混凝土小型空心砌块配筋砌体建筑设计施工综合技术

混凝土小型空心砌块配筋砌体施工技术通过对8～12层中高层建筑配筋砌体建筑的基本力学性能和抗震性能等一系列试验研究分析，在已有上海18层混凝土小型空心砌块配筋砌体剪力墙结构建筑试点经验的基础上，开发研究出了中高层设计结构计算模式、结构构造以及相适应的成套施工技术，并提出了中高层配筋砌体适用的混凝土小型空心砌块、灌芯柱混凝土和砌筑砂浆等材性要求，为推广应用提出了实用性的配筋砌体建筑结构设计与施工的关键技术以及技术经济分析。0前言混凝土小型空心砌块作为一种替代粘土砖的新型墙体材料，由于其本身具有的优点正在成为我国多层建筑的主导性墙体材料并向中高层建筑发展。但是由于混凝土小型空心砌块砌体的抗压、抗剪强度较低，难以成为中高层建筑的承重墙体。上海通过两幢8N12层住宅试点工程采用混凝土小型空心砌块配筋砌体进行系列材性、结构性能试验，设计和施工方法研究，建立了中高层混凝土小型空心砌块配筋砌体建筑结构体系，并形成了能推广应用的成套技术。不仅在我国填补了中高层混凝土小型空心砌块配筋砌体结构建筑系列的空白，亦为禁止粘土砖作为建筑承重和填充墙体找到了良好的替代用品，对保护土地资源、保护生态环境和建筑节能都是具有深远的意义。1研究背景混凝土小型空心砌块作为一种墙体材料，在世界上已有一百多年的应用历史。国内始于上世纪30年代，上海延安路铜仁路口25幢两层半低层住宅采用混凝土小型空心砌块建造，至今建筑物仍然完好。上世纪70年代至80年代，我国的混凝土小型空心砌块建筑有很大发展，仅上海就用小砌块建成多层住宅约500万m2。1993年上海市编制了混凝土小型空心砌块多层砌体建筑设计规程、施工验收规程与图集等五项全套标准。高层建筑采用混凝土小型空心砌块配筋砌体作为承重结构在国外已有不少研究理论和工程实践，国内尚属探索试点阶段，其结构受力性能、计算模式、抗震性能验证和施工技术等有待进一步研究和探索。1995年上海园南小区试点工程对坞层高层建筑采用混凝土小型空心砌块配筋砌体作为承重结构进行研究，1998年底完成取得了成功的经验。上海中高层条状住宅在用地、户型、结构震性能等方面具有比较好的经济性，提高了生活质量和环境舒适度，近10年来大量流行，受到市场的青睐。为了推广8～12层采用混凝土小型砌块配筋砌体作为承重结构，1990年上海市墙体办组织有关单位立题进行研究。具体试验研究分成五大部分：(1)混凝土小型空心砌块块型和材料性能试验研究；(2)配筋砌体建筑基本力学性能和抗震性能试验研究；(3)配筋砌体试点工程设计及技术研究；(4)配筋砌体试点工程结构施工及工艺研究；(5)配筋砌体试点工程保温节能研究。该研究和试点工程被列入上海市建设科研重大项目计划[详见沪建教(99)第0378号文]。2002年完成了全部试验研究任务，取得了比较理想的研究成果。上海市科技委组织专家鉴定，其成果评价为国内首创，国际领先。在我国新版的国家标准《建筑抗震设计规范)GB50011—2001和《砌体结构设计规范)GB50003—2001中已分别采纳和引用了其研究工作的成果。该研究成果在2005年由建设部组织的《首届全国绿色建筑创新奖》评奖中获得了技术与产品类项目三等奖。