【完整版】砌体结构设计规范

【完整版】砌体结构设计规范1.总则与基本设计原则砌体结构作为建筑工程中应用最为广泛的结构形式之一，其设计必须遵循安全适用、经济合理、技术先进、确保质量的原则。在现代建筑结构设计中，砌体结构不仅承担着竖向荷载，在地震区还需具备足够的抗震能力。本规范旨在统一砌体结构的设计标准，确保建筑物在设计使用年限内的安全性与耐久性。设计砌体结构时，应采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用分项系数的设计表达式进行计算。这要求设计人员不仅要掌握结构力学的基本原理，还需深入理解砌体材料的非均质、各向异性等特性。砌体结构按承载能力极限状态设计时，应考虑荷载效应的基本组合，必要时尚需考虑偶然组合；按正常使用极限状态设计时，应根据相应的荷载效应组合要求进行验算。在进行结构选型与布置时，应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系。这种体系能够有效传递水平荷载，保证空间刚度。对于抗震设防地区，应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系，严禁采用纯悬挑结构或单侧独立砌体墙承重体系，以防止地震时结构失稳倒塌。此外，砌体结构的层高不应超过3.6m，当使用功能确需增大层高时，必须采取相应的加强措施，如增加墙厚、提高材料强度等级或设置组合砌体等。2.材料性能与选用标准砌体结构的性能在很大程度上取决于其组成材料的质量。块体和砂浆的强度等级直接决定了砌体的抗压、抗拉及抗剪强度。设计时，必须根据结构所处的环境类别、受力特点以及耐久性要求，合理选择材料。2.1块体材料常用的块体材料包括烧结普通砖、烧结多孔砖、混凝土普通砖、混凝土多孔砖、混凝土砌块以及轻骨料混凝土砌块等。烧结类砖具有良好的热工性能和较高的强度，常用于多层住宅的承重墙；混凝土砌块则具有施工速度快、节省土地资源的优势，但需注意其收缩裂缝的控制。块体材料的强度等级通常以MU表示，如MU10、MU15、MU20等。设计时，地面以下或防潮层以下的砌体，潮湿房间的墙，不应采用烧结多孔砖或混凝土空心砌块，而应采用烧结普通砖、混凝土普通砖或实心混凝土砌块，且强度等级不应低于MU10。这是为了防止水分侵入导致材料性能劣化及冻融破坏。2.2砌筑砂浆砂浆是将块体粘结成整体的胶凝材料，其作用不仅在于填充块体间的缝隙，更重要的是传递应力。砂浆的强度等级以M表示，如M5、M7.5、M10等。对于承重砌体，砂浆强度等级不应低于M5。当采用混凝土砌块时，由于砌块表面较光滑，宜采用专用砌筑砂浆（Mb），其和易性与粘结力优于普通砂浆。在选择砂浆时，还需考虑其保水性和流动性。水泥砂浆虽然强度高，但保水性差，容易失水导致砌体强度降低，因此在水泥砂浆中掺入适量的石灰膏或塑化剂是必要的，但严禁使用脱水硬化的石灰膏。2.3砌体计算指标砌体的抗压强度设计值是结构计算的核心参数。该值并非块体或砂浆强度的简单叠加，而是通过大量试验统计得出的。影响砌体抗压强度的因素主要包括：块体和砂浆的强度、砂浆的变形模量、块体的尺寸与形状、砌筑质量等。需要注意的是，砌体的轴心抗拉强度、弯曲抗拉强度和抗剪强度远低于其抗压强度。因此，在设计中，应尽量避免使砌体承受过大的拉力或剪力。对于下列情况，砌体强度设计值应乘以调整系数：（1）对无筋砌体构件，其截面面积小于0.3㎡时，调整系数为其截面面积加0.7；（2）当砌体用强度等级小于M5.0的砂浆砌筑时，调整系数为0.9；（3）当验算施工中房屋的构件时，调整系数为1.1。3.结构分析与静力计算方案砌体结构的静力计算需根据房屋的空间工作性能进行分类。房屋的空间刚度不仅取决于横墙的间距，还取决于楼盖（屋盖）的类型。