中阿兩國關于砌體填充墻構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

隨著施工企業不斷走向國際市場，國內工程人員快速掌握當地規范、規定及通常做法已成為每個海外企業亟待解決的問題之一。阿聯酋地區房建及公共設施類工程中砌體填充墻絕大部分依據英國標準設計，但由于缺乏統一的標準設計節點，不同設計院出具的圖紙中節點也不盡相同，給承包商現場施工及驗收帶來麻煩。本文從砌體填充墻構造措施對阿聯酋地區7個項目進行調研，以梳理總結當地混凝土結構中砌體填充墻構造措施的典型要求，并在總結國內相關規定的基礎上，與當地通常設計要求進行對比分析。

1 設計原則

在我國標準中，框架填充墻作為非承重墻應優先選用輕質塊體材料，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滿足穩定性要求外，尚應考慮水平風荷載及地震作用，地震作用按GB 50011—2010《建筑抗震設計規范》(2016年版)[1]中非結構構件的規定計算。我國歷次震害表明，地震作用下填充墻砌體與結構框架間存在復雜作用，對主體結構抗震性能有較大影響[2]。設計階段應考慮以下幾點，以減小填充墻對主體結構的不利影響：①平面布置宜均勻對稱，減少砌體填充墻質量剛度偏心造成的主體結構扭轉；②砌體填充墻豎向布置宜均勻連續，避免產生上、下剛度突變；③避免框架柱形成短柱；④考慮墻體剛度和質量對主體結構抗震性能的不利影響[3]，并設置拉結筋、水平系梁、圈梁、構造柱等與主體結構可靠拉結。

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

2 構造柱與水平系梁設置

2.1 《建筑抗震設計規范》規定

GB 50011—2010《建筑抗震設計規范》(2016年版)[1]中規定，墻長>5m時，墻頂與梁宜有拉結；墻長>8m 或層高2倍時，宜設置鋼筋混凝土構造柱；墻高>4m時，宜在墻高中部設置與柱連接且沿墻全長貫通的鋼筋混凝土水平系梁。

2.2 《砌體結構設計規范》及相關圖集規定

通過對我國歷次地震中結構構件破壞形式的調研，GB 50003—2011《砌體結構設計規范》[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，砌體結構設計規范規定：①填充墻端部應設置構造柱，構造柱間距宜≤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在梁、板底及柱側的卡口鐵件內，墻側卡口板豎向間距≤500mm，墻頂卡口板間距≤1 500mm[5]。

填充墻與框架結構脫開連接方法，參照10SG614-2《砌體填充墻構造詳圖(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，墻頂與梁宜有拉結措施，墻體中部應加設構造柱；墻高>4m時宜在墻高中部設置與柱連接的水平系梁；墻高>6m時宜沿墻高每2m設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《砌體填充墻結構構造》[3]。

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

圖1 墻體構造柱及水平系梁設置

2.3 英國標準中相關規定

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

英國砌筑規范中雖未提及填充墻及構造柱的概念，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，規范中根據墻體約束條件給出墻體最大面積及最大尺寸限值，如側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)；配有層間鋼筋網片的砌體墻體最大尺寸≤60t[8]。不承受荷載的內隔墻，墻體尺寸最大限值如表1所示[8]。

表1 墻體尺寸限值

填充墻作為非結構構件，其地震作用除自身質量產生的慣性力外，還有支座間相互位移產生的附加作用，需同時考慮二者組合作用，計算較復雜。設計院應綜合考慮結構整體抗震性能及填充墻自身穩定性，對構造柱與水平系梁的設置原則和材料要求給出具體規定。英國標準中未提出填充墻體及構造柱、水平系梁構造措施的概念，但規范中墻體受水平荷載下計算規則適用于填充墻。規范中根據墻體受荷載及約束情況給出墻面最大尺寸限值，雖約束的概念與構造柱及水平系梁的概念仍有些區別，但其中給出的數據可作為參考。

2.4 阿聯酋當地設計要求

阿聯酋設計院一般會依據英國標準給出自己的設計要求，調研項目均對構造柱及水平系梁間距作出規定。在7個調研項目中，有2個項目規定：當填充墻體面積>14m2時，需增加構造柱和水平系梁，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范，采用表1中規定。總結7家設計院對填充墻構造措施的規定可發現以下特點。

1)外圍填充墻體與室內填充墻體區別對待。考慮到結構外圍墻體受風荷載影響較大，構造措施比室內填充墻更嚴格。例如，在阿聯酋某一超高層項目中，所有構造措施相同的條件下，設計院在圖紙中要求外圍填充墻體構造柱最大間距為4m，而內部填充墻體構造柱間距則可為6.5m；在某一別墅項目中，僅要求結構外圍填充墻體設置層間鋼筋網片。