2试点工程概况试点工程为上海**城7#、8#两幢住宅建筑工程，7#楼10层，8#楼l1层，项层均为跃层，标准层层高2．8m，三单元条状平面，建筑面积分别为5，890m2和7，352m2。外墙与屋面均采用30mm厚聚苯板外保温系统。根据对混凝土小型空心砌块材性、配筋砌体结构性能试验结果，试点工程的结构采用专用带凹槽混凝土小型空心砌块配筋砌体作为长、短肢墙结合的大开间剪力墙体系。除了顶部跃层处和极个别宽厚比小于5倍的独立小墙肢仍使用现浇钢筋混凝土外，其余承重墙体均采用190mm厚灌芯混凝土小型空心砌块配筋砌体，填充墙也采用普通型规格尺寸为390mm×190mm×190mm混凝土小型空心砌块。各层楼板和屋面板均采用现浇钢筋混凝土。试点工程建成后，经单层房屋模型震动台试验和配筋砌体房屋的非线性地震反应动力分析，试点工程房屋的动力特性现场实测证明结构抗震性能良好，房屋具有良好的安全性能，完全能满足7度抗震设防的要求。市试点工程互于翼200云2梁年纪6摸月竣工交召付使用后肺到目前为呢止，经究过山5亲年多的时始间考妻验，所有希外墙和内洗部承重墙牺没有发现质裂缝，住躁户使用反线映良好，潜达到了预朱期的目的胳。梦3著设计施工猾主要关键当性技术研思究锹3巨．罪1隶灌芯混凝植土砌体抗置压强度和棚弹性模量场试验复通过对配团筋砌体的陕砌块、砌始筑砂浆和尺灌芯混凝璃土的配制旱以及灌芯川混凝土砌通体抗压强套度和弹性炎模量试验栏，提出了益配筋砌体牺的基本力淋学性能指纹标，为结敲构设计提粪供重要依蚀据。其中餐最为关键忠是通过灌苹芯混凝土叙砌体抗压捐强度和弹痕性模量试威验，解决若砌体灌芯泽混凝土、桃砌块、砌望筑砂浆之退间的最佳给匹配问题此。除了考愉虑强度之裳间的匹配险，更重要填的是考虑槽其三者的碎变形以及吉相应的应疾力峰值之怕间的匹配让，充分发沃挥其三者金的强度，袜又降低了公应用成本归。灌芯混叮凝土砌体港的抗压强诱度和弹性龟模量指标迹的取值大女小又关系读到配筋砌定体结构建聋筑的安全库性和经济彼，性。录试验参照宽美国标准拿和方法，问选坡择保1恳1淘组砌体款共遗11迅0恋个试件进关行砌体试松验稠和注3丰批际共挽2瞒2滤个试程件毙(逆包以括楚1龙5末个弹性模老量试必件勇)册进行验证测性试验。滋砌块、砌固筑砂浆与吃灌芯柱混妙凝土之间炕标号强度详进行多种创不同强度挽组合试验玉。根据试踏验研究结乓果，确定域试点工程论配筋砌体纵结构墙体智所用砌块室、砌筑砂叉浆与灌芯见柱混凝土钱强度等级读和设计参斗数：砌块期、砌筑砂葵浆与灌芯锋柱混凝土敲强度等级样，见渗表冤1邮；设计参智数建议取得值，见踏表跳2然。庸3胃．煎2貌配筋砌体欠墙片抗压匪、抗剪、亲抗弯承载演力试验溪通过试验遣研究，提洽出了配筋换砌体墙片饲抗压、抗的剪、抗弯卖承载力计随算公式，滨为混凝土源小型空心酒砌块配筋夫砌体房屋位的设计和粮抗震性能受评价提供母了理论基轿础和技术臭支持，在仿理论上、吓设计计算给方法上保朱证了试点西工程的顺挪利进行。财3乞．终2黎1周墙片的受精力分析询本试验研搬究的配筋爸砌体墙片宏是在空心概砌块的孔核洞中布置守有垂直钢观筋，在水逮平方向空般心砌块凹别槽处布置针有水平钢摘筋，并在伐孔洞中灌由入灌芯混疫凝土，由核于普通砌牢体墙片引扇入垂直钢健筋和水平泛钢筋，特育别是砌块底凹槽处水猛平钢筋被遗灌芯混凝运土包裹，慎在砌块与氏砌块之间桂形成通长倡的连接键否，使得水化平钢筋能侵有效参与盗工作，大蚊大改善了油普通砌体怨墙片的工白作环境。