CN114412054B - 高叠合砌块设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高叠合砌块设计方法，该法选择几何图形单体，用“三翻法”扩展成准母体，再经适当演变而成。其中，高叠合砌块不设直通的横肋，其端部设有增力构造；砌块中：第二部分和第三部分在中心线两侧对称；第一对称体和第二对称体在左叠合线两侧对称；第三对称体和第四对称体在右叠合线两侧对称；第一对称体和第四对称体在中心线两侧对称；第二对称体和第三对称体在中心线两侧对称；第一对称体和第三对称体相等，第二对称体和第四对称体相等。所得产品既能提高砌体力学性能又能解决墙体节能问题，而且便于工业化大规模生产，砌筑后混凝土实体高度叠合并且能大幅拓宽现有混凝土砌块应用范围，它可广泛适用于各种建筑及其结构等。

Description

高叠合砌块设计方法

技术领域

本发明属建筑砌块领域，尤其涉及一种高叠合砌块设计方法。

背景技术

混凝土砌块生产技术成熟，生产效率高，可就地取材，且能大量消纳工业废渣和建筑废弃物，有良好的力学性能和耐候性能，是一种节能利废、环境友好型的墙体材料。但由于设计不合理，这种墙体材料的作用未能很好地发挥。尤其让人遗憾的是，人们对混凝土砌块的叠合度一直未予重视，造成砌体质量受到较大影响，也使混凝土砌块的用途受到限制，未能物尽其用，是对资源的一种浪费。

砌块“叠合”和“叠合度”定义如下：不考虑砌块锥度(即以砌块上、下砌面的壁、肋厚度的平均值，作为砌块的壁、肋厚度)，砌块砌筑后，某个砌块下砌面的混凝土能被下一层砌块的上砌面的混凝土承托而不悬空，即为“叠合”；而砌块整个砌面被“叠合”的混凝土的面积与整个砌面的混凝土的面积的百分比，即为“叠合度”。目前最常见的双排四孔混凝土砌块，外观为直角六面体，中部横肋错开设置，这种砌块正常砌筑时，其端部及中部的横肋都无法与上下层砌块的混凝土实体叠合，砌块的叠合度只有70％～75％，理论上，这种砌块砌体的抗压能力、抗拉能力及抗剪能力只能达到理想状态的70％～75％，抗震能力也严重下降，所以砌体的质量受到很大影响，是对资源的严重浪费。其它砌块的叠合度未必如此，但只要人们没有意识到这个问题，不设法去解决它，那么问题就一直存在，宝贵的资源就会在不知不觉中被浪费。

混凝土的导热系数大，单纯的混凝土砌块无法满足建筑节能的要求，而各种保温材料强度低、抗渗抗裂性能差，无法作为单一的墙体材料使用，于是有了复合保温砌块。这时，人们考虑的多是砌块的强度而非砌体的强度，砌块和砌体的结构性能未被综合考虑，砌块的叠合度难以保证，为断开热桥，甚至不惜牺牲砌块的结构稳定性。比如，中国专利申请“芯核发泡混凝土自保温断桥砌块”(专利申请号200920014337.2公告日20100303)的保温砌块，虽阻断了热桥，但条状聚苯板将砌块的两个端板从上至下隔断，降低了砌块的坚固性，使砌块在生产、运输、砌筑时容易损坏，还降低了墙体的安全性。为了提高砌块的热工性能，有的砌块做得很复杂，忽略了生产的可行性和便利性。比如，中国专利“一种装配式自保温再生混凝土砌块墙体”的保温砌块，存在以下不足：

1)砌块纵向的混凝土壁板层数太多(六层)，按生产实际和标准要求的砌块壁、肋最小厚度20mm计，即达120mm，再加四层空气层约40mm，共约160mm，南方常用砌块多为190mm厚，用于填充保温材料的孔洞厚度只有30mm，即使是240mm厚砌块，用于填充保温材料的孔洞厚度也只有80mm，按该砌块的结构形式，两端部及中部仍存在热桥，保温隔热效果受到很大影响，即使在南方也很难满足建筑节能要求。而为了能满足建筑节能要求，就必须增加填充保温材料的孔洞厚度，也就是要增加砌块的总厚度，这又减少了建筑的使用面积，是对资源更大的浪费。

2)混凝土壁板层数太多，混凝土占比大，浪费材料，增加墙体重量。

3)混凝土壁板层数太多，生产时脱模阻力大，能耗高，生产难度大，成品率低，缩短成型设备的使用寿命。

4)用于装配式墙体时，砌体长度只有1560mm，然后在砌体四周设左右边柱和上下边梁；组成实际墙体时，边柱数量多，这些边柱就是热桥，对整体热工性能十分不利。

此外，目前的复合保温砌块有一个共性：承重和保温难以兼顾。因此，传统的复合保温砌块都不用于承重墙体。究其原因：一是砌块的叠合度低，二是砌块结构不合理。叠合度低，导致墙体结构性能下降，这可通过增厚砌块的壁、肋来弥补，但是，填充保温材料的空间就会被挤占，砌块的热工性能难以保证。其砌块结构不合理，主要是为了断开直通的热桥，导致砌块结构的整体性和坚固性受到严重的影响，使得本来就受低叠合度影响的砌体的结构性能进一步被削弱，更不适合承重。即使是混凝土空心砌块，低叠合度导致的缺陷，也制约了其在承重墙体的应用。

