砌體結(jié)構(gòu)中小墻垛受壓承載力分析與評(píng)定

李 輝， 李清洋， 趙自強(qiáng)， 于 磊， 高小旺

(北京三茂建筑工程檢測(cè)鑒定有限公司， 北京 100088)

0 前言

在砌體結(jié)構(gòu)房屋安全鑒定中，部分墻體、特別是小墻垛的受壓承載力會(huì)存在不滿足規(guī)范要求的情況，整個(gè)房屋的安全性評(píng)級(jí)會(huì)因個(gè)別小墻垛鑒定為du級(jí)而導(dǎo)致整個(gè)房屋鑒定為Dsu級(jí)，嚴(yán)重影響整個(gè)房屋結(jié)構(gòu)的安全性鑒定評(píng)級(jí)。對(duì)于部分房屋底層墻體的受壓承載力計(jì)算不滿足要求且存在因受壓承載力不足引起墻體出現(xiàn)裂縫等損傷的情況，應(yīng)及時(shí)采取措施進(jìn)行加固；還有一部分僅個(gè)別小墻垛受壓承載力不滿足規(guī)范要求，而小墻垛及所屬的整個(gè)軸線墻體均未出現(xiàn)因受壓承載力不滿足規(guī)范要求而引起的裂縫和損傷，對(duì)于這部分僅個(gè)別小墻垛受壓承載力不足的砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件如何鑒定評(píng)級(jí)和對(duì)整個(gè)房屋結(jié)構(gòu)的鑒定評(píng)級(jí)以及采取何種措施是需要認(rèn)真對(duì)待的。

本文對(duì)砌體結(jié)構(gòu)墻體上部設(shè)置鋼筋混凝土圈梁，且墻體未出現(xiàn)因受壓承載力不足引起的裂縫及和損傷的情況下的小墻垛長(zhǎng)度的界定和受壓承載力評(píng)定等問(wèn)題進(jìn)行探討。

1 砌體結(jié)構(gòu)房屋的小墻垛及其受壓承載力鑒定

1.1 砌體結(jié)構(gòu)房屋的小墻垛

未進(jìn)行正規(guī)設(shè)計(jì)的既有砌體結(jié)構(gòu)房屋，由于部分墻體門窗洞口尺寸較大或兩個(gè)門窗洞口位置很近，造成兩個(gè)門洞或窗洞之間墻體的局部尺寸較小，在進(jìn)行墻體受壓承載力計(jì)算時(shí)，房屋下部幾層較小墻垛的受壓承載力不滿足要求[1]。

北京市20世紀(jì)七八十年代依據(jù)76住1圖集[2]建了很多4～6層的砌體結(jié)構(gòu)住宅房屋，其廚房和衛(wèi)生間布置在同一開間，廚房和衛(wèi)生間窗戶開洞后外縱墻形成的墻垛長(zhǎng)度主要為240mm和370mm，見圖1。

圖1 外縱墻的墻垛

辦公樓和教學(xué)樓主要為2～6層的內(nèi)廊式或外廊式砌體結(jié)構(gòu)房屋，其樓屋蓋板主要為預(yù)制板，房間預(yù)制板放置在橫墻上，走廊預(yù)制板放置在縱墻上，縱、橫墻上的小墻垛均為承重墻；由于使用功能，內(nèi)縱墻上連續(xù)兩間房屋墻體開門洞后形成的小墻垛長(zhǎng)度主要為490mm和740mm；個(gè)別內(nèi)橫墻開門洞形成的小墻垛長(zhǎng)度主要為370mm和490mm[3]。

1.2 砌體結(jié)構(gòu)房屋小墻垛的受壓承載力鑒定

砌體結(jié)構(gòu)房屋墻體的受壓承載力鑒定大部分是由PKPM等軟件自動(dòng)完成的，墻體所承擔(dān)的荷載是按樓屋板的類型來(lái)分配的，對(duì)于未開洞的墻體按該墻段進(jìn)行計(jì)算；對(duì)于開一個(gè)洞口的墻體則應(yīng)分至洞口兩側(cè)的墻段，對(duì)于開兩個(gè)洞口的墻體則應(yīng)分至中間有小墻垛的三個(gè)墻段，而豎向荷載是按洞口中部1/2處分至洞口兩側(cè)墻段來(lái)分配的，墻體開兩個(gè)洞口后中間形成的小墻垛所承擔(dān)的豎向荷是按一個(gè)洞口中部1/2處至另一個(gè)洞口中部1/2處區(qū)域來(lái)分配的[4]，這就使得小墻垛受承壓不滿足規(guī)范要求，而在實(shí)際砌體房屋中承壓不足的小墻垛并沒(méi)有出現(xiàn)因受壓承載力不滿足而產(chǎn)生的裂縫。

