中阿兩國關(guān)于砌體填充墻構(gòu)造措施做法比較與分析

王少奎，黃義鴻，薛 彪，黎東海

(中國建筑一局(集團)有限公司，北京 100161)

0 引言

隨著施工企業(yè)不斷走向國際市場，國內(nèi)工程人員快速掌握當(dāng)?shù)匾?guī)范、規(guī)定及通常做法已成為每個海外企業(yè)亟待解決的問題之一。阿聯(lián)酋地區(qū)房建及公共設(shè)施類工程中砌體填充墻絕大部分依據(jù)英國標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，但由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計節(jié)點，不同設(shè)計院出具的圖紙中節(jié)點也不盡相同，給承包商現(xiàn)場施工及驗收帶來麻煩。本文從砌體填充墻構(gòu)造措施對阿聯(lián)酋地區(qū)7個項目進行調(diào)研，以梳理總結(jié)當(dāng)?shù)鼗炷两Y(jié)構(gòu)中砌體填充墻構(gòu)造措施的典型要求，并在總結(jié)國內(nèi)相關(guān)規(guī)定的基礎(chǔ)上，與當(dāng)?shù)赝ǔＴO(shè)計要求進行對比分析。

1 設(shè)計原則

在我國標(biāo)準(zhǔn)中，框架填充墻作為非承重墻應(yīng)優(yōu)先選用輕質(zhì)塊體材料，如混凝土蒸壓加氣塊、混凝土空心砌塊、輕集料混凝土砌塊等。框架填充墻墻體除應(yīng)滿足穩(wěn)定性要求外，尚應(yīng)考慮水平風(fēng)荷載及地震作用，地震作用按GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(2016年版)[1]中非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的規(guī)定計算。我國歷次震害表明，地震作用下填充墻砌體與結(jié)構(gòu)框架間存在復(fù)雜作用，對主體結(jié)構(gòu)抗震性能有較大影響[2]。設(shè)計階段應(yīng)考慮以下幾點，以減小填充墻對主體結(jié)構(gòu)的不利影響：①平面布置宜均勻?qū)ΨQ，減少砌體填充墻質(zhì)量剛度偏心造成的主體結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)；②砌體填充墻豎向布置宜均勻連續(xù)，避免產(chǎn)生上、下剛度突變；③避免框架柱形成短柱；④考慮墻體剛度和質(zhì)量對主體結(jié)構(gòu)抗震性能的不利影響[3]，并設(shè)置拉結(jié)筋、水平系梁、圈梁、構(gòu)造柱等與主體結(jié)構(gòu)可靠拉結(jié)。

在設(shè)計原則方面，英國及歐盟抗震規(guī)范對具有填充墻的框架結(jié)構(gòu)體提出以下要求：①填充墻體應(yīng)在主體結(jié)構(gòu)完成后砌筑；②填充墻與框架結(jié)構(gòu)相接觸但應(yīng)無明顯分割縫，同時也不能有結(jié)構(gòu)性連接；③原則上填充墻應(yīng)按非結(jié)構(gòu)類構(gòu)件考慮[4]。框架填充墻設(shè)計時須考慮墻體水平及豎向布置不均勻性對結(jié)構(gòu)整體的影響、填充墻本身材料特性及外力作用下由填充墻導(dǎo)致的混凝土結(jié)構(gòu)局部破壞[4]。雖然規(guī)范規(guī)定填充墻-框架結(jié)構(gòu)中填充墻與框架間不可設(shè)結(jié)構(gòu)性連接，但考慮墻體平面外破壞時可設(shè)置填充墻與框架間的連接防止傾覆，類似柔性連接。

2 構(gòu)造柱與水平系梁設(shè)置

2.1 《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定

GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(2016年版)[1]中規(guī)定，墻長>5m時，墻頂與梁宜有拉結(jié)；墻長>8m 或?qū)痈?倍時，宜設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱；墻高>4m時，宜在墻高中部設(shè)置與柱連接且沿墻全長貫通的鋼筋混凝土水平系梁。

