不是普通半圆

形，而像一张弓，桥面平坦宽

阔，成为“坦拱”，兼顾了水陆

交通，方便了车马运行。

0C H M F f =M C0相应简支梁在对应于拱顶

铰位置处的弯矩值，f 拱高

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卢沟桥是北京市现存最古老的石造联拱桥。永定河旧称卢沟河，桥亦以卢沟命名。始建于金大定二十九年（11年），明正统九年（1444年）重修。桥全长212.2m ，共11孔，净跨不等，墩宽自6.5m 至7.9m 。

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砖木混合结构厂房以砖墙、砖柱承重，上立木屋架的砖木混合结构厂房，是19世纪下半叶大中型厂房最通用的形式。建于1866年的福州船政局，车间小者几百平方米，大者2000余平方米，全部采用这种形式。福州船政局

3. 建国（1949）以来砌体结构有了很大发展，表现在

（1）原有基础上的发展

石砌拱桥跨度显著增大，厚度减薄，桥的高度和承载力有了很大发展；

广泛采用砖砌多层房屋代替钢筋混凝土框架建筑；

改进非承重空斗墙为承重墙，用来建造2－4层的房屋；

扩大了石结构的应用范围。

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丹河大桥是晋（城）焦（作）高速公路上的一座特大型桥梁，桥梁全长413.17米，主孔跨径146米，桥高81米，宽24.2米，1996年开始勘察设计，1997年11月开工建设，2000年9月竣工通车，是目前世界上最大跨径的石拱桥。

21砌体结构在我国的发展过程

3. 建国（1949）以来砌体结构有了很大发展，表现在

（2）新的发展

新材料、新结构、新技术的采用

新材料：硅酸盐和泡沫硅酸盐砌块、混凝土空心砌块、各类大板、各种承重与非承重空心砖的采用与改进。

新结构：各种型式的砖薄壳

新技术：配筋砌体、预应力空心砖楼板

22砌体结构在我国的发展过程

3. 建国（1949）以来砌体结构有了很大发展，表现在

（3）砌体结构计算理论的发展

1973，砖石结构设计规范，GBJ3-73

这部规范以60至70 年代初全国范围内的砖石结构试验研究和调查为基础，建立了砌体强度计算公式，

提出了按刚弹性方案考虑房屋空间工作的分析方法，

建立了无筋砌体受压构件承载力计算的荷载偏心影响系数。

231988，砌体结构设计规范，GBJ3-88

采用概率理论为基础的极限状态设计方法，

确定了考虑空间工作的多层房屋的静力分析方法，

建立了按组合作用分析的墙梁和挑梁的设计方法，

提出了适用于各类砌体抗压强度的统一计算模式，

改进了无筋砌体受压构件的受压和局部受压承载力的计算，

修改了配筋砖砌体构件受压承载力的计算公式。

GBJ 3—88《砌体结构设计规范》的颁布使我国砌体结构设计理论和方法趋于完善，砌体结构可靠度的设计方法也已达到当时的国际先进水平。

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2001，砌体结构设计规范，GB50003-2001

1.提高了砌体结构的可靠度，引入了砌体施工质量控制等级;

2.根据我国主编的国际标准IS0 965223《配筋砌体结构设计规范》和试验研究和试点建筑的经验，完善了配筋砌体结构理论，扩大了配筋砌体结构的应用范围;

3.增补了墙梁在地震区的设计方法，进一步扩大了该结构形式的使用范围;

4.根据多年来砌体结构，特别是新型墙体材料结构的温度裂缝、干燥收缩裂缝普遍比较严重的情况，增加了比较有效的抗裂构造措施;

5.建立了偏心构件承载力计算方法;

6.与墙体材料发展形式相适应，增加了蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖及轻集料混凝土小型砌块等新型砌体材料;

7.采用统一模式的砌体强度计算公式，并建立了合理反映砌块材料和灌孔影响的灌孔混凝土砌块砌体强度计算方法;

