砌体结构中小墙垛受压承载力分析与评定

李 辉， 李清洋， 赵自强， 于 磊， 高小旺

(北京三茂建筑工程检测鉴定有限公司， 北京 100088)

0 前言

在砌体结构房屋安全鉴定中，部分墙体、特别是小墙垛的受压承载力会存在不满足规范要求的情况，整个房屋的安全性评级会因个别小墙垛鉴定为du级而导致整个房屋鉴定为Dsu级，严重影响整个房屋结构的安全性鉴定评级。对于部分房屋底层墙体的受压承载力计算不满足要求且存在因受压承载力不足引起墙体出现裂缝等损伤的情况，应及时采取措施进行加固；还有一部分仅个别小墙垛受压承载力不满足规范要求，而小墙垛及所属的整个轴线墙体均未出现因受压承载力不满足规范要求而引起的裂缝和损伤，对于这部分仅个别小墙垛受压承载力不足的砌体结构构件如何鉴定评级和对整个房屋结构的鉴定评级以及采取何种措施是需要认真对待的。

本文对砌体结构墙体上部设置钢筋混凝土圈梁，且墙体未出现因受压承载力不足引起的裂缝及和损伤的情况下的小墙垛长度的界定和受压承载力评定等问题进行探讨。

1 砌体结构房屋的小墙垛及其受压承载力鉴定

1.1 砌体结构房屋的小墙垛

未进行正规设计的既有砌体结构房屋，由于部分墙体门窗洞口尺寸较大或两个门窗洞口位置很近，造成两个门洞或窗洞之间墙体的局部尺寸较小，在进行墙体受压承载力计算时，房屋下部几层较小墙垛的受压承载力不满足要求[1]。

北京市20世纪七八十年代依据76住1图集[2]建了很多4～6层的砌体结构住宅房屋，其厨房和卫生间布置在同一开间，厨房和卫生间窗户开洞后外纵墙形成的墙垛长度主要为240mm和370mm，见图1。

图1 外纵墙的墙垛

办公楼和教学楼主要为2～6层的内廊式或外廊式砌体结构房屋，其楼屋盖板主要为预制板，房间预制板放置在横墙上，走廊预制板放置在纵墙上，纵、横墙上的小墙垛均为承重墙；由于使用功能，内纵墙上连续两间房屋墙体开门洞后形成的小墙垛长度主要为490mm和740mm；个别内横墙开门洞形成的小墙垛长度主要为370mm和490mm[3]。

1.2 砌体结构房屋小墙垛的受压承载力鉴定

砌体结构房屋墙体的受压承载力鉴定大部分是由PKPM等软件自动完成的，墙体所承担的荷载是按楼屋板的类型来分配的，对于未开洞的墙体按该墙段进行计算；对于开一个洞口的墙体则应分至洞口两侧的墙段，对于开两个洞口的墙体则应分至中间有小墙垛的三个墙段，而竖向荷载是按洞口中部1/2处分至洞口两侧墙段来分配的，墙体开两个洞口后中间形成的小墙垛所承担的竖向荷是按一个洞口中部1/2处至另一个洞口中部1/2处区域来分配的[4]，这就使得小墙垛受承压不满足规范要求，而在实际砌体房屋中承压不足的小墙垛并没有出现因受压承载力不满足而产生的裂缝。

PKPM等软件对开洞墙体的计算按洞口中间分隔的工字形截面来进行，其抗侧力刚度、受压承载力和受剪承载力计算也是如此。PKPM等软件计算通过各墙段来分配地震作用是合理的，但对于墙体的承压计算则没有考虑砌体墙设置圈梁后墙体承压的内力分布[5]。

2 砌体结构房屋小墙垛的界定和软件计算结果的处理

2.1 砌体结构房屋小墙垛的界定

在采用PKPM等软件进行受压承载力计算时，对墙长小于250mm的小墙垛，软件不考虑；砌体结构房屋中，对净高宽比大于4的墙段，不考虑该墙段的抗侧力刚度[6]，内纵墙和内横墙开门洞时，一般门洞高为2.1m和2.4m，对应墙长应小于525mm和小于600mm；外纵墙的窗洞一般高1.5m和1.8m，对应墙长应小于375mm和小于450mm。

