配筋砖砌结构构件设计

1.网状配筋砖砌体构件

当砖砌体受压构件的承载力不足而截面尺寸又受到限制时，可考虑采用网状配筋砖砌体。网状配筋砖砌体是在砌筑砌体时将事先制作好的钢筋网按一定的设计要求设置在砌体的水平灰缝内，如图5.56所示。因为钢筋设置在水平灰缝内，所以又称为横向配筋砖砌体。钢筋网可作成方格网［图5.56（a）］，也可做成连弯钢筋网［图5.56（b）］。构件在竖向压力作用下，由于钢筋和砂浆之间的黏结力和摩擦力，钢筋与砌体共同工作。砂浆层在竖向力作用下发生横向变形使钢筋受拉，但钢筋的弹性模量高，可以阻止砌体横向变形的发展，使砌体处于约束受压状态，从而间接提高了砌体承受竖向荷载的能力。试验表明，其砌体的抗压强度可比无筋砌体提高20%左右。

图5.56　网状配筋砌体形式

1）破坏形态

网状配筋轴心受压构件，从加荷至破坏与无筋砌体轴心受压构件类似可分为3个阶段，每个阶段的受力特点与无筋砌体有较大的差别。

第一阶段，加荷初期配筋砌体的受力特点与无筋砌体一样，随着压力的增加，第一条（批）单砖出现裂缝。试件在轴向压力作用下，纵向发生压缩变形的同时，横向发生拉伸变形，网状钢筋受拉。由于钢筋的弹性模量远大于砌体的弹性模量，故能约束砌体的横向变形，同时网状钢筋的存在，改善单砖在砌体中的受力状态，从而推迟了第一条（批）单砖裂缝的出现。产生第一条（批）裂缝时的荷载一般为极限荷载的60%～75%，高于无筋砌体，是因为灰缝中的钢筋提高了单砖的抗弯、抗剪能力。

第二阶段，随着荷载的增大，砌体裂缝数量增多，但由于网状钢筋的约束作用，裂缝发展缓慢。竖向裂缝由于受到横向钢筋网的约束，不能沿砌体高度方向形成贯通的竖向裂缝，此阶段的受力特点与无筋砌体有明显的不同。

第三阶段，当荷载加至极限荷载时，在网状钢筋之间的砌体中，裂缝多而细，个别砖被压碎而脱落，宣告试件破坏（图5.57），由于钢筋的拉结作用，避免了被竖向裂缝分割的小柱失稳破坏，砖的抗压强度能得到充分利用，因此砌体的极限承载力较无筋砌体明显提高。

图5.57　网状配筋砖砌体受压破坏形态

2）受力性能分析

当砌体上作用有轴向压力时，不仅产生纵向压缩变形，同时还产生横向变形。当砌体配置横向钢筋时，由于钢筋的弹性模量比砌体的弹性模量高得多，故能阻止砌体的横向变形发展。网状钢筋抑制了砌体竖向裂缝的发展，使之不会形成贯通的竖向裂缝，并能联结为竖向裂缝所分割的小砖柱，使之不会过早失稳破坏，因而间接地提高了砌体承担轴向荷载的能力。

在下列情况下，配筋砖砌体承载能力的提高受到限制：

（1）偏心距e 较大。试验表明，当荷载偏心作用时，横向配筋的效果将随偏心距e 的增大而降低。这是由于在这种受力状态下，实际受压区较小，而受拉区较大，钢筋与砂浆的黏结力得不到保证，对砌体产生的横向约束作用将减弱。因此，《砌体结构设计规范》规定，偏心距不应超过截面核心范围，对矩形截面即e/h ≤0.17。

（2）高厚比β较大。由于纵向弯曲会产生较大的附加偏心距，因而构件的实际偏心距增大。构件高厚比愈大，整个构件失稳破坏的可能性就愈大，此时横向钢筋的作用就难以发挥。因此规范规定构件的高厚比β≤16。

（3）水平钢筋网的数量限制。不论钢筋多到什么程度，砌体的抗压强度也不会高于块材本身的强度。因此，配筋率不宜过大。但钢筋若配置过少，网状钢筋对砖砌体“箍”的作用将不明显。因此，《砌体结构设计规范》要求网状钢筋砌体的体积比配筋率 ρ 不应小于0.1%，也不应大于1%。

