混凝土小型空心砌塊房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

袁慶銘

本文介紹了混凝土小型空心砌塊多層房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，并對(duì)混凝土小型空心砌塊中高層房屋和板塊建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做了探討。

混凝土小型空心砌塊；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；配筋砌體；板塊建筑

混凝土小型空心砌塊是砌體結(jié)構(gòu)的一種新型材料，它由通過(guò)工業(yè)化生產(chǎn)的水泥以及就地取材的砂，石料制作而成，是一種替代粘土類砌體墻材的最佳選擇，混凝土小型空心砌塊主塊規(guī)格為390×190×190，其強(qiáng)度等級(jí)分為：MU5、MU7.5、MU10、MU15、MU20，MU7.5以上作為承重砌塊采用。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)大力推廣此類砌體結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了試驗(yàn)研究，《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50003-2001引入了混凝土小型空心砌塊灌孔砌體的計(jì)算指標(biāo)，新的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2001，擴(kuò)大了混凝土小型空心砌塊建筑在高度和層數(shù)方面的應(yīng)用范圍?；炷列⌒涂招钠鰤K可以在多層建筑、中高層建筑及較大跨度住宅中得到的應(yīng)用。

1混凝土小型空心砌塊多層房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

多層砌塊房屋一般采用剛性方案，抗震計(jì)算方法采用底部剪力法，可只選擇從屬面積較大或豎向應(yīng)力較小的墻段進(jìn)行截面的抗震承載力驗(yàn)算。

在小砌塊中通過(guò)孔洞插入一根豎筋并澆筑混凝土形成芯柱，這是沿用國(guó)外小砌塊建筑的作法，新的抗震規(guī)范規(guī)定了小砌塊房屋的芯柱設(shè)置要求，構(gòu)造作法。規(guī)范中還提出在外墻轉(zhuǎn)角，內(nèi)外墻交接處，樓梯間四角等部位，應(yīng)允許采用鋼筋混凝土構(gòu)造柱替代部分芯柱，此種結(jié)構(gòu)體系可稱之為集中配筋構(gòu)造柱小砌塊建筑體系，其抗震性能，變形能力，延性均優(yōu)于設(shè)計(jì)芯柱的小砌塊建筑

因砌體砌塊的豎縫高，砂漿不易飽滿，墻體的受剪承載力低于粘土磚砌體，規(guī)范中圈梁的設(shè)置要求比磚砌體房屋要求高?；炷列⌒涂招钠鰤K砌體抗剪強(qiáng)度較低，干縮值和線膨脹系數(shù)均比粘土磚大，干縮和溫度變形將會(huì)對(duì)墻體產(chǎn)生一定的破壞力，砌體本身的材料缺陷和施工缺陷也會(huì)引起墻體裂縫，砌塊砌體的墻體裂縫問(wèn)題比磚砌塊更為突出。設(shè)計(jì)施工時(shí)要根據(jù)常見(jiàn)裂縫的類型及成因采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工措施，以控制裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

對(duì)砌體建筑，既要重視強(qiáng)度設(shè)計(jì)、抗震設(shè)計(jì)，也必須注重抗裂設(shè)計(jì)。

2中高層房屋——配筋混凝土小型空心砌塊抗震墻房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

混凝土小型空心砌塊在多層房屋中的應(yīng)用，是以芯柱、構(gòu)造柱、圈梁作為主要約束體，當(dāng)砌塊向中高層發(fā)展時(shí)，應(yīng)采用配筋混凝土小型空心砌塊抗震墻體系。

當(dāng)砌塊墻體內(nèi)配筋率小于0.07%時(shí)，可以認(rèn)為是無(wú)筋砌塊砌體，鋼筋僅考慮構(gòu)造和抗裂作用。

配筋混凝土小型空心砌塊抗震墻體是在砌塊墻內(nèi)布設(shè)滿足一定配筋率要求的豎向和水平向分布筋并按要求灌芯，形成砌體剪力墻（抗震墻），承受拉、壓、彎、剪，尤其是增強(qiáng)了砌體抗彎抗剪能力。國(guó)外研究、工程實(shí)踐和震害表明，配筋混凝土小型空心砌塊抗震墻體，具有強(qiáng)度高、延性好、抗震性能好的優(yōu)點(diǎn)，是預(yù)制裝配整體式的混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)：，其受力性能和現(xiàn)澆混凝土剪力墻相似。在規(guī)范規(guī)定的房屋高度限值范圍內(nèi)，可以做到使建筑具有足夠的強(qiáng)度和滿足規(guī)范需要的變形能力，并能體現(xiàn)出該種體系的結(jié)構(gòu)施工和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，填補(bǔ)了砌體結(jié)構(gòu)和混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)間的一個(gè)中高層空缺?？梢酝茢嗯浣罨炷列⌒推鰤K抗震墻結(jié)構(gòu)體系將是今后中高層住宅的首選結(jié)構(gòu)體系。

