1、第十一講 混凝土小型空心砌塊房屋抗震設計新規定吳明舜 程才淵混凝土小型空心砌塊在我國使用、研究已有二十多年的歷史，隨著在全國范圍內對粘土磚的逐步禁止使用，混凝土小型空心砌塊作為一種相對比較成熟的新型墻體材料，在多層和中、高層房屋中，正在越來越廣泛的被使用。推廣應用混凝土小型空心砌塊的意義在于：保護土地資源，利用工業廢料，節約能源，推廣工廠化生產，提高勞動生產率，科學管理產品質量。而且混凝土小型空心砌塊力學性能較好，適用范圍較廣，在一般工業與民用建筑的多層與高層中都可以使用，有很好地發展前景。但是，由于混凝土小型空心砌塊與傳統使用的粘土磚相比，無論是在材料本身、砌筑方法、受力性能、破壞機制、構造

2、措施等方面都有較大的不同，因此混凝土小型空心砌塊房屋的抗震設計方法與傳統砌體房屋就有所不同。近年來，上海、北京、沈陽、南京、長沙、成都、昆明等地的科研單位，對混凝土小型空心砌塊房屋的抗震性能和容易出現的裂縫和滲漏等情況，從材料、施工質量控制、結構形式、構造措施等方面展開了深入地試驗研究，并取得了相應的成果。這次規范修定中，在總結混凝土小型空心砌塊房屋的抗震經驗，反映最新科研成果，推廣使用混凝土小型空心砌塊等方面作了大量的工作，對原抗震設計規范的一些條文作了修改和補充，并在附錄中新增加了配筋混凝土小型空心砌塊抗震墻房屋抗震設計要求等新內容。一、 混凝土小型空心砌塊多層房屋1、一般規定1)、混凝土

3、小型空心砌塊的材料和外型混凝土小型空心砌塊主要是指砌塊外型尺寸為390×190×190mm、空心率為50左右的單排孔混凝土空心砌塊，是利用混凝土摻加一定量的粉煤灰和外加劑，經蒸壓養護而成的混凝土砌塊。砌塊的截面面積按毛截面計算，砌塊的強度等級按單塊抗壓強度確定。迄今為止，全國各有關科研研究單位主要是對外型尺寸為390×190×190mm、空心率為50左右的單排孔混凝土小型空心砌塊進行了大量的試驗研究，規范的有關規定也主要是反映了這一部分的研究成果。因此，對目前正在探索的其它形式的混凝土小型空心砌塊，除非有充分的試驗研究基礎，否則在使用本抗震規范有關條文時

4、應該慎重。2)、高度限制混凝土小型空心砌塊砌體的抗壓強度較高，而抗剪強度較低，是混凝土小型空心砌塊砌體的公認特點，因此在原來的89規范新規范中要求的加強措施后，新規范在89規范略有提高，但同時規定了小砌塊砌體承重房屋的層高不應大于3.6米，比原規范略嚴。3)、橫墻最大間距混凝土小型空心砌塊房屋的側向剛度和抗剪能力相對粘土磚砌體房屋而言，要稍弱些，為保證各層地震作用能有效地傳遞給橫墻，對樓蓋的剛度作較嚴的規定是必要的。因此參照多層磚房，對混凝土小型空心砌塊房屋的橫墻間距作了相應的規定，同時明確規定水平剛度較差的木樓、屋蓋，不適用于小砌塊砌體房屋。4)、局部尺寸限值新規范對“承重外墻盡端至門窗洞邊

5、的最小距離”在89規范的略有放松。由于混凝土小型空心砌塊砌體可以通過增設芯柱來大幅度提高砌體的抗剪強度，因此在適當的范圍內，稍微放松墻體的局部尺寸限值，對小砌塊砌體房屋來說，仍是安全的。2、計算要點目前對提高混凝土小砌塊墻體的抗剪強度和變形性能有兩種不同的方法。一種是利用小砌塊的空腔灌混凝土芯柱，這種方法在布置芯柱時比較靈活，砌塊墻面沒有界面裂縫，施工速度較快，但對灌芯的施工質量要求相對較高，目前世界上使用小砌塊建筑的房屋均采用此種方法。另一種方法是采用外加混凝土構造柱，這種方法在澆筑構造柱時可采用普通的施工方法，施工質量比較容易保證，在我國的砌體建筑中被廣泛使用。根據我國的大量試驗研究結果表

