淺談砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與發(fā)展前景

楊 偉 魏富盛

（重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，重慶 400074）

淺談砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與發(fā)展前景

楊 偉 魏富盛

（重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，重慶 400074）

近年來，隨著各種新材料、新技術(shù)、新工藝的廣泛應(yīng)用，我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)得以迅速發(fā)展。從結(jié)構(gòu)性能、抗震設(shè)計(jì)、方案布置等方面，對(duì)我國(guó)現(xiàn)代砌體發(fā)展做了較為全面、系統(tǒng)的描述和總結(jié)，結(jié)合當(dāng)前節(jié)能環(huán)保和綠色建筑的需要，提出我國(guó)砌體結(jié)構(gòu)未來的發(fā)展方向。

砌體結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)計(jì)，布置方案，發(fā)展前景

1 砌體結(jié)構(gòu)的性能特點(diǎn)

砌體結(jié)構(gòu)是磚砌體、砌塊砌體、石砌體建造結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱，可分為無筋砌體結(jié)構(gòu)和配筋砌體結(jié)構(gòu)。砌體結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于：便于就地取材，可利用工業(yè)廢料，抗壓強(qiáng)度高，耐久性、耐火性好，化學(xué)穩(wěn)定性和大氣穩(wěn)定性均較好，具有較好的保溫隔熱性能，較鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)約水泥和鋼材，造價(jià)低、施工周期短等。但砌體結(jié)構(gòu)也有著自重偏大，砌筑工作相對(duì)繁重，砂漿與砌塊之間的結(jié)合力較弱，抗拉強(qiáng)度低等缺陷。而這些缺陷導(dǎo)致砌體結(jié)構(gòu)抗震性能較差，一旦有地震發(fā)生，砌體結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生破壞，易造成房屋倒塌等災(zāi)害。因此，砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要承受軸心或小偏心壓力，很少受拉或受彎，一般民用和工業(yè)建筑的墻、柱和基礎(chǔ)可采用砌體結(jié)構(gòu)。

2 房屋砌體結(jié)構(gòu)中的抗震設(shè)計(jì)：

由于砌體材料的抗拉和抗剪強(qiáng)度均較低，使得砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震性能相對(duì)較差；同時(shí)，砌體結(jié)構(gòu)房屋由縱墻、橫墻、樓蓋等多構(gòu)件構(gòu)成，如果結(jié)構(gòu)布置不合理，構(gòu)件之間的連接構(gòu)造不當(dāng)，均不利于整體抗震。因此，為了提高房屋建筑砌體結(jié)構(gòu)的抗震性，需要對(duì)房屋建筑砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

2.1 抗震概念設(shè)計(jì)

由于地震災(zāi)害中建筑的破壞程度與砌體結(jié)構(gòu)的高度層數(shù)成正比，采用砌體結(jié)構(gòu)的房屋建筑的總層數(shù)不得超過《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50003-2011）中砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)計(jì)的規(guī)定。在結(jié)構(gòu)體系上，應(yīng)在條件允許的情況下率先使用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系，同時(shí)注重加強(qiáng)墻體中薄弱環(huán)節(jié)的抗震能力，使墻體受力均勻并避免因一處破壞導(dǎo)致整個(gè)墻體乃至整個(gè)單元結(jié)構(gòu)的坍塌。