2)構造柱、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向抵抗力的作用，當某一構造措施較嚴格時，其余措施則相對寬松。例如，在阿聯酋某一商場項目中，由于構造柱尺寸及配筋較大，圖紙中并無水平系梁的構造措施，且墻頂與結構無連接。對于200mm厚內部填充墻體，構造柱尺寸為200mm×250mm，內部配筋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，設計規定墻體高度>3m時需設置水平系梁，且墻頂與主體結構有連接，構造柱間距則取值較大。對于200mm厚內部填充墻體，構造柱尺寸為200mm×300mm，內部配筋8φ10 HRB500 +φ8@100，室內填充墻體最大長度可取6.5m。

目前對于阿聯酋市場，填充墻設計仍主要依據設計院給出的原則進行深化設計，盡管不同項目間有區別，經過對多個項目調研總結，當地普遍的做法如圖2所示，構造柱底部與主體結構間通常采用預留單根鋼筋方式連接；構造柱頂部與主體結構采用單根直徑≥16mm鋼筋，錨進主體結構部分鋼筋帶有PVC套管。

圖2 墻體構造柱及水平系梁設置

深化設計過程中仍主要以項目圖紙為依據，上述做法雖具有一定的普遍意義，但項目需根據自身具體規定進行調整。

其與國內主要有以下區別：①填充墻體構造柱無留馬牙槎的規定；②墻體與構造柱、框架柱、剪力墻及梁板構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

國內設計規范規定，填充墻宜選用輕質塊體材料，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]。構造柱及水平系梁混凝土一般不應低于C20，《砌體結構工程施工質量驗收規范》中規定填充墻與主體框架間采用化學植筋連接時，應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；墻體拉結筋采用綁扎搭接時，搭接長度≥55且≥400mm。

英國標準中并未針對填充墻構造柱、水平系梁使用鋼筋類型及型號作出相應規定，參考英國標準，在配筋砌體結構中所用鋼筋大部分為屈服強度為500MPa的鋼筋，阿聯酋構造類鋼筋通常依據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片一般依據BS EN 845—3∶2003《磚石附屬元件規范》進行選取。英國標準中提到的層間鋼筋網片主要有梯子形、桁架形、鋼筋編織網形和金屬網形4種形式，如圖3所示。

圖3 層間鋼筋網片

結構構件選梯子形及桁架形，非結構構件則4種都可選用，層間鋼筋網片最小斷面面積≥14mm2且豎向間距≤450mm[8]。非結構構件選用梯子形、桁架形及鋼筋編織網形鋼筋網片時，縱向主筋直徑>1.25mm；選用鍍鋅金屬網時，金屬條厚度≥0.4mm；選用不銹鋼金屬網時，金屬條厚度≥0.3mm[8]。阿聯酋大多數項目選用直徑4mm梯子形鋼筋網片，但根據環境類別不同可選用鍍鋅或不銹鋼材質。具體規格及尺寸根據磚墻尺寸及類型選取，但應保證最小15mm的保護層厚度。

規范中未給出填充墻構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≥C30，構造柱及水平系梁主筋一般選用4φ12HRB500，箍筋選用φ8HRB500@200。

4 砌體填充墻與結構的連接要求

國內房建類項目填充墻砌體多采用與主體結構不脫開連接，填充墻與主體結構、填充墻與構造柱、構造柱與主體結構間的連接在圖集中有明確節點，此處不再贅述。阿聯酋大多數項目采用連接件的方式與構造柱或主體結構相連，調研項目中僅1個項目構造柱與墻體間采用拉結筋連接。當地連接件絕大多數為成品構件，產品種類多樣，可滿足現場不同節點需要，常用的墻體連接件如圖4所示。

圖4 墻體連接形件

墻體與構造柱或框架柱、墻連接時，一般每2皮砌塊設置1道連接件；墻頂通常采用抗剪連接件或角鐵卡件，調研項目中，有4個項目提供了角鐵連接的節點，但只有2個項目對角鐵型號及間距作出了規定。與國內規定不同的是，阿聯酋項目中，并非所有項目都要求填充墻頂部與主體結構連接，且間距的規定也不盡相同。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。調研的2個高層住宅項目規定，只在外圍墻體頂部設置連接件；在另一超高層住宅中則規定，對于100mm厚的室內填充墻，當墻體長度>3m時，應在墻頂進行連接；在一別墅項目中規定，當墻體高度>4m時，需在墻體頂部設連接件。

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

5 結語

相較于國內規范及圖集，英國標準中對砌體填充墻構造方面的規定不夠具體，將更多的設計權力交給了設計院。雖然國內與國外規定有較大差別，但國內規范設計原則仍對海外工程具有很大指導意義。阿聯酋每個項目主要依據設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驗可行性較差。雖然所有設計院都給出填充墻與主體結構連接節點，但大多數提供不全，仍需施工單位根據現場情況在滿足圖紙設計原則和規范要求的前提下進行深化。本文從設計原則、所用材料及連接要求3個方面對國內規范做法及國外當地做法進行總結、比較與分析，以期對未來國際工程項目提供一些借鑒。