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摘要：分析了我国砌块建筑在设计、施工方面与国外应用成熟国家所存在的差距及原因，并提出了我国多层砌块建筑在结构设计时也按照配筋砌体进行计算，从而在保证结构安全度的前提下降低建筑成本，并采用合适的块形和施工方法提高建筑质量。
关键词：砌块及块形；灰缝；控制缝；结构计算
Abstract：It is analyzed that the gap between China and other maturely-applying countries in the field of design and construction of masonry buildings and the reasons of the gap. In addition，it is proposed that masonry-unit buildings of multi-storeys should also be computed in light of reinforcing-bar masonry units in the process of structural design. As a result，under the premise of structural safety，the building cost is reduced and the construction quality is improved through suitable shapes of masonry units and construction methods.
Keywords：shapes of masonry units；mortar joint；control joint；structural computation
1 前 言
自美国1897年建成第一幢砌块建筑以来，砌块结构已经历了近百年的发展，至今已成为一个获得广泛应用的完整的结构体系—配筋混凝土砌块结构体系。配筋混凝土砌块结构体系始创于美国，在1933年加里福尼亚长滩大地震中无筋砌体遭受到严重破坏之后，美国推出了配筋混凝土砌块的结构体系（即配筋砌体），建造了大量的多层和高层配筋砌体建筑，目前，美国已成为配筋砌块应用最广泛的国家，从20世纪60年代至今，已建立了完善的配筋砌体结构系列标准，配筋砌体已成为与钢筋混凝土结构具有类似性能和应用范围的结构体系。在美国和日本，砌块占墙体材料总用量的40%~50%，砌块已成为主导性的建筑材料。近年来，随着限制粘土砖力度的加强，砌块已成为我国政府积极提倡推广取代粘土砖的新型环保节能墙体材料之一，与粘土砖相比具有以下优点：①综合造价经济；②施工快速；③结构自重轻；④结构整体性好；⑤使用面积大；⑥保温、隔声及防潮性能好；⑦建筑外形卓著[1]。
混凝土砌块建筑虽然在国外已有百年的历史，但在国内仅有30多年的发展史。由于混凝土砌块与粘土砖是两种性质完全不同的材料，砌块的原材料是混凝土，是水硬性材料凝结而形成的，材料凝结、水分蒸发和在受力状况下砌块结构会出现收缩和徐变变形；砌块的变形主要表现为收缩变，而且砌块的收缩和徐变变形总和需要多年才能完成，砌筑后前3个月大约完成总变形的25%，1年左右完成总变形的50%，而粘土砖是烧结成形的多微孔材料，其主要变形为膨胀变形。因此，砌体建筑在设计时对于控制墙体的收缩变形和裂缝至关重要，笔者对具体设计、施工做了一些研究[2]。
2 砌块形状的选择