根据横墙间距和楼盖类别，砌体结构的静力计算方案分为刚性方案、刚弹性方案和弹性方案三种。3.1刚性方案当横墙间距较小，楼盖水平刚度较大时，房屋的空间刚度很大，在水平荷载作用下，墙体的侧移很小，可以忽略不计。这种情况下，楼盖可视作墙体的不动铰支座，墙体按竖向悬臂构件计算。对于多层住宅、宿舍等建筑，通常属于刚性方案。刚性方案的设计计算最为简便，也是砌体结构最理想的受力状态。3.2刚弹性方案当横墙间距适中，楼盖具有一定的水平刚度，但又不足以完全约束墙体的侧移时，房屋的空间工作性能介于刚性与弹性之间。此时，墙体的内力计算需考虑空间性能影响系数，将水平荷载按比例分配给墙和楼盖。这种方案常见于单层厂房或仓库。3.3弹性方案当横墙间距很大，或者横墙很少，楼盖水平刚度较差时，房屋的空间刚度很小，在水平荷载作用下，墙体的侧移较大，无法忽略。此时，墙体可视为独立的平面排架或框架进行计算。弹性方案对墙体受力不利，设计时应尽量避免，若必须采用，应采取措施增加结构刚度。4.无筋砌体构件承载力计算无筋砌体构件的承载力计算是砌体结构设计的核心内容，主要包括受压构件、局部受压构件、受拉、受弯与受剪构件的计算。4.1受压构件承载力无筋砌体受压构件的承载力计算公式为：N≤φfA。其中，N为轴向力设计值，φ为高厚比β和轴向力的偏心距e对受压构件承载力的影响系数，f为砌体抗压强度设计值，A为截面面积。影响系数φ是计算的关键。随着高厚比β的增加，构件的纵向弯曲系数降低；随着偏心距e的增加，构件的承载力显著下降。规范规定，轴向力的偏心距e不应超过0.6y（y为截面重心到轴向力所在偏心方向截面边缘的距离）。若偏心距过大，不仅承载力大幅降低，还可能导致受拉侧出现水平裂缝，使构件过早破坏。对于矩形截面构件，当偏心方向的截面边长大于另一方向的边长时，除按偏心受压计算外，还应对较小边长方向按轴心受压进行验算，以确保构件在两个方向的稳定性。4.2局部受压承载力砌体结构中，梁端或屋架端部支承在墙体上，常产生局部受压。由于局部受压面积较小，应力集中现象严重，若不进行验算或加强，极易导致砌体局部压碎。局部受压分为局部均匀受压和梁端支承处局部受压。对于梁端支承处，需考虑上部荷载传来产生的平均压应力σ0以及梁端有效支承长度a0。计算公式中引入了“梁端底面压应力图形完整系数”η，通常取0.7。当局部受压承载力不足时，常用的处理措施包括：（1）设置混凝土或钢筋混凝土垫块，扩大局部受压面积；（2）设置垫梁，利用钢筋混凝土梁的刚度来扩散压力；（3）提高砌体材料强度等级；（4）在梁端下设置圈梁，利用圈梁作为垫梁。4.3轴心受拉、受弯与受剪构件砌体的抗拉、抗弯和抗剪能力主要取决于砂浆与块体的粘结强度。因此，这类构件的破坏通常发生在灰缝处。对于受拉构件，需根据拉力作用方向（沿齿缝或沿通缝）选择相应的强度设计值；对于受弯构件，需分别验算沿齿缝截面的弯曲抗拉强度和沿通缝截面的弯曲抗拉强度；对于受剪构件，承载力受剪应力、摩擦力及垂直压力的影响，计算公式为V≤(fv+0.18σ0)A，其中fv为砌体抗剪强度设计值，σ0为永久荷载设计值产生的平均压应力。5.构造措施与结构连接构造措施是保证砌体结构整体性、延性和耐久性的重要手段，往往比单纯的计算更为关键。合理的构造措施能够有效防止墙体开裂、倒塌，提高房屋的抗震性能。5.1墙体高厚比验算墙体的高厚比β是指墙的计算高度H0与墙厚h的比值。验算高厚比的目的是防止墙体在施工和使用阶段因失稳而破坏，或出现过大的变形。高厚比验算需满足β≤μ1μ2[β]，其中[β]为允许高厚比，μ1为非承重墙修正系数，μ2为有门窗洞口墙修正系数。允许高厚比[β]主要与砂浆强度等级有关，砂浆强度越高，允许高厚比越大。例如，当砂浆强度等级为M2.5时，[β]=22；当砂浆强度等级为M5.0时，[β]=24。对于带壁柱的墙，需验算整片墙的高厚比以及壁柱间墙的高厚比。