新规范学习-墙体材料应用统技术规范讲座

《墙体材料应用统一技术规范》GB50574-2010学习交流砌体结构房屋设计及墙体裂缝控制中建七局总承包公司訾建涛2012年8月1、规范介绍•本规范共分10章。主要内容包括：总则、术语和符号、墙体材料、建筑及建筑节能设计、结构设计、墙体裂缝控制与构造要求、施工、验收、墙体维护和试验。本规范中以黑体字标志的条文为强制性条文，必须严格执行。•下面将着重从规范中的砌体结构设计及墙体裂缝控制两条来重点学习。2.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。2.1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：①烧结类，包括烧结普通砖和烧结多孔砖；②蒸压类，包括蒸压灰砂普通砖和蒸压粉煤灰普通砖；③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。◆目前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。◆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”），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。◆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》GB50068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安全等级破坏后果建筑物类型一级很严重：对人的生命、经济、社会或环境影响很大重要的房屋（大型的公共建筑等）二级严重：对人的生命、经济、社会或环境影响较大一般的房屋（普通的住宅和办公楼等）三级不严重：对人的生命、经济、社会或环境影响较小次要的房屋（小型的或临时性贮存建筑等）表2房屋建筑结构的设计使用年限类别设计使用年限（年）示例15临时性建筑结构225易于替换的结构构件350普通房屋和构筑物4100标志性建筑和特别重要的建筑结构2.2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。●《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屋盖或楼盖类别刚性方案刚弹性方案弹性方案1整体式、装配整体和装配式无檩体系钢筋混凝土屋盖或钢筋混凝土楼盖s32m32m≤s≤72ms72m2整配式有檩体系钢筋混凝土屋盖、轻钢屋盖和密铺望板的木屋盖或木楼盖s20m20m≤s≤48ms48m3瓦材屋面的木屋盖和轻钢屋盖s16m16m≤s≤36ms36m●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。2.3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。)645.11(mkfffk/gff2.4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。2.5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