在实际结构鉴定评级中，下部几层墙体长度为240，370，490mm的个别小墙垛的受压承载力R和作用效应γoS的比值α远远小于0.9，评为du级构件，而其他较大墙段的受压承载力R和作用效应γoS的比值α大于1.0，评为au级构件。因此，对于设置了钢筋混凝土圈梁的墙体，采用PKPM等软件进行受压承载力计算时，当墙体长度为240，370，490mm时，应界定为小墙垛。

2.2 软件计算结果的处理

通过计算软件中按照从属荷载面积分配计算得到的小墙垛受压承载力分析，小墙垛与大墙段相比，其分配的受压荷载过多。假设把洞口之间的小墙垛取消，全部按开大洞口计算，若大洞口两侧墙体的受压承载力均能满足规范要求，由于未考虑小墙垛的承压，则是一种偏于保守的受压承载力计算结果[7]。

当墙体设置圈梁且墙体未出现承压不足引起的裂缝等情况时，按取消小墙垛后开大洞口的墙梁应力分布来计算:

(1)墙垛长度为240mm或370mm时，不考虑墙垛的受压承载力，这样处理是偏于保守和安全的，小墙垛所属轴线整个墙体的竖向荷载全部由洞口两侧的大墙段来承担，受压承载力R和作用效应γoS的比值α可按下列公式计算：

(1)

式中：αi为墙体中i墙段受压承载力R和作用效应γoS的比值；bi为墙体中i墙段的长度；B为整个墙体的长度。

(2)墙垛长度为490mm和620mm时，当小墙垛与两侧大墙体计算的受压承载力差别较大时，可按照受压刚度的内力重分布来分配整个墙体的竖向荷载，受压承载力R和作用效应γoS的比值α可按下列公式计算：

(2)

3 计算实例

3.1 实例1

3.1.1 结构布置和计算参数

某五层的砌体结构住宅房屋，一单元标准层结构平面图见图2。该住宅房屋建造于1980年，第1～5层层高均为2.9m，室内外高差0.45m。承重形式主要为横墙承重，承重墙采用烧结普通砖和混合砂浆砌筑，外墙墙体厚度为370mm，内墙承重墙体厚度为240mm。第1～4层厨房和卫生间楼板采用现浇板，阳台板采用现浇板，其余楼屋盖板均采用预应力混凝土圆孔板。在每层楼屋盖墙体处均设有钢筋混凝土圈梁。现场检测的砂浆抗压强度推定值：第1层为5.7MPa，第2层和第3层为2.7MPa，第4层和第5层为1.5MPa。砖抗压强度等级均为MU10。

图2 一单元标准层结构平面图

3.1.2 计算机程序的计算结果

在采用PKPM软件进行安全承载力鉴定时，该建筑第1～4层有个别小墙垛(轴线外纵墙小墙垛长度370mm，内横墙小墙垛长度490mm)的受压承载力R和作用效应γoS的比值α远远小于0.90，评为du级构件。第1层和第2层标准单元墙体的受压承载力R和作用效应γoS的比值α见图3和图4。从图3和图4可以看出，③，④轴内横墙长490mm小墙垛的α：第1层为0.49，第2层为0.43。

图3 第1层墙体的受压承载力R和作用效应γoS的比值α

图4 第2层墙体受压承载力R和作用效应γoS的比值α

3.1.3 内横墙小墙垛分析结果处理

内横墙长490mm小墙垛的受压承载力评定分析 表1

从表1所列结果可以看出，长490mm小墙垛原PKPM计算程序鉴定结果为：第1层和第2层α2分别为0.49，0.43，采用式(2)计算分析后：第1层和第2层α分别为1.77，1.81，均大于原PKPM计算程序鉴定结果。

为了进行比较，外纵墙长370mm的小墙垛取消和内横墙门洞扩大后第1层和第2层墙体受压承载力R和作用效应γoS的比值α见图5、图6。

图5 外纵墙小墙垛取消和内横墙门洞扩大后第1层墙体受压承载力R和作用效应γoS的比值α

图6 外纵墙小墙垛取消和内横墙门洞扩大后第2层墙体受压承载力R和作用效应γoS的比值α

从图5、图6所列的分析结果可以看出，③，④轴线内外纵墙小墙垛取消和内橫墙门洞扩大后邻墙段的受压承载力R和作用效应γoS的比值α：第1层为1.65和2.05，第2层为1.65和2.15。对于墙长为490mm小墙垛，本文式(2)的α计算结果：第1层、第2层分别为1.77，1.81，此两个数值分别介于外纵墙小墙垛取消和内橫墙洞口扩大后α值之间(1.77介于1.65和2.05之间，1.81介于1.65和2.15之间)。