5.2圈梁的设置圈梁是沿建筑物外墙、内纵墙及部分横墙设置的连续闭合的水平梁。其作用是增强房屋的整体刚度，防止地基不均匀沉降引起的墙体开裂，并与构造柱形成弱框架，提高抗震能力。圈梁的设置原则如下：（1）车间、仓库、食堂等空旷单层房屋，当檐口标高大于5m时，应设置圈梁一道；（2）多层民用房屋，如住宅、办公楼等，当层数为3~4层时，应在底层和檐口标高处各设一道；当层数超过4层时，除在底层和檐口设置外，至少应在所有纵、横墙上隔层设置；（3）采用现浇钢筋混凝土楼（屋）盖时，当楼板与墙体有可靠连接，且楼板刚度较大时，可不设圈梁，但楼板边缘应配置相应钢筋。圈梁宜连续地设在同一水平面上，并形成封闭状。当圈梁被门窗洞口截断时，应在洞口上部增设相同截面的附加圈梁。附加圈梁与圈梁的搭接长度不应小于其中到中垂直间距的2倍，且不得小于1m。5.3构造柱的设置构造柱是设置在墙体的转角处、楼梯间四角及纵横墙交接处的现浇钢筋混凝土柱。虽然构造柱在静力计算中通常不作为主要受力构件，但在地震作用下，它与圈梁共同形成约束砌体的框架，能够极大地限制墙体的散落，防止房屋突然倒塌。构造柱的设置部位应符合规范要求，一般应在房屋的四角、楼梯间四角、大房间内外墙交接处、错层部位横墙与外纵墙交接处等位置设置。对于抗震设防烈度较高的地区，设置范围需进一步扩大。构造柱的截面尺寸不宜小于240mm×240mm，纵向钢筋不宜小于4φ12，箍筋间距不宜大于250mm，且在柱上下端宜适当加密。构造柱与墙体的连接处应砌成马牙槎，并沿墙高每隔500mm设2φ6水平钢筋和φ4分布短筋平面内点焊组成的拉结网片或φ4点焊钢筋网片，每边伸入墙内不宜小于1m。构造柱必须先砌墙后浇筑混凝土，以保证与墙体的紧密结合。5.4墙体拉结筋墙体间的连接是保证结构整体性的基础。对于非承重隔墙或后砌隔墙，应沿墙高每隔500mm配置2φ6钢筋与承重墙或柱拉结，每边伸入墙内不应小于500mm。对于抗震设防地区，6度和7度时长度不应小于700mm，8度和9度时宜沿墙全长贯通。在纵横墙交接处，如果未设置构造柱，应咬槎砌筑，并设置拉结筋。对于砌块墙体的交接处，应采用钢筋网片拉结。6.配筋砌体构件设计当无筋砌体构件的承载力不足，或者为了提高砌体的延性和抗震性能时，可采用配筋砌体。配筋砌体主要包括网状配筋砖砌体、组合砖砌体和配筋砌块砌体剪力墙。6.1网状配筋砖砌体网状配筋砖砌体是在砖砌体的水平灰缝内配置方格钢筋网或连弯钢筋网的砌体。这种配筋方式能够约束砌体的横向变形，从而提高砌体的抗压承载力。网状配筋砖砌体主要适用于轴心受压和偏心距较小的偏心受压构件。网状配筋砖砌体的承载力计算公式为：N≤φnfnA。其中，fn为网状配筋砖砌体的抗压强度设计值，φn为高厚比和配筋率以及轴向力的偏心距对网状配筋砖砌体受压构件承载力的影响系数。需要注意的是，网状配筋砖砌体不适用于偏心距e超过截面核心范围（对于矩形截面即e/h>0.17）的情况，因为此时钢筋网难以发挥约束作用。6.2组合砖砌体组合砖砌体由砖砌体和钢筋混凝土或砂浆面层组成。当偏心受压构件的偏心距较大，或者竖向荷载较大时，采用组合砖砌体更为经济合理。组合砖砌体能够利用混凝土的抗压能力和钢筋的抗拉能力，显著提高构件的承载力和延性。组合砖砌体构件的设计计算方法与钢筋混凝土构件类似，需考虑材料的强度、截面几何特征以及内力分布。在构造上，要求混凝土面层的厚度不宜小于45mm，纵向钢筋的直径不宜小于8mm，箍筋直径不宜小于4mm且间距不宜大于400mm。6.3配筋砌块砌体剪力墙配筋砌块砌体剪力墙是利用混凝土空心砌块砌筑，并在孔洞内配置竖向和水平钢筋，最后灌芯混凝土形成的结构体系。这种结构体系具有类似钢筋混凝土剪力墙的性能，承载力高，抗震性能好，适用于中高层建筑。设计配筋砌块砌体剪力墙时，需进行正截面受压承载力计算、斜截面受剪承载力计算以及连梁的计算。