2021年5月25日，住建部、科技部、工信部等十五部门联合印发《关于加强县城绿色低碳建设的意见》，意见规定“县城新建住宅以6层为主，6层及以下住宅建筑面积占比应不低于70％”，由此可见，我国多层和低层住宅的需求量将十分巨大。而多层和低层建筑，正适宜以砌块砌体作为承重墙体。同时我国县城及以下区域又是建筑节能最难落实的区域。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构合理、性能优异的高叠合砌块计方法，所得砌块产品既能提高砌体的力学性能又能解决墙体节能问题，而且便于工业化大规模生产，砌筑后上、下层砌块的混凝土实体高度叠合并且能大幅拓宽现有混凝土砌块应用范围，它可广泛适用于非承重结构、多层和低层建筑的承重结构、剪力墙、装配式建筑等。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

高叠合砌块的设计方法，其中高叠合砌块，由前壁板、后壁板、封闭肋、左开放肋、右开放肋、连系肋等组成，内有多个上下通透的空腔，水平砌筑后砌块的左开放肋与相邻砌块的右开放肋组成闭合的上下通透空腔，其六个面分别为前大面、后大面、左端面、右端面、上砌面、下砌面，六个面围成的空间为直角六面体；砌块不设直通的横肋，其端部设有增力构造；砌块中：第二部分和第三部分在中心线两侧对称；第一对称体和第二对称体在左叠合线两侧对称；第三对称体和第四对称体在右叠合线两侧对称；第一对称体和第四对称体在中心线两侧对称；第二对称体和第三对称体在中心线两侧对称；第一对称体和第三对称体相等，第二对称体和第四对称体相等；该方法按以下步骤进行操作：

S1.选择几何图形单体，用“三翻法”扩展成准母体：将所选的单体1从左至右翻转180°得到单体2，将单体2从左至右翻转180°得到单体3，将单体3从左至右翻转180°得到单体4，单体1、单体2、单体3、单体4合并得到砌块准母体；

S2从准母体中选择具有结构可靠性和生产便利性又没有直通横肋的，作为砌块母体；

S3.赋予砌块母体合适的尺寸：砌块母体的长度L₀应满足建筑模数要求，对于常规砌筑砌块L₀＝400mm，用于工厂化制作的装配式墙体砌块可取L₀＝600mm；以实际砌块所需的宽度作为砌块母体的宽度，以实际砌块合理的壁、肋厚度作为砌块母体的壁、肋厚度，同时要保证砌块母体端面所涉及的混凝土实体有合理的厚度；

S4.确定砌块的长度L：等于母体的长度L₀减去竖向灰缝的厚度δ，将砌块母体两端同时切去0.5δ，然后再将砌块母体两端横向的混凝土实体的厚度往砌块母体的中部加厚0.5δ使其恢复到切去前的厚度；经过这一演变的母体成为砌块过渡体；

S5.设置增力构造：检查经上述步骤所得的砌块过渡体的端面横向的混凝土实体的宽度是否满足设置增力构造的要求，窄则加宽，宽则缩窄；“榫头-榫槽构造”的设置：对于宽度不大于240mm的过渡体，在过渡体的端部设置二副榫头-榫槽，的二个榫头设置于过渡体的一个端部，一个靠近前大面另一个靠近后大面；二个榫槽设置于过渡体的另一个端部，一个靠近前大面另一个靠近后大面；榫头的宽部与其所在端面平齐而窄部凸出其所在端面，榫槽的宽部与其所在端面平齐而窄部凹进其所在端面；榫头、榫槽相互匹配；调整端部榫槽处混凝土实体厚度至原有厚度；对于宽度大于240mm的过渡体，榫头-榫槽的数量可根据实际需要确定；“卡头-卡槽构造”的设置：对于宽度不大于240mm的过渡体，过渡体的端部设置二副卡头-卡槽，过渡体的前壁板和后壁板同时在长度方向上同向挪动相同的距离；前壁板和后壁板伸出端面的部分各自形成一个外凸块，砌块过渡体另一端因壁板的挪移形成凹槽；该凹槽使其所在部位成为薄弱环节，为此，应把该薄弱环节的厚度补足至原有的厚度；外凸块的内侧经设置坡度后成为截面为直角梯形的卡头；将凹槽往其所在端面的中部适度扩展，扩展后的凹槽再经设置与卡头相同的坡度后即成为截面为直角梯形的卡槽；卡头与卡槽相互匹配；对于宽度大于240mm的过渡体，卡头-卡槽的数量可根据实际需要确定；

S6.设倒角：检查设置增力构造后的砌块过渡体，如果混凝土实体之间存在较小的夹角不便于生产，则应将该夹角倒成圆角；若因倒圆角导致过渡体端部混凝土实体最薄弱处的厚度大于原定厚度，则重新调整使该最薄弱处的厚度恢复到原厚度；

砌块过渡体经过步骤S5和S6后，再根据生产的实际需要设置壁、肋的锥度，设定高度，还原为三维的实体，成为高叠合砌块。

上述高叠合砌块的设计方法，还可包括以下步骤：

S7.设置水平埋筋槽：砌块的前壁板在上砌面上沿长度方向通长设置一条倾向砌块内部的凸起，该凸起与前壁板构成前Y形凸起；砌块的后壁板在上砌面上沿长度方向通长设置一条倾向砌块内部的凸起，该凸起与后壁板构成后Y形凸起；前Y形凸起上通长设置前水平埋筋槽,后Y形凸起上通长设置后水平埋筋槽。