3.2 实例2

3.2.1 结构布置和计算参数

某五层的砌体结构住宅房屋，标准层结构平面图见图7。该建筑采用76住1图集[1]甲、乙单元结构布置，共三个单元，建造于1980年，第1～5层层高均为2.9m。承重形式主要为横墙承重，承重墙采用烧结普通砖和混合砂浆砌筑，外墙墙体厚度为370mm，内墙承重墙体厚度为240mm。建筑楼屋盖板均采用预应力混凝土圆孔板。在每层楼屋盖墙体处均设有钢筋混凝土圈梁。砂浆抗压强度推定值现场检测结果：第1层为5.0MPa，第2层为4.5MPa；第3层和第4层为4.0MPa；第5层为1.5MPa。砖抗压强度等级均为MU7.5。

图7 标准层结构平面图

3.2.2 计算机程序的计算结果

在采用PKPM软件进行安全承载力鉴定时，该建筑第1层内纵墙有个别长度为490mm小墙垛的受压承载力R和作用效应γoS的比值α远小于0.90，评为du级构件。第1层墙体受压承载力R和作用效应γoS的比值α见图8。

图8 第1层墙体受压承载力R和作用效应γoS的比值α

3.2.3 内纵墙小墙垛分析结果处理

内纵墙长490mm小墙垛的受压承载力评定分析 表2

从表2所列结果可以看出，长490mm小墙垛原PKPM计算程序鉴定结果：α2为0.57，采用式(2)计算分析后α为2.85，大于原PKPM计算程序鉴定结果。

为了进行比较，现将内纵墙中的长490mm小墙垛取消，把门洞扩大为小墙垛加上两个门洞宽度后由计算机程序PKPM进行计算，其第1层墙体受压承载力R和作用效应γoS的比值α见图9。

图9 内纵墙门洞扩大后第1层墙体受压承载力R和作用效应γoS的比值α

从图9的结果可以看出，将内纵墙中的小墙垛取消，把门洞扩大为小墙垛加上两个门洞宽度后，程序PKPM计算的内纵墙门洞相邻两侧墙段受压承载力R和作用效应γoS的比值α：轴交①～③轴两侧墙段分别为2.74和3.02，轴交⑥～⑧轴两侧墙段分别为2.71和3.02，轴交～轴两侧墙段分别为2.74和3.02，对于墙长为490mm小墙垛按照本文式(2)的计算α为2.85，此数值分别介于外纵墙小墙垛取消和内橫墙洞口扩大后α值之间。

4 结论

对砌体房屋纵横墙开门窗洞口后形成长240,370mm或490,620mm的小墙垛受压承载力R和作用效应γoS的比值α远小于1.0的情况进行分析。指出了在砌体结构受压承载力计算中，PKPM程序采用按照洞口中线分配小墙垛和墙段荷载的不合理性。通过比较分析，给出了小墙垛未出现受压裂缝前提下，相应的开洞口墙体受压承载力验算结果的评定方法：

(1)小墙垛长度≤370mm时，可忽略小墙垛，将两个洞口合并为一个洞口对墙体进行承载力分析。

(2)小墙垛长度为490mm或620mm时，可采用连同相邻的两个大墙共三道墙PKPM计算结果与墙段长度加权平均的方法计算小墙垛受压承载力R和作用效应γoS的比值α。加权结果α≥1.1时，可评定为au级构件；加权结果1.0≤α<1.1时，可评定为bu级构件；加权结果0.95<α<1.00时，可评定为cu级构件；加权结果α≤0.95时，评定为du级构件。

(3)对于长度>620mm墙段，可不必按照小墙垛进行处理。

需要强调的是，本文的分析结论仅适用于设置钢筋混凝土圈梁且小墙垛没有出现承压裂缝等损伤的多层砌体结构房屋，不适用未设置钢筋混凝土圈梁或设置钢筋砖圈梁的情况。