2.2 《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》及相關(guān)圖集規(guī)定

通過對我國歷次地震中結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞形式的調(diào)研，GB 50003—2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[5]中提供了填充墻與主體框架脫開、不脫開2種連接方式。

2.2.1脫開連接

填充墻與框架采用脫開連接時，砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定：①填充墻端部應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱，構(gòu)造柱間距宜≤20倍墻厚且≤4m，柱寬≥100mm，柱豎向鋼筋不宜>φ10，箍筋宜為φR5，豎向間距宜≤400mm；②墻高>4m時宜在墻高中部設(shè)置與柱連通的水平系梁，水平系梁截面高度≥60mm，填充墻高度≤6m；③填充墻兩端宜卡入設(shè)在梁、板底及柱側(cè)的卡口鐵件內(nèi)，墻側(cè)卡口板豎向間距≤500mm，墻頂卡口板間距≤1 500mm[5]。

填充墻與框架結(jié)構(gòu)脫開連接方法，參照10SG614-2《砌體填充墻構(gòu)造詳圖(二)》[6]。

2.2.2不脫開連接

填充墻與框架采用不脫開連接時，墻長>5m或2倍層高時，墻頂與梁宜有拉結(jié)措施，墻體中部應(yīng)加設(shè)構(gòu)造柱；墻高>4m時宜在墻高中部設(shè)置與柱連接的水平系梁；墻高>6m時宜沿墻高每2m設(shè)置與柱連接的水平系梁，梁截面高度≥60mm[5]。

填充墻與框架不脫開連接方法，參照12G614-1《砌體填充墻結(jié)構(gòu)構(gòu)造》[3]。

以上國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對填充墻構(gòu)造措施的規(guī)定中：①我國建筑《抗震設(shè)計規(guī)范》與《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》對填充墻構(gòu)造柱布置間距的描述有一些出入，實際設(shè)計過程中，國內(nèi)設(shè)計院偏保守，更傾向選用《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[1]中的規(guī)定；②構(gòu)造柱在脫開與不脫開2種連接方式下的設(shè)置方式略有不同，脫開連接的填充墻要求端部設(shè)置構(gòu)造柱；③《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[1]條文說明中特別提到，填充墻內(nèi)構(gòu)造柱施工時，無須預(yù)留馬牙槎，且GB 50203—2011《砌體結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》[7]中也未提及構(gòu)造柱的驗收，然而12G614-1《砌體填充墻結(jié)構(gòu)構(gòu)造》[3]中顯示構(gòu)造柱預(yù)留有馬牙槎。筆者認為，當(dāng)填充墻設(shè)層間拉結(jié)筋時，能保證構(gòu)造柱與墻體充分連接，可不設(shè)馬牙槎。實際施工過程中，施工人員通常按圖集施工，即構(gòu)造柱采用馬牙槎的形式，驗收標(biāo)準(zhǔn)同配筋砌體構(gòu)件中構(gòu)造柱要求。國內(nèi)通常做法如圖1所示，在構(gòu)造柱底部和頂部與主體結(jié)構(gòu)間通常預(yù)留鋼筋或預(yù)埋件；采用后植筋做法時，植筋抗拉拔強度應(yīng)滿足相應(yīng)規(guī)范要求。

圖1 墻體構(gòu)造柱及水平系梁設(shè)置

2.3 英國標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)規(guī)定

歐盟抗震規(guī)范、規(guī)定中要求計算非結(jié)構(gòu)構(gòu)件地震作用，為防止墻體脆性破壞，保證墻體平面內(nèi)外穩(wěn)定性，在構(gòu)造措施方面要求填充墻體高厚比≤15，與結(jié)構(gòu)之間進行拉結(jié)，如增加構(gòu)造柱及水平系梁[4]。但規(guī)范中僅提到構(gòu)造的概念，并未給出如構(gòu)造柱及水平系梁布置間距、尺寸等的具體操作意見。

