关于“L型砼砌块组合墙设计规程”试验报告的一些问题
关于“L型砼砌块组合墙设计规程”试验报告的一些问题
受厅委托我院落指定有关专家对该规程的背景材料进行学习，并对照国家相关标准，对其中的砌体强度和构性部分提出问题。又结合我院五所参与该体系的设计中遇到的问题一并形成以下材料，供主管部门考虑。
中国建筑东北设计研究院
一、关于L型砌块砌体强度
1、关于砌体强度试件数量问题
《砌体基本力学性能试验方法》GBJ129-90（简称试验方法）规定了研究性试验和检验性试验两种方法。这两种方法主要涉及到试验目的和试件数量。前者系对新砌体材料结构而言，后者则针对非新型材料或已有同类材料但因原材料或配比改变、新建生产线生产的产品而言。研究性试验是据此获得这种新砌体材料的强度分布规律和相关统计数据，也是确定这种砌体材料强度可靠度的基本依据。因此其试件应具有足够的数量，以反映这种新型砌体材料相关组成材料、试验室及施工现场条件差异，以及针对这种砌体材料特点等因素的影响。据知，作为研究性的试验，对抗压，每个材料等级，不少于两组，每组不少于9个试件，对抗剪，不少于3组，每组不少于12个试件。根据统计学规定，每组有效的统计不应少于6件。我们认为L型砌块系国内独有的块型，系为无可参照的新材料，因此应按研究性试验确定试件数量。但本试验却采用了检验性的试件，取用了抗压和抗剪均为两组，每组分别为3件和6件，显然是不合适的。因为据此不能获得这种新L型块材砌体的必要统计数据，和这种砌体材料的强度系列及砌体材料可靠指标。
2、如何获得GB21 表3.2.1及表3.2.2砌体强度的？
1）在鉴定材料之六中仅提供了MU10，M2.5~M10，300x240x610的抗压试件。
2）MU7.5，M7.5~M10的计算数据如何获得。
3）表3.2.1注中墙厚为190、300及330的计算数据，又如何获得。
以上所依据的统计分析数据和原则并不清楚，希望拿出更进一步的材料。
3、试件的高厚比β=2.54，不符合实验方法标准β=3.0的要求，如何按标准对其试验数据进行修正的？而在组合墙所留的砌体试件为290x300x600，其高厚比β=2.0，其与砌体强度和砌体构件的关系又如何修正也存在问题。
另外高厚比小于3的试件受到加载端约束更大，导致破坏形态和破坏荷载比标准条件有利，使砌体强度取值偏高。
4、在确定砌体强度时如何考虑L砌块砌体强度缺欠的不利影响。在试验报告中描述“当极限荷载达到70%左右时，大部分L型砌块已从拐角处裂通”，这即会引起墙体的横向解体。这是这种砌体横向连接薄弱的集中体现，是非常危险的。而一般砌体，包括砌块砌体出现这种状况为极限荷载的80~90%。说明这种砌体比普通砌体脆性破坏提前10~20%。如果考虑标准高厚比的因素，其提前破坏的趋势还要加快。因此对这种砌体强度取值时，应考虑这种破坏形态对可靠度的不利影响。
5、如何考虑试验室和施工现场条件差异对砌体强度的影响。
在报告结论五中这样描述试验室试件的制造过程：“在实验过程中发现L型砌块砌体，砌筑工艺要求极为严格，精确度要求高，每层砌块与下一层砌块之间要求砌筑精确，否则其承载力将大打折扣，因为一旦把L型砌块推向实际建筑中去，其砌筑质量及精度很难作到实验室所作到的水平，这是值得注意的。”
这充分反映了这种砌块施工工艺的高要求，即试验室能达到，而施工现场很难达到，因此在试件制作就脱离实际，而从施工现场看到的砌筑质量很差的现象，也充证明了本结论的担心不无道理。而在施工中采取何种措施来保证极为严格和砌筑精度要求高的标准呢？在强度取值又如何考虑这种不利因素呢？
6、关于试验报告结论中提出L砌块砌体强度平均值比砌体规范平均值高的问题，首先要清楚比较背景，砌体规范抗压强度取值涵盖全国116组818个试件的统计计算结果；抗剪强度取值10个单位40组计285个试件统计计算结果，而L块仅2组6个试件，而且试件尺寸不符合国标要求。这么少的数据怎么能与其相比，因为它不能构成该种砌体强度的分布规律。
