空斗墻結構現(xiàn)場檢測及計算分析

高瑾

上海市房屋建筑設計院有限公司 上海 200062

引言

砌體結構在我國有著悠久的歷史，特別是在1949年10月以后，我國砌體結構得到了迅速的發(fā)展。1973年，我國根據(jù)自己的研究成果并結合國內(nèi)實際情況，編制了第一部砌體結構設計規(guī)范《磚石結構設計規(guī)范》（GBJ3-73），并于1974年5月1日正式施行。此后，隨著我國經(jīng)濟條件和砌體結構發(fā)展狀況，并不斷總結砌體結構應有的新經(jīng)驗，不斷進行試驗研究，我國又依次頒布了《砌體結構設計規(guī)范》（GBJ3-88）、《砌體結構規(guī)范》（GB5003-2001）、《砌體結構設計規(guī)范》（GB5003-2011）。

空斗墻是早期（20世紀60～80年代）磚石結構中較傳統(tǒng)的結構形式，它是一種優(yōu)良的輕型墻體，與同厚度普通實心墻相比，具有自重輕，且節(jié)約磚材、砂漿和勞動力的優(yōu)點，此外由于墻內(nèi)形成空氣隔層，其隔熱和保溫性能良好。20世紀60～80年代，空斗墻在我國特別是江南地區(qū)運用較為廣泛，主要用于1～3層的宿舍、住宅、辦公樓等。

但由于空斗墻整體性差，抗剪強度低，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和抗震要求的提高，空斗墻結構逐步退出了歷史舞臺，我國的砌體結構設計規(guī)范也從2001年起取消了關于空斗墻的相關內(nèi)容，目前相關設計軟件也沒有空斗墻的計算模塊，相關檢測規(guī)范標準均未把空斗墻結構列入。這對仍在正常使用的空斗墻老舊房屋的檢測鑒定帶來了一定的困難。

本文通過長期工程實例檢測分析，并仔細研讀了原有設計規(guī)范，將空斗墻結構房屋檢測時碰到的主要問題和其等效計算方法進行了匯總，為相關工程案例提供參考。

1 空斗墻結構現(xiàn)場檢測要點

1.1 空斗墻砌筑形式檢測

空斗墻普遍使用燒結普通磚與混合砂漿或石灰砂漿砌筑，其砌筑形式主要分為無眠空斗、一眠一斗、一眠二斗、一眠三斗四種，無論哪種砌筑形式，每隔一塊斗轉(zhuǎn)必須1塊或2塊丁磚。墻面不應有豎向通縫。且在墻體交接處及轉(zhuǎn)角處、室內(nèi)地坪以下及室內(nèi)地坪和樓面板上三皮磚高度、三層房屋底層外墻窗臺以下部分、構件支承處、扶壁柱及洞口兩側(cè)等區(qū)域應實砌[1]。

故在現(xiàn)場檢測時，首先要判別墻體砌筑方式，是否滿足要求砌筑，若墻體砌筑有豎向通縫，或為無眠空斗，該實砌區(qū)域未按要求砌筑，可直接要求加固處理。

1.2 空斗墻材料強度檢測

墻體受壓承載力和高厚比是房屋安全性的重要指標，與其有直接關系的即為砌筑墻體選用的磚和砂漿的抗壓強度。

雖然《砌體工程現(xiàn)場檢測技術標準》（GB/T50315-2011）中未提及空斗墻中磚和砂漿的具體檢測方法，但根據(jù)該規(guī)范第1.0.2條：“貫入法適用于砌體結構中砌筑用砂漿抗壓強度的現(xiàn)場檢測”，第14.1.1條：“磚回彈法適用于推定燒結普通磚或燒結多孔磚砌體中磚的抗壓強度”[2]。故在實際工程中，仍可依據(jù)該規(guī)范中的砂漿貫入法和磚回彈法對空斗墻中的砂漿和磚進行材料測試。

