砌體結(jié)構(gòu)中小墻垛受壓承載力分析與評定

李 輝， 李清洋， 趙自強， 于 磊， 高小旺

(北京三茂建筑工程檢測鑒定有限公司， 北京 100088)

0 前言

在砌體結(jié)構(gòu)房屋安全鑒定中，部分墻體、特別是小墻垛的受壓承載力會存在不滿足規(guī)范要求的情況，整個房屋的安全性評級會因個別小墻垛鑒定為du級而導(dǎo)致整個房屋鑒定為Dsu級，嚴重影響整個房屋結(jié)構(gòu)的安全性鑒定評級。對于部分房屋底層墻體的受壓承載力計算不滿足要求且存在因受壓承載力不足引起墻體出現(xiàn)裂縫等損傷的情況，應(yīng)及時采取措施進行加固；還有一部分僅個別小墻垛受壓承載力不滿足規(guī)范要求，而小墻垛及所屬的整個軸線墻體均未出現(xiàn)因受壓承載力不滿足規(guī)范要求而引起的裂縫和損傷，對于這部分僅個別小墻垛受壓承載力不足的砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件如何鑒定評級和對整個房屋結(jié)構(gòu)的鑒定評級以及采取何種措施是需要認真對待的。

本文對砌體結(jié)構(gòu)墻體上部設(shè)置鋼筋混凝土圈梁，且墻體未出現(xiàn)因受壓承載力不足引起的裂縫及和損傷的情況下的小墻垛長度的界定和受壓承載力評定等問題進行探討。

1 砌體結(jié)構(gòu)房屋的小墻垛及其受壓承載力鑒定

1.1 砌體結(jié)構(gòu)房屋的小墻垛

未進行正規(guī)設(shè)計的既有砌體結(jié)構(gòu)房屋，由于部分墻體門窗洞口尺寸較大或兩個門窗洞口位置很近，造成兩個門洞或窗洞之間墻體的局部尺寸較小，在進行墻體受壓承載力計算時，房屋下部幾層較小墻垛的受壓承載力不滿足要求[1]。

北京市20世紀(jì)七八十年代依據(jù)76住1圖集[2]建了很多4～6層的砌體結(jié)構(gòu)住宅房屋，其廚房和衛(wèi)生間布置在同一開間，廚房和衛(wèi)生間窗戶開洞后外縱墻形成的墻垛長度主要為240mm和370mm，見圖1。

圖1 外縱墻的墻垛

辦公樓和教學(xué)樓主要為2～6層的內(nèi)廊式或外廊式砌體結(jié)構(gòu)房屋，其樓屋蓋板主要為預(yù)制板，房間預(yù)制板放置在橫墻上，走廊預(yù)制板放置在縱墻上，縱、橫墻上的小墻垛均為承重墻；由于使用功能，內(nèi)縱墻上連續(xù)兩間房屋墻體開門洞后形成的小墻垛長度主要為490mm和740mm；個別內(nèi)橫墻開門洞形成的小墻垛長度主要為370mm和490mm[3]。

1.2 砌體結(jié)構(gòu)房屋小墻垛的受壓承載力鑒定

砌體結(jié)構(gòu)房屋墻體的受壓承載力鑒定大部分是由PKPM等軟件自動完成的，墻體所承擔(dān)的荷載是按樓屋板的類型來分配的，對于未開洞的墻體按該墻段進行計算；對于開一個洞口的墻體則應(yīng)分至洞口兩側(cè)的墻段，對于開兩個洞口的墻體則應(yīng)分至中間有小墻垛的三個墻段，而豎向荷載是按洞口中部1/2處分至洞口兩側(cè)墻段來分配的，墻體開兩個洞口后中間形成的小墻垛所承擔(dān)的豎向荷是按一個洞口中部1/2處至另一個洞口中部1/2處區(qū)域來分配的[4]，這就使得小墻垛受承壓不滿足規(guī)范要求，而在實際砌體房屋中承壓不足的小墻垛并沒有出現(xiàn)因受壓承載力不滿足而產(chǎn)生的裂縫。

PKPM等軟件對開洞墻體的計算按洞口中間分隔的工字形截面來進行，其抗側(cè)力剛度、受壓承載力和受剪承載力計算也是如此。PKPM等軟件計算通過各墻段來分配地震作用是合理的，但對于墻體的承壓計算則沒有考慮砌體墻設(shè)置圈梁后墻體承壓的內(nèi)力分布[5]。

2 砌體結(jié)構(gòu)房屋小墻垛的界定和軟件計算結(jié)果的處理

2.1 砌體結(jié)構(gòu)房屋小墻垛的界定

在采用PKPM等軟件進行受壓承載力計算時，對墻長小于250mm的小墻垛，軟件不考慮；砌體結(jié)構(gòu)房屋中，對凈高寬比大于4的墻段，不考慮該墻段的抗側(cè)力剛度[6]，內(nèi)縱墻和內(nèi)橫墻開門洞時，一般門洞高為2.1m和2.4m，對應(yīng)墻長應(yīng)小于525mm和小于600mm；外縱墻的窗洞一般高1.5m和1.8m，對應(yīng)墻長應(yīng)小于375mm和小于450mm。