S8.设置竖向穿筋孔：针对叠合中心有混凝土实体的砌块，以该砌块的叠合中心为中心设置二个上下通透的竖向穿筋孔。

S9.设置定位构造

凸台-凹坑构造：在砌块的一个砌面设置至少二个定位凹坑，另一砌面设置有与定位凹坑相同数量的定位凸台，定位凹坑和定位凸台分别处于穿筋孔的两端并且相互匹配；

凸块-缺口构造：定位凸块至少四个，凸出设置于砌块的同一砌面，其中二个与该砌面的前壁板连为一体，其中二个与该砌面的后壁板连为一体，所有定位凸块的横向中心线垂直投影于其所在砌面时，则它们的投影与该砌块的叠合线重合；定位缺口的数量和定位凸块的数量相同，处于砌块的另一砌面；定位凸块和定位缺口相互匹配；

S10.设置连通孔：在砌块的下砌面，为封闭肋和开放肋设置连通孔。

S11.设置管线槽：管线槽设置于砌块的下砌面，紧贴前壁板内侧或后壁板内侧，并与长度方向平行；若砌块的上砌面不设横向埋筋槽，则管线槽亦可设置在上砌面紧贴前壁板内侧或后壁板内侧；若砌块不设竖向穿筋孔，则管线槽亦可在砌块的上砌面或下砌面沿砌块的横向中心线设置。

S12.设置装饰层：在砌块的壁板的外侧设置装饰层。

S13.设置保温材料填充体：在砌块的空腔内以及开放肋与端面界定的空间内放置保温材料填充体，或者开放肋与端面界定的空间留空，砌筑时再放入保温材料填充体。

S14.设置附加壁板：在砌块的一个壁板的外侧设一层附加壁板，附加壁板通过横肋与原砌块的壁板连接为一个整体，附加壁板与原砌块壁板之间形成附加空腔。

S17.当要求砌块的厚度很厚时，进行叠加设计：将二个或多个长度和高度均相同的砌块，按“保持正常的壁/肋厚度，删繁就简，保持砌块的共性，若设竖向穿筋孔优选设在叠合线上”的叠加设计原则，在宽度方向上叠加、演化成新的砌块。

针对目前砌块及其设计存在的问题，发明人设计了一种高叠合砌块，由前壁板、后壁板、封闭肋、左开放肋、右开放肋、连系肋等组成，砌块不设直通的横肋，其端部设有增力构造；砌块中：第二部分和第三部分在中心线两侧对称；第一对称体和第二对称体在左叠合线两侧对称；第三对称体和第四对称体在右叠合线两侧对称；第一对称体和第四对称体在中心线两侧对称；第二对称体和第三对称体在中心线两侧对称；第一对称体和第三对称体相等，第二对称体和第四对称体相等。据此，还建立了相应设计方法，该法选择几何图形单体，用“三翻法”扩展成准母体，再经适当演变而成。

应用本发明高叠合砌块砌筑后上、下层砌块的混凝土实体相互叠合度90％以上，无需增加成本、材料用量和生产能耗的情况下，有效提高墙体的抗压能力、抗拉能力、抗剪能力、抗裂能力，使墙体的抗震能力和结构安全性明显增强。还可通过选择性地设置横向埋筋槽、竖向穿筋孔、定位构造、连通孔、管线槽、保温材料填充体、装饰层、附加壁板、叠加设计，满足各种规格和用途的要求，可用于常规墙体，还可用于干垒墙体、保温墙体、多层建筑和低层建筑的承重墙体、剪力墙、装配式墙板、装配式墙体。总之，本发明高叠合砌块产品对节约资源、节能减排有重要意义，其相应设计方法能指导设计出更多性能优异的高叠合砌块。

附图说明

图1是一种本发明砌块的结构示意图。

图2是双排四孔的常规砌块的叠合示意图。

图3是本发明的一种砌块母体的叠合示意图。

图4是一种本发明砌块的叠合示意图，图中：4a是上、下层砌块未砌筑在一起的情况；4b是4a所示的砌块砌筑后的叠合情况。

图5是砌块母体的叠合原理图。

图6是砌块母体生成原理图，图中：6a是“三翻”法生成砌块母体的原理图；6b是另一种“三翻”法生成砌块母体的原理图。

图7是确定本发明砌块有效长度L的示意图。

图8是本发明砌块增力构造设置的示意图，图中：8a是砌块过渡体端部混凝土实体加宽示意图；8b1是一种砌块过渡体的榫头、榫槽设置示意图；8b2是另一种砌块过渡体的榫头、榫槽设置示意图；8c是卡头、卡槽设置示意图。

图9是设有横向埋筋槽的本发明砌块的示意图，图中：9a是砌块的俯视图(上砌面朝上)；9b是9a的A-A剖面图。

图10是设有竖向穿筋孔的本发明砌块的示意图，图中：10a是砌块的立体示意图；10b是10a所示砌块的俯视图。

图11是设有定位构造的本发明砌块的示意图，图中：11a是一种定位构造砌块的俯视图(上砌面朝上)，11b是11a的B-B剖面图；11c是另一种定位构造砌块的立体示意图，11d是11c所示砌块的俯视图。

