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墙体材料应用统一技术规范GB50574-2010宣贯培训讲座,砌体结构房屋设计及墙体裂缝控制 郑州大学土木工程学院 刘立新 2012年1月 洛阳,1.砌体结构房屋设计 砌体结构是指用砖、砌块或石材为块材，用砂浆砌筑的结构。在砌体结构房屋建筑中，通常墙、柱和基础等竖向承重构件采用砌体建造，而楼盖、屋盖等水平构件则采用钢筋混凝土结构或木结构，这类砌体房屋又称为混合结构房屋。砌体结构房屋墙体所用的材料符合因地制宜、就地取材的原则，材料易得，造价较低，且可利用工业废料，所以应用范围较为广泛。一般民用建筑，如住宅、宿舍、办公楼、学校、商店、食堂、仓库等，以及中小型工业建筑等都可以采用砌体结构。 砌体结构房屋的设计包括合理选用墙体材料，正确布置结构方案，进行静力及抗震计算，采用有效的防止墙体开裂的构造措施和施工措施，以及满足房屋正常使用极限状态和耐久性的要求等。,1.1设计原则 （1）合理选用墙体材料 墙体既是砌体结构房屋中的主要承重构件，又是房屋围护结构，因此墙体材料的选用必须同时考虑结构和建筑两方面的要求，同时还应符合因地制宜、就地取材的原则。 墙体材料应用统一技术规范GB50574-2010和砌体结构设计规范GB50003规定，用于承重结构的墙体材料有三类： 烧结类，包括烧结普通砖和烧结多孔砖； 蒸压类，包括蒸压灰砂普通砖和蒸压粉煤灰普通砖； 混凝土制品类，包括混凝土普通砖、混凝土多孔砖、混凝土砌块和轻集料混凝土砌块。,用于填充墙的墙体材料有蒸压加气混凝土砌块、轻骨料混凝土小型空心砌块、烧结空心砖和空心砌块、石膏砌块和板材等。 各类墙体材料均有相应的技术标准（包括最低强度等级（标准P6：表3.2.2-3） 、折压比（标准P5：表3.2.2-1）、物理性能和耐久性指标（标准P6： 3.3.2）等），选用时应结合当地墙材产品生产的情况，采用合格的墙体材料。此外，墙体材料应用统一技术规范GB50574-2010还对墙体砌筑砂浆和抹灰砂浆（标准P8： 3.4）的性能指标做出了规定，选用的砂浆也应符合规定。 我省洛阳、新乡等市生产有蒸压粉煤灰多孔砖已在工程中应用。在制订墙体材料应用统一技术规范和砌体结构设计规范时，考虑国内某些地区生产的蒸压粉煤灰多孔砖脆性偏大以及系统的试验数据偏少，尚未列入蒸压粉煤灰多孔砖。,建议目前在我省应用蒸压粉煤灰多孔砖时，可先按河南省地方标准蒸压粉煤灰砖建筑技术规程DBJ41/T007-2009的规定执行；但应要求生产厂家改进工艺和原材料配合比，使其产品满足墙体材料应用统一技术规范中有关“折压比”及其他性能的要求。,非蒸压硅酸盐砖（砌块）和非蒸压加气混凝土制品（俗称“免烧砖”），在我省个别地区尚有生产，这类产品缺少必要的养护工艺，产品的耐久性差，墙体材料应用统一技术规范规定在墙体中不得使用这类产品。 近年来有的地区在非承重墙体中曾采用过氯氧镁墙材制品，工程实践表明氯氧镁墙材制品吸潮返卤后，表面出现水珠或变湿，引起墙体翘曲变形或开裂，严重影响了使用寿命，这种现象在长期处于高湿环境下更为严重。 因此在墙体材料应用统一技术规范中作为强条规定，“应用氯氧镁墙材制品时应进行吸潮返卤、翘曲变形及耐水性试验，并应在其试验指标满足使用要求后用于工程”。