6、明，這兩種方法對提高混凝土小砌塊墻體的抗剪強度和變形性能都是非常有效的。根據我國已有試點工程的成功經驗，灌芯時只要使用和易性好、塌落度大的流動細石混凝土，并有正確的施工方法，砌塊芯柱的施工質量還是有保證的。考慮到我國的實際情況，新規范在本次修訂時增加了有關混凝土小砌塊墻體加混凝土構造柱的內容，但是規定混凝土構造柱對小砌塊墻體抗剪強度提高的計算同芯柱。由于混凝土小砌塊墻體的抗剪強度較低，因此在進行抗震設計時混凝土芯柱或混凝土構造柱對提高墻體的抗剪強度作用比較明顯，新規范中混凝土小砌塊墻體的截面抗剪承載力驗算公式是根據小砌塊砌體的試驗研究資料得到的，由于修訂的混凝土設計規范中，混凝土構件的抗剪強度

7、表達式中已將混凝土抗壓強度設計值改為混凝土抗拉強度設計值，因此新規范在計算混凝土小砌塊墻體中芯柱或構造柱對抗剪的貢獻時，也將混凝土抗壓強度設計值改為混凝土抗拉強度設計值。3、抗震構造措施1)、芯柱設置的要求根據試驗研究成果，在混凝土小型空心砌塊房屋的適當部位增設了混凝土芯柱后，其墻體的抗剪強度和延性等抗震性能都有很大的提高，因此新規范在修訂時結合空心砌塊可靈活布置芯柱的特點，規定了在墻體的適當部位設置鋼筋混凝土芯柱的構造措施，芯柱設置的數量和平面布置要求比89規范略有增加，而且芯柱與墻體的連接要求采用鋼筋網片。另外，由于對7度區和8度區建造混凝土小砌塊房屋的高度限值有所放松，因此在構造措施上增

8、加了對7度7層和8度6層房屋的芯柱設置要求，并在設置芯柱的間距上作了不宜大于2米的較嚴規定。根據我國的實際情況和試驗研究結果，在磚砌體房屋中普遍采用的鋼筋混凝土構造柱，對提高小砌塊房屋的抗剪強度和變形能力同樣有效，而且由于構造柱的截面尺寸比芯柱要大，因此在同樣情況下對砌塊砌體的約束能力也要強得多，對施工的技術要求也不高。所以本次新規范還補充規定，在外墻轉角、內外墻交接處、樓電梯間四角等部位，可以采用鋼筋混凝土構造柱來替代芯柱。2)、芯柱的構造要求 新規范中的第89規范中的第由于機械化生產的需要，混凝土小砌塊的孔洞往往是帶有一定斜度，原89規范規定芯柱截面不宜小于130×130mm的要

9、求比較難滿足，因此新規范對此修訂為芯柱截面不宜小于120×120mm，使之比較符合實際情況。同時新規范規定：芯柱混凝土強度等級不應小于C20；7度時超過5層、8度時超過4層和9度時插筋不應小于114；為提高墻體抗震受剪承載力而設置的芯柱，宜在墻體內均勻布置，最大凈距不宜大于2m等。這些要求均比原89規范作了更嚴格的規定。3)、構造柱的構造要求新規范的第4)、增設混凝土帶的構造要求新規范的第二、配筋混凝土小砌塊抗震墻房屋抗震設計要求1、一般規定1)、配筋混凝土小砌塊抗震墻的定義配筋混凝土小砌塊抗震墻是指使用砌塊外型尺寸為390×190×190mm、空心率為50左右的

10、單排孔混凝土空心砌塊，在砌塊的肋部上開有約100×100mm的槽口以放置水平鋼筋，在砌塊的孔洞內按規定插有不小于112垂直鋼筋，且配筋砌塊肢長一般不小于1米的墻體。目前，對這類墻片的試驗研究開展得相對比較多一些，積累了一定的成果和經驗，新規范就是在此基礎上，在附錄F中增加了“配筋混凝土小砌塊抗震墻房屋抗震設計要求”這部分內容。試驗研究表明，配筋混凝土小砌塊墻在垂直荷載和水平荷載的作用下，隨著墻片高度和肢長的不同，其受力特點和破壞形態表現出明顯的壓彎、彎剪和受剪特征，孔洞內28的垂直鋼筋和水平槽內212的水平鋼筋也均能屈服，與一般砌體墻片的受力特點和破壞機理完全不同，而與混凝土墻片比較

