使用焊接钢网加固带门窗开口的素砌墙体的抗剪性能

为什么更安全的砖墙很重要

世界上许多住宅、学校和小型建筑由没有内部钢筋的简单砖墙构成。这类墙造价低、施工方便，但在地震中可能非常脆弱，尤其是在窗户和门打断墙体连续性的位置。本研究探讨了一种低成本的加固方法：在普通灰泥下贴一层薄的焊接钢网——这种做法可以显著提高墙体韧性，有望在不需全面重建的情况下，帮助地震多发地区挽救生命。

地震如何破坏日常墙体

当地面震动时，砖墙会以多种方式失效。最常见的一种是从一角到另一角的对角撕裂，就像撕纸一样。门窗开口会加剧这一问题，因为它们在角部集中应力并中断墙体内力的传递。在试验和真实地震中，这些薄弱点常常首先开裂，造成砖块和砂浆破裂，有时导致局部或整体倒塌。由于许多既有建筑在设计时对地震考虑不足，找到切实可行的加固方法是一个迫切的安全问题。

为薄弱墙体设计的一种简易网套

研究人员测试了一种直接的加固方法：在墙体表面固定一层薄的焊接钢网，并用常规砂浆覆盖，类似抹灰。他们制造了十一块小比例的砖墙板——有的实墙、有的在中间留有模拟门窗的开口——并对它们施加对角荷载，以模拟地震作用下的面内受力。焊接钢网布置方案多样：直向和横向条带、对角条带、围绕开口的局部覆盖、对全墙的完全覆盖以及混合组合。每种方案都使用泥工熟悉的基本材料：空心粘土砖、普通水泥砂浆和轻型菱形格栅钢网。

试验揭示的结果

未加固且带开口的墙体表现很差：开口角部很快出现裂缝，其抗剪承载能力约为同等实心墙的一半。仅仅在表面施加一层普通砂浆（不加钢网）就能通过约束表面提高强度和刚度。然而，在该层下加入焊接钢网会带来明显更好的性能。裂缝仍然出现，但更细、更分散且出现在更高的荷载下。尤其是带对角钢网的墙体，与自然发生的对角裂缝模式配合得更好，钢网跨过裂缝并承担拉力，这是裸砖和砂浆难以胜任的。

性能最好的钢网布置

在所有布置中，最有效的是覆盖整个开口周围墙面的全幅钢网套。这种配置使极限承载力提高约28%，初始刚度约增至两倍，并且与无钢网的同类墙体相比，能量吸收能力在破坏前提高了超过一半。带对角网带的墙体，尤其是较宽的对角条，也优于直向正交条带，因为其方向更贴合破坏性对角应力的走向。更复杂的混合图案带来了一定的好处，但并没有超过简单的全覆盖对角网。值得注意的是，试验中钢网、灰泥与砖体之间的粘结保持良好，因此该系统作为一体化的表皮将开裂的砌体结合在一起。

通过计算模型观察内部行为

为将试验结果推广到有限的实验样本之外，作者建立了能再现墙体、钢网和荷载条件的详细计算模型。这些数值模拟在裂缝形成、墙体承载力以及峰值后软化行为方面与试验结果吻合良好。利用经验证的模型，团队研究了难以通过实验广泛考察的设计问题，例如增加钢网用量或改变开口尺寸如何影响性能。他们发现，约占墙体厚度0.08%的适度网比率，在强度增益和材料消耗之间提供了高效的平衡；同时较大的开口即便全包也会显著降低承载能力。

这对实际建筑意味着什么

对非专业读者而言，主要结论是：隐藏在普通抹灰下的一层薄钢网，能够显著提高带门窗的既有砖墙的抗震性能。虽然它不能将薄弱建筑转变为完全符合现代抗震标准的结构，但可以延缓裂缝出现、提高墙体可承受的荷载，并在震动中使墙体保持更长时间的完整性。该研究还突出了简便性、成本与性能之间的权衡：全幅对角覆盖效果最好，但需要更多材料与人工。总体而言，研究表明焊接钢网是一种实用且可推广的加固工具，可用于全球许多脆弱建筑，以减少未来地震中的损失与人员伤亡。

引用: Ghalla, M., Bazuhair, R.W., Mlybari, E.A. et al. Shear performance of unreinforced masonry walls with door and window openings strengthened using welded steel mesh. Sci Rep 16, 8704 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40618-z

关键词: 素砌体, 抗震加固, 焊接钢网, 带开口的砖墙, 地震工程