,（2）设计内容和设计标准 墙体材料应用统一技术规范和砌体结构设计规范规定，砌体结构房屋的设计应采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用分项系数的设计表达式进行计算。砌体结构应按承载能力极限状态设计（保证安全性），并满足正常使用极限状态的要求（保证适用性和耐久性）。 根据建筑结构破坏可能产生的后果(危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等)的严重性，建筑结构可靠度设计统一标准GB 50068将建筑结构划分为三个安全等级，设计时应根据具体情况适当选用（见表1）。砌体结构和结构构件在设计使用年限内及正常维护条件下，必须保证满足使用要求，而不需大修或加固。设计使用年限按国家现行标准确定（见表2）。,表1 房屋建筑结构的安全等级,表2 房屋建筑结构的设计使用年限,1.2结构体系和分析方法 （1）砌体房屋的结构布置方案 设计砌体结构房屋时应根据使用要求，以及地质、材料、施工等条件，按照安全可靠、技术先进、经济合理的原则，正确选用比较合理的结方案。不同使用要求的砌体结构房屋，由于房间布局和大小的不同，它们在建筑平面和剖面上可能是多种多样的。但是从结构的承重方案来看，按其荷载传递路线的不同，可以概括为四种不同类型：纵墙承重方案（图1a）、横墙承重方案（图1b）、纵横墙承重方案（图1c）和内框架承重方案（图1d）。,图1（a）纵墙承重方案,图1（b）横墙承重方案,图1（c）纵横墙承重方案,图1（d）内框架承重方案,纵墙承重方案适用于使用上要求有较大空间的房屋，如食堂、仓库或中小型工业厂房等。但由于其横墙数量较少，房屋的横向刚度较小、整体性较差，抗震性能也较差。 横墙承重方案的横墙数量较多、间距较小，一般每一开间就有一道横墙，又有纵墙在纵向拉结，因此房屋的空间刚度大、整体性好，在抵抗风荷载、地震作用和调整地基的不均匀沉降方面比纵墙承重方案较为有利。 当建筑物的功能要求房间的大小变化较多时，通常采用纵横墙承重方案。纵横墙承重方案既可保证有灵活布置的房间，又具有较大的空间刚度和整体性，适用于教学楼、办公楼、医院、图书馆等建筑。 对于工业厂房的车间、底层为商店上部为住宅的建筑，采用外墙与内柱同时承重的方案，称为内框架承重方案。内框架方案横墙较少，房屋的空间刚度较差；并由于竖向承重材料不同，钢筋混凝土柱和砖墙的压缩量可能不一样，外墙和柱的基础形式也可能不同，基础沉降量也不容易一致，设计时如处理不当，结构容易产生不均匀的竖向变形，使结构产生较大的附加内力。,驻马店市平舆二中新建教学楼5.12地震后挑梁开裂,墙体材料应用统一技术规范规定，砌体结构房屋宜采用横墙承重体系或纵横墙混合承重体系，横墙平面内布置宜均匀、对称，沿平面内外宜对齐，沿竖向应上下连续贯通，且应保持墙段截面相近，其目的主要是增加房屋的整体刚度，提高其抗震能力。而纵墙承重体系和内框架承重体系房屋的横向刚度较小、整体性较差，且基础容易产生沉降，采用时应慎重，并应采取措施尽量克服其缺点。 （2）砌体房屋的静力计算方案 影响砌体结构房屋空间作用的主要因素是横墙间距和屋盖的刚度，横墙间距小、屋盖刚度大，房屋的空间作用大；反之横墙间距大、屋盖刚度小，房屋的空间作用就小。墙体材料应用统一技术规范和砌体结构设计规范根据砌体结构房屋横墙间距的大小和屋盖的类，将砌体结构房屋的静力计算方案划分为刚性方案、弹性方案和刚弹性方案三种，如表3所示。,刚性方案房屋的空间刚度很大，在水平风荷载作用下屋盖可视为纵向墙体上端的不动铰支座，墙柱内力可按上端有不动铰支承的竖向构件进行计算。弹性方案房屋的空间刚度很小，在水平风荷载作用下墙顶的最大水平位移接近于平面结构体系，墙柱内力按不考虑空间作用的平面排架或框架计算。弹性方案房屋的空间刚度介于上述两种方案之间，在水平风荷载作用下纵墙顶端水平位移比弹性方案要小，但又不可忽略不计，其受力状态介于刚性方案和刚弹性方案之间，墙柱内力按考虑空间作用的平面排架或框架计算。,表3 房屋的静力计算方案,由于刚性方案房屋的横墙间距较小，屋盖刚度较大，房屋的整体性及抗震性能均较好，墙体材料应用统一技术规范规定各类砌体结构房屋宜采用刚性方案，其计算简图见图2。,（a）竖向荷载作用,（b）水平荷载作用,图2 刚性方案房屋计算简图,在多层房屋中，当下面各层作为办公室、宿舍、住宅时，横墙间距较小；而当顶层作为会议室、俱乐部等用房时，横墙间距较大。如果房屋顶层横墙的间距超过刚性方案的限值，而下面各层的横墙均符合刚性方案的要求，这类房屋称为上柔下刚的多层房屋。计算上柔下刚多层房屋时，下面各层按刚性方案计算，顶层可根据横墙间距和屋盖类别按刚弹性方案或弹性方案的单层房屋计算。 当底层用作商店、食堂、娱乐室，而上面各层用作住宅、办公室等时，其底层横墙的间距超过了刚性方案的限值，而上面各层的横墙均符合刚性方案的要求时，这类房屋称为上刚下柔的多层房屋。上刚下柔的多层房屋因其底层可作为商业用房，顶层可用作住宅、办公等，有较好的实用价值。但是近年来的一些研究和工程实践表明，上刚下柔多层房屋这种结构存在着显著的刚度突变，在构造处理不当或偶发事件中存在着整体失效的可能性，因而新修订的砌体结构设计规范取消了上刚下柔多层房屋的静力计算方案及计算方法。,大量的工程设计实践表明，通过调整结构布置，如适当增加底层横墙等，可使原来的上刚下柔多层房屋成为符合刚性方案的房屋，既经济实用又安全可靠。当由于使用功能的限制，底层不能增加横墙时，也可考虑设计底层为钢筋混凝土框架结构，上部各层为砌体结构的房屋。 （3）抗震计算方法 多层砌体结构房屋一般只需验算房屋在横向和纵向水平地震作用下，横墙和纵墙在其自身平面内的抗剪承载力，竖向地震作用可不考虑。 多层砌体房屋中纵向或横向承重墙体的数量较多，房屋的侧移刚度较大，横向或纵向基本周期较短，抗震规范和墙体材料应用统一技术规范规定，多层砌体房屋水平地震作用宜采用底部剪力法计算。即先计算出各楼层（包括各层上、下各半层墙体）的重力荷载标准值Gik，再乘以水平地震作用影响系数a（取a =amax）得到作用于各层质点的水平地震作用标准值Fik，并进而计算出作用于各层和各墙段的水平地震剪力，如图3所示。,图3 多层砌体房屋地震作用计算简图 （a）多层砌体房屋；（b）计算简图；（c）楼层地震剪力,高层砌体结构房屋（如配筋砌块砌体小高层住宅），因其振型较复杂，则宜采用振型分解反应谱法、时程分析法或静力非线性分析法等。