在實際結(jié)構(gòu)鑒定評級中，下部幾層墻體長度為240，370，490mm的個別小墻垛的受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α遠遠小于0.9，評為du級構(gòu)件，而其他較大墻段的受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α大于1.0，評為au級構(gòu)件。因此，對于設(shè)置了鋼筋混凝土圈梁的墻體，采用PKPM等軟件進行受壓承載力計算時，當(dāng)墻體長度為240，370，490mm時，應(yīng)界定為小墻垛。

2.2 軟件計算結(jié)果的處理

通過計算軟件中按照從屬荷載面積分配計算得到的小墻垛受壓承載力分析，小墻垛與大墻段相比，其分配的受壓荷載過多。假設(shè)把洞口之間的小墻垛取消，全部按開大洞口計算，若大洞口兩側(cè)墻體的受壓承載力均能滿足規(guī)范要求，由于未考慮小墻垛的承壓，則是一種偏于保守的受壓承載力計算結(jié)果[7]。

當(dāng)墻體設(shè)置圈梁且墻體未出現(xiàn)承壓不足引起的裂縫等情況時，按取消小墻垛后開大洞口的墻梁應(yīng)力分布來計算:

(1)墻垛長度為240mm或370mm時，不考慮墻垛的受壓承載力，這樣處理是偏于保守和安全的，小墻垛所屬軸線整個墻體的豎向荷載全部由洞口兩側(cè)的大墻段來承擔(dān)，受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α可按下列公式計算：

(1)

式中：αi為墻體中i墻段受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值；bi為墻體中i墻段的長度；B為整個墻體的長度。

(2)墻垛長度為490mm和620mm時，當(dāng)小墻垛與兩側(cè)大墻體計算的受壓承載力差別較大時，可按照受壓剛度的內(nèi)力重分布來分配整個墻體的豎向荷載，受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α可按下列公式計算：

(2)

3 計算實例

3.1 實例1

3.1.1 結(jié)構(gòu)布置和計算參數(shù)

某五層的砌體結(jié)構(gòu)住宅房屋，一單元標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖見圖2。該住宅房屋建造于1980年，第1～5層層高均為2.9m，室內(nèi)外高差0.45m。承重形式主要為橫墻承重，承重墻采用燒結(jié)普通磚和混合砂漿砌筑，外墻墻體厚度為370mm，內(nèi)墻承重墻體厚度為240mm。第1～4層廚房和衛(wèi)生間樓板采用現(xiàn)澆板，陽臺板采用現(xiàn)澆板，其余樓屋蓋板均采用預(yù)應(yīng)力混凝土圓孔板。在每層樓屋蓋墻體處均設(shè)有鋼筋混凝土圈梁。現(xiàn)場檢測的砂漿抗壓強度推定值：第1層為5.7MPa，第2層和第3層為2.7MPa，第4層和第5層為1.5MPa。磚抗壓強度等級均為MU10。

圖2 一單元標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖

3.1.2 計算機程序的計算結(jié)果

在采用PKPM軟件進行安全承載力鑒定時，該建筑第1～4層有個別小墻垛(軸線外縱墻小墻垛長度370mm，內(nèi)橫墻小墻垛長度490mm)的受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α遠遠小于0.90，評為du級構(gòu)件。第1層和第2層標(biāo)準(zhǔn)單元墻體的受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α見圖3和圖4。從圖3和圖4可以看出，③，④軸內(nèi)橫墻長490mm小墻垛的α：第1層為0.49，第2層為0.43。

圖3 第1層墻體的受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α

圖4 第2層墻體受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α

3.1.3 內(nèi)橫墻小墻垛分析結(jié)果處理

內(nèi)橫墻長490mm小墻垛的受壓承載力評定分析 表1

從表1所列結(jié)果可以看出，長490mm小墻垛原PKPM計算程序鑒定結(jié)果為：第1層和第2層α2分別為0.49，0.43，采用式(2)計算分析后：第1層和第2層α分別為1.77，1.81，均大于原PKPM計算程序鑒定結(jié)果。

為了進行比較，外縱墻長370mm的小墻垛取消和內(nèi)橫墻門洞擴大后第1層和第2層墻體受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α見圖5、圖6。

圖5 外縱墻小墻垛取消和內(nèi)橫墻門洞擴大后第1層墻體受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α

圖6 外縱墻小墻垛取消和內(nèi)橫墻門洞擴大后第2層墻體受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α

