空斗墙结构现场检测及计算分析

高瑾

上海市房屋建筑设计院有限公司 上海 200062

引言

砌体结构在我国有着悠久的历史，特别是在1949年10月以后，我国砌体结构得到了迅速的发展。1973年，我国根据自己的研究成果并结合国内实际情况，编制了第一部砌体结构设计规范《砖石结构设计规范》（GBJ3-73），并于1974年5月1日正式施行。此后，随着我国经济条件和砌体结构发展状况，并不断总结砌体结构应有的新经验，不断进行试验研究，我国又依次颁布了《砌体结构设计规范》（GBJ3-88）、《砌体结构规范》（GB5003-2001）、《砌体结构设计规范》（GB5003-2011）。

空斗墙是早期（20世纪60～80年代）砖石结构中较传统的结构形式，它是一种优良的轻型墙体，与同厚度普通实心墙相比，具有自重轻，且节约砖材、砂浆和劳动力的优点，此外由于墙内形成空气隔层，其隔热和保温性能良好。20世纪60～80年代，空斗墙在我国特别是江南地区运用较为广泛，主要用于1～3层的宿舍、住宅、办公楼等。

但由于空斗墙整体性差，抗剪强度低，随着我国经济的发展和抗震要求的提高，空斗墙结构逐步退出了历史舞台，我国的砌体结构设计规范也从2001年起取消了关于空斗墙的相关内容，目前相关设计软件也没有空斗墙的计算模块，相关检测规范标准均未把空斗墙结构列入。这对仍在正常使用的空斗墙老旧房屋的检测鉴定带来了一定的困难。

本文通过长期工程实例检测分析，并仔细研读了原有设计规范，将空斗墙结构房屋检测时碰到的主要问题和其等效计算方法进行了汇总，为相关工程案例提供参考。

1 空斗墙结构现场检测要点

1.1 空斗墙砌筑形式检测

空斗墙普遍使用烧结普通砖与混合砂浆或石灰砂浆砌筑，其砌筑形式主要分为无眠空斗、一眠一斗、一眠二斗、一眠三斗四种，无论哪种砌筑形式，每隔一块斗转必须1块或2块丁砖。墙面不应有竖向通缝。且在墙体交接处及转角处、室内地坪以下及室内地坪和楼面板上三皮砖高度、三层房屋底层外墙窗台以下部分、构件支承处、扶壁柱及洞口两侧等区域应实砌[1]。

故在现场检测时，首先要判别墙体砌筑方式，是否满足要求砌筑，若墙体砌筑有竖向通缝，或为无眠空斗，该实砌区域未按要求砌筑，可直接要求加固处理。

1.2 空斗墙材料强度检测

墙体受压承载力和高厚比是房屋安全性的重要指标，与其有直接关系的即为砌筑墙体选用的砖和砂浆的抗压强度。

虽然《砌体工程现场检测技术标准》（GB/T50315-2011）中未提及空斗墙中砖和砂浆的具体检测方法，但根据该规范第1.0.2条：“贯入法适用于砌体结构中砌筑用砂浆抗压强度的现场检测”，第14.1.1条：“砖回弹法适用于推定烧结普通砖或烧结多孔砖砌体中砖的抗压强度”[2]。故在实际工程中，仍可依据该规范中的砂浆贯入法和砖回弹法对空斗墙中的砂浆和砖进行材料测试。

但在测试中，砖回弹法弹击空斗墙砖的抗压强度时，应弹击眠砖和丁砖的表面，不应弹击斗转的表面。砂浆贯入点尽可能位于丁砖与眠砖的灰缝处[3]。

2 空斗墙承载力验算

现行相关计算软件中，并无空斗墙验算模块，故无法通过电算直接得出墙体承载力验算值，需经过一定的等效处理。本文对比分析了历年砌体结构设计规范，提出了以下计算方法仅供类似工程参考。

2.1 空斗墙容重取值

根据《建筑结构荷载规范》（GB J9—87）附录一， 能承重的黏土砖空斗砌体的容重为15kN/m3[4]。但由于软件中输入240mm厚（空斗墙墙厚一般为240mm或220mm，本文以240mm厚墙体为例）墙体后，默认的为实心墙，直接定义黏土砖容重为输入15kN/m3，将加大墙体自重，计算结构与实际不符。故应根据空斗墙实际砌筑方式（无眠空斗、一眠一斗、一眠二斗、一眠三斗），对砖容重进行折减。

