空斗墙是我国一种非常传统的墙体,因其用料省、自重轻、造价低等优点,在民居和寺庙等建筑的建造中得到了大量的应用,示意图见图1。我们在对历史建筑的检测过程中,也经常碰到空斗墙结构,由于砌体结构设计规范从2001版开始不再纳入空斗墙,且目前各设计软件也缺乏对空斗墙直接建模、计算的功能,因此在实际工程中遇到空斗墙,检测和计算往往无章可循【7】【8】。
图1空斗墙示意图【8】
本文依托实际工程,结合相关论文规范,阐述了在空斗墙砖强度和砌筑砂浆强度检测过程的要点,以及对后续墙体高厚比、受压承载力的相关验算提出了建议。
某历史建筑建于民国时期,地上2层,主体结构主要采用了空斗墙承重,楼面大部分为木结构、局部楼面为混凝土楼板,屋面为青瓦屋面。总建筑面积约619m2。房屋建筑外墙面采用白色抹灰,但大部分已经脱落、严重老化;内墙面为白色抹灰,但大部分已经脱落、严重老化,见图2;内隔墙多数采用木板隔墙;首层室内地面铺地板砖,现状主要用途为住宅、大部分区域空置。
图2项目现场图片
砌体结构材料强度的检测是房屋结构安全性检测的重要内容之一,但对空斗墙材料强度的检测来说,并没有明确的检测方法,本文通过结合检测项目的实际经验及对相关标准文献的查阅,对空斗墙砖强度以及砌筑砂浆进行检测。
3.1砖强度的检测
本项目空斗墙采用青砖砌筑,青砖属于烧结普通砖,在《砌体工程现场检测技术标准》(GB/T 50315—2011)【1】第14.1.1条中明确指出,砖回弹法适用于推定烧结普通砖。在采用回弹法检测砖强度时,砖强度曲线的建立都是弹击在砖的侧面,因此,在实际工程采用回弹法检测空斗墙砖的抗压强度时,应弹击眠砖和丁砖的表面,不应弹击斗砖的表面【2】【7】【8】,现场检测照片见图3。
图3 现场检测照片
3.2砌筑砂浆检测
根据《砌体工程现场检测技术标准》-GB/T 50315—2011第12.1.1 条:砂浆回弹法适用于推定烧结普通砖,因此检测方法同样适用于检测空斗墙结构,在现场检测时,可采用贯入法来检测空斗墙砌体中砌筑砂浆的抗压强度,但考虑到实际工程中斗砖和眠砖之间的灰缝深度无法检测,见图4,因此贯入点尽可能位于丁砖与眠砖的灰缝处【2】【7】【8】。
图4 红色为贯入点
虽然现在各设计软件没有针对空斗墙建模、计算的模块,但是工程师们在进行空斗墙软件验算时,可采用实测毛截面进行建模计算,然后结合88砌体规范相关的空斗墙参数对输出的计算结果进行折减。
4.1参数的取值
1、容重
根据《建筑结构荷载规范》(GB J9—87)【4】附录一,见表1,能承重的黏土砖空斗砌体的容重为 15kN/m3,结合本项目的实际情况,考虑饰面层,容重取:(15×0.33+13.5×0.1)÷0.33=19.1N/m3
表1 附录一常用材料和构件的自重(87年)
2、其他参数
材料:选择普通黏土砖;
容重:19.1kN/m3;
材料强度与墙体厚度:按实测强度以及尺寸。
查询《砌体结构设计规范》(GBJ 3—88),发现无筋砌体构件承载力的验算中,截面面积A对各类砌体均可按毛截面进行计算,见下图5。
图5 受压承载力计算
此外对于采用MU10/M5砌筑的黏土砖实心墙,砌体的抗压强度设计值为1.58MPa;对于采用MU10/M5砌筑的黏土砖一砖空心墙,砌体抗压强度设计值为0.83MPa。这说明,88规范已通过强度进行折减,考虑了空斗墙中空斗对截面的削弱作用。再者上述规范中也未单独罗列空斗墙的计算方式,空斗墙的计算与实心墙并无区别,这是也是我们电算的基础。【9】
因此实际建模时,我们仍可按照毛截面积进行建模验算。
4.2计算结果的修正4.2.1受压承载力修正
1、影响系数φ
对比新旧规范可知,受压承载力验算中的影响系数φ前后变化不大,因此小编认为,在此步骤可先不对软件输出的计算结果进行折减。
《砌体结构设计规范》(GBJ 3—88)
砌体结构设计规范(GB50003-2011)
图6影响系数的对比
2、抗压强度设计值折减
由于软件输出的计算结果是按普通黏土砖实砌墙体的结果,因此需将其转换为空斗墙的计算结果。首先应计算出相应的修正系数k,在得到修正系数k后,乘以软件按普通黏土砖实砌墙体的计算结果,即得到空斗墙的受压承载力计算结果。
修正系数k的计算过程如下:
f:抗压强度设计值,可通过表2查的
f’:抗压强度设计值,可通过表3查的
表2烧结普通砖和烧结多孔砖砌体的抗压强度设计值
表3一砖厚空斗砌体的抗压强度设计值
4.2.2高厚比验算
由于空斗墙的砌筑方式,使得同厚度空斗砖墙的惯性矩要比普通实心砖墙小,因此其稳定性相对于普通实心墙也较差。在砌体设计规范GBJ 3-88中则通过降低空斗墙的允许高厚比来体现这一惯性矩减小的影响,见表4。因此我们在后续验算高厚比时,应将软件输出的允许高厚比乘以0.9折减系数,折减后的允许高厚比方为空斗墙的允许高厚比。
表4墙、柱的允许高厚比[β]值
检测要点:
1、采用回弹法检测空斗墙砖的抗压强度时,应弹击眠砖和丁砖的表面,不应弹击斗砖的表面;
2、采用贯入法检测空斗墙砌筑砂浆的抗压强度时,贯入点尽可能位于丁砖与眠砖的灰缝处;
验算建议:
1、建模时的材料强度与墙体厚度,按实测强度以及尺寸输入;
2、受压承载力验算时,应对软件输出的结果乘以一个修正系数k;
3、高厚比验算时,应对计算结果中的允许高厚比乘以0.9折减系数进行修正。
参考文献
[1] 砌体工程现场检测技术标准: GB/T 50315—2011[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2011.
[2] 王卓琳. 贯入法与回弹法检测空斗墙砌体的适用性检验[J]. 山西建筑, 2012, 38(17): 64-66.
[3] 贯入法检测砌筑砂浆抗压强度技术规程: JGJ/T 136— 2017[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2017.
[4] 建筑结构荷载规范: GBJ 9—87[S]. 北京: 中国建筑工 业出版社, 1987.
[5] 砌体结构设计规范: GBJ 3—88[S]. 北京: 中国建筑工 业出版社, 1988.
[6] 砌体结构设计规范: GB 50003—2011[S]. 北京: 中国 建筑工业出版社, 2011.
[7] 周水平.既有建筑中空斗墙结构安全检测与验算分析 [J]. 建筑结构, 2021,51(S2),1421-1424
[8] 汪东生等 PKPM软件在空斗墙砌体结构鉴定与加固中的应用 [J]. 建筑结构, 2023,53(S1),2074-2078
[9] 朵润民 砌体结构检测鉴定技术要点(七)——空斗墙砌体结构的鉴定 [房检小课堂] 2023.7.7