景观围墙多采用砖砌,采用的是240x115x53标准砖块,材质多采用烧结砖、灰砂砖、混凝土砖等。近期接群友求助,甲方为了节约成本,加快工期,提议用加气混凝土砌块砌筑围墙,征求景观设计师意见,如果不同意还要求给出明确的规范依据或者无懈可击的理由。甲方的脸上写满了省钱的渴望,那么加气块到底行不行或者好不好,本着实事求是的态度,我们来具体研究一下这个问题。加气混凝土砌块俗称加气块、加气砖、泡沫砖。加气混凝土砌块按生产工艺养护特点可分为蒸压加气混凝土砌块和免蒸加气混凝土砌块。平常我们所说的加气块一般是指蒸压加气混凝土砌块。(加气块介绍可查阅以下链接文章:https://baijiahao.baidu.com/s?id=1621699527810127849&wfr=spider&for=pc)加气块是一种轻质多孔的材料,具有重量轻、隔热好、隔音优、易加工等优点,一般用作建筑的填充墙。加气块的规格:长度为600,厚度有100、150、200、240等,高度有200、240、250、300等。加气块块面大砌筑快,材料价格也相对便宜,所以有可以节省造价节省工期的说法。↑本图来源于网络
贰. 加气混凝土砌块砌体的计算指标
我们来查找一下相关规范依据。
1、《砌体结构设计规范》GB50003-2011(以下简称《砌规》)不包含加气混凝土砌块。
有人会问加气块是否属于轻集料混凝土砌块,作者认为不包含,“加气”二字就是明显区别。《砌规》条文说明关于砌体的计算指标写了几页纸,没有提到加气块。
《砌体结构理论与设计(第三版)》将加气块与混凝土、轻集料混凝土砌块并列,显然不存在从属关系。2、《自承重砌体墙技术规程》DECS 281:20103、《蒸压加气混凝土砌块砌体结构技术规范》CECS 289-2011(以下简称《加气块结构规范》)砌体计算指标包含抗压强度、抗剪强度,不含弯曲抗拉强度。构件承载力计算也只有受压和受剪的计算,不含大偏心受压和受弯计算。4、《JGJ T 17- 2020蒸压加气混凝土制品应用技术标准》(以下简称《加气块技术标准》)
本规范对于承重墙体的计算包含受压计算,不含大偏心受压、受剪和受弯计算:叁. 加气混凝土砌块砌体围墙的结构计算
砌体围墙作为自承重墙,重力方向受压的影响很小,可以忽略不计,主要是平面外受荷承载力计算(风荷载、地震作用),可以简化为受弯构件,或者按大偏心受压构件计算。砌体围墙有三种结构类型:
●无筋砌体受弯构件;
●砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙;
1、无筋砌体受弯构件
无筋砌体受弯构件承载力计算对应《砌规》5.4.1,或者《加气块技术标准》5.3.3,需要砌体的弯曲抗拉强度设计值ftm。《加气块技术标准》公式考虑了自重的有利作用,更为合理,可根据此公式计算受弯承载力。受剪承载力按《砌规》5.4.2计算。
《加气块技术标准》加气块砌体沿通缝弯曲抗拉强度设计值最大为0.07MPa,远小于《砌规》烧结砖、混凝土砖最大值0.17MPa,根据作者经验,即使考虑砌体自重的有利作用,仍难以满足常规高度围墙的抗弯计算,几乎不具有实际意义。2、砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙
《加气块结构规范》、《加气块技术标准》均没有配筋砌体构件的计算公式,构造柱、圈梁、拉结筋等均只作为构造措施,不参与承载力计算。《砌规》第8章,砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙(以下简称“组合墙”)属于配筋砌体的一种,砌体和构造柱共同受力,共同组成主体受力结构。当无筋砌体墙无法满足需求时,可采用组合墙结构。
注意《砌规》要求组合墙的构造柱截面尺寸不宜小于240x240,宜采用不小于240厚的加气块。
上述公式适用于小偏心受压、大偏心受压且x≥2a's,破坏形式为受压破坏,公式中的f为砌体的抗压强度设计值,查《加气块结构规范》、《加气块技术标准》均可得此值,可以完成计算。
当大偏心受压且x<2a's时,破坏形式为受拉区钢筋受拉破坏,按《砌体结构理论与设计》公式(6-29)计算,无须砌体的计算指标。围墙因自重小平面外荷载大,大多处于大偏心受压且x<2a's状态,此时按组合墙结构基本上是依赖于构造柱的作用,与按混凝土刚架结构计算方法已基本一致。