7、国标规定的块型为空间盒子式结构，而L砌块为单体不稳定块体，只通过互相偶合才能形成为“实为砌体”的块体，因此这种砌块不能与国标相比，采用国标的加载方法，也值得探讨，正因此这种块体、砌体与标准规范规定的块体、砌体进行比较是否合适也值考虑。因为最令人担心的是缺乏足够的试验数据作为本规程砌体强度的依据。
二、关于L型砌组合墙比例墙片试件的代表性问题
1、试件的基本情况
据鉴定材料之二~三，共作试件10个，其中无洞1/2比例墙片4组共8片，有洞足尺一组两片。
无洞试件分两柱和三柱两种，其中两柱外包尺寸为2700x1580x300，三柱尺寸为2850x1580x300（含端部900x450开洞）。试件中的约束柱截面均为150x300（厚），4Φ12配筋，约束梁上部为180x300（厚），下部为250x350，配筋均为4Φ16。约束柱面积所占比例，对两柱墙片为1/9，对三柱墙片为1/6.3；约束梁截面所占比例1/4~1/5。
2、针对这种比例墙片有以下几个问题：
1）试件中的约束构件截面尺寸与1/2比例墙片属非相似关系，其差异影响如何考虑。
2）比例墙片与恢复到原型的墙片也构成非相似关系。
3）而由比例墙片放到原型墙片后，又与规程规定的墙片尺寸和约束构件的截面尺寸存在着较大的比例失调，这种比例失调又如何考虑。
规程规定约束柱的间距对内纵墙不大于4.2m，横墙不宜大于层高两倍（按2.8x2=5.6m），下部两层不宜大于层高，另外规程4.2.2条限定层高为3.6m。而按规程6.4.4条的规定：约束梁的截面高度不小于120，宽度不宜小于190（配筋，非抗震、6、7度分别为4Φ8、4Φ10和4Φ12）；按规程6.5.3的规定，约束柱截面不宜小于190x190，配筋，非抗震不应在少于4Φ8、5层及5层以上时不少于4Φ10，抗震设防不少于4Φ12，6度7层和7度6~7层不少于4Φ14。
按规程提出的墙片尺寸和周边设置的约束柱和约束梁的面积比分别为：对约束梁为1/30，对约束柱，当间距为4.2、3.6、和5.6m时分别为1/22、1/19、1/29，而且约束柱断面与墙体不等宽，即成为半包或2/3包的约束柱，这和试验试件成全包，即与试件墙片等厚有较大出入。
从上述1 )~3)自然有两个问题需要回答：
①比例试件与恢复到原型后的比例关系如何确定，涉及到约束作用大小的界定和取值问题。
②规程如此放松后的约束砌体构件与试件或恢复到原型试件的关系如何确定或修正，即此种条件下的约束作用能反映试件的约束作用吗？在本研究报告中推导出的由约束试验数据分析出的计算公式有代表性吗？
4、无洞试件为约束柱和约束梁全包试件，其砌体有效高度为7皮1400，相应的高厚比β=4.7，因此介于短柱，加上正应力较小，为0.5Mpa，此时的墙片是属两向受到较强约束，故未出现像砌体抗压试件那样，当正应力接近0.7倍极限荷载出现的沿墙厚方向从L块拐角全部裂通的破坏特征。这完全取决于砌体试件高厚比很小和正应力较小和周边约束构件强约束的结果。因此在确定结构承载力时不应忽略这种前提条件。
三、关于L砌块组合墙抗压承载力试验问题
1、按鉴定材料之二P11，对此叙述如下“基于L型砌块组合墙竖向承载力很高，而抗震抗剪承载力低。前者对房屋结构设计不起控制作用，加上科研经费紧张，因而没有专门作抗压承载力研究，只利用抗侧力试验模型墙片作了弹性阶段的抗压与相应的有限无分析。结果表明，在均布荷载作用下。纵横墙中的约束柱与砌块砌体所承担的轴向压力近似按各自的刚度比例进行分配。”
2、根据1的结论提出下列问题：
1）对一个新砌体材料体系，光利用抗侧力构件作弹性阶段的试验和分析是远不够的，因为在所谓弹性阶段出现按弹性刚度分配是可想而知的。
2）对一个新体系本应对长柱作从弹性、弹塑性到破坏的全过程试验研究，以获得其应力、应变关系曲线，以及相应阶段的破坏形态，进而得到长柱的高厚比及轴向力相关计算模式，对轴心受力则为稳定系数j。对偏心受压则为偏心率对构件的影响系数j。