目前，我国砌块的形状多样，但承重主砌块的种类大体分为三种：一种端部为平头，这种块型的水平灰缝能满足部分地区要求（能达到包括横肋在内的饱满度≥90%~95%的规定），但竖缝砌筑难度较大，很难做到竖缝饱满，砌块相关规程JGJ/T14-2011亦只要求竖缝饱满度≥80%。但实际工程中，竖缝的砌筑质量往往很差，不少工程的竖缝出现透亮，甚至少数工程的竖缝干脆未铺砂浆。竖缝不饱满，不仅影响砌体的抗拉和抗剪强度，使墙体更容易裂缝，而且对于墙体的抗渗、保温、隔音也极为不利。竖缝砂浆不饱满，必然在竖缝上部形成空腔，成为渗水通道，特别是作为外墙时，在风压力的作用下，雨水可直接渗透到内墙面。这种块形是我国第一代块形，其特点是砌体的抗压强度高，在结构设计时，其强度值不需乘以0.8的折减系数，但由于砌块的强度极高，对于多层建筑其抗压强度不起决定性因素，主要是由弯曲强度控制的，故应用较少，目前工程领域已不继续应用。第二种块形其端部边缘构造为竖向边肋宽35~40mm，中部凹进3~4mm，这种块形竖缝砌筑难度较第一种有所降低，抗渗、防裂性较好，但其强度指标需乘以0.8的折减系数，现仍在大范围使用。第三种块形其端部边缘的构造为竖向边肋宽55mm，其间有深5mm、宽15mm的竖向凹槽，端面中部凹进15mm，这种块形要求竖缝砂浆铺挂在宽55mm的边肋上，使砌体端部中央形成宽80mm的竖向减压空腔。只要砂浆配置恰当，在55mm的竖向边肋上是非常容易做到灰缝饱满的，从而也就不存在渗水通道，即使当灰缝发生微裂缝导致外部水分渗入时，因竖向空腔的减压作用，渗入的水分也只会沿着腔壁向下排出而不致于渗入室内。同时，由于减压腔的存在，使得砌体在隔音、隔热方面的性能有所提高。这种块形目前在国内外应用非常广泛，也应该是多层砌体建筑结构的首选块形[3]。
3 水平灰缝的饱满度
目前，我国各地对水平灰缝的饱满度解释不一，虽然不同地区、版本的标准都要求水平灰缝的砂浆饱满度≥90%~95%，但有的地方要求水平灰缝总面积中包括横肋部分，如推荐使用端部为平面的第一种块形的砌块；有的地方（如北京）对水平灰缝饱满度的要求是指有效灰缝的饱满度，这是因为北京地区推荐使用的砌块是第三种块形，由于这种块形端面带有灰缝槽，砌筑时上下层砌块的横肋相互错位不接触，故即使在横肋上铺灰也不起作用。国外对于砌体砌筑时水平灰缝的砂浆铺设是按设计要求确定的，一般情况下都是铺在砌块的侧壁上，仅在下列情况下，砌块的横肋才要求铺砂浆：①需要灌孔的孔洞横肋，以防芯柱混凝土浇灌质量不好；②基础顶部第一皮砌块的横肋；③壁柱和独立柱的横肋。实际上在我国的砌体结构设计规范中，基础和壁柱及独立柱的孔洞一般都要求灌实，故与国外也不矛盾。但国外砌体建筑在要求横肋铺灰的地方都是为了满足构造要求，而我国砌块建筑中的横肋铺灰是为了提高砌体的强度指标。事实上，抗压强度高正是混凝土砌体的一个重要特征指标。对于一般的多层建筑，即使不考虑芯柱的加强作用，砌体本身的强度也足以抵抗墙体的压应力。例如一个7层、开间为6m的砌体建筑，假定楼层和屋面的荷载均为6kN/m2，墙体的自重为2.5kN/m，层高定为3m，则底层墙体的荷载为261.5kN/m，其压应力为1.36MPa，与目前我国统一执行的砌体规范规定的强度值相差甚远，即使考虑偏心的影响，对于采用MU10的混凝土砌块和M10的砂浆砌筑的砌体，在不考虑构造芯柱加强作用的影响下，其强度值也能满足要求。但如果按照配筋砌体计算，砂浆的强度对砌体强度的影响并不大，其主要作用是保证砌体结构的整体性及砌体自身的各种性能[4]。
4 砌筑砂浆
目前，我国建筑工程的砂浆一般都在施工现场拌制，对于混合砂浆，由于其中石灰膏含水达50%，难以精确计量，又属于气硬性材料，基本上不参与水化反应，从而导致砂浆抗渗性差，收缩大，是建筑发生渗漏通病的薄弱环节。同时，现场采购、堆放原材料和非精确计量配制砂浆，不可避免地造成严重浪费和污染施工环境。对于砌体建筑，由于砌块是一种总体表现为收缩的建筑材料，因此砌块在施工前，除不得浇水外，还需要严格控制其含水率，因而对砂浆和易性的要求更为严格。为达到这一目的，不少地方标准都提供了专用砂浆的参考配合比，但在这些配比中，无一例外地都要求采用由其配置的价格不菲的外加剂。但在实际工作中，由于砂浆配置不能做到精确计量，而且各种原材料的质量也很难达到标准要求，因此，即使加入各种类型的外加剂，砂浆的质量也很难得到保证。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆事实上，在砌块建筑广泛应用的美国，砂浆只是由水泥、砂、石灰膏和水组成，不含任何外加剂，仅根据石灰膏的含量将砂浆分为两种类型，即M型和S型，其中石灰膏含量较少的M型主要用于基础和实心砌块，通常认为M型的砂浆强度比S型高，S型砂浆的和易性比M型好。