奇3掌．盘2疯．蒙2底墙片的受蔑压性能起在考虑不辨同砌块强果度、不同罚砌筑砂浆性强度、不墓同灌芯柱障混凝土强丙度、不同吃垂直钢筋斥和水平钢篮筋的配筋洁率、不同周偏心率等棕诸多因素滩情况下，助共进行欣了炸1越5叨个配筋砌电体墙片的多受压性能速试验。主钞要是研究旋配筋砌体彩墙片在轴槐心、偏心裁荷载作用黑下的抗压把承载力、侍变形性能辩及破坏特室征。并对斩基本假定胆基础上提态出的计算拢公式进行幕计算结果所和实验结榆果对比分租析，研究殖主要得出串了配筋砌释体墙片在挡轴心受压抱以及小偏翻心受压状叙态下，其稿承载能力矿和变形能程力与钢筋陶混凝土墙赢片相似，恰而与普通伞砖砌体墙归片的受力拉性能完全屑不同。宇3恢．核2改．亿3嚼墙片的抗舒剪性能题考虑配筋疾砌体墙片拥在地震作链用受力情胖况下，共元进行上了蹈1槐0登个配筋砌浓体墙这片寸(络包绳括所2凯个十字形龙墙勤片井)缩的抗剪性托能试验。尖主要是研梨究配筋砌眯体墙片在紫周期反复芹荷载下的蛋抗剪承载丘能力、变伸形滞回性唉能及破坏铁特征。研厌究主要得帐出了配筋驴砌体墙片下在水平荷感载反复作毫用下，砌业块与混凝床土芯柱能才够较好地久共同工作嘱，墙片的假破坏特征赵类似于混龙凝土墙片哗，而与不魂灌芯的普匆通砌体墙类有很大不啄同。变形布性能要优求于普通的影砖砌体墙核片、甚至希钢筋混凝竞土墙片。枕3毒．按2临．拿4腊墙片的抗直弯性能礼配筋砌体娃墙片除了研应该考虑葬在一般情晌况下不至脸于发生脆产性的剪切季破坏以外贱，还考虑佣了墙片的赛抗弯承载旗能力，包等括墙片在傍弯矩作用宫下的变形茧能力，这盲在配筋砌宇体剪力墙棵结构的房胡屋设计中冤是至关重平要的。在板参照和吸省收了上河海询1索8杯层高层配丹筋砌体建甜筑试点工怒程的成功薪经验，共史进行红了剂9慌个配筋砌玻体抗弯墙叙片哭(云包裳括支2岔个智Z撇字形墙玩片漆)届在垂直荷熊载和水平榜反复荷载唉共同作用杠下的抗弯收性能试验乘研究。研会究主要得律出了配筋忽砌体墙片漠在水平荷闲载反复作纤用下，其惯破坏特征立类似于混底凝土墙片谜发生延性术破坏，它魂的破坏主听要是墙脚惕区域的砌盯块及芯柱罚混凝土被乖压碎，破才坏时纵向该钢筋均能燃屈服。配打筋砌体抗溉弯墙片具耽有较好的脱滞回耗能秆性能和较勒好的变形徒性能。碑3腰．能3劫配筋砌体首房屋设计躺要则洁在借鉴国扛内外有关甩配筋砌体毙设计与计呢算方法，刻在己有上党海溪1排8举层混涝凝芹-I-,勒J细＼床型空心砌戚块配筋砌镜体剪力墙茫结构建筑污试点经验宰的基础上命，根据部迅分试验研彼究及分析捆整理后，炼编制了估《胃8剥～池1钞2甜层混凝土门小型空心宋砌块配筋雁砌体房屋俘结构设计区要则》，补用于试点懒工程的设辣计指导。格在要则的胜制定中，怨除了考虑柔到与现有箩国家有关悬规范、规毅程和标准森的协调外川，还注意脆突出上海储的实际，幕根舌据捧8芬～证1牙2因层房屋的兔受力特点耻，在结构初体系选择鞠、结构力让学计算模怜型的分析步与比较及轻适用性分畅析、砌块迅强度及砌盼体墙配筋挎方法等方嫁面进行了度更深入的游研究与实钻践。刊(1鸟)去改进结构惭体系。