淺談砌體結構設計與發展前景

楊 偉 魏富盛

（重慶交通大學土木建筑學院，重慶 400074）

淺談砌體結構設計與發展前景

楊 偉 魏富盛

（重慶交通大學土木建筑學院，重慶 400074）

近年來，隨著各種新材料、新技術、新工藝的廣泛應用，我國建筑結構技術得以迅速發展。從結構性能、抗震設計、方案布置等方面，對我國現代砌體發展做了較為全面、系統的描述和總結，結合當前節能環保和綠色建筑的需要，提出我國砌體結構未來的發展方向。

砌體結構，抗震設計，布置方案，發展前景

1 砌體結構的性能特點

砌體結構是磚砌體、砌塊砌體、石砌體建造結構的統稱，可分為無筋砌體結構和配筋砌體結構。砌體結構的優點在于：便于就地取材，可利用工業廢料，抗壓強度高，耐久性、耐火性好，化學穩定性和大氣穩定性均較好，具有較好的保溫隔熱性能，較鋼筋混凝土結構節約水泥和鋼材，造價低、施工周期短等。但砌體結構也有著自重偏大，砌筑工作相對繁重，砂漿與砌塊之間的結合力較弱，抗拉強度低等缺陷。而這些缺陷導致砌體結構抗震性能較差，一旦有地震發生，砌體結構會產生破壞，易造成房屋倒塌等災害。因此，砌體結構構件主要承受軸心或小偏心壓力，很少受拉或受彎，一般民用和工業建筑的墻、柱和基礎可采用砌體結構。

2 房屋砌體結構中的抗震設計：

由于砌體材料的抗拉和抗剪強度均較低，使得砌體結構房屋抗震性能相對較差；同時，砌體結構房屋由縱墻、橫墻、樓蓋等多構件構成，如果結構布置不合理，構件之間的連接構造不當，均不利于整體抗震。因此，為了提高房屋建筑砌體結構的抗震性，需要對房屋建筑砌體結構進行抗震設計。

2.1 抗震概念設計

由于地震災害中建筑的破壞程度與砌體結構的高度層數成正比，采用砌體結構的房屋建筑的總層數不得超過《砌體結構設計規范》（GB 50003-2011）中砌體結構構件抗震設計的規定。在結構體系上，應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構體系，同時注重加強墻體中薄弱環節的抗震能力，使墻體受力均勻并避免因一處破壞導致整個墻體乃至整個單元結構的坍塌。

2.2 抗震計算

抗震計算是房屋建筑砌體結構設計中抗震設計的重要組成部分，能為實施抗震措施提供數據支持，有效地解決安全隱患?？拐鹩嬎阈枰炈愕挠袕椥噪A段的豎向承載力、水平承載力是否滿足規范要求,其中結構的水平承載力和豎向壓應力相關。據震害表明，豎向承載力、水平承載力之間也是存在相互關系的，即除了豎向壓應力影響水平承載力外, 水平剪應力也影響豎向承載力,一旦因抗剪強度不足而出現水平裂縫,結構的豎向承載力也會減小。因此,可以直接對中震作用下的墻體抗震強度的校核。另外，要保證砌體結構在兩個方向的抗震強度基本一致,避免因一個方向的墻體產生破壞使縱橫墻脫開,導致局部倒塌的現象。

2.3 提高抗震能力的措施

抗震圈梁既是水平樓、屋蓋的約束邊緣構件，又是加強墻體與墻體、樓蓋與墻體間連接的重要構件。除了每層樓、屋蓋標高處之外，還應在墻段上所有的承重墻和自承重墻體上設置抗震圈梁。正確使用圈梁能有效提高砌體結構房屋建筑的抗震性，同時具有經濟方便的優點，并且圈梁的設置經驗證對抵抗地震災害是行之有效的。其他提高砌體房屋的抗震能力措施有：1）地基與基礎之間增加防震褥墊；2）增設“三角形”結構；3）底部兩層內墻增設鋼筋網片； 4）改板式懸挑為梁式懸挑；5）加強樓梯間設防措施；6）加強頂層及附屬結構抗震構造設計。