图12是设有管线槽和连通孔的本发明砌块的示意图，图中：12a是设有管线槽和连通孔的砌块下砌面朝上的立体示意图，12b是12a所示砌块的俯视图；12c是一种管线槽设置在上砌面的砌块的立体示意图(上砌面朝上)，12d为12c的俯视图。

图13是设有装饰层和保温材料填充体的本发明砌块示意图。

图14是设有附加壁板的本发明砌块示意图，图中：14a一种设有附加壁板的砌块，14b是另一种设有附加壁板的砌块。

图15是本发明砌块共性展示图，图中：15a是砌块第二部分和第三部分的关系展示图，15b是砌块各对称体之间的关系展示图。

图16是本发明砌块的叠加演变示意图，图中：16a为待叠加的二个砌块示意图，16b～16i分别是16a所示二个砌块叠加后的演变示意图。

图1至图16中：Bn-不满足要求的宽度；By-满足要求的宽度；L-砌块的长度(或有效长度)；L₀-砌块母体的长度；δ-竖向灰缝厚度；α-肋的厚度；θ-坡度；

1-砌块母体；

1.1壁板；1.11-前壁板；1.12-后壁板；1.2-封闭肋；1.3-开放肋；1.31-左开放肋；1.32-右开放肋；1.41-前大面；1.42-后大面；1.51-左端面；1.52-右端面；1.61-上砌面；1.62-下砌面；

2-本发明的砌块；2g-本发明砌块的过渡体；

2.1-壁板；2.11-前壁板；2.12-后壁板；2.2-封闭肋；2.3-开放肋；2.31-左开放肋；2.32-右开放肋；2.41-前大面；2.42-后大面；2.5-端面；2.51-左端面；2.52-右端面；2.61-上砌面；2.62-下砌面；2.7-Y形凸起；2.71-前Y形凸起；2.72-后Y形凸起；2.8-水平埋筋槽；2.81-前水平埋筋槽,2.82-后水平埋筋槽；2.9-连系肋；2.91横向连系肋；2.911-中部横向连系肋；2.912-左横向连系肋；2.913-右横向连系肋；2.92纵向连系肋；

3-常规砌块；

3.41-常规砌块前大面；3.91-常规砌块端部横肋；3.92-常规砌块内部横肋；

4-管线槽；5.11-中心线；5.12-中心；5.21-叠合线；5.211-左叠合线；5.212-右叠合线；5.22-叠合中心；5.3-横向中心线；5.4-对称边界线；5.41-第一对称边界线；5.42-第二对称边界线；5.43-第三对称边界线；5.44-第四对称边界线；6-竖向穿筋孔；7.1-定位凸台；7.2-定位凹坑；7.3-定位凸块；7.4-定位缺口；8.1-榫头；8.2-榫槽；8.3-卡头；8.4-卡槽；9-连通孔；10-不叠合部分；11-倒角；12-保温材料填充体；13-装饰层；14-附加壁板；15-横肋；16-附加空腔；16.1-方形附加空腔；16.2-C形附加空腔。17-对称体；17.1-第一对称体；17.2-第二对称体；17.3-第三对称体；17.4-第四对称体；18-本发明砌块各部分；18.1-第一部分；18.2-第二部分18.3-第三部分；18.4-第四部分。

具体实施方式

一、有关定义和说明

为便于描述本发明，就有关定义和说明阐释如下：

1、砌块母体和准母体：一种虚拟的、叠合度100％的砌块，平行于砌面的所有截面都相等；由前壁板、后壁板、封闭肋、左开放肋、右开放肋(或者还含连系肋)组成，内有多个上下通透的空腔，水平垒砌后砌块母体的左开放肋与相邻砌块母体的右开放肋组成闭合的上下通透空腔，其六个面分别为前大面、后大面、左端面、右端面、上砌面、下砌面，六个面围成的空间为直角六面体。本发明对砌块母体要求如下：结构可靠、生产便利、无直通横肋。所谓“生产便利”，意指具有与该母体相同构造的砌块便于生产。按要求筛选后的才是本发明所需的砌块母体，未经这一要求筛选的称为准母体。

下文的砌块母体，多数情况下只是借用它的一个截面——一个平行于砌面的截面，来描述本发明的设计思路。

2、关于本发明砌块的特别说明：真实的本发明砌块，其上砌面的壁、肋厚度大于下砌面的壁、肋厚度，上、下厚度的差值称为锥度；本发明在描述由砌块母体演化成本发明砌块的过程中，不涉及砌块的高度和锥度，常以一个二维的平行于砌块砌面的抽象截面来代表该三维的砌块。下文提到的本发明砌块的中心线、中心、叠合线、叠合中心、横向中心线、对称边界线、对称体、端面，都是对于这一抽象截面而言的。

3、高叠合砌块：叠合度不低于90％的砌块。

4、砌块母体长度L₀：等于砌块母体的左端面、右端面之间的距离，取值符合建筑模数，优选400mm和600mm。常规砌筑砌块，优选L₀＝400mm；装配式墙体砌块，优选L₀＝600mm。