英國砌筑規(guī)范中雖未提及填充墻及構(gòu)造柱的概念，但針對墻體約束條件及所受荷載特性列出了計算公式，可適用于填充墻的計算。例如，墻體在水平側(cè)向作用力下的承載力計算公式，除滿足水平抗力計算要求外，規(guī)范中根據(jù)墻體約束條件給出墻體最大面積及最大尺寸限值，如側(cè)面受力的墻體在約束邊≥3邊情況下，無筋砌體任何方向尺寸均≤50t(t為墻體有效厚度)；配有層間鋼筋網(wǎng)片的砌體墻體最大尺寸≤60t[8]。不承受荷載的內(nèi)隔墻，墻體尺寸最大限值如表1所示[8]。

表1 墻體尺寸限值

填充墻作為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其地震作用除自身質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力外，還有支座間相互位移產(chǎn)生的附加作用，需同時考慮二者組合作用，計算較復(fù)雜。設(shè)計院應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)整體抗震性能及填充墻自身穩(wěn)定性，對構(gòu)造柱與水平系梁的設(shè)置原則和材料要求給出具體規(guī)定。英國標(biāo)準(zhǔn)中未提出填充墻體及構(gòu)造柱、水平系梁構(gòu)造措施的概念，但規(guī)范中墻體受水平荷載下計算規(guī)則適用于填充墻。規(guī)范中根據(jù)墻體受荷載及約束情況給出墻面最大尺寸限值，雖約束的概念與構(gòu)造柱及水平系梁的概念仍有些區(qū)別，但其中給出的數(shù)據(jù)可作為參考。

2.4 阿聯(lián)酋當(dāng)?shù)卦O(shè)計要求

阿聯(lián)酋設(shè)計院一般會依據(jù)英國標(biāo)準(zhǔn)給出自己的設(shè)計要求，調(diào)研項目均對構(gòu)造柱及水平系梁間距作出規(guī)定。在7個調(diào)研項目中，有2個項目規(guī)定：當(dāng)填充墻體面積>14m2時，需增加構(gòu)造柱和水平系梁，且墻體最大尺寸≤5m；其余5個項目則直接給出構(gòu)造柱和水平系梁尺寸及間距要求，且其中1個項目更是直接引用規(guī)范，采用表1中規(guī)定。總結(jié)7家設(shè)計院對填充墻構(gòu)造措施的規(guī)定可發(fā)現(xiàn)以下特點。

1)外圍填充墻體與室內(nèi)填充墻體區(qū)別對待?？紤]到結(jié)構(gòu)外圍墻體受風(fēng)荷載影響較大，構(gòu)造措施比室內(nèi)填充墻更嚴(yán)格。例如，在阿聯(lián)酋某一超高層項目中，所有構(gòu)造措施相同的條件下，設(shè)計院在圖紙中要求外圍填充墻體構(gòu)造柱最大間距為4m，而內(nèi)部填充墻體構(gòu)造柱間距則可為6.5m；在某一別墅項目中，僅要求結(jié)構(gòu)外圍填充墻體設(shè)置層間鋼筋網(wǎng)片。

2)構(gòu)造柱、水平系梁、墻頂固定鐵件及砌體層間鋼筋的布置均起到增強墻體側(cè)向抵抗力的作用，當(dāng)某一構(gòu)造措施較嚴(yán)格時，其余措施則相對寬松。例如，在阿聯(lián)酋某一商場項目中，由于構(gòu)造柱尺寸及配筋較大，圖紙中并無水平系梁的構(gòu)造措施，且墻頂與結(jié)構(gòu)無連接。對于200mm厚內(nèi)部填充墻體，構(gòu)造柱尺寸為200mm×250mm，內(nèi)部配筋4φ20 HRB500 +φ8@200，無水平系梁及墻頂約束條件下，墻體最大長度可取4m，最大高度取6.7m。在迪拜某一超高層項目中，設(shè)計規(guī)定墻體高度>3m時需設(shè)置水平系梁，且墻頂與主體結(jié)構(gòu)有連接，構(gòu)造柱間距則取值較大。對于200mm厚內(nèi)部填充墻體，構(gòu)造柱尺寸為200mm×300mm，內(nèi)部配筋8φ10 HRB500 +φ8@100，室內(nèi)填充墻體最大長度可取6.5m。

