第十一讲 混凝土小型空心砌块房屋抗震设计新规定

1、第十一讲 混凝土小型空心砌块房屋抗震设计新规定吴明舜 程才渊混凝土小型空心砌块在我国使用、研究已有二十多年的历史，随着在全国范围内对粘土砖的逐步禁止使用，混凝土小型空心砌块作为一种相对比较成熟的新型墙体材料，在多层和中、高层房屋中，正在越来越广泛的被使用。推广应用混凝土小型空心砌块的意义在于：保护土地资源，利用工业废料，节约能源，推广工厂化生产，提高劳动生产率，科学管理产品质量。而且混凝土小型空心砌块力学性能较好，适用范围较广，在一般工业与民用建筑的多层与高层中都可以使用，有很好地发展前景。但是，由于混凝土小型空心砌块与传统使用的粘土砖相比，无论是在材料本身、砌筑方法、受力性能、破坏机制、构造

2、措施等方面都有较大的不同，因此混凝土小型空心砌块房屋的抗震设计方法与传统砌体房屋就有所不同。近年来，上海、北京、沈阳、南京、长沙、成都、昆明等地的科研单位，对混凝土小型空心砌块房屋的抗震性能和容易出现的裂缝和渗漏等情况，从材料、施工质量控制、结构形式、构造措施等方面展开了深入地试验研究，并取得了相应的成果。这次规范修定中，在总结混凝土小型空心砌块房屋的抗震经验，反映最新科研成果，推广使用混凝土小型空心砌块等方面作了大量的工作，对原抗震设计规范的一些条文作了修改和补充，并在附录中新增加了配筋混凝土小型空心砌块抗震墙房屋抗震设计要求等新内容。一、 混凝土小型空心砌块多层房屋1、一般规定1)、混凝土

3、小型空心砌块的材料和外型混凝土小型空心砌块主要是指砌块外型尺寸为390×190×190mm、空心率为50左右的单排孔混凝土空心砌块，是利用混凝土掺加一定量的粉煤灰和外加剂，经蒸压养护而成的混凝土砌块。砌块的截面面积按毛截面计算，砌块的强度等级按单块抗压强度确定。迄今为止，全国各有关科研研究单位主要是对外型尺寸为390×190×190mm、空心率为50左右的单排孔混凝土小型空心砌块进行了大量的试验研究，规范的有关规定也主要是反映了这一部分的研究成果。因此，对目前正在探索的其它形式的混凝土小型空心砌块，除非有充分的试验研究基础，否则在使用本抗震规范有关条文时

4、应该慎重。2)、高度限制混凝土小型空心砌块砌体的抗压强度较高，而抗剪强度较低，是混凝土小型空心砌块砌体的公认特点，因此在原来的89规范新规范中要求的加强措施后，新规范在89规范略有提高，但同时规定了小砌块砌体承重房屋的层高不应大于3.6米，比原规范略严。3)、横墙最大间距混凝土小型空心砌块房屋的侧向刚度和抗剪能力相对粘土砖砌体房屋而言，要稍弱些，为保证各层地震作用能有效地传递给横墙，对楼盖的刚度作较严的规定是必要的。因此参照多层砖房，对混凝土小型空心砌块房屋的横墙间距作了相应的规定，同时明确规定水平刚度较差的木楼、屋盖，不适用于小砌块砌体房屋。4)、局部尺寸限值新规范对“承重外墙尽端至门窗洞边

5、的最小距离”在89规范的略有放松。由于混凝土小型空心砌块砌体可以通过增设芯柱来大幅度提高砌体的抗剪强度，因此在适当的范围内，稍微放松墙体的局部尺寸限值，对小砌块砌体房屋来说，仍是安全的。2、计算要点目前对提高混凝土小砌块墙体的抗剪强度和变形性能有两种不同的方法。一种是利用小砌块的空腔灌混凝土芯柱，这种方法在布置芯柱时比较灵活，砌块墙面没有界面裂缝，施工速度较快，但对灌芯的施工质量要求相对较高，目前世界上使用小砌块建筑的房屋均采用此种方法。另一种方法是采用外加混凝土构造柱，这种方法在浇筑构造柱时可采用普通的施工方法，施工质量比较容易保证，在我国的砌体建筑中被广泛使用。根据我国的大量试验研究结果表

