随着墙体材料改革的发展，普通黏土实心砖已在全国范围内禁止使用，各种新型墙体材料得意迅速发展并在工程实际中得到应用。但是使用单一的墙体材料很难实现建筑节能65%的目标，仍需采取加强保温的措施。然而目前的外墙保温体系存在诸多问题，如易脱落、寿命短、安全性差、质量难以控制等，因此，亟需开发一种集承重与保温于一体的自保温砌块。

新型墙体材料在发达国家已有五六十年的发展历史，并占据了主导地位，如法国G型空心砌块、瑞士微孔空心砖、挪威泡沫黏土砌块、德国波罗顿等，这些新型墙体材料的抗压强度高，导热系数小，节能效果好。发达国家新型墙体材料不仅尺寸规整、品相好、质量优、多功能性，而且实现了产业一体化，即生产、检测、售后服务一体化，成为了现代建筑业发展强有力的支柱。中国在20世纪80-90年代逐步开展气体材料的研究，墙体材料企业大批涌现，目前，整个行业朝着节能、环保、生产技术智能化、企业规模化、产品多样化、功能复合化的方向发展。

1 砌体材料力学分析

1.1 普通砖砌体抗压、抗剪指标

1.1.1 抗压强度

烧结普通砖、混凝土普通砖和混凝土多孔砖的标准砌体抗压试件，每组均为4件，公称截面尺寸均为：240mm×370mm，高度按高厚比β值等于3确定，烧结普通砖、混凝土普通砖标准砌体抗压试件为11皮砖，混凝土多孔砖标准砌体抗压试件为7皮砖。试验工作严格执行现行国家标准《砌体基本里力学性能试验方法标准》（GB/T50129-2011）。

根据李德超等做的标准砌体的抗压试验结果，可知：普通黏土砖抗压强度较混凝土黏土砖的抗压强度大，但砌筑成标准时间后，在标准试验方法下，砌体试件的抗压强度并不如后者的抗压强度高。多孔砖的抗压强度弱于普通黏土砖、普通混凝土砖的抗压强度，其组砌的标准试件的抗压强度明显不如后者，孔洞率对砌块、组砌试件的强度影响巨大。

表1 标准砌体抗压试验结果

砖类别	试件编号	砖强度f1/MPa	砂浆强度f2/MPa	试件抗压强度平均值fm/MPa
烧结普通砖   混凝土 普通砖     混凝土 多孔砖	HSP		9.93	8.48
	MSP	23.9	9.18	8.70
	LSP		5.80	7.19
	HTP		7.47	7.78
	MTP	21.44	6.01	8.54
	LTP		3.05	6.53
	HTD		7.47	4.84
	MTD	14.30	6.01	4.95
	LTD		3.05	3.78

1.1.2 抗剪强度

砌体的抗剪强度是砌体进行抗震验算的基本性能指标，有通缝抗剪强度和阶梯形截面抗剪强度两类。研究表明：由于实际工程中竖向灰缝的砂浆很难饱满，并且由于砂浆硬化时的收缩而大大削弱甚至完全破坏竖向灰缝和砖的粘结。因此，竖向灰缝的粘结强度可以不予考虑，砌体沿通缝截面和沿阶梯形截面的抗剪强度相等。笔者研究通缝截面抗剪强度，为实心混凝土砖在工程中的应用提供参考依据。

表2标准砌体抗剪试验结果

砖类别	试件编号	砖强度f1/MPa	砂浆强度f2/MPa	试件抗压强度平均值fm/MPa
烧结普通砖   混凝土 普通砖     混凝土 多孔砖	A1		11.17	0.50
	B1	23.92	7.63	0.35
	C1		4.45	0.25
	A2		7.95	0.47
	B2	21.44	4.34	0.31
	C2		2.14	0.18
	A3		7.95	0.49
	B3	14.30	4.34	0.34
	C3		2.14	0.19

根据李德超等的标准试件抗剪试验结果：砂浆强度对砌体抗剪强度的影响明显，在砂浆强度和砌体抗剪强度对应的描点图中，混凝土多孔砖砌体和混凝土普通砖的抗剪强度散点分布均在烧结普通砖砌体之上，表明混凝土普通砖和混凝土多孔砖砌体的抗剪强度均高于砌筑砂浆强度等级相同的烧结普通砖砌体。

1.2 页岩烧结砖砌体的抗压、抗剪指标

1.2.1 抗压强度

页岩烧结多孔砖的规格采用P型多孔砖，砖体的尺寸为240mm×115mm×90mm。根据《砌体基本力学性能试验方法标准》（GB/T50129-2011）中第3.1.1条的规定：外形尺寸为240mm×115mm×90mm的多孔砖，砌体抗压试件的截面尺寸采用240mm×370mm，允许误差为±5mm，高度按高厚比β为3-5确定。所以，抗压试件的截面尺寸设计为240mm×365mm×800mm（包括砌体顶面10密码的找平层），砌体试件尺寸的高厚比β为3.33.