,1.3 砌体计算指标 墙体材料应用统一技术规范和砌体结构设计规范规定，砌体结构材料强度的标准值应有不小于95%的保证率，材料强度的设计值为标准值除以材料分项系数gf，分别按下列公式计算。 （1） （2） 式中为fm、fk和 f 分别为砌体结构材料强度的平均值、标准值和设计值，d 为材料强度的变异系数，gf为砌体结构材料分项系数，当施工质量控制等级为B级时取gf =1.6，当施工质量控制等级为A级时取gf =1.5。,新修订的砌体结构设计规范列出了常见的砌体结构材料（包括近年来的部分新型墙材）的强度设计值，如表4表8所示。 表4中烧结普通砖和烧结多孔砖包括我省目前应用的煤矸石烧结普通砖和煤矸石烧结多孔砖。表6中只列出了蒸压灰砂普通砖和蒸压粉煤灰普通砖的强度设计值，未列出蒸压粉煤灰多孔砖的强度设计值，在我省应用蒸压粉煤灰多孔砖时，可按河南省地方标准蒸压粉煤灰砖建筑技术规程DBJ41/T007-2009的规定执行。 当企业研发生产表中尚未列出新的墙体材料时，应在有充分试验依据的基础上，按照（1）、（2）式确定其设计计算指标，并应经专家论证、制订相应的技术标准后方可在工程中采用。,1.4 构件静力设计基本要点 （1）各种块体材料砌筑的承重墙体均应根据其受力状态，按照砌体结构设计规范规定的公式分别进行受压、局部受压、或轴心受拉、受弯，或受剪承载力的计算，以确保结构的安全。 （2）风荷载效应对多层及多层以上房屋的外墙影响较大，应根据墙体的原材料、构造及墙体的边界条件对夹心保温复合墙进行抗风承载力设计。 （3）外墙板应进行抗风及连接设计，板材与主体结构应柔性连接。以往有的外墙板与主体结构采用“焊死”的连接构造，这种连接在设防烈度下不能满足主体结构弹性位移角的要求，容易引起连接处破坏或墙板破坏。采用柔性连接既能满足结构层间变形的要求又可保证外墙板在地震作用下的整体稳定性。,1.5 结构抗震设计基本要点 （1）应根据抗震设防烈度、房屋类别、块材种类和最小抗震墙的厚度，确定多层砌体结构房屋的层数、总高度。建筑抗震设计规范GB50011-2010规定的多层砌体房屋的层数和总高度限值如表9所示。 （2）砌体结构房屋总高度和总宽度的最大比值、最小抗震墙厚度、抗震横墙间距、墙段局部尺寸、以及抗震构造措施（构造柱、圈梁设置等）均应符合建筑抗震设计规范GB50011-2010的规定。 （3）带有方（夹）角的多孔砖不宜用于地震区砌体结构房屋的抗侧力墙，这是因为带有方（夹）角的多孔砖存在不同程度的内裂缝，应力集中效应显著，用其砌筑的抗侧力墙延性差，在地震作用下开裂过早、破坏严重甚至倒塌。 （4）外墙板与主体结构连接件承载力设计的安全等级应提高一级，在罕遇地震作用下应保持整体稳定及与主体结构连接的可靠性。,表9 多层砌体房屋的层数和总高度限值（m）,注： （1）各层横墙较少的多层砌体房屋，总高度应比表中的规定降低3m，层数相应减少一层；各层横墙很少的多层砌体房屋，还应再减少一层； （2）采用蒸压灰砂普通砖和蒸压粉煤灰普通砖的砌体房屋，当砌体的抗剪强度仅达到普通粘土砖砌体的70时，房屋的层数应比普通砖房屋减少一层，总高度应减少3m；当砌体的抗剪强度达到普通粘土砖砌体的取值时，房屋层数和总高度的要求同普通砖房屋（如表面带凸凹槽的蒸压粉煤灰砖）。