5、本发明砌块的有效长度L：等于砌块母体的长度L₀与竖向灰缝厚度δ之差，即L＝L₀－δ。通俗地理解为：一种砌块砌筑后，水平方向上相邻的两个砌块的中心点的距离减去竖向灰缝厚度δ所得的值，就是该种砌块的有效长度。对于直角六面体砌块，砌块的总长度等于有效长度，但对于端部相互嵌入的砌块，砌块的总长度大于有效长度。

6、过渡体：从砌块母体演化到本发明砌块的过程中出现的中间体。

7、砌块母体各部分划分：

1)从左至右分：将砌块母体沿长度方向四等分，从左至右分别为第一部分、第二部分、第三部分、第四部分；第一部分与第二部分合称为左部分，第三部分与第四部分合称为右部分。

2)前、后分：在宽度方向上以垂直于砌面的平面将砌块母体平分为二等份，前大面所在部分为前部分，后大面所在部分为后部分。

8、砌块母体、过渡体和本发明砌块的标志线

1)中心线：砌块母体的第二部分和第三部分分界线为砌块母体中心线(也称竖向中心线)，“砌块过渡体/本发明砌块”以砌块母体中心线为中心线。

2)叠合线：砌块母体第一部分和第二部分分界线为砌块母体左叠合线，砌块母体第三部分和第四部分分界线为砌块母体右叠合线，左叠合线与右叠合线合称为叠合线；砌块母体无缝垒砌时，某个砌块母体的左叠合线与其上层或下层的相邻砌块母体的右叠合线重合，而其右叠合线则与其上层或下层的相邻砌块母体的左叠合线重合；砌块母体叠合线到砌块母体中心线的距离为L₀/4。“砌块过渡体/本发明砌块”以砌块母体的叠合线为叠合线。

3)横向中心线：砌块母体前部分和后部分的分界线为砌块母体横向中心线。“砌块过渡体/本发明砌块”以砌块母体横向中心线为横向中心线。

4)本发明砌块的对称边界线：砌块过渡体因在端部设置榫槽或卡槽，导致榫槽或卡槽所在部位的混凝土实体厚度减少，形成薄弱环节，将该薄弱环节的厚度补足至原有的厚度，这一补足行为导致端部的混凝土实体的内边界线向砌块中心线移动，移动后的端部混凝土实体的内边界线，延伸至砌块的两个大面所得的直线段称为本发明砌块的对称边界线。以该对称边界线为实像，以中心线为镜，在砌块的另一端得到一个对称的镜像，这个对称的镜像是本发明砌块的另一条对称边界线。以这二条对称边界线为实像，以各自临近的叠合线为镜，则在砌块左叠合线的右侧得到一个对称的镜像，在砌块右叠合线的左侧也得到一个对称的镜像，这二个镜像是本发明砌块的另二条对称边界线。四条对称边界线从左至右分别称为：第一对称边界线、第二对称边界线、第三对称边界线、第四对称边界线。

9、砌块母体、过渡体和本发明砌块的标志点

1)中心：中心线的中点。

2)叠合中心：叠合线的中点为叠合中心，分左叠合中心和右叠合中心。

10、端面

砌块母体的端面：即砌块母体的左端面和右端面的合称，左端面与右端面的距离为L₀。

“砌块过渡体/本发明砌块”的端面：垂直于“砌块过渡体/本发明砌块”的砌面和大面且与中心线的距离等于(L₀/2－δ/2)的平面，并且是被“砌块过渡体/本发明砌块”的两个砌面和两个大面共同界定的平面。

11、榫头和榫槽的宽部、窄部：榫头和榫槽的截面均为等腰梯形，宽部为梯形底边所在的一端，窄部为梯形顶边所在的一端。

12、“砌块过渡体/本发明砌块”各部分划分

从左至右为：第一部分——左叠合线以左区域；第二部分——左叠合线和中心线之间的区域；第三部分——中心线和右叠合线之间的区域；第四部分——右叠合线以右区域。

13、本发明砌块的对称体：第一对称边界线与左叠合线之间的区域为第一对称体(包含该区域内的混凝土实体和空腔，下同)，左叠合线与第二对称边界线之间的区域为第二对称体；第三对称边界线与右叠合线之间的区域为第三对称体；右叠合线与第四对称边界线之间的区域为第四对称体。

14、两部分相等：指砌块母体、本发明砌块或砌块过渡体的某两部分在平行于砌面的同一截面上的几何形状全等，用符号“≡”表示。

15、关于上、下、前、后、左、右位置的说明：砌块的上砌面是砌筑时应当朝上的砌面，下砌面同理，不因放置位置或观察者视角的变化而变化；而前、后、左、右则跟砌块与观察者的相对位置有关，离观察者近的称前，远的称后，居左称左，居右称右。

16、特性遗传说明：“母体-过渡体-本发明砌块”的演化过程中，过渡体和本发明砌块的中心线、横向中心线、叠合线、中心、叠合中心的特性均与母体的保持一致。

二、高叠合砌块设计原理

为保证本发明砌块高度叠合，本发明选用结构合理、叠合度100％的砌块母体，经实用化演变成为本发明砌块。

将若干个相同的砌块母体上、下层错开半砖(0.5L₀)紧密堆砌，将其中某个砌块母体A的第一至第四部分分别标记为A1、A2、A3、A4，砌块母体A跨骑下一层的两个砌块母体B和C，同理，它们的各部分分别标记为B1、B2、B3、B4和C1、C2、C3、C4。这时，砌块母体上下层各部分的对正关系为：A1对正B3、A2对正B4、A3对正C1、A4对正C2。可见，此时要使砌块母体100％叠合，则必须使：A1与B3完全叠合、A2与B4完全叠合、A3与C1完全叠合、A4与C2完全叠合。而不同的两部分能完全叠合的充分必要条件是：该两部分相等；即：A1≡B3、A2≡B4、A3≡C1、A4≡C2。