2.2 抗震計(jì)算

抗震計(jì)算是房屋建筑砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震設(shè)計(jì)的重要組成部分，能為實(shí)施抗震措施提供數(shù)據(jù)支持，有效地解決安全隱患。抗震計(jì)算需要驗(yàn)算的有彈性階段的豎向承載力、水平承載力是否滿足規(guī)范要求,其中結(jié)構(gòu)的水平承載力和豎向壓應(yīng)力相關(guān)。據(jù)震害表明，豎向承載力、水平承載力之間也是存在相互關(guān)系的，即除了豎向壓應(yīng)力影響水平承載力外, 水平剪應(yīng)力也影響豎向承載力,一旦因抗剪強(qiáng)度不足而出現(xiàn)水平裂縫,結(jié)構(gòu)的豎向承載力也會(huì)減小。因此,可以直接對(duì)中震作用下的墻體抗震強(qiáng)度的校核。另外，要保證砌體結(jié)構(gòu)在兩個(gè)方向的抗震強(qiáng)度基本一致,避免因一個(gè)方向的墻體產(chǎn)生破壞使縱橫墻脫開,導(dǎo)致局部倒塌的現(xiàn)象。

2.3 提高抗震能力的措施

抗震圈梁既是水平樓、屋蓋的約束邊緣構(gòu)件，又是加強(qiáng)墻體與墻體、樓蓋與墻體間連接的重要構(gòu)件。除了每層樓、屋蓋標(biāo)高處之外，還應(yīng)在墻段上所有的承重墻和自承重墻體上設(shè)置抗震圈梁。正確使用圈梁能有效提高砌體結(jié)構(gòu)房屋建筑的抗震性，同時(shí)具有經(jīng)濟(jì)方便的優(yōu)點(diǎn)，并且圈梁的設(shè)置經(jīng)驗(yàn)證對(duì)抵抗地震災(zāi)害是行之有效的。其他提高砌體房屋的抗震能力措施有：1）地基與基礎(chǔ)之間增加防震褥墊；2）增設(shè)“三角形”結(jié)構(gòu)；3）底部?jī)蓪觾?nèi)墻增設(shè)鋼筋網(wǎng)片； 4）改板式懸挑為梁式懸挑；5）加強(qiáng)樓梯間設(shè)防措施；6）加強(qiáng)頂層及附屬結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)。

3 砌體承重結(jié)構(gòu)布置及特點(diǎn)：

工程實(shí)踐表明，砌體結(jié)構(gòu)適用于以受壓為主、便于就地取材的結(jié)構(gòu)，既要使結(jié)構(gòu)受力合理，又要滿足建筑平面布置要求，建筑結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)和選型變得十分重要。常用承重布置方案如下：

（1）橫墻承重

樓層的荷載通過板梁傳至橫墻，橫墻是主要的豎向承重構(gòu)件，縱墻只起分隔、圍護(hù)、自承重及形成整體作用。特點(diǎn)是：橫墻間距較密，房屋橫向剛度較大，整體剛度好。外縱墻不是承重墻，立面處理比較方便，可以開設(shè)較大的門窗洞口，抗震性能較好。房間布置的靈活性差，多用于宿舍、住宅等建筑。

（2）縱墻承重

板荷載傳遞給梁，梁再傳給縱墻。縱墻是主要的承重墻，橫墻只承受小部分荷載，橫墻的設(shè)置是為了滿足房屋的剛度和整體性要求。特點(diǎn)是：房屋的空間較大，平面布置比較靈活。剛度較差，縱墻受力集中，縱墻較厚或要加壁柱。適用于教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)室、辦公樓、醫(yī)院等。

（3）縱橫墻雙向承重

根據(jù)房間的開間和進(jìn)深要求，有時(shí)需要采取縱橫墻同時(shí)承重的方案。特點(diǎn)是：橫墻的間距比縱墻承重小，比橫墻承重大，房屋的剛度介于前兩者之間。

（4）內(nèi)框架承重

在外墻承重的同時(shí)，部分內(nèi)墻采用鋼筋混凝土柱代替，以取得較大的空間。特點(diǎn)是：橫墻較少，房屋剛度較差；鋼筋混凝土柱與磚墻的壓縮性能不一樣，容易造成不均勻變形而產(chǎn)生次應(yīng)力，墻的帶型基礎(chǔ)與柱的單獨(dú)柱基沉降容易不一致。