柴由小1骂8放层的配筋屡砌体长肢西全灌孔抗罗震墙，发祝展厌为封8养～洒1蝴2狸层的配筋使砌体长、挠短肢相结袍合的部分熄灌孔抗震很墙。毁(2欧)匪改进结构坐内力分析阻方法，使愚其更接近法实际受力研。季由促1翅8罩层房屋墙于体内力分窑析采用空揭间簿壁杆坦原理，发警展疮为雁8向～滥1拐2扑层房屋墙啊体内力分丸析采疫用彩“跪有限朗元伸(界墙元、壳遮元塑)占”丙原理，并汪充分考虑铸楼板、开旨洞对内力岸的影响。炮(3卷)点改进砌体嗓墙配筋方刑法，使其告更趋合理爽，降低十沃字型浴，叙T爱字型墙体胡配筋量。微(4磨)矿配筋砌体卫构件的正卡截面承载拔力计算，奖钢筋与混罚凝土砌体次共同工作裕应变，不岛考虑混凝瘦土砌体的合抗拉强度驾。椒(5贷)郊混凝土砌通体的极限华压应变：造对偏心受征压构件取栽ε羡一号CU=失0研．党00尝3良。当构件察处于大偏懂压受力状汤态时，墙沸内竖向钢考筋应力数恋值及性质饼均应由该候处钢筋应啦变确定：赖当构件处间于小偏压浓或轴心受垫压状态时驼，墙内竖停向分布钢水筋对整个渠构件压应抄力的贡献摄较小、，削可以不计羽。盘(7爆)锐规定了配图筋砌体建鸽筑的设计朗构造和施希工要求。拳试点工程锹考虑结构杰节点和墙土体同时砌缎筑共同受茅力，其配酸筋砌体结贷构设计的规原则采用邻大开间剪剪力墙做法自。考虑到确配筋砌体输应符合安竖全、适用浸、经济的臣原则，适榜当增加结泽构的延性去是必要的嘉。根据规门范与规程棵的规定，逗上海地区革按袜7口度抗震设万防，采屈用愁2阔6抓种不同工秘况内力组哪合，确定钻控制内力灭及不利配赶筋。经三撒个程序进任行结构设艇计对比分培析，分析相比较结构知自振周期馆、基底剪巩力、楼层纱位移角等守结构基本吉特征参数箩，得出结扑构楼层间酬位移及顶腹点位移均霉可满足要浸则规定不寄大财于霸1缝，撤75勺0乔的要求。圆事实证明题，设计要推则的绝大干部分是科赖学的、可哄行的，能衡够保证房翼屋的安全底使用。辩3幻．章4化结构设计含电脑编程拣为了加快伟设计进度温和设计结送果的可靠诵性和适用相性，试点年工程配筋复砌体结构营设计采乌用粒SATW锄E役软件进行蹦结构内力挣的计算，尘编制了基管于佛SATw阀E施结构技术坝平台上军的配筋砌患体结构设乏计的专用邀软件包。杨由蝇于触SATW垒E环结构计算甜软件采用诉壳元墙元旋模型理论肯，因此对学于剪力墙贯结构体系古，其计算柿结果恼比装TA但T技采用薄壁梁柱理论的棵三维杆系赠结构计算峰软件更为辰合理。试谷点工程设吓计成大开线间剪力墙糕做法的配订筋砌体结溪构采用空读间组合结周构有限元痒分析更贴础近实际。慎从目前实藏际试点工失程采闷用治SATw晚E赴软件进行湾结构内力符计算来看泼，计算结俊果伯比础P捆M缝—抽TA屈T汤软件计峰算锹(改存在连梁槽配筋等较僵多参数输顶入等问题麦设计较难附处近理逮)退更加趋于亡合理。从岁已经完成鼓的试点工能程的施工厅图应竞用牧SATw幕E吹软件经过拼验证看，牌完善了安弱全设计的另方法，采箩用捞CA绒D昨图形输入巷输出，快梅速、便捷商、正确、唉实用，聚与筋1里8注层的配筋倚砌体计算神分析所用贤时间相比播，缩派短墓1阁0边倍，设计弊效果相当部理想。睛3被．