混凝土小型空心砌塊作為一種替代粘土磚的良好的墻體材料,它具有原料來源豐富、最大限度地取材和工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點。因為混凝土小型空心砌塊具有節(jié)能和墻體材料改革的雙重意義,從而日益受到重視。
一、混凝土小型空心砌塊結(jié)構(gòu)體系的適用范圍
我國墻體材料一向以傳統(tǒng)的實心粘土磚為主。這是由多年的傳統(tǒng)習(xí)慣和生產(chǎn)水平所決定的,以致長期以來建筑材料,特別是承重材料沒有很大的改變。而混凝土小型空心砌塊在國外已沿用百年以上,不但在低層住宅多層辦公樓中采用,而且少數(shù)建筑到十多層乃至28層,但大量建造的還是多層住宅建筑。
1982年建設(shè)部頒布了《混凝土小型空心砌塊建筑設(shè)計與施工規(guī)程》,適用于七級和七級以下地震地區(qū)以及非震區(qū),從而推動了我國混凝土小型空心砌塊的推廣和發(fā)展。隨后又在1995年頒布了修訂的《混凝土小型空心砌塊建筑技術(shù)規(guī)范》,使適用范圍擴(kuò)大到8級和8級以下地震區(qū)和非震區(qū),為混凝土小型空心砌塊的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
砌體結(jié)構(gòu)可以分為配筋砌體、約束砌體和無筋砌體三類。按照目前的劃分,大致為配筋砌體的配筋率在0.2%以上;約束砌體的配筋率在0.07%到0.2%之間,對配筋率在0.07%以下的砌體可稱為無筋砌體。一般來說,對目前我國按抗震規(guī)范中砌體配置構(gòu)造柱、圈梁以及拉結(jié)筋等措施的砌體結(jié)構(gòu),可劃分為約束砌體的范疇。因為混凝土小型空心砌塊墻體的配筋事變化幅度較大,適應(yīng)性較強(qiáng),所以國外利用混凝土小型空心砌塊建造多層住宅。從二、三層的別墅建筑到28層的旅館建筑就是最好的例子。
對于混凝土小型空心砌塊的強(qiáng)度要求是隨建造高度和結(jié)構(gòu)的布置而異。對于二、三層住宅類的建筑,不需要高的砌塊強(qiáng)度,即對目前規(guī)范規(guī)程上規(guī)定的最大高度6—8層,MV10—NV20也就足夠了。而且就算達(dá)到九層,混凝土小型空心砌塊也同樣能滿足強(qiáng)度要求。但是因為各地的建筑設(shè)備和技術(shù)力量上的差異,在發(fā)展不同材料的結(jié)構(gòu)形式上會有區(qū)別,所以對于建筑中高層住宅(12—20層左右),在施工方式上一般不會選用承重混凝土小型空心砌塊結(jié)構(gòu),而采取現(xiàn)澆大模剪力墻結(jié)構(gòu)或其它結(jié)構(gòu)。
綜上所述,利用混凝土小型空心砌作為承重墻體材料的結(jié)構(gòu),適宜于低層、多層建筑(含九層)采用,且對于少數(shù)試點性的中高層建筑也是適用的。但是,對于中高層住宅,即使是采用混凝土小型空心砌塊的配筋砌體建筑,其經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)的先進(jìn)性都是值得探討的。
二、混凝土小型空心砌塊結(jié)構(gòu)體系的抗震性能
我國是一個多地震國家,全國主要的大中城市中約為三分之二以上的國土面積處于六級或六級以上地震區(qū)。因此,各類結(jié)構(gòu)的抗震性能是不能忽視的?;炷列⌒涂招钠鰤K結(jié)構(gòu)在我國地震區(qū)的震害經(jīng)驗不多。六十年代只在云南東川等地發(fā)現(xiàn)過混凝土小型空心砌塊建造的建筑經(jīng)過地震震害較重。