11、接近，而且由于配筋混凝土小砌塊墻片中有縫隙存在，其變形能力要比混凝土墻大得多。因此配筋混凝土小砌塊墻體對一般多層和小高層建筑而言，是一種結構性能比較優越的結構構件，1998年在上海就曾有過18層配筋混凝土小砌塊抗震墻住宅房屋試點工程的成功例子。2)、房屋高度和高寬比限值根據試驗研究結果，配筋混凝土小砌塊抗震墻具有較好的延性，其抗側強度大于框架結構而其變形能力稍遜于框架，是目前比較理想的結構構件中的一種，因此從安全、經濟及與有關規范的協調統一等諸多因素綜合考慮，新規范中的表表新規范中的有關條文規定不再適用，如經過專門的試驗或研究，在有可靠的技術數據的基礎上，采取必要的結構加強措施，則房屋的高度和

12、層數可適當增加。配筋混凝土小砌塊房屋的高寬比限值主要是為了保證房屋的穩定性，防止房屋發生整體彎曲破壞。新規范中的表新規范規定的要求時，即認為已滿足穩定要求，可不做整體彎曲驗算。3)、抗震等級的確定由于配筋混凝土小砌塊房屋的抗震性能接近混凝土抗震墻結構，因此參照鋼筋混凝土抗震墻房屋的抗震設計要求，根據建筑重要性分類、設防烈度和房屋的高度等因素來劃分不同的抗震等級，以此在抗震計算和抗震構造措施上分別對待。根據配筋混凝土小砌塊抗震墻的受力性能稍遜于混凝土抗震墻的特點，在確定其抗震等級時，對房屋的高度作了比混凝土抗震墻要嚴的規定。同時由于目前配筋混凝土小砌塊抗震墻主要被使用在住宅房屋中，而且已有的試驗

13、研究也主要是針對這類房屋，因此新規范僅對丙類建筑的抗震等級作了規定，如是其它類別的建筑采用配筋混凝土小砌塊抗震墻結構，則應經過專門的試驗或研究來確定抗震等級和有關的計算及構造要求，確保房屋的使用安全。4)、抗震橫墻的最大間距房屋樓、屋蓋平面內的剛度將影響各樓層地震作用在各抗側力構件之間的分配，因此對房屋而言，不僅需要抗震橫墻有足夠的承載能力，而且樓屋蓋需具有傳遞水平地震作用給橫墻的水平剛度。由于一般配筋混凝土小砌塊抗震墻結構主要是被使用于較高的多層和小高層住宅房屋，其橫向抗側力構件就是抗震橫墻，間距不會很大，因此新規范在參照砌體結構房屋的有關條文的基礎上，規定了不同設防烈度下抗震橫墻的最大間距

14、，即保證了樓、屋蓋傳遞水平地震作用所需要的剛度要求，也能夠滿足抗震橫墻布置的設計要求和房屋靈活分割的使用要求。對于縱墻承重的房屋，其抗震橫墻的間距仍同樣應滿足規定的要求，以使橫向抗震驗算時的水平地震作用能夠有效地傳遞到橫墻上。5)、結構選型 配筋混凝土小砌塊抗震墻房屋與其它的房屋一樣，對房屋的結構布置在平面上和立面上都力求簡單、規則、均勻，以避免房屋有剛度突變、扭轉和應力集中等不利于抗震的受力狀況。配筋混凝土小砌塊抗震墻與混凝土抗震墻的受力特性相似，抗震墻的高寬比越小，就越容易產生剪切破壞。因此，為提高結構的變形能力，將較長的抗震墻分成較均勻的若干墻段，使各墻段的高寬比不小于2，對房屋結構的抗

15、震比較有利。2、計算要點配筋混凝土小砌塊房屋的抗震計算分析，包括內力調整和截面驗算方法，大多參照鋼筋混凝土結構的有關規定，并針對配筋混凝土小砌塊砌體的特點做了相應的修正。1)、抗震驗算由于新規范對配筋混凝土小砌塊房屋的高度和層數作了較嚴的規定，因此對于抗震設防烈度為6度的配筋混凝土小砌塊房屋在滿足最大高度、最大高寬比、抗震橫墻最大間距、及其它結構布置要求時，可以不做抗震驗算，但對高于6度抗震設防烈度的配筋混凝土小砌塊房屋仍應按有關規定調整地震作用效應，進行抗震驗算。2)、連梁、抗震墻剪力設計值調整系數在配筋混凝土小砌塊抗震墻房屋抗震設計計算中，抗震墻底部的荷載作用效應最大，因此應根據計算分析結

