砌体结构的一般构造措施

1砌体结构的一般构造措施——《砌体结构设计规范》GB50003第六章有关新增条文背景介绍苑振芳刘斌王欣（中国建筑东北设计研究院110006）[提要]介绍了已有试验研究成果及工程设计经验基础上新颁《砌体结构设计规范》GB50003第六章涉及的砌体结构整体稳定性措施、房屋的防裂抗裂措施的条文背景，并给出相应的建议或示例，供设计人员参考。[关键词]砌体结构；整体性/稳定性；抗裂/防裂措施。Basedonexperiencesandthetestingresults,therelevantprovisionsonmeasuresforstability/entiretyandcrackingcontrolofmasonrymembersareaddedandenhancedincodefordesignofmasonrystructures,chapter6.Forengineertounderstandingandusingtheprovisions,thebackgroundoftheworkswithexamplesisintroduced.Keywords:masonrystructure,stability/entirety,crackingcontrol在《砌体结构设计规范》GB50003（以下简称新规范或GB50003）第四章4.1.2条规定：砌体结构应按承载力极限状态设计，并应满足正常使用极限状态下的要求。根据砌体结构的特点，砌体结构正常使用要求，一般情况下可由相应的构造措施保证。这些构造措施包括砌体结构或结构构件的稳定和整体性构造措施、耐久性措施及裂缝或变形控制措施等等。由于砌体结构组成材料的多样性，其相应的构造措施也要比其他材料结构的相应措施看起来显得“繁杂或琐碎”些。多层砌体结构是我国应用最广泛和应用数量最大的结构形式。近年来随着国家墙改推广应用新型墙体材料，由于研究乏力和相应措施的滞后，设计、施工、施工管理的针对性不强，又因系多层结构，对其重视程度不够等因素，致使砌体结构房屋出现了一些带普遍性所谓质量问题，而新型砌体材料较传统砌体材料表现的尤其突出，这在一定程度上影响了新型墙材的顺利推广应用。另外随着国家住宅产业化和商品化的深入，对房屋的建筑结构功能，提出了更高的要求，包括业主的使用要求、设计、施工的责任以及主管部门的监管责任的强化。这其中体现标准强化、管理的措施就是国家已颁布实行的“工程建设标准强制性条文”。这对全面提高工程质量具有重大作用和深远意义。新规范就是根据这样的背景，总结我国近年来试验研究成果、工程经验以及借鉴国外可行的技术的基础上完成本规范的全面修订的。本章2的构造要求，和原规范相比虽仍为三节，但其内容已有较大的扩充和变化，有关构造要求的标准也有所提高。限于篇幅，本文着重介绍新增和修改变动较大的那些条文以及被列为强制性的条文，并按“深入浅出”的原则，在简介背景的基础上，力求在执行和应用方面提出注意事项或例证，供参考。6.1墙、柱的高厚比墙、柱的高厚比验算是保证砌体结构稳定性的重要构造措施之一，本次修订因提高了砂浆的强度，本节表6.1.1墙、柱允许高厚比[]值取消了M2.5以下的数值。墙、柱的允许高厚比与承载力计算无关，主要根据墙、柱在正常使用和施工情况下的稳定性和刚度要求，由经验确定，近年来在理论上进行了报导或论证[1]。墙、柱的高厚比验算以带壁柱更具代表性，而且包括带壁柱墙的整体高厚比验算和壁柱间墙高厚比验算。设置壁柱的墙又是砌体结构最常用的提高结构稳定性和承载力重要措施。70年代已来构造柱、圈梁系统已成我国多层砌体房屋的最重要的抗震构造措施之一[2]。近年来为提高砌体的结构的承载能力或稳定性而又不增大截面尺寸，墙中的构造柱间距已不仅仅设置在房屋墙体转角、边缘部位，而按需要设置在墙体的中间部位。这样的墙体的稳定性和承载力就成为本规范解决的课题之一[3]。其中带构造柱墙的稳定性是按类似带壁柱墙的原则处理的。