PKPM等軟件對(duì)開洞墻體的計(jì)算按洞口中間分隔的工字形截面來(lái)進(jìn)行，其抗側(cè)力剛度、受壓承載力和受剪承載力計(jì)算也是如此。PKPM等軟件計(jì)算通過(guò)各墻段來(lái)分配地震作用是合理的，但對(duì)于墻體的承壓計(jì)算則沒(méi)有考慮砌體墻設(shè)置圈梁后墻體承壓的內(nèi)力分布[5]。

2 砌體結(jié)構(gòu)房屋小墻垛的界定和軟件計(jì)算結(jié)果的處理

2.1 砌體結(jié)構(gòu)房屋小墻垛的界定

在采用PKPM等軟件進(jìn)行受壓承載力計(jì)算時(shí)，對(duì)墻長(zhǎng)小于250mm的小墻垛，軟件不考慮；砌體結(jié)構(gòu)房屋中，對(duì)凈高寬比大于4的墻段，不考慮該墻段的抗側(cè)力剛度[6]，內(nèi)縱墻和內(nèi)橫墻開門洞時(shí)，一般門洞高為2.1m和2.4m，對(duì)應(yīng)墻長(zhǎng)應(yīng)小于525mm和小于600mm；外縱墻的窗洞一般高1.5m和1.8m，對(duì)應(yīng)墻長(zhǎng)應(yīng)小于375mm和小于450mm。

在實(shí)際結(jié)構(gòu)鑒定評(píng)級(jí)中，下部幾層墻體長(zhǎng)度為240，370，490mm的個(gè)別小墻垛的受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.9，評(píng)為du級(jí)構(gòu)件，而其他較大墻段的受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α大于1.0，評(píng)為au級(jí)構(gòu)件。因此，對(duì)于設(shè)置了鋼筋混凝土圈梁的墻體，采用PKPM等軟件進(jìn)行受壓承載力計(jì)算時(shí)，當(dāng)墻體長(zhǎng)度為240，370，490mm時(shí)，應(yīng)界定為小墻垛。

2.2 軟件計(jì)算結(jié)果的處理

通過(guò)計(jì)算軟件中按照從屬荷載面積分配計(jì)算得到的小墻垛受壓承載力分析，小墻垛與大墻段相比，其分配的受壓荷載過(guò)多。假設(shè)把洞口之間的小墻垛取消，全部按開大洞口計(jì)算，若大洞口兩側(cè)墻體的受壓承載力均能滿足規(guī)范要求，由于未考慮小墻垛的承壓，則是一種偏于保守的受壓承載力計(jì)算結(jié)果[7]。

當(dāng)墻體設(shè)置圈梁且墻體未出現(xiàn)承壓不足引起的裂縫等情況時(shí)，按取消小墻垛后開大洞口的墻梁應(yīng)力分布來(lái)計(jì)算:

(1)墻垛長(zhǎng)度為240mm或370mm時(shí)，不考慮墻垛的受壓承載力，這樣處理是偏于保守和安全的，小墻垛所屬軸線整個(gè)墻體的豎向荷載全部由洞口兩側(cè)的大墻段來(lái)承擔(dān)，受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α可按下列公式計(jì)算：

(1)

式中：αi為墻體中i墻段受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值；bi為墻體中i墻段的長(zhǎng)度；B為整個(gè)墻體的長(zhǎng)度。

(2)墻垛長(zhǎng)度為490mm和620mm時(shí)，當(dāng)小墻垛與兩側(cè)大墻體計(jì)算的受壓承載力差別較大時(shí)，可按照受壓剛度的內(nèi)力重分布來(lái)分配整個(gè)墻體的豎向荷載，受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α可按下列公式計(jì)算：

(2)

3 計(jì)算實(shí)例

3.1 實(shí)例1

3.1.1 結(jié)構(gòu)布置和計(jì)算參數(shù)

