组合砖砌体构件设计与施工方案

组合砖砌体是指由砖砌体和现浇钢筋混凝土面层（或钢筋砂浆面层）组合而成的结构构件。当无筋砌体的截面尺寸受限制，或轴向压力偏心距过大时，可采用组合砖砌体。我国当前常用的组合砖砌体是指由砖砌体和钢筋混凝土面层或钢筋砂浆面层组成的组合砖砌体。图5.58为几种常用的组合砖砌体构件截面形式。为了简化计算，对于砖墙与组合砌体一同砌筑的T形截面构件［图5.58（b）］，其承载力和高厚比可按矩形截面组合砌体构件计算［图5.58（c）］。

图5.58　组合砖砌体构件截面

1—混凝土或砂浆；2—拉结钢筋；3—纵向钢筋；4—箍筋。

组合砌体一般用于砖柱中，其截面形状有矩形、T形、十字形等。下列情况下宜采用组合砖砌体构件：

（1）轴向力偏心距e＞0.6y（y为截面形心到轴向力所在偏心方向截面边缘的距离）时。

（2）受压砖构件当轴向力偏心距很小，轴向力很大，而截面尺寸受到严格限制时。

（3）采用无筋砌体设计不经济时。

（4）对已建成的砖砌体构件进行加固时。

1.组合砖砌体轴心受压构件

1）受力特点与破坏特征

由于砖能吸收混凝土中多余的水分，因此，组合砌体中混凝土的强度比在木模或钢模中硬化时要高。试验表明，钢筋混凝土面层（或钢筋砂浆面层）与砖砌体间有较好的黏结力，它们能够共同工作，因而组合砖砌体受压构件的受力分析与钢筋混凝土受压构件的分析有类似之处。

组合砖砌体在轴心压力作用下，截面中三种材料的变形相同。由于三种材料达到各自强度时的压应变不同，钢筋达到屈服时的压应变最小，混凝土次之，砖砌体达到抗压强度时的压应变最大。因此组合砖砌体在轴心压力作用下，纵向钢筋首先屈服，然后混凝土达到抗压强度，此时砖砌体尚未破坏，如图5.59所示。在构件破坏时，砌体的强度不能充分利用。

外设钢筋混凝土或钢筋砂浆层的矩形截面偏心受压组合砖砌体构件的试验表明，承载力和变形性能与钢筋混凝土偏压构件类似。组合砖砌体在偏心压力作用下，达到极限压力时偏心一侧的混凝土或砂浆面层可以达到抗压强度，受压钢筋达到抗压强度，受拉钢筋在大偏心受压时才能达到抗拉强度。因此，偏心受压组合砖砌体构件可分为两种破坏形态：小偏心受压时，受压区混凝土或砂浆面层及部分砌体受压破坏；大偏心受压时，受拉钢筋首先屈服，然后受压区的砌体和混凝土产生破坏。其破坏特征与钢筋混凝土构件相似。

图5.59　轴心受压组合砖柱的破坏特征

2）承载力计算

组合砖砌体轴心受压构件与无筋砌体构件一样应考虑纵向弯曲的影响，其纵向弯曲的影响用稳定系数φcom表示。φcom应介于无筋砌体的稳定系数φ0与钢筋混凝土构件的稳定系数φ之间。试验表明，φcom主要与构件的高厚比β和含钢率ρ有关，可按表5.26直接查用。表中，ρ=，为受压钢筋的截面面积，b、h分别为矩形截面构件的截面宽和高。

表5.26　组合砖砌体构件的稳定系数φcom

组合砖砌体轴心受压构件的承载力，可按下式计算：

式中　φcom——组合砖砌体构件的稳定系数，按表5.26采用；

　　　A——砖砌体的截面面积（mm2）；

　　　f——砖砌体抗压强度设计值（MPa）；

　　　fc——混凝土或面层水泥砂浆的轴心抗压强度设计值（MPa），砂浆的轴心抗压强度设计值可取为同强度等级混凝土的轴心抗压强度设计值的70%：当砂浆为M15时，取5.0MPa；当砂浆为M10时，取3.4MPa；当砂浆强度为M7.5时，取2.5MPa；