即把墙中的构造柱当作壁柱，并根据墙中构造柱的设置情况进行了理论分析并提出使用要求。1、带构造柱墙稳定性推导要点1）构造柱的纵向配筋率较小，当间距0.9~4.8m，墙厚为240mm时，配筋率均小于0.2%（当构造柱配筋为4φ12，柱距0.9、4.8m时的配筋率分别为0.13%和0.03%）。因此这种墙体的纵向弯曲的影响可按无筋砌体考虑；2）根据压杆稳定理论，无构造柱和有构造柱纵向变形曲线为（图1~2）：图1墙体构造间图图2墙体失稳临界曲线0sin01HxHy（1）cHxcHy0sin00（2）3对两式分别求一阶、二阶导数并根据能量法分析压杆稳定的理论，可推得)1(1//11222020sbccIEIEHH（3）令hHhHc//00、分别为不设构造柱墙和设构造柱墙的高厚比，可求出设构造柱墙在相同临界荷载下允许高厚比提高系数为)1(1/sbccc（4）1/EEC（5）式中：c——允许高厚比的提高系数。从式（4）可看出，构造柱对墙体允许高厚比的影响大小，随块材强度等级、砌筑砂浆强度等级，以及构造柱的宽度bc、构造柱的间距而变化的。根据工程中常用的各类砌体块材、砂浆强度等级及构造柱的砼强度等级（C15~C20），可求出相应条件下计算高厚比提高系数c。从式（4）和计算结果看出，随着块材和砂浆等级的提高，c值降低，这是自然的。因有较高的砌体强度，其弹性模量与砼的弹性模量比（mEEC/）减少，当砌体的弹性模量与砼弹性模量接近或相等时，c=1，即不提高；另外构造柱间距和截面宽度的比值bc/s也是影响c的一个重要因素，计算表明当bc/s1/20时，c没有明显变化。构造柱宽一般为240mm或180mm，当bc/s=20时，s分别为4.8m或3.6m，最后根据数据分析，得到各种砌体材料时的c取值：①对烧结砖（含烧结多孔砖）、蒸压灰砂砖、粉煤灰砖和轻骨料砼小型空心砌块砌体：sbcc5.11（6）②对砼小型空心砌块、粗骨料、半细料石、毛料石及毛石砌体：sbcc1（7）③按式（6）、（7）计算的计算允许高厚比提高系数c列于下表：表—1计算允许高厚比提高系数c公式类别bc/s1/201/151/121/101/81/4公式（6）1.0751.1001.1251.1501.1881.375公式（7）1.0501.0671.0831.1001.1251.250由表可见，当bc/s=1/20时构造柱的作用不大，而当bc/s=1/4，尽管构造柱的影响很大，但考虑到构造柱间距太密，不仅施工较繁，经济效果也因之下降，因此规范规定其范围定为1/20~1/4，其平均的c值对式（6）对应的材料为1.19，对式（7）对应的材料为1.11。即通过在墙体设置构造柱可使允许高厚比[]提高10%~20%，已接近组合砖砌体构件提高幅度。这是容易理解的，当增大墙中构造柱后不仅增大了其稳定性，而且显著提高了墙体的平面外抗弯能力。3）若把公式（5）看作构造柱截面面积的放大系数，那么带构造柱墙可看作相应的带壁柱墙。42、带构造柱墙高厚比验算注意事项1）按下式验算带构造柱墙的高厚比hH0≤][21c（7）式中h为墙厚。2）构造柱沿墙方向的宽度（bc）不小于180mm，沿墙厚方向的边长不小于墙厚，主筋不小于4ф12，砼强度等级不应低于C15；3）当构造柱的截面高度（沿墙厚方向的边长）≥1/30柱高和墙厚，且顶部与横向支承结构（楼、屋盖、大梁等）有可靠连接时，可作为带壁柱墙验算柱间墙的高厚比。这和6.1.2条3款中，当圈梁的截面高度与柱间距之比（b/s）≥1/30时，圈梁可视作壁柱间墙或构造柱间墙的不动铰支点的道理是相同的。前者通过设构造柱减小了墙的长度，后者则减少了柱间墙的高度，这种方法对解决较高和较长的墙体，尤其是砌体隔墙的稳定验算提供了理论依据。砌体规范管理组反馈到不少关于这方面应用的例子；4）设置构造柱对墙体允许高厚比的提高仅适于正常使用阶段；5）当利用构造柱提高砌体的承载力，设构造柱墙体的构造应按本规范8.2.8的规定；6）构造柱应为先砌墙后浇砼柱的施工顺序，并与墙体有可靠的连接。