某五層的砌體結(jié)構(gòu)住宅房屋，一單元標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖見圖2。該住宅房屋建造于1980年，第1～5層層高均為2.9m，室內(nèi)外高差0.45m。承重形式主要為橫墻承重，承重墻采用燒結(jié)普通磚和混合砂漿砌筑，外墻墻體厚度為370mm，內(nèi)墻承重墻體厚度為240mm。第1～4層廚房和衛(wèi)生間樓板采用現(xiàn)澆板，陽(yáng)臺(tái)板采用現(xiàn)澆板，其余樓屋蓋板均采用預(yù)應(yīng)力混凝土圓孔板。在每層樓屋蓋墻體處均設(shè)有鋼筋混凝土圈梁。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的砂漿抗壓強(qiáng)度推定值：第1層為5.7MPa，第2層和第3層為2.7MPa，第4層和第5層為1.5MPa。磚抗壓強(qiáng)度等級(jí)均為MU10。

圖2 一單元標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖

3.1.2 計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算結(jié)果

在采用PKPM軟件進(jìn)行安全承載力鑒定時(shí)，該建筑第1～4層有個(gè)別小墻垛(軸線外縱墻小墻垛長(zhǎng)度370mm，內(nèi)橫墻小墻垛長(zhǎng)度490mm)的受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.90，評(píng)為du級(jí)構(gòu)件。第1層和第2層標(biāo)準(zhǔn)單元墻體的受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α見圖3和圖4。從圖3和圖4可以看出，③，④軸內(nèi)橫墻長(zhǎng)490mm小墻垛的α：第1層為0.49，第2層為0.43。

圖3 第1層墻體的受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α

圖4 第2層墻體受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α

3.1.3 內(nèi)橫墻小墻垛分析結(jié)果處理

內(nèi)橫墻長(zhǎng)490mm小墻垛的受壓承載力評(píng)定分析 表1

從表1所列結(jié)果可以看出，長(zhǎng)490mm小墻垛原PKPM計(jì)算程序鑒定結(jié)果為：第1層和第2層α2分別為0.49，0.43，采用式(2)計(jì)算分析后：第1層和第2層α分別為1.77，1.81，均大于原PKPM計(jì)算程序鑒定結(jié)果。

為了進(jìn)行比較，外縱墻長(zhǎng)370mm的小墻垛取消和內(nèi)橫墻門洞擴(kuò)大后第1層和第2層墻體受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α見圖5、圖6。

圖5 外縱墻小墻垛取消和內(nèi)橫墻門洞擴(kuò)大后第1層墻體受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α

圖6 外縱墻小墻垛取消和內(nèi)橫墻門洞擴(kuò)大后第2層墻體受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α

從圖5、圖6所列的分析結(jié)果可以看出，③，④軸線內(nèi)外縱墻小墻垛取消和內(nèi)橫墻門洞擴(kuò)大后鄰墻段的受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α：第1層為1.65和2.05，第2層為1.65和2.15。對(duì)于墻長(zhǎng)為490mm小墻垛，本文式(2)的α計(jì)算結(jié)果：第1層、第2層分別為1.77，1.81，此兩個(gè)數(shù)值分別介于外縱墻小墻垛取消和內(nèi)橫墻洞口擴(kuò)大后α值之間(1.77介于1.65和2.05之間，1.81介于1.65和2.15之間)。

3.2 實(shí)例2

3.2.1 結(jié)構(gòu)布置和計(jì)算參數(shù)

某五層的砌體結(jié)構(gòu)住宅房屋，標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖見圖7。該建筑采用76住1圖集[1]甲、乙單元結(jié)構(gòu)布置，共三個(gè)單元，建造于1980年，第1～5層層高均為2.9m。承重形式主要為橫墻承重，承重墻采用燒結(jié)普通磚和混合砂漿砌筑，外墻墻體厚度為370mm，內(nèi)墻承重墻體厚度為240mm。建筑樓屋蓋板均采用預(yù)應(yīng)力混凝土圓孔板。在每層樓屋蓋墻體處均設(shè)有鋼筋混凝土圈梁。砂漿抗壓強(qiáng)度推定值現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果：第1層為5.0MPa，第2層為4.5MPa；第3層和第4層為4.0MPa；第5層為1.5MPa。磚抗壓強(qiáng)度等級(jí)均為MU7.5。