但在美国1997年版的UBC规范中并不认为二者的强度值有明显差异，S型砂浆既可用于承重墙，亦可用于非承重墙，施工时无需按强度要求选择砂浆种类。但值得一提的是，美国的砌筑砂浆都是采用商品砂浆，其砂浆生产采用自动化生产设备，不仅使得制造砂浆的效率大大提高，减少环境污染，降低原材料损耗，而且可以达到精确计量，从而保证砂浆的质量。目前，商品化生产的干混砂浆在欧洲国家应用很普遍，在东南亚发展也很快，有墙面砂浆、墙地砖安装砂浆、地坪砂浆和砌筑砂浆。我国国内尚无大规模专业干粉料生产厂家，仅有少数非企业主导产品的制造商，如福星斯达集团等公司，虽然产量都不大，但可确保工程质量。因此，在砌体工程施工中，为保证砌筑质量应优先选用配比计量精确的干混砂浆。
5 控制缝
控制缝是为防止温度变化和砌块干缩变形在墙体的适当位置设置的垂直通缝，该缝与墙体的灰缝要求一致，缝内采用弹性密封材料，其目的是避免墙体不规则裂缝，控制可预料的裂缝。由于小型混凝土砌体与普通粘土砖结构相比较，对裂缝反映更为敏感，这主要是因为：首先是混凝土砌体的抗剪强度较低，只有砖砌体的50%，190mm厚砌块墙的抗剪能力只为240mm厚实砌砖墙的40%；第二，砌体结构的墙体薄，灰缝的结合面小，竖缝大且饱满度差，因此应力较为集中，易引起沿灰缝产生裂缝；第三，混凝土砌块的干缩性比砖大；第四，也是最重要的一点，砌块的温度敏感性强。因此，应根据建筑的结构特点，在墙体的适当位置设置控制缝，其设置位置应考虑以下几点：①在墙的高度突然变化处设置竖向控制缝；②在墙的厚度突然变化处设置竖向控制缝；③在不大于离相交墙或转角墙允许接缝距离之半设置竖向控制缝；④在门、窗洞口的一侧或两侧设置竖向控制缝；⑤竖向控制缝，对3层以下的房屋，应沿房屋墙体的全高设置；对大于3层的房屋，可仅在建筑物1~2层和顶层墙体的上述位置设置；⑥控制缝在楼、屋盖处可不贯通，但在该部位宜作成假缝，以控制可预料的裂缝；⑦控制缝作成隐式，与墙体的灰缝。相一致，控制缝的宽度不大于12mm，控制缝内应用弹性密封材料，如聚硫化物、聚氨脂或硅树脂等填缝。控制缝虽然可以有效地避免墙体的不规则开裂，但同时也给墙体装修带来一定的困难，正常的抹灰墙面会沿着墙体的控制缝出现裂缝，影响墙体的装饰效果。对砌体结构来说，实际上建筑物的裂缝是不可避免的。墙体的裂缝宽度多大无害，这是个比较复杂的问题。此处提到的墙体裂缝宽度的标准（限值），是一个宏观的标准，即肉眼明显可见的裂缝。由于我国到现在为止对外部构件（墙体）最危险的裂缝宽度尚未作过调查和评定，砌体结构尚无这种标准。但对钢筋混凝土结构其最大裂缝宽度限值主要是考虑结构的耐久性，如裂缝宽度对钢筋腐蚀，以及外部构件在湿度和抗冻融方面的耐久性影响。根据德国资料，当裂缝宽度≤0.2mm时，对外部构件（墙体）的耐久性是不危险的。但我国居民对裂缝的可接受程度还涉及到美学方面的问题。对钢筋混凝土结构，裂缝宽度>0.3mm，通常在美学上是不能接受的，这个概念也可用于配筋砌体。而对无筋砌体似乎应比配筋砌体的裂缝宽度标准放宽些。但是对于客户来讲二者是完全一样的，这实际变成了以直观判别裂缝宽度的安全标准。国外对于此类问题反应十分淡漠，他们一般在砌体墙面外 挂轻钢龙骨贴石膏板，不直接接触砌体墙面，墙体的裂缝对室内装修没有任何影响。我国由于经济实力和人们居住习惯的影响，一般室内装修还采用墙面抹灰，因而墙体裂缝问题反应比较敏锐。因此，对于砌块建筑，我国各级政府和专家学者一方面要大力宣传砌块建筑裂缝产生的原因和对建筑结构的影响，消除人们对砌体结构谈裂色变的盲从心理；另一方面要积极开发、研制新型墙体装修材料，代替传统的墙体抹灰，避免人与结构墙体的直接接触。
6 结构设计