3 砌體承重結構布置及特點：

工程實踐表明，砌體結構適用于以受壓為主、便于就地取材的結構，既要使結構受力合理，又要滿足建筑平面布置要求，建筑結構方案的設計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件，縱墻只起分隔、圍護、自承重及形成整體作用。特點是：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，橫墻的設置是為了滿足房屋的剛度和整體性要求。特點是：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。適用于教學樓、實驗室、辦公樓、醫院等。

（3）縱橫墻雙向承重

根據房間的開間和進深要求，有時需要采取縱橫墻同時承重的方案。特點是：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）內框架承重

在外墻承重的同時，部分內墻采用鋼筋混凝土柱代替，以取得較大的空間。特點是：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生次應力，墻的帶型基礎與柱的單獨柱基沉降容易不一致。

4 砌體結構發展趨勢

我國砌體結構正向適應科技迅猛發展和滿足社會需求的現代砌體發展，開發節能環保型建材，發展輕質高強砌體材料，開展配筋砌體和預應力砌體研究以及砌體結構的理論研究是今后砌體結構的發展趨勢。 其特點如下：

(1)發展和推廣應用砌體結構新材料。加大限制高能耗、高污染低效益產品的生產力度,充分利用工業廢料, 研發新型砌體材料,發展節能砌體結構，大力發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、節能、節土和環保的要求。

(2)開發利用輕質、高強和節能環保的新型磚、砌塊、砂漿。高強空心磚在發達國家應用很廣，其抗壓強度普遍達到30～60MPa，承重空心磚的孔隙率可達到40%。因地制宜，在粘土較多的地區，發展高強粘土制品、高空隙率的保溫磚和外墻裝飾磚、塊材等。同時，由于目前采用的普通砂漿強度低，難以得到高強度的砌體，如果采用高粘結力、高強度的粘結材料，那么砌體的性能指標就能有很大的提升。進一步研究輕質高強低能耗砌塊，使砌塊向薄壁、高強、大孔和大尺寸發展，可以有效地提高砌筑結構的整體性和抗震性。

(3) 配筋砌體和預應力砌體的研究。由于配筋砌體和預應力砌體具有強度高、延性好、抗震能力強以及施工速度快，用鋼量相對均勻配筋較少的優勢。因此根據砌體結構的受力特性，在相應的部位配置預應力鋼筋，增強對砌體的約束，延緩砌體開裂，加強結構的剛度，從而提高砌體抗拉強度和豎向承載力。

(4) 砌體結構理論研究。我國在砌體結構設計方面的規范，主要經歷了三個階段的發展過程，最終形成以概率理論為基礎的極限狀態設計方法。《砌體結構設計規范》( GB50003—2011) 的實施標志著我國已經建立了較為完整的砌體結構設計的理論和應用體系。但相比國外仍有一定差距，需要深入地研究砌體結構的受力性能和破壞機理,通過數學和力學模型，研究砌體結構整體工作性能，建立更加完善的理論體系， 對促進砌體結構的發展有深遠意義。

[1]砌體結構設計規范( GB5003—2011) ［S］． 北京∶ 中國建筑工業出版社，2011．

[2]建筑抗震設計規范( GB50011—2010) ［S］． 北京∶ 中國建筑工業出版社，2010．

[3]劉慧敏，李春霞． 砌體結構的現狀及前景［J］． 科技風，2012，10：198．

[4]張惠英，邢秋順，許錦燕，等.砌體結構設計及工程應用[M].北京∶中國建筑工業出版社，2008∶4-5.

[5]董明海，宋麗.砌體結構設計原理[M].西安∶西安交通大學出版社，2010∶7-8

TU7

：B

1007-6344（2015）06-0093-01