,1.6 正常使用极限状态和耐久性 （1）砌体结构房屋正常使用极限状态和耐久性是通过构造措施（包括高厚比验算）、和最低材料强度等级的规定来保证的。 （2）新修订的砌体结构设汁规范砌体结构房屋墙、柱高厚比b值的规定如表10所示：,表10 墙、柱的允许高厚比b值,注：1 毛石墙、柱的允许高厚比应按表中数值降低20%； 2 带有混凝土或砂浆面层的组合砖砌体构件的允许高厚比，可按表中数值 提高20%，但不得大于28； 3 验算施工阶段砂浆尚未硬化的新砌砌体构件高厚比时，允许高厚比对墙取14，对柱取11。,（3）砌体结构房屋耐久性的规定,表11 砌体中钢筋耐久性选择,注：1 对夹心墙的外叶墙应采用重镀锌或有等效保护的钢筋； 2 表中的钢筋即为国家现行标准混凝土结构设计规范GB50010和冷轧带肋钢筋混凝土结构技术规程JGJ95等标准规定的普通钢筋或非预应力钢筋。,结构的环境类别,表12 钢筋的最小保护层厚度,注：1.材料中最大氯离子含量和最大碱含量应符合国家现行标准钢筋混凝土结构设计规范GB50010的规定； 2.当采用防渗砌体块体和防渗砂浆时，可以考虑部分砌体（含抹灰层）的厚度作为保护层，但对环境类别1、2、3，其混凝土保护层的厚度不应小于10mm、15mm和20mm； 3.钢筋砂浆面层的组合砌体构件的钢筋保护层厚度宜比表12规定的数值增加510mm。 4.有防护措施的钢筋的保护层应符合第4.3.2条的规定； 5.对安全等级为一级或设计使用年限为50年以上的砌体结构，钢筋保护层的厚度应至少增加10mm。,表13 地面以下或防潮层以下的砌体、潮湿房间的墙所用材料的最低强度等级,注：1.在冻胀地区，地面以下或防潮层以下的砌体，不宜采用多孔砖，如采用时，其孔洞应用不低于M10的水泥砂浆灌实。当采用混凝土砌体时，其孔洞应采用强度等级不低于Cb20的混凝土灌实； 2.对安全等级为一级或设计使用年限大于50年的房屋，表中材料强度等级应至少提高一级；,2.墙体裂缝控制与构造要求 2.1砌体结构房屋常见的裂缝 根据各地工程实的调查，砌块墙体常因某种主要作用（材料收缩、温度变化、受力较大等），在墙体应力和变形较大的部位，因墙体抗剪和抗拉强度不足产生墙体裂缝。砌块墙体裂缝的多发部位是顶层、底层和山墙的局部墙面。由于砌块墙体灰缝是薄弱环节，砌块墙体裂缝一般发生在灰缝中。 （1）由材料收缩或温度变化引起的裂缝 顶层墙体裂缝 1)顶层房屋纵墙端山墙附近外纵墙的窗角裂缝(常称八字缝)。 2)顶层横墙上由垂直和水平灰缝中裂缝连结而成的阶梯缝。 3)顶层楼梯间二侧、横墙上的水平缝或阶梯裂缝。 4)顶层房屋端部第一开间内纵墙上的阶梯裂缝。 5)顶层山墙端开间屋顶板底下或圈梁底下的水平裂缝。,顶层墙体裂缝主要是由屋盖和墙体在温度作用下造成的。砌块顶层墙体裂缝和房屋的长度、屋面的构造、墙体的平面布置和墙体的构造措施有关。特别重要的是与当地气候和环境以及屋盖和墙体的保温、隔热措施有关。上述的墙体裂缝常在屋盖未设保温层或设置简单隔热措施和墙体抗裂构造措施不强或设置不当的砌块建筑中发生。采取合理和有效的防治墙体裂缝的构造措施，可使砌块墙体不出现裂缝、少出现裂缝或裂缝得到控制。 