由于混凝土砌块和粘土砖是一种材料性质和砌体性能截然不同的建筑材料，因此，进行结构设计时决不能将两种性能不同的材料作简单的代换。对于砌体结构，我国目前常用的有两种结构形式；约束配筋砌块结构和均匀配筋砌块结构。后者主要用于高层建筑和强地震区的结构设计，目前只有几幢试点高层建筑应用，而且相应的规范才正式发行，设计、施工时缺乏经验，故应用甚少。约束配筋砌块结构系指仅在砌块墙体的局部配置构造钢筋，如墙体的转角、丁字接头、十字接头和墙体较大洞口边缘设置竖向钢筋，并在这些部位设置一定的拉接网片。类似于多层砖混结构，其设计理论和计算方法也脱胎于砖混结构体系。在砌体结构设计时，只不过是将原砖混结构中的构造柱换成芯柱，在门窗洞口的边缘增加芯柱，最后再按各地区的构造要求在适当位置将芯柱加密及其他措施，即可将砖混结构的建筑变成砌体结构。构造钢筋顾名思义，仅为构造需要，无明确的配筋率要求，但规范规定这些部分的竖向钢筋宜为12，构造钢筋的主要作用是作为芯柱将建筑物的砌块墙体变为约束砌体构件，达到在水平地震作用下有足够的延性和变形能力在大震作用下裂而不倒。约束砌体仅用于多层砌块结构，我国建筑抗震设计规范和混凝土小型空心砌块建筑技术规程规定，一般情况施后，可在原允许层数增加一层，即允许层数为8、7、6层。统计表明，多层住宅房屋是居住建筑中数量最大的，约占80%~90%，而多层砌块结构只需中等强度等级的材料：≤MU10的190mm厚砌块，≤M10砂浆和C20注芯混凝土，墙体的平均注芯率≤25%。因其造价与多层粘土砖房相比具有一定的综合优势，从而易被房屋开发公司认同和接受。目前这种结构已成为我国应用最为广泛的一种结构形式，这种设计方法也曾经设计出了一大批砌体建筑，但随着砌体建筑出现的渗、裂、漏、等质量通病的发生，这种简单的设计方法受到了质疑，更多的构造条件被强制应用，但砌块的优越性能也受到限制。如部分地区为防止顶层墙体的开裂，要求顶层墙体的砌筑砂浆等级不应低于M10；顶层所有墙体必须用C20轻集料混凝土灌实，墙体空洞内插筋柱间距应不大于400mm，其余楼层承重墙与外墙空洞必须用C15轻集料混凝土灌实；砌体的水平灰缝饱满度应≥95%[5]，砌体的横肋必须铺灰等规定。其总的原则就是想通过加大砌体结构自身的刚度来提高砌体的抗剪强度低等缺点，以加强构造措施来代替结构计算所需要的配置。结果造成无筋砌体比配筋砌体的用钢量还大，建筑物的综合造价 比配筋砌体提高约20%。目前，我国大部分多层砌体建筑设计时，所增设的构造配筋在结构计算时均未考虑芯柱所起的增强作用，芯柱的设置仅作为一种提高结构抗震安全度和加强墙体刚度的措施，从而造成不必要的浪费。
均匀配筋砌块结构即通常说的配筋砌块，这种砌体和钢筋混凝土剪力墙一样，对水平和竖向配筋有最小含钢率要求，而且在受力模式上也类似于混凝土剪力墙结构，它是利用配筋剪力墙承受结构的竖向和水平作用，是结构的承重和抗侧力构件。配筋砌体的注芯率一般大于50%。由于砌体的强度高，延性好，与钢筋混凝土剪力墙性能十分类似，可用于大开间和高层建筑结构。如美国抗震规范规定，配筋砌体的适用范围同钢筋混凝土结构。我国的研究和计算表明，用
配筋砌块砌体，可建造一定高度的既经济又安全的建筑结构。配筋砌体中存在着许多竖向灰缝，类似在钢筋混凝土剪力墙中设置数条竖向缝，增加了结构的变形和耗能能力，因而是一种又刚又柔的良好抗震建筑材料。
因此，对于砌体结构设计，对于多层建筑，为了解决墙体的常见的质量问题，针对我国的国情一般采取加强构造的措施，如加大水平配筋率，加强门窗洞口的刚度等，对于大开间（开间大于6m）的墙体最好采用均匀配筋墙体，防止楼板的板端嵌固弯矩引起墙体弯曲破坏或产生水平裂缝。
参考文献：
[1]高连玉，徐建等，《砌体结构设计规范》（GB 50003-2011）中的一般构造措施，2012（1）
[2]苑振芳，关于砌体结构裂缝控制措施的建议[J]，建筑结构，2000（8）
[3]苑振芳，等，混凝土砌块设计应用中的若干问题[J]，建筑砌块与砌块建筑，2004（1）
[4]苑振芳，对汶川地震灾后重建的思考及对砌体结构的建议[J]，建筑结构，2008（7）
[5] 苑振芳，砌体结构设计手册[M]，建工出版社，2013
论文作者:何瑞宗
论文发表刊物:《基层建设》2015年34期
论文发表时间:2016/9/27
标签：砌块论文; 砌体论文; 墙体论文; 砂浆论文; 结构论文; 裂缝论文; 建筑论文; 《基层建设》2015年34期论文;