混凝土小型空心砌块房屋的结构设计

袁庆铭

本文介绍了混凝土小型空心砌块多层房屋的结构设计方法，并对混凝土小型空心砌块中高层房屋和板块建筑的结构设计做了探讨。

混凝土小型空心砌块；结构设计；配筋砌体；板块建筑

混凝土小型空心砌块是砌体结构的一种新型材料，它由通过工业化生产的水泥以及就地取材的砂，石料制作而成，是一种替代粘土类砌体墙材的最佳选择，混凝土小型空心砌块主块规格为390×190×190，其强度等级分为：MU5、MU7.5、MU10、MU15、MU20，MU7.5以上作为承重砌块采用。近年来，国内大力推广此类砌体结构，并进行了试验研究，《砌体结构设计规范》GB50003-2001引入了混凝土小型空心砌块灌孔砌体的计算指标，新的《建筑抗震设计规范》GB50011-2001，扩大了混凝土小型空心砌块建筑在高度和层数方面的应用范围。混凝土小型空心砌块可以在多层建筑、中高层建筑及较大跨度住宅中得到的应用。

1混凝土小型空心砌块多层房屋的结构设计

多层砌块房屋一般采用刚性方案，抗震计算方法采用底部剪力法，可只选择从属面积较大或竖向应力较小的墙段进行截面的抗震承载力验算。

在小砌块中通过孔洞插入一根竖筋并浇筑混凝土形成芯柱，这是沿用国外小砌块建筑的作法，新的抗震规范规定了小砌块房屋的芯柱设置要求，构造作法。规范中还提出在外墙转角，内外墙交接处，楼梯间四角等部位，应允许采用钢筋混凝土构造柱替代部分芯柱，此种结构体系可称之为集中配筋构造柱小砌块建筑体系，其抗震性能，变形能力，延性均优于设计芯柱的小砌块建筑

因砌体砌块的竖缝高，砂浆不易饱满，墙体的受剪承载力低于粘土砖砌体，规范中圈梁的设置要求比砖砌体房屋要求高。混凝土小型空心砌块砌体抗剪强度较低，干缩值和线膨胀系数均比粘土砖大，干缩和温度变形将会对墙体产生一定的破坏力，砌体本身的材料缺陷和施工缺陷也会引起墙体裂缝，砌块砌体的墙体裂缝问题比砖砌块更为突出。设计施工时要根据常见裂缝的类型及成因采取相应的设计施工措施，以控制裂缝的产生和发展。

对砌体建筑，既要重视强度设计、抗震设计，也必须注重抗裂设计。

2中高层房屋——配筋混凝土小型空心砌块抗震墙房屋的结构设计

混凝土小型空心砌块在多层房屋中的应用，是以芯柱、构造柱、圈梁作为主要约束体，当砌块向中高层发展时，应采用配筋混凝土小型空心砌块抗震墙体系。

当砌块墙体内配筋率小于0.07%时，可以认为是无筋砌块砌体，钢筋仅考虑构造和抗裂作用。

配筋混凝土小型空心砌块抗震墙体是在砌块墙内布设满足一定配筋率要求的竖向和水平向分布筋并按要求灌芯，形成砌体剪力墙（抗震墙），承受拉、压、弯、剪，尤其是增强了砌体抗弯抗剪能力。国外研究、工程实践和震害表明，配筋混凝土小型空心砌块抗震墙体，具有强度高、延性好、抗震性能好的优点，是预制装配整体式的混凝土剪力墙结构：，其受力性能和现浇混凝土剪力墙相似。在规范规定的房屋高度限值范围内，可以做到使建筑具有足够的强度和满足规范需要的变形能力，并能体现出该种体系的结构施工和经济优势，填补了砌体结构和混凝土剪力墙结构间的一个中高层空缺。可以推断配筋混凝土小型砌块抗震墙结构体系将是今后中高层住宅的首选结构体系。

根据规范，配筋混凝土小型空心砌块抗震墙房屋适用的最大高度7度区是45m，最大高宽比限值是4，高度≤24m时，抗震等级是三级，高度>24m时，抗震等级是二级。配筋混凝土小型空心砌块抗震墙承载力计算时，底部加强部位截面的组合剪力设计值应根据抗震等级的不同乘以调整系数（二、三级分别为1.4和1.2）。

配筋混凝土小型空心砌块抗震墙房屋的构造措施见GB50011-2001附录F，施工控制等级，设计时宜选用B级砌体强度指标，而在施工时宜采用A级的施工质量控制等级。

混凝土小型空心砌块中高层房屋的结构式除上述配筋砌块抗震墙外，还有其他一些形式：在墙端设柱楼盖处设圈梁，并增设墙中柱和配筋带，这种由砌块砌体及嵌于其中的钢筋约束梁和约束柱组合而成的整体结构，称为钢筋混凝土弱框架约束砌体结构。若将构造柱及梁所形成的弱框架上升到有足够刚度的框架体系，将竖向荷载全部由框架承担，由山墙分户墙及不会拆除的墙作为抗震墙来抵抗水平剪力，这种结构称之为框架——砌块墙组合结构。在承受砌块墙中适当设置少量钢筋混凝土抗震墙可形成钢筋混凝土抗震墙——砌块墙组合结构。这些结构型式有的地区正在研究试用。

3SP板、配筋砌块住宅建筑（板块建筑）

用配筋的混凝土小型空心砌块作为承重墙（抗震墙），用大跨度的SP板作为楼板的住宅建筑在美国有广泛应用，我们称之为“板块建筑”（Spancrete/masonry residential building），该种体系的住宅在中强度地震区（约相当于中国7度强）可建至10层，用7～11.6M跨度的SP板支在砌块墙上，上部几层用200厚的空心砌块，下部几层需要灌芯和加筋并可能用到300厚砌块。SP板也是传递侧向力的隔板，用以传递和分配风力和水平地震力，板顶设置整浇层，可满足房屋较高时作为隔板传递水平力的刚度要求，当无现浇层时，要给楼板周边配置拉杆，设计时隔板应按一根水平混凝土梁进行计算，在周边拉杆中配筋。

板块建筑房屋的外墙一般由承重混凝土砌块墙（支撑墙）、硬质绝缘层，空隙层和面砖组成。外墙内测用轻钢龙骨加石膏板系统，内隔墙均用轻钢龙骨石膏板。由于在SP板上布置厨房及卫生间，管道须穿过楼板，SP板必须考虑被切割或钻孔，为了减少切断SP板内预应力钢铰线的根数，管道孔的位置最好平行板跨度方向排列，板端钻孔将影响板的抗剪强度，而板跨中部钻孔将影响板的抗弯刚度。在板块建筑住宅体系中，美国设计师在纵横墙交接处留控制缝（CJ即controljoint），阳台墙与主体间也留控制缝，这些作法能有效的防止墙体裂缝的开展，值得我们借鉴与学习。国际GB50003-2001也提出了控制缝的概念。

混凝土小型空心砌块作为一种替代粘土砖的新型墙材，其力学性能好，工厂化生产，有利于保护土地资源，利用工业废料，提高劳动生产率，因此有很好的发展前景。混凝土小型空心砌块在多层房屋中应用已很成熟，在中高层建筑中有较强的生命力，将来大跨度的板块建筑也会得到发展。