6、明，这两种方法对提高混凝土小砌块墙体的抗剪强度和变形性能都是非常有效的。根据我国已有试点工程的成功经验，灌芯时只要使用和易性好、塌落度大的流动细石混凝土，并有正确的施工方法，砌块芯柱的施工质量还是有保证的。考虑到我国的实际情况，新规范在本次修订时增加了有关混凝土小砌块墙体加混凝土构造柱的内容，但是规定混凝土构造柱对小砌块墙体抗剪强度提高的计算同芯柱。由于混凝土小砌块墙体的抗剪强度较低，因此在进行抗震设计时混凝土芯柱或混凝土构造柱对提高墙体的抗剪强度作用比较明显，新规范中混凝土小砌块墙体的截面抗剪承载力验算公式是根据小砌块砌体的试验研究资料得到的，由于修订的混凝土设计规范中，混凝土构件的抗剪强度

7、表达式中已将混凝土抗压强度设计值改为混凝土抗拉强度设计值，因此新规范在计算混凝土小砌块墙体中芯柱或构造柱对抗剪的贡献时，也将混凝土抗压强度设计值改为混凝土抗拉强度设计值。3、抗震构造措施1)、芯柱设置的要求根据试验研究成果，在混凝土小型空心砌块房屋的适当部位增设了混凝土芯柱后，其墙体的抗剪强度和延性等抗震性能都有很大的提高，因此新规范在修订时结合空心砌块可灵活布置芯柱的特点，规定了在墙体的适当部位设置钢筋混凝土芯柱的构造措施，芯柱设置的数量和平面布置要求比89规范略有增加，而且芯柱与墙体的连接要求采用钢筋网片。另外，由于对7度区和8度区建造混凝土小砌块房屋的高度限值有所放松，因此在构造措施上增

8、加了对7度7层和8度6层房屋的芯柱设置要求，并在设置芯柱的间距上作了不宜大于2米的较严规定。根据我国的实际情况和试验研究结果，在砖砌体房屋中普遍采用的钢筋混凝土构造柱，对提高小砌块房屋的抗剪强度和变形能力同样有效，而且由于构造柱的截面尺寸比芯柱要大，因此在同样情况下对砌块砌体的约束能力也要强得多，对施工的技术要求也不高。所以本次新规范还补充规定，在外墙转角、内外墙交接处、楼电梯间四角等部位，可以采用钢筋混凝土构造柱来替代芯柱。2)、芯柱的构造要求 新规范中的第89规范中的第由于机械化生产的需要，混凝土小砌块的孔洞往往是带有一定斜度，原89规范规定芯柱截面不宜小于130×130mm的要

9、求比较难满足，因此新规范对此修订为芯柱截面不宜小于120×120mm，使之比较符合实际情况。同时新规范规定：芯柱混凝土强度等级不应小于C20；7度时超过5层、8度时超过4层和9度时插筋不应小于114；为提高墙体抗震受剪承载力而设置的芯柱，宜在墙体内均匀布置，最大净距不宜大于2m等。这些要求均比原89规范作了更严格的规定。3)、构造柱的构造要求新规范的第4)、增设混凝土带的构造要求新规范的第二、配筋混凝土小砌块抗震墙房屋抗震设计要求1、一般规定1)、配筋混凝土小砌块抗震墙的定义配筋混凝土小砌块抗震墙是指使用砌块外型尺寸为390×190×190mm、空心率为50左右的

10、单排孔混凝土空心砌块，在砌块的肋部上开有约100×100mm的槽口以放置水平钢筋，在砌块的孔洞内按规定插有不小于112垂直钢筋，且配筋砌块肢长一般不小于1米的墙体。目前，对这类墙片的试验研究开展得相对比较多一些，积累了一定的成果和经验，新规范就是在此基础上，在附录F中增加了“配筋混凝土小砌块抗震墙房屋抗震设计要求”这部分内容。试验研究表明，配筋混凝土小砌块墙在垂直荷载和水平荷载的作用下，随着墙片高度和肢长的不同，其受力特点和破坏形态表现出明显的压弯、弯剪和受剪特征，孔洞内28的垂直钢筋和水平槽内212的水平钢筋也均能屈服，与一般砌体墙片的受力特点和破坏机理完全不同，而与混凝土墙片比较