例如一眠二斗墙体，240mm/m2厚墙体约需要85块烧结普通砖，而240mm/m2厚实心墙体约需要128块烧结普通砖，故折算砌体容重应为（15×0.664）kN/m3≈10kN/m3，考虑墙体外侧两面粉刷层重量（按常规每面20mm考虑），软件中应输入一眠二斗空斗墙容重为：（10×0.24+17×0.02×2）/0.24≈12.8kN/m3。

一眠一斗墙体，240mm/m2厚墙体约需要93块烧结普通砖，故折算砌体容重应为（15×0.727）kN/m3≈11kN/m3，考虑墙体外侧两面粉刷层重量（按常规每面20mm考虑），软件中应输入一眠一斗空斗墙容重为：（11×0.24+17×0.02×2）/0.24≈13.8kN/m3。

一眠三斗墙体，240mm/m2厚墙体约需要82块烧结普通砖，故折算砌体容重应为（15×0.641）kN/m3≈9.6kN/m3，考虑墙体外侧两面粉刷层重量（按常规每面20mm考虑），软件中应输入一眠三斗空斗墙容重为：（9.6×0.24+17×0.02×2）/0.24≈12.4kN/m3。

2.2 空斗墙抗压承载力验算

2.2.1 依据GBJ3-88设计的空斗墙。根据《砌体结构设计规范》（GB5003-2011）[5]与《砌体结构设计规范》（GBJ3-88）[6]，受压墙体的承载力验算公示均为：

式中：Ψ为高厚比和轴向力的偏心距对受压构件承载力的影响系数（分高厚比≤3和高厚比＞3两种情况；当高厚比＞3时，考虑了附加偏小距的影响），两规范取值一致；

A为截面面积，在GBJ3-88中指出该面积可按毛面积计算。

两规范中唯一区别就在于砌体抗压强度设计值的取值，详见表1、表2。

表1 GBJ3-88中一砖厚空斗砌体的抗压强度设计值（MPa）

表2 GB5003-2011中烧结普通砖、烧结多孔砖砌体的抗压强度设计值（MPa）

现行电算软件中输入砖、砂浆强度等级后，默认根据表2计算墙体抗压强度设计值。以砖MU10、砂浆M2.5为例，根据现行砌体规范（表2），墙体抗压强度设计值为1.3MPa，根据88砌体规范（表1），该墙体抗压强度设计值为0.72MPa，故两者间的折减系数k为0.72/1.3=0.554，即用电算得出普通实心墙体的受压承载力验算值后，再乘以相应的强度折减系数，即为对应空斗墙的受压承载力验算值。

2.2.2 依据GBJ3-73设计的空斗墙。《砖石结构设计规范》（GBJ3-73）[7]中受压墙体的承载力采用安全系数法表示：

式中：K为安全系数，根据该规范第二节第15条，空斗砌体受压构件K取2.3；

Φ为受压构件的纵向弯曲系数（考虑了高厚比和长细比较大时，偏心距对构件产生的影响）；

α为纵向力的偏心影响系数（考虑了一般偏小距对构件产生的影响）；

A为毛面积（即包括空斗在内的全部面积）；

R为墙体抗压强度，按表3取值。

表3 GBJ3-73中1砖厚空斗砌体的抗压强度（kg/cm2）

上述公式规整后为N≤Φα（R/2.3）A，其中Φα为偏心距及附加偏心距对受压构件的影响，与GB5003-2011中对应公示N≤ΨfA中的Ψ基本一致。故以GBJ3-73设计的空斗墙，电算后的折减系数可简化认为（R/2.3）/f。

仍以砖MU10、砂浆M2.5为例，根据现行砌体规范（表2），墙体抗压强度设计值为1.3MPa，根据73砌体规范（表3），该墙体抗压强度为16kg/cm2=1.6MPa，故两者间的折减系数k为（1.6/2.3）/1.3=0.535，即用电算得出普通实心墙体的受压承载力验算值后，再乘以相应的强度折减系数，即为对应空斗墙的受压承载力验算值。

2.3 空斗墙的高厚比验算

根据《砌体结构设计规范》（GB5003-2011）、《砌体结构设计规范》（GBJ3-88）与《砖石结构设计规范》（GBJ3-73），墙体高厚比的计算公示均为受压构件的计算高度/墙厚或折算厚度，与其余参数无关，故空斗墙墙体高厚比验算值和普通实心墙一致，可直接根据软件计算得出，无须折减修正。

