浅谈砌体结构设计与发展前景

杨 伟 魏富盛

（重庆交通大学土木建筑学院，重庆 400074）

浅谈砌体结构设计与发展前景

杨 伟 魏富盛

（重庆交通大学土木建筑学院，重庆 400074）

近年来，随着各种新材料、新技术、新工艺的广泛应用，我国建筑结构技术得以迅速发展。从结构性能、抗震设计、方案布置等方面，对我国现代砌体发展做了较为全面、系统的描述和总结，结合当前节能环保和绿色建筑的需要，提出我国砌体结构未来的发展方向。

砌体结构，抗震设计，布置方案，发展前景

1 砌体结构的性能特点

砌体结构是砖砌体、砌块砌体、石砌体建造结构的统称，可分为无筋砌体结构和配筋砌体结构。砌体结构的优点在于：便于就地取材，可利用工业废料，抗压强度高，耐久性、耐火性好，化学稳定性和大气稳定性均较好，具有较好的保温隔热性能，较钢筋混凝土结构节约水泥和钢材，造价低、施工周期短等。但砌体结构也有着自重偏大，砌筑工作相对繁重，砂浆与砌块之间的结合力较弱，抗拉强度低等缺陷。而这些缺陷导致砌体结构抗震性能较差，一旦有地震发生，砌体结构会产生破坏，易造成房屋倒塌等灾害。因此，砌体结构构件主要承受轴心或小偏心压力，很少受拉或受弯，一般民用和工业建筑的墙、柱和基础可采用砌体结构。

2 房屋砌体结构中的抗震设计：

由于砌体材料的抗拉和抗剪强度均较低，使得砌体结构房屋抗震性能相对较差；同时，砌体结构房屋由纵墙、横墙、楼盖等多构件构成，如果结构布置不合理，构件之间的连接构造不当，均不利于整体抗震。因此，为了提高房屋建筑砌体结构的抗震性，需要对房屋建筑砌体结构进行抗震设计。

2.1 抗震概念设计

由于地震灾害中建筑的破坏程度与砌体结构的高度层数成正比，采用砌体结构的房屋建筑的总层数不得超过《砌体结构设计规范》（GB 50003-2011）中砌体结构构件抗震设计的规定。在结构体系上，应在条件允许的情况下率先使用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系，同时注重加强墙体中薄弱环节的抗震能力，使墙体受力均匀并避免因一处破坏导致整个墙体乃至整个单元结构的坍塌。

2.2 抗震计算

抗震计算是房屋建筑砌体结构设计中抗震设计的重要组成部分，能为实施抗震措施提供数据支持，有效地解决安全隐患。抗震计算需要验算的有弹性阶段的竖向承载力、水平承载力是否满足规范要求,其中结构的水平承载力和竖向压应力相关。据震害表明，竖向承载力、水平承载力之间也是存在相互关系的，即除了竖向压应力影响水平承载力外, 水平剪应力也影响竖向承载力,一旦因抗剪强度不足而出现水平裂缝,结构的竖向承载力也会减小。因此,可以直接对中震作用下的墙体抗震强度的校核。另外，要保证砌体结构在两个方向的抗震强度基本一致,避免因一个方向的墙体产生破坏使纵横墙脱开,导致局部倒塌的现象。

2.3 提高抗震能力的措施

抗震圈梁既是水平楼、屋盖的约束边缘构件，又是加强墙体与墙体、楼盖与墙体间连接的重要构件。除了每层楼、屋盖标高处之外，还应在墙段上所有的承重墙和自承重墙体上设置抗震圈梁。正确使用圈梁能有效提高砌体结构房屋建筑的抗震性，同时具有经济方便的优点，并且圈梁的设置经验证对抵抗地震灾害是行之有效的。其他提高砌体房屋的抗震能力措施有：1）地基与基础之间增加防震褥垫；2）增设“三角形”结构；3）底部两层内墙增设钢筋网片； 4）改板式悬挑为梁式悬挑；5）加强楼梯间设防措施；6）加强顶层及附属结构抗震构造设计。

3 砌体承重结构布置及特点：

工程实践表明，砌体结构适用于以受压为主、便于就地取材的结构，既要使结构受力合理，又要满足建筑平面布置要求，建筑结构方案的设计和选型变得十分重要。常用承重布置方案如下：