4 砌體結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)砌體結(jié)構(gòu)正向適應(yīng)科技迅猛發(fā)展和滿足社會(huì)需求的現(xiàn)代砌體發(fā)展，開發(fā)節(jié)能環(huán)保型建材，發(fā)展輕質(zhì)高強(qiáng)砌體材料，開展配筋砌體和預(yù)應(yīng)力砌體研究以及砌體結(jié)構(gòu)的理論研究是今后砌體結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)。 其特點(diǎn)如下：

(1)發(fā)展和推廣應(yīng)用砌體結(jié)構(gòu)新材料。加大限制高能耗、高污染低效益產(chǎn)品的生產(chǎn)力度,充分利用工業(yè)廢料, 研發(fā)新型砌體材料,發(fā)展節(jié)能砌體結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展蒸壓灰砂廢渣制品,包括鋼渣磚、粉煤灰磚、爐渣磚及空心砌塊、粉煤灰加氣混凝土墻板等，從而滿足利廢、節(jié)能、節(jié)土和環(huán)保的要求。

(2)開發(fā)利用輕質(zhì)、高強(qiáng)和節(jié)能環(huán)保的新型磚、砌塊、砂漿。高強(qiáng)空心磚在發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用很廣，其抗壓強(qiáng)度普遍達(dá)到30～60MPa，承重空心磚的孔隙率可達(dá)到40%。因地制宜，在粘土較多的地區(qū)，發(fā)展高強(qiáng)粘土制品、高空隙率的保溫磚和外墻裝飾磚、塊材等。同時(shí)，由于目前采用的普通砂漿強(qiáng)度低，難以得到高強(qiáng)度的砌體，如果采用高粘結(jié)力、高強(qiáng)度的粘結(jié)材料，那么砌體的性能指標(biāo)就能有很大的提升。進(jìn)一步研究輕質(zhì)高強(qiáng)低能耗砌塊，使砌塊向薄壁、高強(qiáng)、大孔和大尺寸發(fā)展，可以有效地提高砌筑結(jié)構(gòu)的整體性和抗震性。

(3) 配筋砌體和預(yù)應(yīng)力砌體的研究。由于配筋砌體和預(yù)應(yīng)力砌體具有強(qiáng)度高、延性好、抗震能力強(qiáng)以及施工速度快，用鋼量相對(duì)均勻配筋較少的優(yōu)勢(shì)。因此根據(jù)砌體結(jié)構(gòu)的受力特性，在相應(yīng)的部位配置預(yù)應(yīng)力鋼筋，增強(qiáng)對(duì)砌體的約束，延緩砌體開裂，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度，從而提高砌體抗拉強(qiáng)度和豎向承載力。

(4) 砌體結(jié)構(gòu)理論研究。我國(guó)在砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的規(guī)范，主要經(jīng)歷了三個(gè)階段的發(fā)展過程，最終形成以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》( GB50003—2011) 的實(shí)施標(biāo)志著我國(guó)已經(jīng)建立了較為完整的砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論和應(yīng)用體系。但相比國(guó)外仍有一定差距，需要深入地研究砌體結(jié)構(gòu)的受力性能和破壞機(jī)理,通過數(shù)學(xué)和力學(xué)模型，研究砌體結(jié)構(gòu)整體工作性能，建立更加完善的理論體系， 對(duì)促進(jìn)砌體結(jié)構(gòu)的發(fā)展有深遠(yuǎn)意義。

[1]砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范( GB5003—2011) ［S］． 北京∶ 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011．

[2]建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范( GB50011—2010) ［S］． 北京∶ 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010．

[3]劉慧敏，李春霞． 砌體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀及前景［J］． 科技風(fēng)，2012，10：198．

[4]張惠英，邢秋順，許錦燕，等.砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用[M].北京∶中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008∶4-5.

[5]董明海，宋麗.砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].西安∶西安交通大學(xué)出版社，2010∶7-8

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1007-6344（2015）06-0093-01