本文通過對墻體在風荷載和豎向荷載共同作用下的承載力分析,導出砌體結構滿足安全性要求的墻體布置關系,并計算出在砌體強度、風荷載及墻體高厚比變化條件下,實心墻體和空斗墻體房屋開間、高度及進深間的比值,并提出加強墻體連接的構造要求和措施。
一、概述
砌體結構因其建筑材料來源廣泛、施工簡單方便、造價低廉等特點,在我國村鎮(zhèn)房屋建筑中得到極為廣泛的應用,沿海地區(qū)也是如此;但砌體結構也有許多缺陷:砌體結構的承載能力較低、整體性較差、抵抗水平荷載的能力較弱,因而在沿海強臺風影響地區(qū)的砌體結構因過大的風壓力而招致嚴重破壞或倒塌。如2004年8月8日強臺風“云娜”在浙江省臺州市境內登陸,造成11326間民房倒塌,其中砌體結構、磚木結構房屋倒塌超過6000間。2006年8月10日超強臺風“桑美”登陸浙江省溫州市蒼南縣,造成16200多間民房倒塌。
在砌體結構中,縱橫墻體是最重要的受力構件之一,它將結構上的垂直和水平荷載傳至基礎,因此墻體承載能力的高低決定了砌體房屋安全程度的大小。由于墻體的承載能力與很多因素有關系,如墻體的高厚比,砌體的抗壓、抗剪、抗彎強度,墻體的布置及荷載類型等。
在實際工程中,由于部分業(yè)主盲目追求大開間、高層高等對結構安全有不利影響的墻體布置形式(以保證房屋居住的舒適性),而此種墻體布置形式極易造成墻體在水平荷載的作用下產生倒塌;為了既保證房屋居住的舒適性又保證結構的安全,有必要通過分析墻體受力條件和墻體承載能力間的關系,確定合理的墻體布置方式。
二、墻體的荷載分布和破壞類型
下面以浙江沿海地區(qū)最為普遍的兩層砌體結構為例,依據國家有關規(guī)范,對墻體進行受力分析和承載能力的驗算。
當砌體結構處于強臺風作用下時,結構周邊墻體受垂直和水平荷載的共同作用,墻體在這樣的受力條件下,可能出現3種破壞類型:a)墻體在豎向壓力和水平推力的共同作用下,產生偏心受壓破壞;b)墻體在水平推力的作用下,沿墻體中部產生齒狀受彎破壞;c)墻體在豎向壓力和水平推力的共同作用下,產生剪切破壞。
三、墻體承載力與墻體布置的關系
一般的村鎮(zhèn)房屋建筑工程中,墻體厚度為240毫米,樓板多采用預制空心樓板,根據《建筑結構荷載規(guī)范》的有關規(guī)定,樓面的設計荷載可取為5.8kN;屋面的設計荷載可取為5.7kN.實心墻體(兩面粉刷)容重的設計值取6.8kN/平方米;空斗墻(兩面粉刷)容重的設計值取為4.4kN/平方米。
砌體強度的有關參數未按新規(guī)范(GB50003-2001)取用的原因是:a)村鎮(zhèn)房屋建筑中砂漿強度等級普遍較低且離散性較大,很難達到新規(guī)范(GB50003-2001)中最低的強度等級M2.5;b)目前村鎮(zhèn)房屋建筑中普遍采用燒結普通粘土磚,由于墻體材料的功能逐漸由承重轉為圍護,造成燒結普通粘土磚的強度等級普遍較低;c)目前村鎮(zhèn)房屋建筑多由鄉(xiāng)間工匠進行施工,他們未受過專業(yè)培訓且無較多的相關知識,施工中的隨意性較大,容易造成墻體的施工質量大幅度的波動,影響了墻體的承載力。
通過計算可知,在強臺風影響地區(qū),村鎮(zhèn)房屋建筑中不宜采用空斗墻體作為承重墻體。對于承重墻體為實心墻體的房屋,砂漿強度等級宜在M2.5及以上,此時墻體的高厚比可在18左右(墻高約4.2~4.5米),墻體的開間尺寸在4.8~5.1米,這樣的墻體結構布置關系能滿足一般村鎮(zhèn)房屋建筑的要求。