3）在试验报告中（本节1中）所说“该组合墙竖向承载力很高，对结构设计不起控制作用”，是在未作任何长柱试验的条件的无根据判断，这是对这种结构体系的安全不负责的。因为既不正视这种L砌块砌体组砌与规范砌块组砌的重大差别，又未找到过类似块体的试验报告，而仅对高厚比β不足5的比例墙片的弹性阶段试验分析应显得太武断了。按本规程表4.2.1规定的最小墙厚所达到的房屋层数、高度和这种砌体结构的最大层高3.6m，其高厚比可达18.9．很显然不考虑纵向弯曲是不允许的。而且在未对这种砌体长柱进行试验研究的情况下，套用与L型砌块相差很大和规范规定的砌块砌体长柱的稳定系数是无根据和不负责任的，也是结构安全上所不允许的。
四、按规程设计L型砌块组合墙结构构件时遇到的问题
1、没有现成的计算程序计算这种结构，必须手算，这对结构工种来说增加了工作量。
2、在结构的承载力计算时，只有抗震承载力的验算公式可以操作，而对构件受竖向荷载时的承载力计算则无从下手，表现在，本规程仅给出轴心受压计算公式，但未给出偏心受压计算公式，而对绝大多组合墙构件是具有偏心的，如墙两侧为不等跨，端跨，包括楼梯间墙均属要考虑偏心影响，另外根据规定，即使是墙两侧为等跨的情况，即轴心受压，也应考虑一定的偶然偏心影响。这样就无法对构件提供自己可信的计算书。因此本工程提供的计算书均属大慨其，对安全心中无数。
五、小结
（一）1、作为一个新的砌体材料结构体系，仅采用检验性试验方法确定试件数量是远远不够的，应按研究性试验方法设计足够的砌体试件，获得这类砌体材料强度的分布规律及统计参数，建立这种砌体材料的强度计算模式。
2、在确定砌体强度模式时，要充分考虑试验方法差异、加载方式、高厚比以及砌体的破坏形态和机理等因素的影响。本试验试件不满足标准规定β=3的要求，而是β=2.54。这对这种砌体破坏形态和极限荷载有影响。
3、砌体抗压试件揭示了这种砌体与规范规定的砌块砌体在破坏形态上的一个显著差别，“L砌块在极限荷载达到70%左右时，大部分L型砌块已从拐角处裂通“，而规范规定的砌体出现这种状态为80~90%的极限荷载，说明这种砌体比普通砌块砌体的脆性破坏提前10~20%。因此在确定这种砌体抗压强度时应考虑这种破坏形态对可靠度的不利影响。
4、特别指出，在确定砌体强度时应考虑试验室和施工现场存在的较大差异对砌体强度的影响。
5、试验报告仅提供了MU10、M2.5~M10，试件300x240x610的数据，未见其它强度等级和墙厚的试验数据，而这些指标却在规程中列出了。
6、未见对这种新砌体材料强度可靠度分析的材料。
（二）1、L块组合墙比例模型墙片与该墙片中的约束构件的断面尺寸呈非相似关系，其间的差异如何考虑。
2、比例墙片中约束构件的比例与规程中的比例放宽很多，在承载力计算分析时是否考虑这种影响因素。因为这涉及到墙体竖向承载力和抗侧力的变化或调整，即从强约束到弱约束的变化或调整。因为这对这种体系也是非常重要的结构措施。
（三）1、L型组合墙结构未进行长柱条件下轴心受压、偏心受压试验研究，因此无从获得这种材料结构的承载力计算公式或计算模式，也就不可能对这类构件进行可靠度分析。
2、在1/2比例墙片上进行弹性阶段的抗压试验和计算分析不能获得长柱试验条件下的有用信息。
3、在未进行试验或获得其它相关试验数据的条件下，认为“L型砌块组合墙结构竖向承载能力很高，对结构设计不起控制作用”缺乏根据。而在规程规定的条件下大高厚比的砌块墙，在约束构件较弱的情况下，这种构件的纵向稳定要比普通砌体差。为此应开展这种砌体长柱的试验研究，以证实其可信程度。
（四）因规程计算规定缺项较多，计算时无从下手，即使计算，设计者对其安全度作不到心中有数。因此要作到更具可操作性，应补充相关计算内容。
《砌体结构设计规范》国家标准管理组
2005．3．29
苑振芳执笔