目前對于阿聯(lián)酋市場，填充墻設(shè)計仍主要依據(jù)設(shè)計院給出的原則進行深化設(shè)計，盡管不同項目間有區(qū)別，經(jīng)過對多個項目調(diào)研總結(jié)，當(dāng)?shù)仄毡榈淖龇ㄈ鐖D2所示，構(gòu)造柱底部與主體結(jié)構(gòu)間通常采用預(yù)留單根鋼筋方式連接；構(gòu)造柱頂部與主體結(jié)構(gòu)采用單根直徑≥16mm鋼筋，錨進主體結(jié)構(gòu)部分鋼筋帶有PVC套管。

圖2 墻體構(gòu)造柱及水平系梁設(shè)置

深化設(shè)計過程中仍主要以項目圖紙為依據(jù)，上述做法雖具有一定的普遍意義，但項目需根據(jù)自身具體規(guī)定進行調(diào)整。

其與國內(nèi)主要有以下區(qū)別：①填充墻體構(gòu)造柱無留馬牙槎的規(guī)定；②墻體與構(gòu)造柱、框架柱、剪力墻及梁板構(gòu)件采用專用連接件連接；③填充墻體與框架間多采用柔性連接。

3 砌體填充墻材料要求

國內(nèi)設(shè)計規(guī)范規(guī)定，填充墻宜選用輕質(zhì)塊體材料，填充墻砌筑砂漿等級不宜低于M5，實心塊體強度等級不宜低于MU2.5，空心塊體強度等級不宜低于MU3.5[1,5]。構(gòu)造柱及水平系梁混凝土一般不應(yīng)低于C20，《砌體結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》中規(guī)定填充墻與主體框架間采用化學(xué)植筋連接時，應(yīng)進行實體檢測且錨固鋼筋非破壞檢驗值為6kN[7]。在鋼筋方面，構(gòu)造柱與水平系梁主筋選用HRB335或HRB400，箍筋采用HPB300，拉筋采用HPB300，HRB335或HRB400。構(gòu)造柱及水平系梁主筋采用綁扎搭接時，搭接長度≥50；墻體拉結(jié)筋采用綁扎搭接時，搭接長度≥55且≥400mm。

英國標(biāo)準(zhǔn)中并未針對填充墻構(gòu)造柱、水平系梁使用鋼筋類型及型號作出相應(yīng)規(guī)定，參考英國標(biāo)準(zhǔn)，在配筋砌體結(jié)構(gòu)中所用鋼筋大部分為屈服強度為500MPa的鋼筋，阿聯(lián)酋構(gòu)造類鋼筋通常依據(jù)BS4449∶2005《鋼筋混凝土用碳素鋼鋼筋》，選用熱軋帶肋屈服強度為500MPa的鋼筋。位于砂漿層的鋼筋網(wǎng)片一般依據(jù)BS EN 845—3∶2003《磚石附屬元件規(guī)范》進行選取。英國標(biāo)準(zhǔn)中提到的層間鋼筋網(wǎng)片主要有梯子形、桁架形、鋼筋編織網(wǎng)形和金屬網(wǎng)形4種形式，如圖3所示。

圖3 層間鋼筋網(wǎng)片

結(jié)構(gòu)構(gòu)件選梯子形及桁架形，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件則4種都可選用，層間鋼筋網(wǎng)片最小斷面面積≥14mm2且豎向間距≤450mm[8]。非結(jié)構(gòu)構(gòu)件選用梯子形、桁架形及鋼筋編織網(wǎng)形鋼筋網(wǎng)片時，縱向主筋直徑>1.25mm；選用鍍鋅金屬網(wǎng)時，金屬條厚度≥0.4mm；選用不銹鋼金屬網(wǎng)時，金屬條厚度≥0.3mm[8]。阿聯(lián)酋大多數(shù)項目選用直徑4mm梯子形鋼筋網(wǎng)片，但根據(jù)環(huán)境類別不同可選用鍍鋅或不銹鋼材質(zhì)。具體規(guī)格及尺寸根據(jù)磚墻尺寸及類型選取，但應(yīng)保證最小15mm的保護層厚度。