因為地震作用是一種變形作用,所以混凝土小型空心砌塊結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計仍是概念設(shè)計和控制分析,其基本原則是約束和調(diào)整。
混凝土小型空心砌塊填芯和圈梁設(shè)置的隨意性,可以控制約束度,根據(jù)單片配筋砌塊墻體試驗和八級區(qū)混凝土小型空心砌塊房屋抗震研究的資料分析,一幢房屋或一片墻體具有不同的約束度,也就具有不同程度的性能:1、一片墻體的抗剪強(qiáng)謨由砌塊砌體、芯柱混凝土、鋼筋等三部分共同組成,可以隨著芯柱根據(jù)需要的設(shè)置量來增加,以提高墻體的抗剪能力。同時可以形成混凝土小型空心砌塊剪力墻,成為主要的側(cè)力構(gòu)件;2、配筋混凝土小型空心砌塊或設(shè)置芯柱砌塊的墻體,其延性比混凝土小型空心砌塊的墻體大2—3倍,其初裂強(qiáng)度、初裂剛度、極限強(qiáng)度等都隨著填芯率增加而提高,在水平地震作用下使裂縫產(chǎn)生緩慢分散,避免脆性破壞,約束墻體的耗能作用。3、芯柱和混凝土小型空心砌塊砌體利用鋼筋網(wǎng)片連結(jié)成整體共同工作,既共同承擔(dān)豎向荷載,又和圈梁一起抵抗水平地震作用引起的整體彎矩,即通過芯柱承擔(dān)的拉、壓力來平衡;4、縱墻與橫墻、墻與芯柱、芯柱與田梁之間的連結(jié)加強(qiáng),相互約束,有效地避免外墻外閃,角部散落等震害情況。
利用芯柱和圈梁,以樓梯間、突出屋面的小房等部位進(jìn)行局部加強(qiáng)約束,避免薄弱環(huán)節(jié)和應(yīng)力的集中,減少剛度突變的影響,可以有效地形成整體抗震能力。但是要注意的是,雖然砌塊通過芯柱和圈梁的加強(qiáng)約束和提高延性,提高了抗震能力,可單純的“抗防”并不合理,所以要注意減震、增大牦能機(jī)制和進(jìn)行風(fēng)度、內(nèi)力的調(diào)整,做到平面和豎向布置習(xí)理簡單、規(guī)則,質(zhì)心和剛心盡量一致。另外,對外型由于功能要求而復(fù)雜的結(jié)構(gòu),合理設(shè)置抗震縫,用抗震縫分開的單元,形成單元的整體剛度。
三、對混凝土小型空心砌塊的生產(chǎn)及推廣應(yīng)用的看法
隨著節(jié)能和墻改政策逐步深入宣傳,使限制粘土磚的使用力度也在加強(qiáng),推動了墻改的步伐,這對推廣和應(yīng)用混凝土小型空心砌塊十分有利。
對混凝土小型空心砌塊來說,作為承重墻體材料,最主要的一點就是強(qiáng)度。但是,就一般高度的混凝土小型空心砌塊強(qiáng)度也僅要求在MV10—MV20已足夠。因此,無論從成型生產(chǎn),生產(chǎn)過程的工藝要求以及產(chǎn)品質(zhì)量強(qiáng)度方面,都沒有什么值得特別提出高、精、尖的地方。另外,根據(jù)我國目前的工業(yè)化水平,生產(chǎn)制造這種初級產(chǎn)品的設(shè)備應(yīng)該是毫無問題的。但是,借鑒國外的先進(jìn)經(jīng)驗是改革開放的重要方面。因此,適當(dāng)引進(jìn)國外的先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備,用以改進(jìn)和提高我們的生產(chǎn)水平也是必要的。
當(dāng)然,本文所討論的混凝土小型空心砌塊主要是用作承重,而且主要是作為多層住宅建筑的承重墻體材料。就此范圍,我們還有許多問題值得研究,如混凝土小型空心砌塊墻體的開裂問題、芯柱混凝土的澆搗及共同工作問題等都需要進(jìn)一步的研究和完善,從而為更廣泛的推廣和應(yīng)用創(chuàng)造可靠條件。
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