根据梁辉等做的高强块体砌体抗压强度试验，从表3可知砂浆强度对于砌体抗压强度影响巨大，因此，选择合适的砂浆强度等级有利于提高页岩烧结砖砌体的抗压承载力。

表3 页岩烧结砖砌体的抗压强度

砖类别	试件编号	砖强度f1/MPa	砂浆强度f2/MPa	试件抗压强度平均值fm/MPa
页岩粉煤灰多孔砖   页岩粉煤灰砖	B1		5.5	7.55
	B2	25.9	7.22	7.98
	B3		12.15	11.5
	C	25.49	7.22	7.73

1.2.2 抗剪强度

砌体抗剪强度主要是测定通缝时砌体的强度，通缝抗剪试验试件的尺寸为290mm×240mm×365mm（即九砖砌体试件），采用M2.5、M5、M7.5、M10、四种强度等级的混合砂浆与MU15强度等级多孔砖配砌成四组试件。试验可观察到：抗剪试件的破坏呈脆性，没有明显征兆，当荷载达到极限值时，试件突然丧失承载力而破坏。破坏形态以单剪面破坏、双剪面破坏为主。参考李卫波等做的砌体抗剪试验可知：抗剪强度实测值随着砂浆强度实测值的提高而提高，这主要是因为试件破坏绝大多数是沿砂浆灰缝受剪面破坏，破坏面上嵌入多孔砖孔洞中的砂浆销键均被剪断，故可认为多孔砖通缝抗剪强度只与砂浆有关，通缝截面的抗剪能力由砂浆粘结和砂浆销键抗剪作用两部分组成，试验结果见表4.

 

 

 

表4  页岩烧结砖砌体的抗剪强度

砖类别	试件编号	砖强度f1/MPa	砂浆强度f2/MPa	试件抗压强度平均值fm/MPa
圆孔多孔砖	D1		2.57	0.29
	D2	13.05	5.58	0.39
	D3		6.18	0.46
	D4		7.97	0.51

2 影响砌体强片抗震性能的主要因素

我国发生了汶川、玉树等大地震，对人民生命财产造成了严重的破坏，震害调查结果表明：没有抗震设防的砖砌体结构在小震下，基本还能保持正常使用，主要会在女儿墙等部分出现破坏现象；当砖砌体结构处于地震高烈度区时，基本不能继续使用，甚至出现严重破坏直至倒塌破坏。由此可见，未进行抗震设防的砌体建筑物虽然具有一定的抗破坏能力，但其抗连续倒塌能力比较弱；而考虑抗震设防的砌体建筑物在地震中的表现则不同，与未考虑抗震设防的砖砌体结构相比，其平均震害程度要减轻几个等级。

砌体墙片的抗剪性能主要在剪压复合受力状态下测得，破坏形态主要有三种剪磨破坏、剪压破坏、斜压破坏。剪磨破坏：主要发生在轴压比较小、砂浆强度较低的情况。这种破坏形态大都是沿砂浆灰缝面产生通缝破坏，嵌入孔洞内的销键被剪断。其抗剪承载力V_u较低；剪压破坏：随轴压比及砂浆强度增高，产生中间砖上部侧面砖肋脱离砖体而向外突出并伴随着侧砖产生主拉应力的斜裂缝的破坏。这种破坏形态的抗剪承载能力V_u较剪磨破坏有所增大；斜压破坏：当轴压比及砂浆强度再增大以致试件所受压应力占据了主要部分，试件的破坏主要是沿砖孔方向被压坏。影响砌体墙抗震性能的主要因素有：砌块和砂浆的强度、高宽比、构造柱、竖向压应力、水平配筋、门窗洞口尺寸等。