　　　Ac——混凝土或砂浆面层的截面面积（mm2）；

　　　ηs——受压钢筋的强度系数，当为混凝土面层时可取1.0，当为砂浆面层时可取0.9；

　　　——钢筋的抗压强度设计值（MPa）；

　　　——受压钢筋的截面面积（mm2）。

2.组合砖砌体偏心受压构件

1）受力特点与破坏特征

以设钢筋混凝土或钢筋砂浆层的矩形截面偏心受压组合砖砌体构件的试验表明，其承载能力和变形性能与钢筋混凝土偏压构件类似，构件的破坏也可分为大偏心破坏和小偏心破坏两种形态。

当偏心距较大且受拉钢筋配置不过多时，发生大偏心破坏即受拉钢筋先屈服，然后受压区的混凝土（砂浆）及受压砖砌体被压坏。当面层为钢筋混凝土时，破坏时受压钢筋可达屈服强度；当面层为钢筋砂浆时，破坏时受压钢筋达不到屈服强度。

当荷载作用的偏心距较小，或荷载作用的偏心距较大但受拉钢筋配置过多时，发生小偏压破坏。即受压区混凝土或砂浆面层及部分受压砌体受压破坏，而受拉钢筋没有达到屈服。

2）承载力计算

组合砖砌体受压构件正截面计算如图5.60所示。

图5.60　组合砖砌体偏心受压构件

组合砖砌体偏心受压构件的承载力，应按下列公式计算：

或

此时受压区的高度x可按下列公式确定：

式中　A′——砖砌体受压部分的面积（mm2）；

　　　——混凝土或砂浆面层受压部分的面积（mm2）；

　　　As——距轴向力N较远侧钢筋的截面面积（mm2）；

　　　σs——钢筋As的应力（MPa）；

　　　Ss——砖砌体受压部分的面积对钢筋As重心的面积矩（mm3）；

　　　Sc,s——混凝土或砂浆层受压部分的面积对钢筋As重心的面积矩（mm3）；

　　　SN——砖砌体受压部分的面积对轴向力N作用点的面积矩（mm3）；

　　　Sc,N——混凝土或砂浆面层受压部分的面积对轴向力N作用点的面积矩（mm3）；

　　　eN，——钢筋As和重心至轴向力N作用点的距离（mm）（图5.60）；

　　　e——轴向力的初始偏心距（mm），按荷载设计值计算，当e小于0.05h时，应取e等于0.05h；

　　　ea——组合砖砌体构件在轴向力作用下的附加偏心距（mm）；

　　　h0——组合砖砌体构件截面的有效高度（mm），h0=h-as；

　　　as,——钢筋As和重心至截面较近边的距离（mm）；

　　　h——偏心力所在方向的截面高度（mm）；

　　　β——偏心所在方向的构件高厚比。

组合砖砌体钢筋As的应力单位为MPa，正值为拉应力，负值为压应力，应按下列规定计算。(www.xing528.com)