8.完善了以剪切变形理论为依据的考虑空间工作的静力分析方法。

252011，砌体结构设计规范，GB50003-2011，自2012年8月1日起实施。

1.规范增添了成熟的可推广应用的新型材料；

2.修订了部分砌体强度的取值并对砌体强度调整方法进行了简化；

3.增加了提高砌体耐久性的有关规定；

4.完善了砌体结构的构造要求；

5.增补了防止或减少墙体开裂的措施；

6.扩大了配筋砌块砌体结构的应用范围；

7. 完善了砌体结构的抗震设计方法。

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胡夫金字塔（世界上最大的巨石建筑）

也称大金字塔，建于公元前2560年，塔高146.5米，因年久风化，顶端剥

落10米，现高136.5米。塔身是用230万块石料堆砌而成，大小不等的石料重达1.5吨至160吨，塔的总重量约为684万吨，它的规模是埃及迄今发现的108座金字塔中最大的。

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伊斯坦布尔索菲亚大教堂(砖石结构)

建于公元537年的位于伊斯坦布尔的索菲亚大教堂，

也是一个用砖砌球壳和石砌半圆拱组成的宏伟砖石建筑。

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1.2 砌体结构的优缺点

主要优点

(1) 主要承重结构用砖或其他块体砌筑而成的，材料来源广泛，便于就地取材，也较经济。砖主要用粘土烧制；石材的原料是天然石；砌块可以用工业废料-矿渣制作，来源方便，价格低廉。

(2) 具有很好的耐火性和较好的耐久性（化学稳定性和大气稳定性）。砌体一般可耐受400～500℃的高温。在设计使用年限内，维护费用低。

(3) 与钢筋混凝土结构相较，可以节约水泥、钢材和木材。砌体结构的水泥、钢材及模板的用量较混凝土框架结构要少。

(4) 施工比较简单，进度快，技术要求低，施工设备简单。砌体砌筑时不需要模板和特殊的施工设备。在寒冷地区，冬季可用冻结法砌筑，不需特殊的保温措施。

(5) 当采用砌块或大型板材作墙体时，可以减轻结构自重，加快施工进度，进行工业化生产和施工。

(6) 砌体具有承重和围护双重功能，砌体除承重外，其保温、隔热、隔声性能都很好，节约能源，使人感到舒适，因而砌体结构特别适合用于建造民居建筑。

(7) 砌体结构的刚度一般比较较大。

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主要缺点

(1) 与钢和混凝土相比，砌体的强度较低，因而构件的截面尺寸较大，材料用量多，自重大。故建造房屋的层数有限，一般不超过7层。多层砌体房屋一般宜采用刚性方案，故其横墙间距受到，因此不可能获得较大的空间，故一般只能用于住宅、普通办公楼、学校、小型医院等民用建筑以及中小型工业建筑。

(2) 砌体中块体和砂浆之间粘结强度较低，结构抗震性能较混凝土框架结构要差。砌体是脆性材料，无筋砌体的抗拉、抗弯及抗剪强度低，抗震及抗裂性能较差。在应用时应注意有关的使用范围。