圖7 標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖

3.2.2 計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算結(jié)果

在采用PKPM軟件進(jìn)行安全承載力鑒定時(shí)，該建筑第1層內(nèi)縱墻有個(gè)別長(zhǎng)度為490mm小墻垛的受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α遠(yuǎn)小于0.90，評(píng)為du級(jí)構(gòu)件。第1層墻體受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α見圖8。

圖8 第1層墻體受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α

3.2.3 內(nèi)縱墻小墻垛分析結(jié)果處理

內(nèi)縱墻長(zhǎng)490mm小墻垛的受壓承載力評(píng)定分析 表2

從表2所列結(jié)果可以看出，長(zhǎng)490mm小墻垛原PKPM計(jì)算程序鑒定結(jié)果：α2為0.57，采用式(2)計(jì)算分析后α為2.85，大于原PKPM計(jì)算程序鑒定結(jié)果。

為了進(jìn)行比較，現(xiàn)將內(nèi)縱墻中的長(zhǎng)490mm小墻垛取消，把門洞擴(kuò)大為小墻垛加上兩個(gè)門洞寬度后由計(jì)算機(jī)程序PKPM進(jìn)行計(jì)算，其第1層墻體受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α見圖9。

圖9 內(nèi)縱墻門洞擴(kuò)大后第1層墻體受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α

從圖9的結(jié)果可以看出，將內(nèi)縱墻中的小墻垛取消，把門洞擴(kuò)大為小墻垛加上兩個(gè)門洞寬度后，程序PKPM計(jì)算的內(nèi)縱墻門洞相鄰兩側(cè)墻段受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α：軸交①～③軸兩側(cè)墻段分別為2.74和3.02，軸交⑥～⑧軸兩側(cè)墻段分別為2.71和3.02，軸交～軸兩側(cè)墻段分別為2.74和3.02，對(duì)于墻長(zhǎng)為490mm小墻垛按照本文式(2)的計(jì)算α為2.85，此數(shù)值分別介于外縱墻小墻垛取消和內(nèi)橫墻洞口擴(kuò)大后α值之間。

4 結(jié)論

對(duì)砌體房屋縱橫墻開門窗洞口后形成長(zhǎng)240,370mm或490,620mm的小墻垛受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α遠(yuǎn)小于1.0的情況進(jìn)行分析。指出了在砌體結(jié)構(gòu)受壓承載力計(jì)算中，PKPM程序采用按照洞口中線分配小墻垛和墻段荷載的不合理性。通過(guò)比較分析，給出了小墻垛未出現(xiàn)受壓裂縫前提下，相應(yīng)的開洞口墻體受壓承載力驗(yàn)算結(jié)果的評(píng)定方法：

(1)小墻垛長(zhǎng)度≤370mm時(shí)，可忽略小墻垛，將兩個(gè)洞口合并為一個(gè)洞口對(duì)墻體進(jìn)行承載力分析。

(2)小墻垛長(zhǎng)度為490mm或620mm時(shí)，可采用連同相鄰的兩個(gè)大墻共三道墻PKPM計(jì)算結(jié)果與墻段長(zhǎng)度加權(quán)平均的方法計(jì)算小墻垛受壓承載力R和作用效應(yīng)γoS的比值α。加權(quán)結(jié)果α≥1.1時(shí)，可評(píng)定為au級(jí)構(gòu)件；加權(quán)結(jié)果1.0≤α<1.1時(shí)，可評(píng)定為bu級(jí)構(gòu)件；加權(quán)結(jié)果0.95<α<1.00時(shí)，可評(píng)定為cu級(jí)構(gòu)件；加權(quán)結(jié)果α≤0.95時(shí)，評(píng)定為du級(jí)構(gòu)件。

(3)對(duì)于長(zhǎng)度>620mm墻段，可不必按照小墻垛進(jìn)行處理。

需要強(qiáng)調(diào)的是，本文的分析結(jié)論僅適用于設(shè)置鋼筋混凝土圈梁且小墻垛沒(méi)有出現(xiàn)承壓裂縫等損傷的多層砌體結(jié)構(gòu)房屋，不適用未設(shè)置鋼筋混凝土圈梁或設(shè)置鋼筋磚圈梁的情況。