6.2一般构造措施本节共有16条主要根据砌体结构的特点，对砌体结构房屋或构件的耐久性和整体稳定性作出的规定。以下择重点或新条文简介：一、耐久性措施为保证砌体结构各部分具有较均衡的耐久性等级，因此对处于受力较大或不利环境条件下的砌体材料，规定了比一般条件下较高的材料等级低限，对使用年限大于50年的砌体结构，其材料耐久性等级应更高。国外发达国家的砌体材料强度等级比我国高得多，自然相应的耐久性等级也高。这两条和原规范的相应条文的要求相比虽然高了一些，但限于国情，提高幅度也不大，这和新规范适当提高砌体结构可靠度的耐久性和可靠度、促进砌体材料向高强发展都是有利的。另外，当多孔块体用于有冻胀的环境时，应采取相应的措施（表6.2.2注1）：当蒸压粉煤灰砖用于地面以下或基础时，其强度等级不应低于MU15，并应选用一等砖；蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖不宜用于有侵蚀介质的地基。二、整体性措施砌体结构房屋的整体性取决于砌体、砌体构件的整体稳定性及其与非砌体构件连接的可靠程度。砌体和砌体构件的整体稳定性与非砌体构件主要由其间的传力、连接构造，如设置梁垫或垫梁，以及锚固连接等措施保证。1、填充墙、隔墙与周边构造的连接（6.2.8条、6.2.11条）通常作为自承重墙的骨架房屋的填充墙及围护墙，除满足稳定和自承重之外，从使5用角度，还应具有承受侧向推力、侧向冲击荷载、吊挂荷载以及主体结构的连接约束作用的能力。因此骨架填充墙及围护墙的材料强度等级不宜过低；与骨架或承重结构的连接，应视具体情况，采用柔性连接、半柔性或半刚性连接和刚性连接。对可能有振动或需抗震设防的骨架或结构的填充墙及围护墙宜优先选用柔性或半柔性连接。砌块墙与后砌隔墙的连接（6.2.11）是保证后砌隔墙稳定性的主要措施，砌块后砌隔墙的厚度多数为90mm非承重砌块砌筑的，因其墙厚较承重砌块墙（通常为190mm厚）薄得多，相应高厚比很大，自然墙体自身的稳定性成为主要矛盾。由于后砌隔墙是按自承重墙设计的，容易忽略它可能要承受来自侧向的推力、撞击或冲击荷载、吊挂荷载以及地震作用，这可能成为后砌隔墙失稳或倒塌的主要原因，而一旦出现隔墙倒塌也会对生命财产造成一定的损失。因此在《建筑抗震设计规范》GB50011的第13.3节规定了建筑非结构构件的基本抗震措施。尽管未专门列出砌块后砌隔墙的连接构造要求，但其原则是完全适用的，说明后砌隔墙与主体结构连接的重要性。本条的连接方式属柔性连接，除便于承重砌块墙体的排块设计外，对调节较长砌块隔墙的变形（砌体干缩或地震作用）有一定的作用。但对较长的隔墙（如超过4m）除本条的连接外，尚应考虑其它增加稳定和防裂的措施。另外，填充墙连接处的抗裂措施也是当今工程中被看作“质量标准”的一个非常重要的内容，应引起足够重视。下面提供两个示例：①多层和高层房屋悬挑外廊的填充墙，宜与其上部的梁底脱开或设置柔性垫层（图3）。图3悬挑外廊填充墙脱开示意图该例始于一个高层外悬挑梁刚度偏小，填充墙与梁底塞紧，引起底部填充墙因超载（即上部数十层的墙体卸载），产生压曲破坏。②框架柱与墙的柔性连接（图4）。既解决施工后砌难，又能避免荷载集中引起自承重墙体承载力不足，设计时应控制悬挑板的刚度。6图4悬挑外夹心墙示意图2、砌块砌体的组砌搭接要求（6.2.10）砼砌块与整浇的砼结构不同，砌体是由块体和砂浆组砌而成的，砌体的强度是通过块体和砂浆的共同工作实现的，而砌体中块体必要的搭接长度是保证砌体强度的关键，反之砌体中的材料就形不成整体，受荷后就会过早地出现解体破坏，其受力机理是砌体中块体的错缝搭接（长度）是维持砌体在竖向荷载（或变形）作用下引起的横向变形应力不致产生过早破坏的基本要素或基本构造措施。按砌体基本力学试验方法标准规定，砌体的基本抗压强度试件，其搭接长度为1/2标准块长（对砌块为190mm），它反映了砌体施工中最普遍的组砌方式，而出现搭长为1/4