11、接近，而且由于配筋混凝土小砌块墙片中有缝隙存在，其变形能力要比混凝土墙大得多。因此配筋混凝土小砌块墙体对一般多层和小高层建筑而言，是一种结构性能比较优越的结构构件，1998年在上海就曾有过18层配筋混凝土小砌块抗震墙住宅房屋试点工程的成功例子。2)、房屋高度和高宽比限值根据试验研究结果，配筋混凝土小砌块抗震墙具有较好的延性，其抗侧强度大于框架结构而其变形能力稍逊于框架，是目前比较理想的结构构件中的一种，因此从安全、经济及与有关规范的协调统一等诸多因素综合考虑，新规范中的表表新规范中的有关条文规定不再适用，如经过专门的试验或研究，在有可靠的技术数据的基础上，采取必要的结构加强措施，则房屋的高度和

12、层数可适当增加。配筋混凝土小砌块房屋的高宽比限值主要是为了保证房屋的稳定性，防止房屋发生整体弯曲破坏。新规范中的表新规范规定的要求时，即认为已满足稳定要求，可不做整体弯曲验算。3)、抗震等级的确定由于配筋混凝土小砌块房屋的抗震性能接近混凝土抗震墙结构，因此参照钢筋混凝土抗震墙房屋的抗震设计要求，根据建筑重要性分类、设防烈度和房屋的高度等因素来划分不同的抗震等级，以此在抗震计算和抗震构造措施上分别对待。根据配筋混凝土小砌块抗震墙的受力性能稍逊于混凝土抗震墙的特点，在确定其抗震等级时，对房屋的高度作了比混凝土抗震墙要严的规定。同时由于目前配筋混凝土小砌块抗震墙主要被使用在住宅房屋中，而且已有的试验

13、研究也主要是针对这类房屋，因此新规范仅对丙类建筑的抗震等级作了规定，如是其它类别的建筑采用配筋混凝土小砌块抗震墙结构，则应经过专门的试验或研究来确定抗震等级和有关的计算及构造要求，确保房屋的使用安全。4)、抗震横墙的最大间距房屋楼、屋盖平面内的刚度将影响各楼层地震作用在各抗侧力构件之间的分配，因此对房屋而言，不仅需要抗震横墙有足够的承载能力，而且楼屋盖需具有传递水平地震作用给横墙的水平刚度。由于一般配筋混凝土小砌块抗震墙结构主要是被使用于较高的多层和小高层住宅房屋，其横向抗侧力构件就是抗震横墙，间距不会很大，因此新规范在参照砌体结构房屋的有关条文的基础上，规定了不同设防烈度下抗震横墙的最大间距

14、，即保证了楼、屋盖传递水平地震作用所需要的刚度要求，也能够满足抗震横墙布置的设计要求和房屋灵活分割的使用要求。对于纵墙承重的房屋，其抗震横墙的间距仍同样应满足规定的要求，以使横向抗震验算时的水平地震作用能够有效地传递到横墙上。5)、结构选型 配筋混凝土小砌块抗震墙房屋与其它的房屋一样，对房屋的结构布置在平面上和立面上都力求简单、规则、均匀，以避免房屋有刚度突变、扭转和应力集中等不利于抗震的受力状况。配筋混凝土小砌块抗震墙与混凝土抗震墙的受力特性相似，抗震墙的高宽比越小，就越容易产生剪切破坏。因此，为提高结构的变形能力，将较长的抗震墙分成较均匀的若干墙段，使各墙段的高宽比不小于2，对房屋结构的抗

15、震比较有利。2、计算要点配筋混凝土小砌块房屋的抗震计算分析，包括内力调整和截面验算方法，大多参照钢筋混凝土结构的有关规定，并针对配筋混凝土小砌块砌体的特点做了相应的修正。1)、抗震验算由于新规范对配筋混凝土小砌块房屋的高度和层数作了较严的规定，因此对于抗震设防烈度为6度的配筋混凝土小砌块房屋在满足最大高度、最大高宽比、抗震横墙最大间距、及其它结构布置要求时，可以不做抗震验算，但对高于6度抗震设防烈度的配筋混凝土小砌块房屋仍应按有关规定调整地震作用效应，进行抗震验算。2)、连梁、抗震墙剪力设计值调整系数在配筋混凝土小砌块抗震墙房屋抗震设计计算中，抗震墙底部的荷载作用效应最大，因此应根据计算分析结