山墙墙体裂缝 东、西山墙墙面日照强度大墙体面积大，在太阳辐射热作用下加速了墙体材料的干缩、温度膨胀和材料发生裂缝。 底层墙体的裂缝 1)底层窗台墙体上的垂直或阶梯裂缝：主要由墙体局部差异沉降引起的。是基础梁刚度不足，窗间墙受反向弯曲造成的。 2)底层横墙上的垂直裂缝：主要由于墙体材料收缩引起。,（2）地基不均匀沉降引起的裂缝,（3）地震作用引起的裂缝,（4）因承载力不足引起的裂缝,2.2 墙体裂缝控制 （1）砌体结构房屋墙体设计时，宜选用有利于裂缝控制的墙体材料。有利于裂缝控制的墙体材料是指强度高、干缩变形小、碳化系数大的材料，外墙饰面及嵌缝材料则应为性能良好的防水透气材料或柔性材料。 （2）整体刚度好的基础可防止墙体因地基不均匀沉降而引起的裂缝。因此墙体材料应用统一技术规范规定，建造在软土或有软弱下卧层地基上的多层砌体结构房屋，应选择整体性能好的基础，在基础顶面沿纵、横向外墙应布置具有足够刚度的贯通钢筋混凝土地梁。 （3）防止多层砌体结构房屋墙体因温度变化和收缩变形产生裂缝的措施：,在正常使用条件下，应在墙体中设置伸缩缝。伸缩缝应设在因温度和收缩变形 引起应力集中、砌体产生裂缝可能性最大处。伸缩缝的间距可按表14采用。 b. 房屋顶层墙体宜根据情况采取下列措施： 屋面应设置保温、隔热层； 屋面保温（隔热）层或屋面刚性面层及砂浆找平层应设置分隔缝，分隔缝间距不宜大于6m，其缝宽不小于30mm，并与女儿墙隔开；,表14 砌体房屋伸缩缝的最大间距（m）, 采用装配式有檩体系钢筋混凝土屋盖和瓦材屋盖； 顶层屋面板下设置现浇钢筋混凝土圈梁，并沿内外墙拉通，房屋两端圈梁下的墙体内宜设置水平钢筋； 顶层墙体有门窗等洞口时，在过梁上的水平灰缝内设置23道焊接钢筋网片或2根直径6mm 钢筋，焊接钢筋网片或钢筋应伸入洞口两端墙内不小于600mm； 顶层及女儿墙砂浆强度等级不低于M7.5（Mb7.5、Ms7.5）； 女儿墙应设置构造柱，构造柱间距不宜大于4m，构造柱应伸至女儿墙顶并与现浇钢筋混凝土压顶整浇在一起； 对顶层墙体施加竖向预应力。 c. 房屋底层墙体，宜根据情况采取下列措施： 增大基础圈梁的刚度； 在底层的窗台下墙体灰缝内设置3道焊接钢筋网片或2根直径6mm钢筋，并应伸入两边窗间墙内不小于600mm。,（4）非烧结块材砌体结构房屋墙体的（附加）防裂措施 a. 门窗洞口及窗肚墙的防裂措施 在每层门、窗过梁上方的水平灰缝内及窗台下第一和第二道水平灰缝内，宜设置焊接钢筋网片或2根直径6mm钢筋，焊接钢筋网片或钢筋应伸入两边窗间墙内不小于600mm。 当墙长大于5m时，宜在每层墙高度中部设置23道焊接钢筋网片或3根直径6mm的通长水平钢筋，竖向间距为500mm。 b. 房屋两端和底层第一、第二开间门窗洞处，可采取下列措施：, 在门窗洞口两边墙体的水平灰缝中，设置长度不小于900mm、竖向间距为400mm的2根直径4mm的焊接钢筋网片。 在顶层和底层设置通长钢筋混凝土窗台梁，窗台梁高宜为块材高度的模数，梁内纵筋不少于4根，直径不小于10mm，箍筋直径不小于6mm，间距不大于200mm，混凝土强度等级不低于C20。 在混凝土砌块房屋门窗洞口两侧不少于一个孔洞中设置直径不小于12mm的竖向钢筋，竖向钢筋应在楼层圈梁或基础内锚固，孔