2.4 空斗墙抗震性能鉴定

众所周知，空斗墙结构整体性差、抗剪强度低（几乎无抗剪强度），故普遍认为该类建筑抗震鉴定肯定不满足要求。但无论在国家标准《建筑抗震鉴定标准》（GB50023-2009）中，还是在上海市地方标准《现有建筑抗震鉴定与加固规程》（DGJ08-81-2015）中，均规定了空斗墙结构的抗震鉴定方法，可又均仅限于后续使用30年的A类建筑，后续使用40年（B类建筑）、50年（C类建筑）建筑中均未包含空斗墙结构，故可认为空斗墙结构房屋的抗震鉴定仅限于后续使用30年的A类建筑。

根据《现有建筑抗震鉴定与加固规程》（DGJ08-81-2015）[8]，20世纪70年代及以前建造经耐久性鉴定可继续使用的现有建筑，其后续使用年限不应小于30年，即为A类建筑。换言之，依据《砖石结构设计规范》（GBJ3-73）设计的空斗墙结构及其之前建造的空斗墙房屋，可进行抗震鉴定，而GBJ3-73中也明确提出了空斗墙在计算抗剪承载力时的安全系数。从《砌体结构设计规范》（GBJ3-88）开始的砌体规范中，均未给出空斗墙的抗剪强度，认为空斗墙不具备抗剪强度。这和现行抗震鉴定规范中是A类空斗墙建筑可进行抗震鉴定，B类、C类建筑不允许采用空斗墙结构是一致的。

2.4.1 《建筑抗震鉴定标准》（GB50023-2009）。《建筑抗震鉴定标准》（GB50023-2009）中，采用的是“逐级鉴定、综合评定”的抗震鉴定方法。即A类建筑的抗震鉴定，当符合第一级鉴定的各项要求时，建筑可评为满足抗震鉴定要求，不再进行第二级鉴定；当不符合第一级鉴定要求时，除有明确规定的情况外，由第二级鉴定作出判断[9]。但由于从GBJ3-88开始即认为空斗墙不具备抗剪强度，可推出空斗墙结构第一级鉴定不能满足要求的，直接判断其抗震性能不满足要求，不再进行第二级鉴定。

A类空斗墙建筑在第一级鉴定中，主要鉴定内容为房屋高度、层数、结构体系合理性、墙体材料的实际强度、整体性连接构造、局部易倒塌部位、抗震横墙间距、宽度等。需特别注意的是，乙类设防时，其抗震墙不应为普通砖空斗墙。

2.4.2 《现有建筑抗震鉴定与加固规程》（DGJ08-81-2015）。上海市抗震鉴定与国家标准的区别主要在于它取消了A类建筑的两级鉴定方法，改为所有建筑均同时检查房屋结构的抗震措施和验算其抗震承载力。但考虑到A类建筑抗震要求相对较低，上海市鉴定标准对A类砌体房屋、A类底部框架和A类内框架砌体房屋给出了两种抗震承载力验算方法，其中一种即为：在满足各项抗震措施的前提下，再复核抗震横墙间距和房屋宽度，若该两项也均满足，则评为合格而不再进行承载力验算，若不满足，即评为不合格。

若抗震措施不满足要求，则直接判断其抗震性能不满足要求，不再进行承载力验算（认为空斗墙不具备抗剪强度）。

上海市抗震鉴定标准中对A类空斗墙结构需要鉴定的抗震构造措施，和国家标准基本一致。

3 结束语

本文通过历代砌体结构规范研读，并结合长期工程检测经验，对空斗墙结构的现场检测及计算分析提出以下结论，下述结论已在各空斗墙工程项目中得到运用：

可用回弹法测试空斗墙砖抗压强度，但应弹击眠砖和丁砖的表面，不应弹击斗转的表面。采用砂浆贯入法测试砂浆抗压强度时，砂浆贯入点尽可能位于丁砖与眠砖的灰缝处。

在软件计算时，应先对砖的容重进行换算，不同砌筑形式的空斗墙，砖容重换算值不同。

在软件计算时，墙体按照普通黏土砖实心墙输入，得出的墙体受压承载力验算值需乘以计算修正系数，修正系数根据房屋原设计标准或建造年代按上文中方法得出。

影响空斗墙结构高厚比的因素和普通黏土砖实心墙相同，故根据电算得出的高厚比数值无须调整。

空斗墙结构的抗震鉴定仅限于A类建筑，若其抗震构造措施不满足要求，即认为该房屋抗震性不满足要求。若抗震构造措施满足要求，根据国家抗震鉴定标准，可认为该房屋抗震性满足要求；根据上海市抗震鉴定标准，需再复核抗震横墙间距和房屋宽度，若也满足，则评为合格，反之，则评为不合格。