当为小偏心受压，即ξ＞ξb时：

当为大偏心受压，即ξ≤ξb时：

式中　σs——钢筋的应力（MPa）：当σs＞fy时，取σs=fy；当时σs＜，取σs=；

　　　ξ——组合砖砌体构件截面的相对变压区高度，ξ=x/h0；

　　　fy——钢筋的抗拉强度设计值（MPa）。

组合砖砌体构件相对受压区高度的界限值为ξb：对于HRB400级钢筋，应取0.36；对于HRB335级钢筋，应取0.44；对于HPB300级钢筋，应取0.47。

3）构造要求

为了满足承载力和耐久性要求，组合砖砌体受压构件还应符合下列构造要求：

（1）面层混凝土强度等级宜采用C20；面层水泥砂浆强度等级不宜低于M10；为了不使砖砌体的强度过低，砌筑砂浆的强度等级不宜低于M7.5。

（2）砂浆面层的厚度可采用30～45mm；当面层厚度大于45mm时，宜采用混凝土。

（3）竖向钢筋宜采用HPB300级钢筋，对于混凝土面层，也可采用HRB335级钢筋。受压钢筋一侧的配筋率，对砂浆面层不宜小于0.1%，对混凝土面层不宜小于0.2%；受扭钢筋的配筋率，不应小于0.1%；竖向受力钢筋的直径不应小于8mm，钢筋的净距不应小于30mm。

（4）箍筋的直径不宜小于4mm及0.2倍的受压钢筋的直径，并不宜大于6mm；箍筋的间距不应大于20倍受压钢筋的直径及500mm，并不应小于120mm。

（5）当组合砖砌体构件一侧的面层组合墙竖向受力钢筋多于4根时，应设置附加箍筋或拉结钢筋。

（6）对于截面长短边相差较大的构件如墙体等，应采用穿通墙体的拉结钢筋作为箍筋，同时设置水平分布钢筋；水平分布钢筋的竖向间距及拉结钢筋的水平间距，均不应大于500mm，如图5.61所示。

图5.61　混凝土或砂浆面层组合墙

l—竖向受力钢筋；2—拉结钢筋；3—水平分布钢筋。

（7）组合砖砌体构件的顶部、底部以及牛腿部位，必须设置钢筋混凝土垫块；竖向受力钢筋伸入垫块的长度，必须满足锚固要求。

【例5.15】　截面尺寸为370mm×490mm的轴心受压组合砖柱，计算高度H0=5.7m，承受的轴向压力设计值N＝820kN，采用MU10烧结普通砖及M7.5混合砂浆砌筑，采用C20混凝土（fc＝9.6MPa）面层，如图5.62所示，钢筋采用HPB300级（fy==270MPa)，As==615mm2（4φ14）。试验算该柱的承载力。

图5.62　例5.15图

【解】　（1）砖砌体截面面积。

A=0.25m×0.37m=0.092 5m2＜0.2m2,需考虑砌体强度调整系数。

γa=0.8+0.092 5=0.893

混凝土截面面积：

Ac=2×120×370=88 800(mm2)

（2）求f。

根据MU10烧结普通砖及M7.5混合砂浆，查表5.7得砌体强度为f=1.69MPa，β=。

（3）求配筋率ρ。

（4）求φcom。

根据β=15.4,ρ=0.339%，查表5.26得φcom=0.78。

（5）承载力验算。

该柱的承载力满足要求。

【例5.16】　某偏心受压组合砖柱，截面尺寸如图5.63所示，计算高度H0=6 000mm，承受轴向力设计值N=480kN，弯矩设计值M=227.37kN·m，组合砖柱采用MU10烧结普通砖，M7.5混合砂浆，C20混凝土面层及HRB335钢筋。当对称配筋时，求As及。

图5.63　例5.16图

【解】　（1）计算基本参数。

0.49×0.62＝0.303 8(m2)＞0.2(m2)，MU10烧结普通砖，M7.5混合砂浆，不考虑强度调整，查表5.7得砌体抗压强度设计值为f=1.69N/mm2；C20混凝土轴心抗压强度设计值为fc=9.6N/mm2；HRB335钢筋强度设计值为fy=300N/mm2。

偏心距

高厚比

附加偏心距

（2）大小偏心的判别。

假定为大偏心受压，且x≥120mm，则：

符合大偏心受压构件的假定。

（3）As、的计算。

配筋率符合要求。

每边选用416，As==803mm2。

（4）短边方向按轴心受压验算。

查表5.26得φcom=0.892，则：

故承载力满足要求。