《加气块结构规范》、《加气块结构规范》中加气块砌体的抗压强度设计值最大为1.96MPa,且当砌块高度小于250时还要折减,相比《砌规》中烧结砖、混凝土砖、灰砂砖的抗压强度设计值小,计算时需要准确取值。
3、钢筋混凝土刚架结构+填充墙
钢筋混凝土刚架结构+填充墙,钢筋混凝土梁柱是主体受力结构,墙体是围护结构。梁柱在平面内是刚架,柱在平面外是悬臂结构。
柱按《混凝土结构设计规范》受弯构件或者偏心受压构件计算,梁按受弯构件计算,基础采用柱下独立基础。
填充墙理论上也要经过结构计算,填充墙的结构模型可以采用四边简支板,需要计算跨中沿齿缝和沿通缝的抗弯承载力,需要沿齿缝和沿通缝的弯曲抗拉强度设计值,实际操作中是采取严格的构造措施(拉结筋、水平系梁等)来保证墙体的稳定,可不做承载力计算。
4、小结:综上所述,加气块用于围墙在结构上并没有问题,满足承载力计算即可。
需要注意:
●加气块砌体的计算指标比砖砌体低,承载力计算需要准确取值;
●加气块砌体的自重较小,相同条件下组合墙结构的偏心距会更大,受压区高度会更小;
●加气块砌体的自重较小,相同条件下基础的偏心距会更大,基础宽度需要更大。
所以采用加气块砌体需要根据实际情况严谨计算,不可未经计算直接替换材料。为计算加气块围墙,作者已将《景观砌体墙计算工具》升级支持选择加气块砌体。下面通过两个示例来计算对比加气块砌体围墙与普通砖砌体围墙的结构差异。1、无筋砌体围墙示例:
某围墙高2m,厚240mm,基本风压0.30kN/m²,地面粗糙度类别B类。抗震设防6度,基本地震加速度值0.05g。分别按MU20烧结普通砖M7.5水泥砂浆砌体、A7.5加气混凝土砌块(250高)M7.5水泥砂浆砌体计算结构承载力。MU20烧结普通砖M7.5水泥砂浆砌体计算结果:
A7.5加气混凝土砌块(250高)M7.5水泥砂浆砌体计算结果:计算结果显示:对于无筋砌体围墙,加气块砌体抗弯强度差距较大,几乎没有实际意义。
2、砌体与构造柱组合墙示例:
某围墙高3.5m,厚240mm,基本风压0.45kN/m²,地面粗糙度类别B类。抗震设防6度,基本地震加速度值0.05g。构造柱240*240,配筋4Φ14三级钢筋,C30,构造柱间距4m。分别按MU20烧结普通砖M7.5水泥砂浆砌体、A7.5加气混凝土砌块(250高)M7.5水泥砂浆砌体计算结构承载力。
计算结果显示:对于组合墙结构,加气块砌体组合墙的承载力差一些,但差别不大,原因在于都是大偏心且受压区高度x<2a's,非常接近于受弯构件,主要依赖于构造柱的作用,计算没有考虑砌体的作用。
↓适当加大基础宽度后满足要求
计算结果显示:在相同条件下,加气块组合墙因自重较轻,导致基础偏心距偏大,对基础更不利,基础宽度需要适当加大。试算结果与本文第三部分分析结论基本一致。
加气块孔隙多,易吸水,吸水饱和引发湿胀,当温度低于冰点时,可能遭受冻融破坏。长期处于干湿交替环境,可能会引发变形。1、加气块砌体用于围墙,结构上没有问题,综合各规范,可以找到计算指标和计算方法,只要满足承载力计算即可;2、加气块砌体的计算指标相对偏低、自重偏小,在同等条件下,可能会出现截面偏大、基础偏大的情况,所以加气块砌体围墙在造价上是否有明显优势,需要根据具体情况测算;3、加气块多用于建筑外墙,建筑外墙大多会做防水处理。加气块孔隙多易吸水,如不做防水处理,是否会出现易开裂的情况,作者尚缺乏实际经验,望有识之士指点一二;4、本文写作之初,本是想找到批驳甲方渴望的依据,在作者的固化思维中,认为加气块仅适用于做临时围墙,不料经过一番“研究”,竟然得出的了相反结论。看来思维不能固化,甲方的渴望也可以是鞭策我们进步的动力。
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关于作者,从业20余年室内、环艺、景观施工图设计师,自学结构,“非专业”景观结构设计师。本公众号分享景观结构设计知识,致力于解决景观园建结构设计痛点,开发景观结构计算工具,以实现对常见的景观构筑物进行快速简便的计算。欢迎关注!
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