16、果，對底部截面的組合剪力設計值采用剪力放大系數的形式進行調整，以使房屋的最不利截面得到加強，防止抗震墻底部在彎曲屈服前出現剪切破壞，確保抗震墻構件的“強剪弱彎”。新規范根據房屋的抗震等級，規定了不同的剪力增大系數，以對應不同抗震等級的房屋對抗震設計的不同要求。剪力增大系數的取值主要是參照了鋼筋混凝土規范中對抗震墻、連梁的有關規定，以及參照了美國規范對配筋混凝土小砌塊抗震墻的有關規定，同時結合考慮了我國配筋混凝土小砌塊抗震墻實際的設計情況，確定抗震等級為一、二、三、四的房屋其剪力增大系數分別為3)、抗震墻截面組合的剪力設計值的限值配筋混凝土小砌塊抗震墻結構的受力性能類似于鋼筋混凝土抗震墻結構，當

17、截面平均剪應力m0.25gc(灌芯小砌塊砌體抗壓強度設計值)時，容易出現剪切破壞，而且會影響砌體墻內橫向鋼筋的強度發揮，因此參照鋼筋混凝土規范中的有關條文規定，對配筋混凝土小砌塊抗震墻的平均剪應力給予限值規定，以保證抗震墻在地震作用下是受彎構件，具有良好的彎曲變形能力。對于剪跨比小于2的抗震墻構件，由于在垂直荷載和水平荷載的共同作用下更容易出現剪切破壞，變形能力更差，因此，對此類構件截面組合的平均剪應力的控制應該更嚴格一些。在驗算配筋混凝土小砌塊抗震墻截面組合的剪力設計值時，應注意取用的是經剪力增大系數調整后的剪力設計值。4)、偏心受壓抗震墻截面的受剪承載力計算雖然配筋混凝土小砌塊抗震墻的抗震

18、性能與鋼筋混凝土抗震墻類似，但是其抗剪強度要低于混凝土抗震墻，新規范在參照混凝土規范的有關條文基礎上，根據試驗研究結果，結合我國配筋混凝土小砌塊抗震墻的特點，規定了抗震墻截面受剪承載力的計算公式(F2.41)。在使用公式計算時應注意，公式中的gv是灌芯小砌塊砌體抗剪強度設計值，可取gv0.2gc0.55, gc是灌芯小砌塊砌體的抗壓強度。試驗研究結果表明，配筋混凝土小砌塊抗震墻在偏心受壓狀態下的截面實際受剪承載力，完全能夠滿足公式(F2.41)的計算要求，而且有較大的安全儲備。新規范在規定計算公式(F2.41)時，還考慮了與其它相關規范的統一和協調。配筋混凝土小砌塊墻體的受剪承載力由灌芯砌體、

19、豎向力和水平分布鋼筋共同承受，但是如果水平分布鋼筋布置過少，則在水平荷載作用下，墻體開裂后將無法抵抗外荷載的作用，很快進入下降段，甚至破壞、倒塌，因此為保證配筋混凝土小砌塊抗震墻具有良好的受力性能和延性，參照美國的混凝土小砌塊設計規范中的有關規定，在公式(F2.42)中規定了水平分布鋼筋所承擔的剪力不應小于截面組合的剪力設計值的一半，實際上是根據剪力設計值的大小，規定了水平分布鋼筋的最小配筋率。5)、有關連梁的計算規定 配筋混凝土小砌塊抗震墻結構的連梁是保證房屋整體性的重要構件，為了保證連梁在與抗震墻節點處在彎曲屈服前不會出現剪切破壞，對跨高比大于2.5的連梁應采用受力性能較好的鋼筋混凝土連梁

20、，以確保連梁構件的“強剪弱彎”。其截面組合的剪力設計值和截面受剪承載力則應符合混凝土設計規范的有關要求。3、抗震構造要求1)、灌芯混凝土的要求配筋混凝土小砌塊砌體的芯柱澆搗質量對墻體的受力性能影響很大，因此必須保證芯柱混凝土澆搗密實，沒有空洞，而混凝土小砌塊的孔洞一般只有120×120mm130×130mm，因此對灌芯混凝土的施工要求比較高。試驗研究結果表明，灌芯混凝土應采用塌落度在2225左右，流動性和和易性好并與混凝土小砌塊結合良好的自流性細石混凝土，加上要有正確的施工方法，則灌芯的施工質量才有保證。如混凝土的強度等級低于C20，則很難配出施工性能能夠滿足灌芯要求的混凝土。2)、鋼筋布置要求配筋混凝土小砌塊抗震墻的豎向和橫向鋼筋布置，是砌塊抗震墻形成完整的受力構件的保證，如墻體內鋼筋布置不足，則在外力作用下，墻體一旦開裂就將很快喪失承載能力，延性也很差，因此規定適用于配筋混凝土小砌塊抗震墻鋼筋布置的最小直徑、最大間距和最小配筋率是必要的。由于配筋混凝土