從圖5、圖6所列的分析結(jié)果可以看出，③，④軸線內(nèi)外縱墻小墻垛取消和內(nèi)橫墻門洞擴大后鄰墻段的受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α：第1層為1.65和2.05，第2層為1.65和2.15。對于墻長為490mm小墻垛，本文式(2)的α計算結(jié)果：第1層、第2層分別為1.77，1.81，此兩個數(shù)值分別介于外縱墻小墻垛取消和內(nèi)橫墻洞口擴大后α值之間(1.77介于1.65和2.05之間，1.81介于1.65和2.15之間)。

3.2 實例2

3.2.1 結(jié)構(gòu)布置和計算參數(shù)

某五層的砌體結(jié)構(gòu)住宅房屋，標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖見圖7。該建筑采用76住1圖集[1]甲、乙單元結(jié)構(gòu)布置，共三個單元，建造于1980年，第1～5層層高均為2.9m。承重形式主要為橫墻承重，承重墻采用燒結(jié)普通磚和混合砂漿砌筑，外墻墻體厚度為370mm，內(nèi)墻承重墻體厚度為240mm。建筑樓屋蓋板均采用預(yù)應(yīng)力混凝土圓孔板。在每層樓屋蓋墻體處均設(shè)有鋼筋混凝土圈梁。砂漿抗壓強度推定值現(xiàn)場檢測結(jié)果：第1層為5.0MPa，第2層為4.5MPa；第3層和第4層為4.0MPa；第5層為1.5MPa。磚抗壓強度等級均為MU7.5。

圖7 標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖

3.2.2 計算機程序的計算結(jié)果

在采用PKPM軟件進行安全承載力鑒定時，該建筑第1層內(nèi)縱墻有個別長度為490mm小墻垛的受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α遠小于0.90，評為du級構(gòu)件。第1層墻體受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α見圖8。

圖8 第1層墻體受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α

3.2.3 內(nèi)縱墻小墻垛分析結(jié)果處理

內(nèi)縱墻長490mm小墻垛的受壓承載力評定分析 表2

從表2所列結(jié)果可以看出，長490mm小墻垛原PKPM計算程序鑒定結(jié)果：α2為0.57，采用式(2)計算分析后α為2.85，大于原PKPM計算程序鑒定結(jié)果。

為了進行比較，現(xiàn)將內(nèi)縱墻中的長490mm小墻垛取消，把門洞擴大為小墻垛加上兩個門洞寬度后由計算機程序PKPM進行計算，其第1層墻體受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α見圖9。

圖9 內(nèi)縱墻門洞擴大后第1層墻體受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α

從圖9的結(jié)果可以看出，將內(nèi)縱墻中的小墻垛取消，把門洞擴大為小墻垛加上兩個門洞寬度后，程序PKPM計算的內(nèi)縱墻門洞相鄰兩側(cè)墻段受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α：軸交①～③軸兩側(cè)墻段分別為2.74和3.02，軸交⑥～⑧軸兩側(cè)墻段分別為2.71和3.02，軸交～軸兩側(cè)墻段分別為2.74和3.02，對于墻長為490mm小墻垛按照本文式(2)的計算α為2.85，此數(shù)值分別介于外縱墻小墻垛取消和內(nèi)橫墻洞口擴大后α值之間。

4 結(jié)論

對砌體房屋縱橫墻開門窗洞口后形成長240,370mm或490,620mm的小墻垛受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α遠小于1.0的情況進行分析。指出了在砌體結(jié)構(gòu)受壓承載力計算中，PKPM程序采用按照洞口中線分配小墻垛和墻段荷載的不合理性。通過比較分析，給出了小墻垛未出現(xiàn)受壓裂縫前提下，相應(yīng)的開洞口墻體受壓承載力驗算結(jié)果的評定方法：

(1)小墻垛長度≤370mm時，可忽略小墻垛，將兩個洞口合并為一個洞口對墻體進行承載力分析。

(2)小墻垛長度為490mm或620mm時，可采用連同相鄰的兩個大墻共三道墻PKPM計算結(jié)果與墻段長度加權(quán)平均的方法計算小墻垛受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α。加權(quán)結(jié)果α≥1.1時，可評定為au級構(gòu)件；加權(quán)結(jié)果1.0≤α<1.1時，可評定為bu級構(gòu)件；加權(quán)結(jié)果0.95<α<1.00時，可評定為cu級構(gòu)件；加權(quán)結(jié)果α≤0.95時，評定為du級構(gòu)件。

(3)對于長度>620mm墻段，可不必按照小墻垛進行處理。

需要強調(diào)的是，本文的分析結(jié)論僅適用于設(shè)置鋼筋混凝土圈梁且小墻垛沒有出現(xiàn)承壓裂縫等損傷的多層砌體結(jié)構(gòu)房屋，不適用未設(shè)置鋼筋混凝土圈梁或設(shè)置鋼筋磚圈梁的情況。