砌块母体A、B、C相同，所以：B3≡A3，B4≡A4，C1≡A1，C2≡A2。

由此可得：A1≡A3、A2≡A4。

所以得结论：“砌块母体100％叠合的充分必要条件是：第一部分与第三部分相等，第二部分与第四部分相等”。

结构均衡，将使体系运行更加平稳而高效。所以，为了最大限度地发挥砌块中混凝土的效能，应尽量使砌块母体的结构均衡，也就是说，最好能使砌块母体既在竖向中心线两侧对称，又在横向中心线两侧对称，或者说：最好能使砌块母体的左、右两部分互为镜像，前、后两部分互为镜像。但考虑到某些墙体对构造的特殊要求，本发明不将“前、后两部分互为镜像”作为本发明砌块的必备条件，这不会降低本发明砌块的叠合度。

从砌块母体的左、右两部分互为镜像，可得：A1、A4互为镜像，A2、A3互为镜像。

结合上面的“A1≡A3、A2≡A4”，可得以下结论：A1与A2互为镜像，A2与A3互为镜像，A3与A4互为镜像。由此，也可以把本发明的砌块母体看作是由单体A1向右翻转180⁰得到A2,A2向右翻转180⁰得到A3,A3向右翻转180⁰得到A4，由A1、A2、A3、A4组成本发明的砌块母体。本发明把这种将一个单体扩展为一个砌块母体的方法形象地称为“三翻法”。如果将一个左右对称的图形，作为一个单元，那么可以将它理解为已经过“一翻”处理得到的中间体，这时，将此中间体整体再“翻”一次即可得到一个母体。

如果将某个单体“三翻”后得到的母体不满意，不妨多翻一次，看看能否从中截取满意的母体。

这样得到的砌块母体，仍需筛选。从中选择具有结构可靠性和生产便利性但没有直通横肋的砌块母体，才是本发明所需的母体，才适合用来演化本发明砌块。

演化过程如下：

首先，赋予母体合理的的壁、肋厚度；

然后，确定本发明砌块的有效长度L，L＝L₀－δ，将母体的两端面都向内缩进0.5δ。这时，母体变成了过渡体。

母体和本发明砌块没有直通横肋，砌筑后端面的粘结面积减少，粘结力受损，作为弥补，本发明砌块设置了能增加砌块端面咬合力的构造(下称增力构造)，比如：榫头-榫槽构造、卡头-卡槽构造。增力构造还能提高砌筑的精准度。设置增力构造前，先看过渡体端部的混凝土实体宽度(此尺寸的方向与过渡体的宽度方向一致，故以宽度称呼)是否满足设置的要求，若不满足则加宽这部分混凝土实体的宽度。榫头-榫槽设置：对于宽度不大于240mm的过渡体，在过渡体的端部设置二副榫头-榫槽，二个榫头设置于过渡体的一个端部，一个靠近前大面另一个靠近后大面；二个榫槽设置于过渡体的另一个端部，一个靠近前大面另一个靠近后大面；榫头的宽部与其所在端面平齐而窄部凸出其所在端面，榫槽的宽部与其所在端面平齐而窄部凹进其所在端面；榫头、榫槽相互匹配；对于宽度大于240mm的过渡体，榫头-榫槽的数量可根据实际需要确定；砌块过渡体按要求设置榫头、榫槽之后(如有必要还设置倒角)，调整端部榫槽处混凝土实体厚度至原有厚度，再根据生产的实际需要设置壁、肋的锥度，设定高度，还原为三维的实体，即成为本发明砌块的一种。卡头-卡槽的设置：对于宽度不大于240mm的过渡体，过渡体的端部设置二副卡头-卡槽，过渡体的前壁板和后壁板同时在长度方向上同向挪动(即前壁板和后壁板作为一个整体，砌块过渡体除去前壁板和后壁板之后作为另一个整体，这两个整体沿长度方向产生相对的位移)相同的距离，一般为10mm～20mm；前壁板和后壁板伸出端面的部分各自形成一个外凸块，砌块过渡体另一端因壁板的挪移形成凹槽。该凹槽使其所在部位成为薄弱环节，为此，应把该薄弱环节的厚度补足至原有的厚度。外凸块的内侧经设置坡度后成为截面为直角梯形的卡头，优选坡度不大于45°；将凹槽往其所在端面的中部适度扩展(常规砌筑优选3mm～10mm，干垒优选0mm～5mm)，扩展后的凹槽再经设置与卡头相同的坡度后即成为截面为直角梯形的卡槽；卡头与卡槽相互匹配；对于宽度大于240mm的过渡体，卡头-卡槽的数量可根据实际需要确定；砌块过渡体按要求设置卡头、卡槽之后(包含补足端部因设置卡槽而出现的薄弱处的厚度，如有必要还设置倒角)，再根据生产实际需要设置壁、肋的锥度，设定高度，还原为三维的实体，即成为本发明砌块的一种。