但在測試中，磚回彈法彈擊空斗墻磚的抗壓強度時，應彈擊眠磚和丁磚的表面，不應彈擊斗轉(zhuǎn)的表面。砂漿貫入點盡可能位于丁磚與眠磚的灰縫處[3]。

2 空斗墻承載力驗算

現(xiàn)行相關計算軟件中，并無空斗墻驗算模塊，故無法通過電算直接得出墻體承載力驗算值，需經(jīng)過一定的等效處理。本文對比分析了歷年砌體結構設計規(guī)范，提出了以下計算方法僅供類似工程參考。

2.1 空斗墻容重取值

根據(jù)《建筑結構荷載規(guī)范》（GB J9—87）附錄一， 能承重的黏土磚空斗砌體的容重為15kN/m3[4]。但由于軟件中輸入240mm厚（空斗墻墻厚一般為240mm或220mm，本文以240mm厚墻體為例）墻體后，默認的為實心墻，直接定義黏土磚容重為輸入15kN/m3，將加大墻體自重，計算結構與實際不符。故應根據(jù)空斗墻實際砌筑方式（無眠空斗、一眠一斗、一眠二斗、一眠三斗），對磚容重進行折減。

例如一眠二斗墻體，240mm/m2厚墻體約需要85塊燒結普通磚，而240mm/m2厚實心墻體約需要128塊燒結普通磚，故折算砌體容重應為（15×0.664）kN/m3≈10kN/m3，考慮墻體外側(cè)兩面粉刷層重量（按常規(guī)每面20mm考慮），軟件中應輸入一眠二斗空斗墻容重為：（10×0.24+17×0.02×2）/0.24≈12.8kN/m3。

一眠一斗墻體，240mm/m2厚墻體約需要93塊燒結普通磚，故折算砌體容重應為（15×0.727）kN/m3≈11kN/m3，考慮墻體外側(cè)兩面粉刷層重量（按常規(guī)每面20mm考慮），軟件中應輸入一眠一斗空斗墻容重為：（11×0.24+17×0.02×2）/0.24≈13.8kN/m3。

一眠三斗墻體，240mm/m2厚墻體約需要82塊燒結普通磚，故折算砌體容重應為（15×0.641）kN/m3≈9.6kN/m3，考慮墻體外側(cè)兩面粉刷層重量（按常規(guī)每面20mm考慮），軟件中應輸入一眠三斗空斗墻容重為：（9.6×0.24+17×0.02×2）/0.24≈12.4kN/m3。

2.2 空斗墻抗壓承載力驗算

2.2.1 依據(jù)GBJ3-88設計的空斗墻。根據(jù)《砌體結構設計規(guī)范》（GB5003-2011）[5]與《砌體結構設計規(guī)范》（GBJ3-88）[6]，受壓墻體的承載力驗算公示均為：

式中：Ψ為高厚比和軸向力的偏心距對受壓構件承載力的影響系數(shù)（分高厚比≤3和高厚比＞3兩種情況；當高厚比＞3時，考慮了附加偏小距的影響），兩規(guī)范取值一致；

A為截面面積，在GBJ3-88中指出該面積可按毛面積計算。

兩規(guī)范中唯一區(qū)別就在于砌體抗壓強度設計值的取值，詳見表1、表2。

表1 GBJ3-88中一磚厚空斗砌體的抗壓強度設計值（MPa）

表2 GB5003-2011中燒結普通磚、燒結多孔磚砌體的抗壓強度設計值（MPa）

現(xiàn)行電算軟件中輸入磚、砂漿強度等級后，默認根據(jù)表2計算墻體抗壓強度設計值。以磚MU10、砂漿M2.5為例，根據(jù)現(xiàn)行砌體規(guī)范（表2），墻體抗壓強度設計值為1.3MPa，根據(jù)88砌體規(guī)范（表1），該墻體抗壓強度設計值為0.72MPa，故兩者間的折減系數(shù)k為0.72/1.3=0.554，即用電算得出普通實心墻體的受壓承載力驗算值后，再乘以相應的強度折減系數(shù)，即為對應空斗墻的受壓承載力驗算值。