在构造上，要求剪力墙的灌孔混凝土强度等级不应低于Cb20，竖向钢筋的间距不应大于600mm，水平钢筋应设置在砌块的水平凹槽内或灰缝中，并应设置拉结筋或网片。7.抗震设计要点砌体结构由于材料脆性大，抗拉、抗剪强度低，抗震性能相对较差。因此，在抗震设计中，必须采取严格的抗震构造措施和计算要求，遵循“强柱弱梁”、“强节点弱构件”的抗震理念。7.1一般规定多层砌体房屋的总高度和层数应严格控制。例如，在抗震设防烈度为7度（0.10g）地区，采用普通砖砌体时，房屋总高度不应超过21m，层数不应超过7层；若采用混凝土空心砌块，总高度不应超过18m，层数不应超过6层。设防烈度增加，允许高度和层数相应减少。房屋的高宽比也应控制，一般在6度、7度时不应大于2.5，8度时不应大于2.0，9度时不应大于1.5。过大的高宽比会导致地震作用下的倾覆力矩增大，容易引起基础转动和墙体开裂。抗震横墙的间距是保证楼盖传递水平地震作用的关键。对于现浇或装配整体式钢筋混凝土楼盖，在6度、7度时横墙间距不应大于15m，8度时不应大于11m，9度时不应大于7m。7.2抗震计算多层砌体房屋的抗震计算可采用底部剪力法。由于砌体结构刚度大，基本自振周期短，地震作用以第一振型为主。各楼层的水平地震剪力标准值应按重力荷载代表值比例分配。在进行墙段截面抗震验算时，应选择不利墙段进行，通常是承受地震面积较大、竖向应力较小或局部截面较小的墙段。砌体沿阶梯形截面破坏的抗震抗剪强度设计值fvE，应根据砌体类别和正应力σ0的大小进行调整，通常公式为fvE=ζNfv，其中ζN为砌体抗震抗剪强度的正应力影响系数。在进行墙段截面抗震验算时，应选择不利墙段进行，通常是承受地震面积较大、竖向应力较小或局部截面较小的墙段。砌体沿阶梯形截面破坏的抗震抗剪强度设计值fvE，应根据砌体类别和正应力σ0的大小进行调整，通常公式为fvE=ζNfv，其中ζN为砌体抗震抗剪强度的正应力影响系数。7.3抗震构造措施除了前文提到的构造柱和圈梁外，抗震设计还对楼梯间、女儿墙等部位有特殊要求。楼梯间不宜设置在房屋的尽端或转角处，因为地震时扭转效应显著，楼梯间墙体容易破坏。楼梯段必须与平台梁有可靠连接，不得采用墙中悬挑式楼梯。对于预制阳台，必须与圈梁和楼板可靠连接。门窗洞口处不应采用砖过梁，过梁支承长度不应小于240mm（6~8度）或360mm（9度）。女儿墙应设置构造柱，且构造柱间距不宜大于4m，构造柱应伸至女儿墙顶并与现浇压顶整浇。8.防止或减轻墙体开裂的措施砌体结构由于材料干缩、温度变化和地基不均匀沉降等原因，极易产生裂缝。虽然非受力裂缝通常不影响结构安全，但会影响美观和耐久性，甚至引起用户心理恐慌。8.1温度裂缝与伸缩缝钢筋混凝土和砌体的线膨胀系数不同，在温度变化时，屋盖与墙体的变形不一致，容易在顶层墙端产生“八字形”裂缝或水平裂缝。为防止此类裂缝，应在墙体中设置伸缩缝。伸缩缝的最大间距应根据屋盖类别和砌体类别确定，例如，采用现浇钢筋混凝土屋盖时，伸缩缝间距不宜大于40m（有保温层）或30m（无保温层）。此外，可在顶层屋面板下设置现浇钢筋混凝土圈梁，并沿内外墙拉通；在房屋顶层端部墙体内适当增设构造柱；在女儿墙设置构造柱等，都能有效缓解温度应力。8.2地基不均匀沉降裂缝当地基土质不均匀或房屋荷载差异较大时，会产生不均匀沉降，导致墙体出现斜向裂缝。防止措施包括：设置沉降缝，将房屋从基础至屋顶完全断开；在软土地区或高压缩性地基上，控制房屋的长高比；加强上部结构的刚度，如设置基础圈梁等。8.3干缩裂缝对于混凝土砌块或蒸压粉煤灰砖等非烧结块体，其干缩变形较大。应在墙体高度或厚度突变处、门窗洞口处设置控制缝（如玻璃纤维网格布或钢丝网片），并控制每天的砌筑高度，防止因砌块自身收缩引起的墙体开裂。9.施工与质量控制设计意图的实现离不开高质量的施工。砌体结构的施工质量直接决定