从本发明砌块形成可知，本发明高叠合砌块有如下共性：1)第二部分和第三部分在中心线两侧对称；2)第一对称体和第二对称体在左叠合线两侧对称；3)第三对称体和第四对称体在右叠合线两侧对称；4)第一对称体和第四对称体在中心线两侧对称；5)第二对称体和第三对称体在中心线两侧对称；6)第一对称体和第三对称体相等；7)第二对称体和第四对称体相等。

三、高叠合砌块设计方法

前述展示了本发明砌块的形成过程，基于此，本发明砌块的设计方法归纳为如下步骤：

S1.选择几何图形单体，用“三翻法”扩展成准母体：将所选的单体1从左至右翻转180°得到单体2，将单体2从左至右翻转180°得到单体3，将单体3从左至右翻转180°得到单体4，单体1、单体2、单体3、单体4合并得到砌块准母体；

S2.从准母体中选择具有结构可靠性和生产便利性又没有直通横肋的，作为砌块母体；

S3.赋予砌块母体合适的尺寸：砌块母体的长度L₀应满足建筑模数要求，优选400mm和600mm；常规砌筑砌块，优选L₀＝400mm；装配式墙体砌块，优选L₀＝600mm；以实际砌块所需的宽度作为砌块母体的宽度，以实际砌块合理的壁、肋厚度作为砌块母体的壁、肋厚度，同时保证砌块母体端面所涉及的混凝土实体有合理的厚度；

S4.确定本发明砌块的长度L：等于母体的长度L₀减去竖向灰缝的厚度δ，即：L＝L₀－δ；具体是将母体的两端面同时向内缩进0.5δ，并保持母体原有的壁、肋厚度；

S5.设置增力构造：增力构造包括但不限于“榫头-榫槽构造”和“卡头-卡槽构造”；检查经上述步骤所得的砌块过渡体的端面横向的混凝土实体的宽度是否满足设置增力构造的要求，窄则加宽，宽则缩窄；“榫头-榫槽构造”的设置：对于宽度不大于240mm的过渡体，在过渡体的端部设置二副榫头-榫槽，二个榫头设置于过渡体的一个端部，一个靠近前大面另一个靠近后大面，这二者前后对称布置；二个榫槽设置于过渡体的另一个端部，一个靠近前大面另一个靠近后大面；榫头的宽部与其所在端面平齐而窄部凸出其所在端面，榫槽的宽部与其所在端面平齐而窄部凹进其所在端面；榫头、榫槽相互匹配；调整端部榫槽处混凝土实体厚度至原有厚度；对于宽度大于240mm的过渡体，榫头-榫槽的数量可根据实际需要确定。“卡头-卡槽构造”的设置：对于宽度不大于240mm的过渡体，过渡体的端部设置二副卡头-卡槽，过渡体的前壁板和后壁板同时在长度方向上同向挪动相同的距离，一般为10mm～20mm；前壁板和后壁板伸出端面的部分各自形成一个外凸块，砌块过渡体另一端因壁板的挪移形成凹槽；该凹槽使其所在部位成为薄弱环节，为此，应把该薄弱环节的厚度补足至原有的厚度；外凸块的内侧经设置坡度后成为截面为直角梯形的卡头，优选坡度不大于45°；将凹槽往其所在端面的中部适度扩展(常规砌筑优选3mm～10mm，干垒优选0mm～5mm)，扩展后的凹槽再经设置与卡头相同的坡度后即成为截面为直角梯形的卡槽；卡头与卡槽相互匹配；对于宽度大于240mm的过渡体，卡头-卡槽的数量可根据实际需要确定；

S6.设倒角：检查设置增力构造后的砌块过渡体，若混凝土实体之间存在较小的夹角不便于生产，则将该夹角倒成圆角；若因倒圆角导致过渡体端部混凝土实体最薄弱处的厚度大于原定厚度，则重新调整使该最薄弱处的厚度恢复到原厚度；

砌块过渡体经过步骤S5和S6后，再根据生产的实际需要设置壁、肋的锥度，设定高度，还原为三维的实体，成为本发明砌块的一种，还可根据需要，按下续步骤设置必要的构造；

S7.设置水平埋筋槽：本发明砌块的前壁板在上砌面上沿长度方向通长设置一条倾向砌块内部的凸起，该凸起与前壁板构成前Y形凸起；砌块的后壁板在上砌面上沿长度方向通长设置一条倾向砌块内部的凸起，该凸起与后壁板构成后Y形凸起；前Y形凸起上通长设置一条水平埋筋槽——前水平埋筋槽,后Y形凸起上通长设置另一条水平埋筋槽——后水平埋筋槽；

S8.设置竖向穿筋孔：针对叠合中心有混凝土实体的本发明砌块，以该砌块的叠合中心为中心设置二个上下通透的竖向穿筋孔，并赋予穿筋孔的孔壁合理的厚度；

S9.设置定位构造

定位构造包含但不限于“凸台-凹坑构造”和“凸块-缺口构造”；

凸台-凹坑构造：在本发明砌块的一个砌面设置至少二个定位凹坑，另一砌面设置有与定位凹坑相同数量的定位凸台，定位凹坑和定位凸台分别处于穿筋孔的两端并且相互匹配；定位凹坑凹入其所在砌面，定位凸台凸出其所在砌面；