(3) 砌体结构砌筑工作繁重。运输、砌筑时损耗较大。砌体的砌筑基本上是手工方式，施工劳动量大。手工操作，质量难以保证均匀。

(4) 砖砌体结构的粘土砖用量很大，往往占用农田，影响农业生产，更要耗费大量的能源。为了社会可持续发展，应广泛使用非黏土砖砌体。

311.3 砌体结构的应用范围

1.民用建筑

基础、内外墙、过梁、屋盖和地沟等。住宅、办公楼等民用建筑中广泛采用砌体承重。所建房屋层数增加，5～6层高的房屋，采用以砖砌体承重的混合

结构非常普遍，不少城市建到7～8层；重庆市70年代建成了高达12层的以砌体承重的住宅；在某些产石地区毛石砌体作承重墙的房屋高达6层；配筋砌体可以用于高层建筑。

2. 工业建筑

围护墙、烟囱、料仓、地沟、管道支架、对渗水性要求不高的水池、水塔。

在工业厂房建筑中，通常用砌体砌筑围墙；中、小型厂房和多层轻工业厂房，以及影剧院、食堂、仓库等建筑的承重结构；

3. 农村建筑：粮仓等。

4. 交通运输方面：桥梁、隧道、地下渠道、涵洞、挡土墙等。（圬工结构）

5. 水利建设方面：坝、堰和渡槽等。

321.4 砌体结构的发展

1. 结构体系的发展

通过科研院所长期不懈的努力，在大量试验和理论研究的基础上，砌体

结构承重体系取得了长足的发展，

不仅进一步完善了无筋砌体理论与应用技术，

同时发展出许多新型结构形式，

承重砌体结构的承载能力、抗震性能都有很大提高，

使砌体结构的应用范围越来越广。

33配筋砌体剪力墙体系

通过砌块砌体的竖向孔洞和水平凹槽，在墙体的水平和竖向配置不小于最小配筋率的受力钢筋，并浇筑专用灌芯混凝土，形成配筋砌块砌体剪力墙结构。

该体系与钢筋混凝土剪力墙结构的性能相似，具有强度高、延性好的特点，同时具有配筋量低、墙体施工不用模板、施工快、造价低、增加建筑使用面积等优点。

配筋砌块建筑表现了良好抗震性能，在地震区得到应用与发展。

在美国规范中，其建筑适用高度与钢筋混凝土剪力墙结构相同。

目前，世界上采用配筋砌体剪力墙体系建设的最高建筑为1990年建筑的美国内华达州拉斯维加斯28层Excalibur Hotel（石中剑酒店），我国采用该结构体系的建筑为株洲国脉家园19层的配筋砌块砌体剪力墙房屋。

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1990年建筑的美国内华达州拉斯维加斯28层Excalibur Hotel

(石中剑酒店)

哈尔滨阿继科技园双塔楼，18层，1999年

361997年，东北设计院在辽宁盘锦市建成一栋15层配筋砌块剪力墙点式住宅楼1998年，上海住宅总公司在上海建成了一栋配筋砌块剪力墙18层塔楼

预应力砌体结构

针对砌体材料抗压强度高而受拉、受弯性能弱的特点，

在砌体中加入一定数量钢筋以承受拉力或约束作用而形成的砌体结

构形式，

这种结构形式具有强度高、抗震耗能性好、抗裂性好、施工便捷、

性价比高的优点。

总体上，国际上预应力砌体研究和应用不够深入，国内更是直到20

世纪90 年代，才开始预应力砌体结构的研究。

近年来，国内许多专家学者对预应力砌体结构的抗震、抗裂性能、

预应力损失、预应力砌体施工构造、承载力计算等问题进行了试验和理

论研究，为预应力砌体的设计、施工提供了理论基础。

37钢筋混凝土与砌块约束结构体系

利用混凝土空心砌块建造的房屋在墙体边缘(或局部)设置构造柱或芯柱，形成钢筋混凝土与砌块约束结构体系。

研究表明，这种新型结构体系不仅提高房屋整体性和变形能力，而

且有效改善砌体结构的受力状态。

国内学者对于这种结构体系进行了大量的试验和理论分析，研究了

约束砌块墙体的受剪承载力计算公式以及变形能力。

目前，这种结构体系被大量应用于砌体结构的裂缝控制，提高砌体

结构的承载能力和抗震性能。

382. 新型墙体材料的应用与发展

近年来，随着我国墙体材料革新和建筑节能工作的进展，原有的高耗能、施工周期长、耗费土地资源的墙体材料逐渐被新型墙体材料所代替。

到2006年，全国新型墙体材料产量达到3850亿块标准砖，占墙体材料总量的46% ，比2000年增加了18%。

全国近一半的省、市、区新型墙体材料产量占墙体材料总量的比例超过50%。

其中北京、上海、成都达到100% ;全国城镇新建建筑采用新型墙材的建筑面积已占建筑总面积的57.6%。

随着新农村建设步伐的加快，新型墙材开始向农村市场推广。

393. 砌体结构的节能体系

随着“十一五”建设节约型社会目标的提出，建筑节能也成为建筑行业

的发展热点。

我国砌体结构节能墙体模式主要有外墙外保温、外墙内保温、复合保

温夹芯墙以及自保温体系。

40砌体结构的发展方向

(1) 新型墙体材料性能研究

我国目前所提出的砌体结构理论，多数局限于烧结粘土砖，随着国家对烧结粘土砖的使用，各类新型砌块的性能和烧结粘土砖会有差别，因而应加强对新型墙体材料性能、破坏机理的试验与理论研究。

(2)新型砌体结构体系的研究

我国已经建立了配筋砌体结构体系，预应力砌体结构及约束砌体结构的应用也取得了长足的进步，但与国外相比，尚有差距，应进一步加强新型结构体系的力学性能研究，扩大其应用范围，提高施工技术。

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