（1）横墙承重

楼层的荷载通过板梁传至横墙，横墙是主要的竖向承重构件，纵墙只起分隔、围护、自承重及形成整体作用。特点是：横墙间距较密，房屋横向刚度较大，整体刚度好。外纵墙不是承重墙，立面处理比较方便，可以开设较大的门窗洞口，抗震性能较好。房间布置的灵活性差，多用于宿舍、住宅等建筑。

（2）纵墙承重

板荷载传递给梁，梁再传给纵墙。纵墙是主要的承重墙，横墙只承受小部分荷载，横墙的设置是为了满足房屋的刚度和整体性要求。特点是：房屋的空间较大，平面布置比较灵活。刚度较差，纵墙受力集中，纵墙较厚或要加壁柱。适用于教学楼、实验室、办公楼、医院等。

（3）纵横墙双向承重

根据房间的开间和进深要求，有时需要采取纵横墙同时承重的方案。特点是：横墙的间距比纵墙承重小，比横墙承重大，房屋的刚度介于前两者之间。

（4）内框架承重

在外墙承重的同时，部分内墙采用钢筋混凝土柱代替，以取得较大的空间。特点是：横墙较少，房屋刚度较差；钢筋混凝土柱与砖墙的压缩性能不一样，容易造成不均匀变形而产生次应力，墙的带型基础与柱的单独柱基沉降容易不一致。

4 砌体结构发展趋势

我国砌体结构正向适应科技迅猛发展和满足社会需求的现代砌体发展，开发节能环保型建材，发展轻质高强砌体材料，开展配筋砌体和预应力砌体研究以及砌体结构的理论研究是今后砌体结构的发展趋势。 其特点如下：

(1)发展和推广应用砌体结构新材料。加大限制高能耗、高污染低效益产品的生产力度,充分利用工业废料, 研发新型砌体材料,发展节能砌体结构，大力发展蒸压灰砂废渣制品,包括钢渣砖、粉煤灰砖、炉渣砖及空心砌块、粉煤灰加气混凝土墙板等，从而满足利废、节能、节土和环保的要求。

(2)开发利用轻质、高强和节能环保的新型砖、砌块、砂浆。高强空心砖在发达国家应用很广，其抗压强度普遍达到30～60MPa，承重空心砖的孔隙率可达到40%。因地制宜，在粘土较多的地区，发展高强粘土制品、高空隙率的保温砖和外墙装饰砖、块材等。同时，由于目前采用的普通砂浆强度低，难以得到高强度的砌体，如果采用高粘结力、高强度的粘结材料，那么砌体的性能指标就能有很大的提升。进一步研究轻质高强低能耗砌块，使砌块向薄壁、高强、大孔和大尺寸发展，可以有效地提高砌筑结构的整体性和抗震性。

(3) 配筋砌体和预应力砌体的研究。由于配筋砌体和预应力砌体具有强度高、延性好、抗震能力强以及施工速度快，用钢量相对均匀配筋较少的优势。因此根据砌体结构的受力特性，在相应的部位配置预应力钢筋，增强对砌体的约束，延缓砌体开裂，加强结构的刚度，从而提高砌体抗拉强度和竖向承载力。

(4) 砌体结构理论研究。我国在砌体结构设计方面的规范，主要经历了三个阶段的发展过程，最终形成以概率理论为基础的极限状态设计方法。《砌体结构设计规范》( GB50003—2011) 的实施标志着我国已经建立了较为完整的砌体结构设计的理论和应用体系。但相比国外仍有一定差距，需要深入地研究砌体结构的受力性能和破坏机理,通过数学和力学模型，研究砌体结构整体工作性能，建立更加完善的理论体系， 对促进砌体结构的发展有深远意义。

[1]砌体结构设计规范( GB5003—2011) ［S］． 北京∶ 中国建筑工业出版社，2011．

[2]建筑抗震设计规范( GB50011—2010) ［S］． 北京∶ 中国建筑工业出版社，2010．

[3]刘慧敏，李春霞． 砌体结构的现状及前景［J］． 科技风，2012，10：198．

[4]张惠英，邢秋顺，许锦燕，等.砌体结构设计及工程应用[M].北京∶中国建筑工业出版社，2008∶4-5.

[5]董明海，宋丽.砌体结构设计原理[M].西安∶西安交通大学出版社，2010∶7-8

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