根據(jù)規(guī)范，配筋混凝土小型空心砌塊抗震墻房屋適用的最大高度7度區(qū)是45m，最大高寬比限值是4，高度≤24m時(shí)，抗震等級(jí)是三級(jí)，高度>24m時(shí)，抗震等級(jí)是二級(jí)。配筋混凝土小型空心砌塊抗震墻承載力計(jì)算時(shí)，底部加強(qiáng)部位截面的組合剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)根據(jù)抗震等級(jí)的不同乘以調(diào)整系數(shù)（二、三級(jí)分別為1.4和1.2）。

配筋混凝土小型空心砌塊抗震墻房屋的構(gòu)造措施見(jiàn)GB50011-2001附錄F，施工控制等級(jí)，設(shè)計(jì)時(shí)宜選用B級(jí)砌體強(qiáng)度指標(biāo)，而在施工時(shí)宜采用A級(jí)的施工質(zhì)量控制等級(jí)。

混凝土小型空心砌塊中高層房屋的結(jié)構(gòu)式除上述配筋砌塊抗震墻外，還有其他一些形式：在墻端設(shè)柱樓蓋處設(shè)圈梁，并增設(shè)墻中柱和配筋帶，這種由砌塊砌體及嵌于其中的鋼筋約束梁和約束柱組合而成的整體結(jié)構(gòu)，稱為鋼筋混凝土弱框架約束砌體結(jié)構(gòu)。若將構(gòu)造柱及梁所形成的弱框架上升到有足夠剛度的框架體系，將豎向荷載全部由框架承擔(dān)，由山墻分戶墻及不會(huì)拆除的墻作為抗震墻來(lái)抵抗水平剪力，這種結(jié)構(gòu)稱之為框架——砌塊墻組合結(jié)構(gòu)。在承受砌塊墻中適當(dāng)設(shè)置少量鋼筋混凝土抗震墻可形成鋼筋混凝土抗震墻——砌塊墻組合結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)型式有的地區(qū)正在研究試用。

3SP板、配筋砌塊住宅建筑（板塊建筑）

用配筋的混凝土小型空心砌塊作為承重墻（抗震墻），用大跨度的SP板作為樓板的住宅建筑在美國(guó)有廣泛應(yīng)用，我們稱之為“板塊建筑”（Spancrete/masonry residential building），該種體系的住宅在中強(qiáng)度地震區(qū)（約相當(dāng)于中國(guó)7度強(qiáng)）可建至10層，用7～11.6M跨度的SP板支在砌塊墻上，上部幾層用200厚的空心砌塊，下部幾層需要灌芯和加筋并可能用到300厚砌塊。SP板也是傳遞側(cè)向力的隔板，用以傳遞和分配風(fēng)力和水平地震力，板頂設(shè)置整澆層，可滿足房屋較高時(shí)作為隔板傳遞水平力的剛度要求，當(dāng)無(wú)現(xiàn)澆層時(shí)，要給樓板周邊配置拉桿，設(shè)計(jì)時(shí)隔板應(yīng)按一根水平混凝土梁進(jìn)行計(jì)算，在周邊拉桿中配筋。

板塊建筑房屋的外墻一般由承重混凝土砌塊墻（支撐墻）、硬質(zhì)絕緣層，空隙層和面磚組成。外墻內(nèi)測(cè)用輕鋼龍骨加石膏板系統(tǒng)，內(nèi)隔墻均用輕鋼龍骨石膏板。由于在SP板上布置廚房及衛(wèi)生間，管道須穿過(guò)樓板，SP板必須考慮被切割或鉆孔，為了減少切斷SP板內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼鉸線的根數(shù)，管道孔的位置最好平行板跨度方向排列，板端鉆孔將影響板的抗剪強(qiáng)度，而板跨中部鉆孔將影響板的抗彎剛度。在板塊建筑住宅體系中，美國(guó)設(shè)計(jì)師在縱橫墻交接處留控制縫（CJ即controljoint），陽(yáng)臺(tái)墻與主體間也留控制縫，這些作法能有效的防止墻體裂縫的開展，值得我們借鑒與學(xué)習(xí)。國(guó)際GB50003-2001也提出了控制縫的概念。

混凝土小型空心砌塊作為一種替代粘土磚的新型墻材，其力學(xué)性能好，工廠化生產(chǎn)，有利于保護(hù)土地資源，利用工業(yè)廢料，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，因此有很好的發(fā)展前景。混凝土小型空心砌塊在多層房屋中應(yīng)用已很成熟，在中高層建筑中有較強(qiáng)的生命力，將來(lái)大跨度的板塊建筑也會(huì)得到發(fā)展。