2.2.2 依據(jù)GBJ3-73設計的空斗墻?！洞u石結構設計規(guī)范》（GBJ3-73）[7]中受壓墻體的承載力采用安全系數(shù)法表示：

式中：K為安全系數(shù)，根據(jù)該規(guī)范第二節(jié)第15條，空斗砌體受壓構件K取2.3；

Φ為受壓構件的縱向彎曲系數(shù)（考慮了高厚比和長細比較大時，偏心距對構件產(chǎn)生的影響）；

α為縱向力的偏心影響系數(shù)（考慮了一般偏小距對構件產(chǎn)生的影響）；

A為毛面積（即包括空斗在內(nèi)的全部面積）；

R為墻體抗壓強度，按表3取值。

表3 GBJ3-73中1磚厚空斗砌體的抗壓強度（kg/cm2）

上述公式規(guī)整后為N≤Φα（R/2.3）A，其中Φα為偏心距及附加偏心距對受壓構件的影響，與GB5003-2011中對應公示N≤ΨfA中的Ψ基本一致。故以GBJ3-73設計的空斗墻，電算后的折減系數(shù)可簡化認為（R/2.3）/f。

仍以磚MU10、砂漿M2.5為例，根據(jù)現(xiàn)行砌體規(guī)范（表2），墻體抗壓強度設計值為1.3MPa，根據(jù)73砌體規(guī)范（表3），該墻體抗壓強度為16kg/cm2=1.6MPa，故兩者間的折減系數(shù)k為（1.6/2.3）/1.3=0.535，即用電算得出普通實心墻體的受壓承載力驗算值后，再乘以相應的強度折減系數(shù)，即為對應空斗墻的受壓承載力驗算值。

2.3 空斗墻的高厚比驗算

根據(jù)《砌體結構設計規(guī)范》（GB5003-2011）、《砌體結構設計規(guī)范》（GBJ3-88）與《磚石結構設計規(guī)范》（GBJ3-73），墻體高厚比的計算公示均為受壓構件的計算高度/墻厚或折算厚度，與其余參數(shù)無關，故空斗墻墻體高厚比驗算值和普通實心墻一致，可直接根據(jù)軟件計算得出，無須折減修正。

2.4 空斗墻抗震性能鑒定

眾所周知，空斗墻結構整體性差、抗剪強度低（幾乎無抗剪強度），故普遍認為該類建筑抗震鑒定肯定不滿足要求。但無論在國家標準《建筑抗震鑒定標準》（GB50023-2009）中，還是在上海市地方標準《現(xiàn)有建筑抗震鑒定與加固規(guī)程》（DGJ08-81-2015）中，均規(guī)定了空斗墻結構的抗震鑒定方法，可又均僅限于后續(xù)使用30年的A類建筑，后續(xù)使用40年（B類建筑）、50年（C類建筑）建筑中均未包含空斗墻結構，故可認為空斗墻結構房屋的抗震鑒定僅限于后續(xù)使用30年的A類建筑。

根據(jù)《現(xiàn)有建筑抗震鑒定與加固規(guī)程》（DGJ08-81-2015）[8]，20世紀70年代及以前建造經(jīng)耐久性鑒定可繼續(xù)使用的現(xiàn)有建筑，其后續(xù)使用年限不應小于30年，即為A類建筑。換言之，依據(jù)《磚石結構設計規(guī)范》（GBJ3-73）設計的空斗墻結構及其之前建造的空斗墻房屋，可進行抗震鑒定，而GBJ3-73中也明確提出了空斗墻在計算抗剪承載力時的安全系數(shù)。從《砌體結構設計規(guī)范》（GBJ3-88）開始的砌體規(guī)范中，均未給出空斗墻的抗剪強度，認為空斗墻不具備抗剪強度。這和現(xiàn)行抗震鑒定規(guī)范中是A類空斗墻建筑可進行抗震鑒定，B類、C類建筑不允許采用空斗墻結構是一致的。

