混凝土小型空心砌塊房屋的結構設計

袁慶銘

本文介紹了混凝土小型空心砌塊多層房屋的結構設計方法，并對混凝土小型空心砌塊中高層房屋和板塊建筑的結構設計做了探討。

混凝土小型空心砌塊；結構設計；配筋砌體；板塊建筑

混凝土小型空心砌塊是砌體結構的一種新型材料，它由通過工業化生產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格為390×190×190，其強度等級分為：MU5、MU7.5、MU10、MU15、MU20，MU7.5以上作為承重砌塊采用。近年來，國內大力推廣此類砌體結構，并進行了試驗研究，《砌體結構設計規范》GB50003-2001引入了混凝土小型空心砌塊灌孔砌體的計算指標，新的《建筑抗震設計規范》GB50011-2001，擴大了混凝土小型空心砌塊建筑在高度和層數方面的應用范圍。混凝土小型空心砌塊可以在多層建筑、中高層建筑及較大跨度住宅中得到的應用。

1混凝土小型空心砌塊多層房屋的結構設計

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

在小砌塊中通過孔洞插入一根豎筋并澆筑混凝土形成芯柱，這是沿用國外小砌塊建筑的作法，新的抗震規范規定了小砌塊房屋的芯柱設置要求，構造作法。規范中還提出在外墻轉角，內外墻交接處，樓梯間四角等部位，應允許采用鋼筋混凝土構造柱替代部分芯柱，此種結構體系可稱之為集中配筋構造柱小砌塊建筑體系，其抗震性能，變形能力，延性均優于設計芯柱的小砌塊建筑

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，規范中圈梁的設置要求比磚砌體房屋要求高。混凝土小型空心砌塊砌體抗剪強度較低，干縮值和線膨脹系數均比粘土磚大，干縮和溫度變形將會對墻體產生一定的破壞力，砌體本身的材料缺陷和施工缺陷也會引起墻體裂縫，砌塊砌體的墻體裂縫問題比磚砌塊更為突出。設計施工時要根據常見裂縫的類型及成因采取相應的設計施工措施，以控制裂縫的產生和發展。

對砌體建筑，既要重視強度設計、抗震設計，也必須注重抗裂設計。

2中高層房屋——配筋混凝土小型空心砌塊抗震墻房屋的結構設計

混凝土小型空心砌塊在多層房屋中的應用，是以芯柱、構造柱、圈梁作為主要約束體，當砌塊向中高層發展時，應采用配筋混凝土小型空心砌塊抗震墻體系。

當砌塊墻體內配筋率小于0.07%時，可以認為是無筋砌塊砌體，鋼筋僅考慮構造和抗裂作用。

配筋混凝土小型空心砌塊抗震墻體是在砌塊墻內布設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，尤其是增強了砌體抗彎抗剪能力。國外研究、工程實踐和震害表明，配筋混凝土小型空心砌塊抗震墻體，具有強度高、延性好、抗震性能好的優點，是預制裝配整體式的混凝土剪力墻結構：，其受力性能和現澆混凝土剪力墻相似。在規范規定的房屋高度限值范圍內，可以做到使建筑具有足夠的強度和滿足規范需要的變形能力，并能體現出該種體系的結構施工和經濟優勢，填補了砌體結構和混凝土剪力墻結構間的一個中高層空缺。可以推斷配筋混凝土小型砌塊抗震墻結構體系將是今后中高層住宅的首選結構體系。

根據規范，配筋混凝土小型空心砌塊抗震墻房屋適用的最大高度7度區是45m，最大高寬比限值是4，高度≤24m時，抗震等級是三級，高度>24m時，抗震等級是二級。配筋混凝土小型空心砌塊抗震墻承載力計算時，底部加強部位截面的組合剪力設計值應根據抗震等級的不同乘以調整系數（二、三級分別為1.4和1.2）。

配筋混凝土小型空心砌塊抗震墻房屋的構造措施見GB50011-2001附錄F，施工控制等級，設計時宜選用B級砌體強度指標，而在施工時宜采用A級的施工質量控制等級。

混凝土小型空心砌塊中高層房屋的結構式除上述配筋砌塊抗震墻外，還有其他一些形式：在墻端設柱樓蓋處設圈梁，并增設墻中柱和配筋帶，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構，稱為鋼筋混凝土弱框架約束砌體結構。若將構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，由山墻分戶墻及不會拆除的墻作為抗震墻來抵抗水平剪力，這種結構稱之為框架——砌塊墻組合結構。在承受砌塊墻中適當設置少量鋼筋混凝土抗震墻可形成鋼筋混凝土抗震墻——砌塊墻組合結構。這些結構型式有的地區正在研究試用。

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有廣泛應用，我們稱之為“板塊建筑”（Spancrete/masonry residential building），該種體系的住宅在中強度地震區（約相當于中國7度強）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板也是傳遞側向力的隔板，用以傳遞和分配風力和水平地震力，板頂設置整澆層，可滿足房屋較高時作為隔板傳遞水平力的剛度要求，當無現澆層時，要給樓板周邊配置拉桿，設計時隔板應按一根水平混凝土梁進行計算，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）、硬質絕緣層，空隙層和面磚組成。外墻內測用輕鋼龍骨加石膏板系統，內隔墻均用輕鋼龍骨石膏板。由于在SP板上布置廚房及衛生間，管道須穿過樓板，SP板必須考慮被切割或鉆孔，為了減少切斷SP板內預應力鋼鉸線的根數，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，美國設計師在縱橫墻交接處留控制縫（CJ即controljoint），陽臺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，值得我們借鑒與學習。國際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，其力學性能好，工廠化生產，有利于保護土地資源，利用工業廢料，提高勞動生產率，因此有很好的發展前景。混凝土小型空心砌塊在多層房屋中應用已很成熟，在中高層建筑中有較強的生命力，將來大跨度的板塊建筑也會得到發展。