2.1 砌块和砂浆强度对墙片抗震性能的影响

砂浆是砌块相互连接、共同受力的重要组成部分，其强度的提高直接影响砌体整体性的好坏。经前人试验可知，砂浆强度等级较低且施加在砌体上的竖向压应力较小时，竖向力的约束能力减弱，无筋砌体墙灰缝是一个薄弱层，在符合受力时，上下两部分砌体发生相对位移，导致灰缝中产生阶梯形裂缝或水平通缝。在配筋砌体墙中，砌体的破坏决定了墙体的破坏他正，它是构件的主体，因此，墙体的抗侧承载力主要由砌体强度决定。但是，在剪切破坏极限荷载时，由于已经开裂，墙体是依靠混凝土梁柱和水平钢筋的约束而共同工作，主要由裂缝间砌体咬合、摩擦及未裂区域砌体来共同抵抗水平力，其大小与多方面因素有关，如墙体高宽比、纵向配筋率、竖向压力。

2.2 高宽比对墙片抗震性能的影响

墙体高宽比λ较小时，墙体破坏特征表现为在墙体中部产生并向两队角发展的交叉斜裂缝引起的剪切破坏；随着高宽比的增加，弯矩的影响逐渐明显，墙根部分会出现水平裂缝，受拉侧纵筋应力增加较大，但极限荷载时，受拉侧纵筋并未屈服，仍属于剪切破坏；当高宽比超过一定程度后，墙体内始终未出现斜裂缝，承载力由墙底截面弯曲破坏控制。

当高宽比λ﹤1.0时，墙体发生剪切破坏；当1.0﹤λ﹤2.5时，随着墙体水平配筋率及竖向压力不同，可能发生剪切破坏，也可能发生弯曲破坏；当λ﹥2.5时，墙体发生弯曲破坏。当墙体发生弯曲破坏时，高宽比对墙底截面的极限抗弯承载力没有影响，如基本截面相同都发生了弯曲破坏。但当墙体发生剪切破坏时，高宽比对墙体的名义抗剪强度的影响非常明显。高宽比对墙内正应力和剪应力的比值，即应力状态，对剪切破坏控制的抗侧承载力的影响很大。试验表明，其他条件相同，高宽比越大，墙体的名义抗剪强度越小，墙体破坏特征随着高宽比的增加，由剪切破坏过渡到弯曲破坏。

2.3 设置构造柱芯柱对墙片抗震性能的影响

1976年中国唐山等地区发生大地震，至此以后，人们越来越重视构造柱结构体系，构造柱的优越性在于：显著提高了砌体结构的抗震性能，砌体延性得意提高；大量静力和动力试验实验表明，在墙体链接部位设置构造柱的做法，其变形能力和延性，远远超过芯柱做法。在大地震的作用下，能够作到裂而不倒，防止地震突然倒塌的作用。房屋在地震等水平荷载作用下，除产生层间剪应力外，还将产生不可忽视的弯矩作用，构造柱与圈梁所形成的弱框架体系，能有效抵抗弯矩作用，从而弥补砌体抗弯抗拉强度的不足，是砌体抗裂、抗倒塌能力得以提高。设置构造柱后，墙体的抗剪能力一般提高20%左右。高砌体抗剪强度不是在墙段两端设置构造柱的主要目的。构造柱的主要作用在于较大幅度的增大墙体变形能力，特别是在墙段发生塑性变形后的约束作用。

约束构造柱的最终破坏主要由两处，首先是由于主裂缝的发展而导致的约束构造柱根部发生45°角剪切破坏，此时钢筋屈服，剪压去的混凝土破碎；其次是构造柱顶部由于主裂缝的发展导致的柱顶几条斜裂纹的开裂和延伸。对于中间增设构造柱或芯柱的情况，整片墙相互交叉的X形主裂缝会在构造柱或芯柱中部形成斜向微裂纹，并伴随着荷载的继续增加而发展，最终导致增设构造柱或芯柱中部的剪断为破坏。

在墙片中间增设构造柱或芯柱对提高墙体延性有一定贡献，这是由于中间构造柱或芯柱限制了主裂缝的突然贯通，当中部构造柱或芯柱最终被剪断后，位移才进一步增大，约束构造柱的玉树作用才充分发挥。同时，在墙片中间设置构造柱，很大程度提高了墙片的承载力。边缘约束构造柱对宽高比始终的混凝土空心砌块墙体可起到有效约束作用，使破碎的墙体不倒塌，达到“裂而不倒”的目标。带构造柱圈梁体系的砌体墙片，其构造柱不但能较大地提高墙体的抗侧极限承载力，其损伤耗能区域分布较广达到极限变形状态时的应力发展较为充分，而且也能明显地的改善墙体的变形性能。墙体端部的构造柱和圈梁一起形成一个弱框架的约束体系，能有效地提高其变形能力。