規(guī)范中未給出填充墻構(gòu)造柱及水平系梁混凝土強度等級，通常強度等級同配筋砌體用混凝土強度等級，即應(yīng)≥C30，構(gòu)造柱及水平系梁主筋一般選用4φ12HRB500，箍筋選用φ8HRB500@200。

4 砌體填充墻與結(jié)構(gòu)的連接要求

國內(nèi)房建類項目填充墻砌體多采用與主體結(jié)構(gòu)不脫開連接，填充墻與主體結(jié)構(gòu)、填充墻與構(gòu)造柱、構(gòu)造柱與主體結(jié)構(gòu)間的連接在圖集中有明確節(jié)點，此處不再贅述。阿聯(lián)酋大多數(shù)項目采用連接件的方式與構(gòu)造柱或主體結(jié)構(gòu)相連，調(diào)研項目中僅1個項目構(gòu)造柱與墻體間采用拉結(jié)筋連接。當(dāng)?shù)剡B接件絕大多數(shù)為成品構(gòu)件，產(chǎn)品種類多樣，可滿足現(xiàn)場不同節(jié)點需要，常用的墻體連接件如圖4所示。

圖4 墻體連接形件

墻體與構(gòu)造柱或框架柱、墻連接時，一般每2皮砌塊設(shè)置1道連接件；墻頂通常采用抗剪連接件或角鐵卡件，調(diào)研項目中，有4個項目提供了角鐵連接的節(jié)點，但只有2個項目對角鐵型號及間距作出了規(guī)定。與國內(nèi)規(guī)定不同的是，阿聯(lián)酋項目中，并非所有項目都要求填充墻頂部與主體結(jié)構(gòu)連接，且間距的規(guī)定也不盡相同。角鐵型號及間距的選擇取決于墻體所在位置、墻長、墻厚和墻高。調(diào)研的2個高層住宅項目規(guī)定，只在外圍墻體頂部設(shè)置連接件；在另一超高層住宅中則規(guī)定，對于100mm厚的室內(nèi)填充墻，當(dāng)墻體長度>3m時，應(yīng)在墻頂進行連接；在一別墅項目中規(guī)定，當(dāng)墻體高度>4m時，需在墻體頂部設(shè)連接件。

填充墻與主體結(jié)構(gòu)采用柔性連接時，連接件通常帶有套管，允許墻體在平面內(nèi)位移，且可防止墻體平面外傾覆。

5 結(jié)語

相較于國內(nèi)規(guī)范及圖集，英國標(biāo)準(zhǔn)中對砌體填充墻構(gòu)造方面的規(guī)定不夠具體，將更多的設(shè)計權(quán)力交給了設(shè)計院。雖然國內(nèi)與國外規(guī)定有較大差別，但國內(nèi)規(guī)范設(shè)計原則仍對海外工程具有很大指導(dǎo)意義。阿聯(lián)酋每個項目主要依據(jù)設(shè)計單位指定做法進行深化，各項目做法均不相同，機械照搬以往項目經(jīng)驗可行性較差。雖然所有設(shè)計院都給出填充墻與主體結(jié)構(gòu)連接節(jié)點，但大多數(shù)提供不全，仍需施工單位根據(jù)現(xiàn)場情況在滿足圖紙設(shè)計原則和規(guī)范要求的前提下進行深化。本文從設(shè)計原則、所用材料及連接要求3個方面對國內(nèi)規(guī)范做法及國外當(dāng)?shù)刈龇ㄟM行總結(jié)、比較與分析，以期對未來國際工程項目提供一些借鑒。