枣5啊配筋砌体管建筑工程气施工住根据混凝烤土小型空设心砌块配肠筋砌体房伸屋的设计蜡特点，研酿究解决了较不同强度冲等级的砌睬块、砌筑姥砂浆和灌批注芯柱混茧凝土材料掠配制、组残合砌体强着度匹配及刊施工工艺候、质量标容准、施工怒组织和裂裹缝防治等兄成套技术居问题。在辫完成试点管工程施工浊实践的基迎础上，编陆制了《配商筋砌体建壤筑工程施盈工验收规布程建议》鼻和《配筋爱砌体建筑寸工程施工奇定额指标帐建议》。警3条．丢5宗．促1列砌筑砂浆邀、灌芯混等凝土级配齐验证师具有良好奥的保水性掀的砂浆和疫大流动性犁的灌芯混壮凝土是配拢筋砌体建蜂筑施工工急艺成功的锋重要保证分。在试点球工程砌体月正式施工爆前，在现霉场做过几粮次试砌模全拟墙试验障。县(1督)眠砌筑砂浆壳配制：采篮用稠化粉肿代替石灰忍膏配查制泼M2纹0拘、艳MI哈O掏砂浆，实清践表明其寇保水性、番和易性好揉，粘性足喷，操作方浸便，据统犹计强度满虎足施工要贪求。尸(2户)竟灌芯混凝看土的配制宪：短肢墙欠配筋砌体筹灌芯混凝匹土标芬号畜C3惭0路、万C2圣0访，配制要孔求坍入必度饶23±宪2柴达到大流啄动性混凝百土。根据油实践经验袋，选用性群能了解的蚕水泥品种宅和适宜的县外加剂是耕配制大流攀动性灌芯妖混凝土的助关键。经压过采用不吉同品种水侍泥和高效吹减水剂多停次试配比颗选，最终揭选用海螺条牌水泥球和荡ZK90相4处高效减水土剂配制的慧混凝土符博合要求，捧其强度和砖坍入度比找较稳定。均3烛．听5艳．国2仪配筋砌体摇砌筑方法活本试点工搭程结构采宾用短肢剪种力墙配筋告砌体作为圣承重墙，利填充墙采心用多层砌窄体作为非筑承重墙，利施工时要馅考虑承重田墙配筋砌液体砌块和拘填充墙多萝层砌体砌灶块组砌方长式，排列观比较复杂看。丧(1际)徐配筋砌体刘组砌方式叔：根据墙蒸肢短的特孕点，在编咬制砌块排粱列图时将想每堵墙作滋为独立排粘列单元，隐从转角处霸开始排列平，根据墙桑长和砌块汽模数，按拣上下皮孔幅对孔，肋间对肋，错誉缝搭砌的醉原则，以耐确保灌芯慌混凝土浇幅灌畅通，般并形成水蹄平和竖向泻均贯通的蓝混凝土芯鞋柱。排列汗结果表明叙，六种砌瑞块块型基丝本能满足齿短肢剪力燃墙组砌需学要，技术云、经济均划得到了满昂足。批(2徐)饭竖向灰缝加处理：根启据配筋砌侨体砌块竖分缝中也要抵充满灌芯冤混凝土要民求，竖缝咐采用在砌虎块端头壁障上刮满砂旋浆，再上族墙砌筑，艇并随砌随娇用小工具吹将竖缝中禁多余砂浆蛇清除，这区样，竖缝房砌块两侧纽壁上砂浆脏饱满，而田中间不留别砂浆。实瞒践表明，妨砌筑质量袄和灌芯混恐凝土质量韵同时得到约了保证。服3.5.戚3秧配筋砌体华钢筋施工甩(1碍)红竖向筋施职工：为了味便于施工懂和节约钢蝶筋，竖筋恭为一层一但根，在墙抖体砌完后叠插入，每棵层搭接长屡度满螺足庙48简d挠，下部在炸砌块内进妖行搭接操赖作，绑扎倦连接垂直寻偏差调整渴较灵活，话竖向的限妹位采用加朴焊定位筋榴固定每根释竖筋水平衔间距来满辩足设计和搁施工要求报。默(2才)柳水平筋施处工：与国潜内其他地坝方配筋砌望体设计不搂同，水平播钢筋不是赖放在灰缝光中，而是停放置在砌陡块凹槽宽拢度范围内罢，握裹在搏墙体混凝航土内，大搭大改善受坡力效果，羊成为真正淘意义上的锈配筋砌体参。按照要密则制订的摸方案，确卸定先放水听平筋，后推铺砌筑砂杆浆。这样奏保证了施央工水平筋己时不破坏弹砂浆，同仓时不因施苦工时间长献影响砂浆仿保水性。纸3.5.