16、果，对底部截面的组合剪力设计值采用剪力放大系数的形式进行调整，以使房屋的最不利截面得到加强，防止抗震墙底部在弯曲屈服前出现剪切破坏，确保抗震墙构件的“强剪弱弯”。新规范根据房屋的抗震等级，规定了不同的剪力增大系数，以对应不同抗震等级的房屋对抗震设计的不同要求。剪力增大系数的取值主要是参照了钢筋混凝土规范中对抗震墙、连梁的有关规定，以及参照了美国规范对配筋混凝土小砌块抗震墙的有关规定，同时结合考虑了我国配筋混凝土小砌块抗震墙实际的设计情况，确定抗震等级为一、二、三、四的房屋其剪力增大系数分别为3)、抗震墙截面组合的剪力设计值的限值配筋混凝土小砌块抗震墙结构的受力性能类似于钢筋混凝土抗震墙结构，当

17、截面平均剪应力m0.25gc(灌芯小砌块砌体抗压强度设计值)时，容易出现剪切破坏，而且会影响砌体墙内横向钢筋的强度发挥，因此参照钢筋混凝土规范中的有关条文规定，对配筋混凝土小砌块抗震墙的平均剪应力给予限值规定，以保证抗震墙在地震作用下是受弯构件，具有良好的弯曲变形能力。对于剪跨比小于2的抗震墙构件，由于在垂直荷载和水平荷载的共同作用下更容易出现剪切破坏，变形能力更差，因此，对此类构件截面组合的平均剪应力的控制应该更严格一些。在验算配筋混凝土小砌块抗震墙截面组合的剪力设计值时，应注意取用的是经剪力增大系数调整后的剪力设计值。4)、偏心受压抗震墙截面的受剪承载力计算虽然配筋混凝土小砌块抗震墙的抗震

18、性能与钢筋混凝土抗震墙类似，但是其抗剪强度要低于混凝土抗震墙，新规范在参照混凝土规范的有关条文基础上，根据试验研究结果，结合我国配筋混凝土小砌块抗震墙的特点，规定了抗震墙截面受剪承载力的计算公式(F2.41)。在使用公式计算时应注意，公式中的gv是灌芯小砌块砌体抗剪强度设计值，可取gv0.2gc0.55, gc是灌芯小砌块砌体的抗压强度。试验研究结果表明，配筋混凝土小砌块抗震墙在偏心受压状态下的截面实际受剪承载力，完全能够满足公式(F2.41)的计算要求，而且有较大的安全储备。新规范在规定计算公式(F2.41)时，还考虑了与其它相关规范的统一和协调。配筋混凝土小砌块墙体的受剪承载力由灌芯砌体、

19、竖向力和水平分布钢筋共同承受，但是如果水平分布钢筋布置过少，则在水平荷载作用下，墙体开裂后将无法抵抗外荷载的作用，很快进入下降段，甚至破坏、倒塌，因此为保证配筋混凝土小砌块抗震墙具有良好的受力性能和延性，参照美国的混凝土小砌块设计规范中的有关规定，在公式(F2.42)中规定了水平分布钢筋所承担的剪力不应小于截面组合的剪力设计值的一半，实际上是根据剪力设计值的大小，规定了水平分布钢筋的最小配筋率。5)、有关连梁的计算规定 配筋混凝土小砌块抗震墙结构的连梁是保证房屋整体性的重要构件，为了保证连梁在与抗震墙节点处在弯曲屈服前不会出现剪切破坏，对跨高比大于2.5的连梁应采用受力性能较好的钢筋混凝土连梁

20、，以确保连梁构件的“强剪弱弯”。其截面组合的剪力设计值和截面受剪承载力则应符合混凝土设计规范的有关要求。3、抗震构造要求1)、灌芯混凝土的要求配筋混凝土小砌块砌体的芯柱浇捣质量对墙体的受力性能影响很大，因此必须保证芯柱混凝土浇捣密实，没有空洞，而混凝土小砌块的孔洞一般只有120×120mm130×130mm，因此对灌芯混凝土的施工要求比较高。试验研究结果表明，灌芯混凝土应采用塌落度在2225左右，流动性和和易性好并与混凝土小砌块结合良好的自流性细石混凝土，加上要有正确的施工方法，则灌芯的施工质量才有保证。如混凝土的强度等级低于C20，则很难配出施工性能能够满足灌芯要求的混凝土。2)、钢筋布置要求配筋混凝土小砌块抗震墙的竖向和横向钢筋布置，是砌块抗震墙形成完整的受力构件的保证，如墙体内钢筋布置不足，则在外力作用下，墙体一旦开裂就将很快丧失承载能力，延性也很差，因此规定适用于配筋混凝土小砌块抗震墙钢筋布置的最小直径、最大间距和最小配筋率是必要的。由于配