2.4.1 《建筑抗震鑒定標準》（GB50023-2009）?！督ㄖ拐痂b定標準》（GB50023-2009）中，采用的是“逐級鑒定、綜合評定”的抗震鑒定方法。即A類建筑的抗震鑒定，當符合第一級鑒定的各項要求時，建筑可評為滿足抗震鑒定要求，不再進行第二級鑒定；當不符合第一級鑒定要求時，除有明確規(guī)定的情況外，由第二級鑒定作出判斷[9]。但由于從GBJ3-88開始即認為空斗墻不具備抗剪強度，可推出空斗墻結構第一級鑒定不能滿足要求的，直接判斷其抗震性能不滿足要求，不再進行第二級鑒定。

A類空斗墻建筑在第一級鑒定中，主要鑒定內(nèi)容為房屋高度、層數(shù)、結構體系合理性、墻體材料的實際強度、整體性連接構造、局部易倒塌部位、抗震橫墻間距、寬度等。需特別注意的是，乙類設防時，其抗震墻不應為普通磚空斗墻。

2.4.2 《現(xiàn)有建筑抗震鑒定與加固規(guī)程》（DGJ08-81-2015）。上海市抗震鑒定與國家標準的區(qū)別主要在于它取消了A類建筑的兩級鑒定方法，改為所有建筑均同時檢查房屋結構的抗震措施和驗算其抗震承載力。但考慮到A類建筑抗震要求相對較低，上海市鑒定標準對A類砌體房屋、A類底部框架和A類內(nèi)框架砌體房屋給出了兩種抗震承載力驗算方法，其中一種即為：在滿足各項抗震措施的前提下，再復核抗震橫墻間距和房屋寬度，若該兩項也均滿足，則評為合格而不再進行承載力驗算，若不滿足，即評為不合格。

若抗震措施不滿足要求，則直接判斷其抗震性能不滿足要求，不再進行承載力驗算（認為空斗墻不具備抗剪強度）。

上海市抗震鑒定標準中對A類空斗墻結構需要鑒定的抗震構造措施，和國家標準基本一致。

3 結束語

本文通過歷代砌體結構規(guī)范研讀，并結合長期工程檢測經(jīng)驗，對空斗墻結構的現(xiàn)場檢測及計算分析提出以下結論，下述結論已在各空斗墻工程項目中得到運用：

可用回彈法測試空斗墻磚抗壓強度，但應彈擊眠磚和丁磚的表面，不應彈擊斗轉(zhuǎn)的表面。采用砂漿貫入法測試砂漿抗壓強度時，砂漿貫入點盡可能位于丁磚與眠磚的灰縫處。

在軟件計算時，應先對磚的容重進行換算，不同砌筑形式的空斗墻，磚容重換算值不同。

在軟件計算時，墻體按照普通黏土磚實心墻輸入，得出的墻體受壓承載力驗算值需乘以計算修正系數(shù)，修正系數(shù)根據(jù)房屋原設計標準或建造年代按上文中方法得出。

影響空斗墻結構高厚比的因素和普通黏土磚實心墻相同，故根據(jù)電算得出的高厚比數(shù)值無須調(diào)整。

空斗墻結構的抗震鑒定僅限于A類建筑，若其抗震構造措施不滿足要求，即認為該房屋抗震性不滿足要求。若抗震構造措施滿足要求，根據(jù)國家抗震鑒定標準，可認為該房屋抗震性滿足要求；根據(jù)上海市抗震鑒定標準，需再復核抗震橫墻間距和房屋寬度，若也滿足，則評為合格，反之，則評為不合格。