3）网状配筋砖砌体受压构件承载力计算

网状配筋砖砌体受压构件的承载力，应按下列公式计算：

式中　N——轴向力设计值（N）；

　　　φn——高厚比和配筋率以及轴向力的偏心距对网状配筋砖砌体受压构件承载力的影响系数，也可直接查用表5.25；

　　　φ0n——网状配筋砖砌体受压构件的稳定系数；

　　　fn——网状配筋砖砌体的抗压强度设计值（MPa）；

　　　A——截面面积（mm2）；

　　　e——轴向力的偏心距（mm），e=；

　　　y——自截面重心至轴向力所在偏心方向截面边缘的距离（mm）；

　　　ρ——体积配筋率；

　　　fy——钢筋的抗拉强度设计值（MPa），当fy大于320MPa时，仍采用320MPa；

　　　a，b——钢筋网格尺寸（mm）；

　　　As——钢筋的截面面积（mm2）；

　　　sn——钢筋网的竖向间距（mm）。

表5.25　影响系数φn

续表

对矩形截面构件，当轴向力偏心方向的截面边长大于另一方向的边长时，除按偏心受压计算外，还应对较小边长方向按轴心受压进行验算。

4）构造要求

（1）采用钢筋网时，钢筋的直径宜采用3～4mm。

（2）钢筋网中钢筋的间距，不应大于120mm，并不应小于30mm。

（3）钢筋网的间距，不应大于5皮砖，并不应大于400mm。

（4）网状配筋砖砌体所用的砂浆强度等级不应低于M7.5；钢筋网应设置在砌体的水平灰缝中，灰缝厚度应保证钢筋上下至少各有2mm厚的砂浆层。(www.xing528.com)

【例5.13】　一网状配筋砌体柱，截面尺寸为490mm×490mm，柱的计算高度H0=4.5m，柱采用MU10烧结普通砖及M7.5混合砂浆砌筑。承受的轴向压力设计值N=480kN，网状配筋选用φ4冷拔低碳钢丝方格网，e=0,As=12.6mm2，sn=240mm（4皮砖），a=50mm。试验算该柱的承载力。

【解】　（1）求A。

A=0.49×0.49=0.24(m2)＞0.2(m2)，不需考虑砌体强度调整系数γa

（2）求体积配筋率ρ。

（3）求fn。

根据MU10烧结普通砖及M7.5混合砂浆，查表5.7得f=1.69MPa，冷拔低碳钢丝屈服强度fy=430MPa＞320MPa，取fy=320MPa。

（4）求φn。

根据，查表5.25得，n0.83

φ=。

也可用式（5.70）计算φn。

（5）承载力验算。

φnfnA=0.829×3.03×0.24×103=603(kN)＞480(kN)

该柱的承载力满足要求。

【例5.14】　一偏心受压网状配筋柱，截面尺寸为490mm×620mm，柱的计算高度为4.2m，承受轴向力设计值N=180kN，弯矩设计值M=18kN·m（沿截面长边）。采用MU10烧结普通砖和M7.5水泥砂浆。网状配筋选用φ 4冷拔低碳钢丝方格网，fy＝430kN/mm2，　As＝12.6mm2，sn＝180mm（3皮砖），a＝60mm。试验算该柱的承载力。

【解】　（1）偏心方向（沿截面长边）承载力验算。

①求A。

A＝0.49×0.62＝0.304(m2)＞0.2(m2)，不需考虑砌体强度调整系数

②求体积配筋率ρ。

③求fn。

根据MU10烧结普通砖和M7.5水泥砂浆，查表5.7得 f＝1.69MPa，水泥砂浆强度大于M5，不需调整，取f＝1.69MPa，则：

④高厚比与偏心距的计算。

⑤求φn。

考虑到查表需多次内插，可按式（5.70）计算，即：

⑥承载力验算。

φnfnA=0.55×2.219×490×620=370.77(kN)＞180(kN)

偏心方向（沿截面长边）承载力满足要求。

（2）截面短向轴心受压承载力验算。

因偏心方向为截面长边，还应进行截面短向轴心受压承载力验算。

①求高厚比。

②求φn。

③承载力验算。

φnfnA=0.842×2.219×490×620=567.62(kN)＞180(kN)

截面短向轴心受压承载力满足要求。