督4推灌芯混凝骂土的施工焦一个楼层悦高度分两很个浇捣层歼进行浇捣龙，一、二南浇捣层连栋续浇捣，俭以防出现佛冷缝。模焰拟墙灌芯降混凝土试补验结果表密明，灌芯疤混凝土工日作性能良慧好，不需查多振，否钥则，反而抛会使混凝睡土产生离内析现象。俩实际试点么工程的浇私捣方法执纲行原则：点每孔上下务来回振捣跪二次为宜须，不得漏缺振。这样价，确保了逆灌芯混凝猴土浇灌密河实，混凝麻土与砌块悟之间粘结包良好，无称收缩裂缝孩。雷3枕．极5自．棕5板配筋砌体拔裂缝防治环措施上由于混凝奔土小型空取心砌块配立筋砌体建烂筑本身的涉构造和砌拒块原材料息材性，决竹定其更易传产生裂缝示。因此，白在试点工魔程应用中兼从设计和戴施工两个僵方面采取液了防止墙吗体开裂的胸措施。扫(1酒)梅改进砌块崇的设计制良作，将砌雀块两端留锯有缺口成姥凹槽，将假水平钢筋继由一般放肾置在灰缝惯内改为放本置于砌体店内，以增羞强墙体的诞整体性。特(2蹲)帅房屋顶上求两层因受扭温度应力酸影响大，芹全部采街用枯MU1求5硬．窄0圆高层砌块贝砌筑，砂非浆强度等号级也相应久提高罗为柏M2肆0冷，并适当雷增加水平捧配筋数量团。肃(3受)逆屋顶和墙绘体采用聚魄苯板保温挺隔热措施槐，保温性呢能符合国戒家和上海拾市建筑节稳能标准的妖要求。队(4石)抹确保进场卷施工的砌穗块必须满贫足超弃过稼28先d末的自然养咸护期。掠(5去)遥改进施工姐工艺，确欺保砌体在炭砌筑、支哑模等施工呀时不出现烘操作裂缝搭。碍(6材)灾改进灌芯原混凝土和代砌筑砂浆缓的配合比蜜，在确保蝶强度等级石的同时，谜改善混凝颤土的和易筑性和砂浆炉保水性能而。墙体灌反芯后经无礼损探测和障抽芯检查均，灌芯混烦凝土自身丢密实和砌门块结合紧稳密，全部蹄达到设计估要求。观(7盗)青标准层以症上的承重在墙和非承网重墙整体嘱同时砌筑胁，提高墙孕体整体性绕能，减少验界面缝。吧(8湾)呢对内隔墙舞、非承重历墙与承重运墙和楼板竿过梁的连堤接部位在盗做粉刷前亚采用加钢撞丝网布联苍接等措施仗。乎3膨，什6贴配筋砌体焦建筑技术沸经济指标悠比较分析茅(1诱)剥通过对试楼点工程技鸽术经济分规析证明，赛混凝土小红型空心砌由块配筋砌匆体建筑不拍仅能满足加结构承载筛能力的要勺求，其抗屡剪抗震的袜性能亦优辉于钢筋混占凝土短肢仗剪力便墙截+题填充墙结撤构，因而普安全性能测良好。配顾筋砌体建杯筑施工方队法简便，兽工艺技术膝可行。漠(2役)俯由于能充闹分发挥砌优体的特性冤，在相同雾荷载作用刃下，结构式配筋量减恢少，墙体锦不使用模耀板，劳动烫强度降管低屑(锋免去了墙班体周转材文料的翻层柳工作蛋量狂)驾。经取芯台和超声波我无损检测误证实，灌滴芯混凝土欢和砌块间测接触紧密租，结构试合验证实砌顷块与芯柱医混凝土及剖芯柱内钢板筋共同工虑作性能良粉好。矮(3鬼)旁对试点工姜程经济分燃析显示，两与钢筋混设凝土短肢炊剪力哭墙货+借填充墙结赌构相比，爱单位建筑脉面积钢材好节殖省石3严3宏．令3视％，工日宣节伴省粱2餐．钳1草2斗％，工期挖基本持平迎。墙面平卫整度、垂狐直度优于泥钢筋混凝躲土短肢剪廊力墙结构慎，外墙贴抵保温材料疯时可不做烂外粉刷。缘但目前混桨凝土小型团空心砌块葱生产规模活小，砌块请和灌芯混殊凝土价格勿较高，结短构在同果等荷载下瓶，配筋砌理体承重墙谊的