2.4 竖向压应力对墙片抗震性能的影响

竖向压应力在一定程度上对提高墙片的抗侧承载力、约束墙片的变形贡献很大。随着竖向压应力σ增大，竖向压应力会对砌体在竖向上产生约束作用，墙趾水平裂缝推迟出现，且极限荷载时，水平裂缝看度较窄、长度较小，受压区高度加大，纵筋拉力较低，墙体的破坏形态由弯曲破坏想剪切破坏转变，墙体名义剪切强度逐步增大，但增加到墙体发生斜压破坏时，名义剪切强度反而逐渐降低。随着水平裂缝的发展，墙体破坏，抗侧承载力不再随竖向压应力的增加而变大。

2.5  水平配筋对墙片抗震性能的影响

点焊式配制钢筋网增强了砂浆和砌块的相互粘结力，促进了两者的整体工作性能，在6度以下抗震构造设防时可提高砌体的抗压强度，弥补多层房屋砌体抗压强度不足，有效的约束多层房屋的连续倒塌破坏；钢筋网还能够提高砌体的抗侧承载能力，在抗震地区时抵抗一定的水平地震作用和耗散地震能量，其锚固性能比绑扎钢筋网要好。垂直墙衣截面的钢筋网片面积与截面面积之比就是墙体水平配筋率

ρ_sv=A_v/Ht_w。

试验表明，水平配筋对墙体的抗侧承载力由提高作用，墙衣开裂前钢筋应力都很小，但在开裂后钢筋应力迅速增大，随着墙片裂缝的扩展，钢筋的应变增加，钢筋对侧向承载力的贡献也越来越大。对剪切破坏墙体承载力的提高主要是通过对斜裂缝的约束来实现，对弯曲破坏墙体承载力的提高主要是通过对受压区抗压能力的增强来实现。当水平配筋增大到一定量时，墙体的抗剪承载力将超过抗弯承载力，这时，墙体也将由剪切破坏转变为弯曲破坏。目前的的试验资料由于变量范围较小，为发现这类对比试件。物水平配筋墙弯曲破坏时表现为极限荷载时纵筋已屈服，表现为弯曲破坏，破坏时却出现剪切破坏特征，在墙中出现斜向主裂缝。

2.6 门窗洞口对墙片抗震性能的影响

洞口位置和洞口的大小，对墙片抗侧刚度有很大影响。洞口位置越居中，抗侧刚度越小 ，墙片上的孔洞位置，对整个墙片的抗侧刚度的影响成二次曲线变化。当洞口位于墙片两端时，抗侧刚度最大，随着洞口向墙片中间移动，抗侧刚度逐渐降低，当位于墙片中间时，达最低抗侧刚度值；洞口的大小影响墙体的破坏形态，进而影响其抗侧刚度计算。洞口越大，墙体所受拉（压）应力越大，墙体整体刚度越低，对承载能力不利，但相应变形量增大，开洞生态复合墙体的延性要好于不开洞的墙体。洞口角部区域易出现应力集中现象，应予以加强，在开洞墙体洞口周围处加设水平筋，是一种可以提高墙体抵抗地震能力的有效方法。

3 结论

页岩烧结砖相比于普通砌块，在热工性能方面有很好的保温隔热，其抗压、抗剪强度由于多孔洞、制作工艺等因素弱于后者。因此，采用页岩烧结自保温砖时，通过设置水平拉结带、纵向钢筋等提高砌体的抗震性能。

经对比分析可知，砌体强片在施加竖向压应力后，其抗侧承载力提高了；尤其控制开洞尺寸和位置对墙体的影响，采用在洞口上方加过梁、水平钢筋等措施弥补洞口对墙体整体性的削弱。

在设计砌体结构时，应严格控制墙体的高宽比，应在网通端部设置构造柱，当墙段过长时在中部加构造柱或芯柱，与圈梁的链接形成弱框架体系，改善墙体的工作性能。

---作者：祁豪  吴健  西安建筑科技大学土木工程学院

         浮光明 权宗刚  西安墙体材料研究设计院