凸块-缺口构造：定位凸块至少四个，凸出设置于本发明砌块的同一砌面，其中二个与该砌面的前壁板连为一体，其中二个与该砌面的后壁板连为一体，所有定位凸块的横向中心线垂直投影于其所在砌面时，则它们的投影与该砌块的叠合线重合；定位缺口的数量和定位凸块的数量相同，凹陷设置于砌块另一砌面的壁板；定位凸块和定位缺口相互匹配；

S10.设置连通孔：在本发明砌块的下砌面，为封闭肋和开放肋设置连通孔；

S11.设置管线槽：管线槽可设置于本发明砌块的下砌面，紧贴前壁板内侧或后壁板内侧，并与长度方向平行；若本发明砌块的上砌面不设横向埋筋槽，则管线槽也可以设置在上砌面紧贴前壁板内侧或后壁板内侧；若本发明砌块不设竖向穿筋孔，则管线槽还可以在砌块的上砌面或下砌面沿砌块的横向中心线设置；

S12.设置装饰层：可以在本发明砌块的一个壁板或二个壁板的外侧设置装饰层；

S13.设置保温材料填充体：在本发明砌块的空腔内以及开放肋与端面界定的空间内放置保温材料填充体，或者开放肋与端面界定的空间留空，砌筑时再放入保温材料填充体；如此可使墙体满足从南方到北方的各种气候区域的建筑节能。

S14.设置附加壁板：在本发明砌块的一个壁板的外侧设一层附加壁板，附加壁板通过横肋与原砌块的壁板连接为一个整体，附加壁板与原砌块壁板之间形成附加空腔；

S15.将本发明砌块的横向连系肋(中部横向连系肋、左横向连系肋、右横向连系肋)的宽度调整至综合效益最佳的宽度。由于“三滚法”的原因，若生成砌块母体的单体的边缘有横向连系肋，则砌块母体中由该横向连系肋生成的横向连系肋的宽度将是原来的二倍。横向连系肋的存在对砌块的热工性能有一定的不利，越厚越不利；又因为所有的横向连系肋长度都很短，将砌块中太厚的横向连系肋的厚度缩减至合适的厚度，对砌块叠合度的影响非常小，但对提升砌块的热工性能有一定作用。对此应针对具体的应用场景合理取舍，统筹兼顾以达最佳的整体效果。

S16.将一个规格的砌块，变为其他规格的砌块：当对本发明砌块有不同的规格要求时，在合理的范围内，将一个砌块的尺寸在一个或多个维度(指长、宽、高三个维度)上缩放至新的尺寸，然后将壁、肋的厚度和各种构造的尺寸调整到合理的尺寸；

S17.当要求砌块的厚度很厚时，可进行叠加设计：当对砌块的宽度有更大尺寸的要求时，通过将一个正常砌块的宽度进行超出合理范围的放大，可能会导致非弧形肋与壁板的夹角变大，趋同直通横肋，影响热工性能。这时，可将二个或多个长度和高度均相同的本发明砌块，按“保持正常的壁/肋厚度，删繁就简，保持本发明砌块的共性，若设穿筋孔优选设在叠合线上”的叠加设计原则，在宽度方向上叠加，再演化成新的本发明砌块。

综上，通过逻辑推导得出叠合度100％的砌块母体的设计方法，能够得到结构合理、叠合度100％的砌块母体，并将其经实用化演变成为本发明的高叠合砌块。

四、高叠合砌块实施例

图1：一种本发明砌块2(下称砌块2)的示意图。砌块2由前壁板2.11、后壁板2.12、封闭肋2.2、左开放肋2.31、右开放肋2.32和中部横向连系肋2.911、左横向连系肋2.912、右横向连系肋2.913组成，没有直通的横肋，内有上下通透的空腔，封闭肋2.2独自围成上下通透的空腔，砌筑后砌块2的左开放肋2.31与相邻砌块2的右开放肋2.32组成闭合的上下通透空腔，其六个面分别为前大面2.41、后大面2.42、左端面2.51、右端面2.52、上砌面2.61、下砌面2.62，六个面围成的空间为直角六面体。砌块2的端部设置有二副榫头-榫槽，二个榫头8.1设置于砌块的一个端部，一个靠近前壁板2.11，另一个靠近后壁板2.12，二者前后对称布置；二个榫槽8.2设置于砌块的另一个端部，一个靠近前壁板2.11，另一个靠近后壁板2.12，二者前后对称布置；榫头8.1、榫槽8.2相互匹配。

图2为双排四孔的常规砌块3的叠合示意图。砌筑时，上层砌块(本图以细实线描绘)的下砌面压着下层砌块的上砌面，为便于描述叠合关系，图中看到的砌块3的砌面是将上层砌块不偏不倚地往观察者面前移动(即上层砌块往观察者移动的轨迹是一条与前大面3.41垂直的直线)后的情形。后面的砌块叠合示意图，均同此意。从图2可知，这种砌块的端部横肋3.91和内部横肋3.92完全不被叠合，上层砌块不被叠合部分10以阴影显示；按常见的壁、肋厚22mm计，(390×190×190)mm和(390×240×190)mm规格的砌块3的叠合度分别为76％和69％。

图3为一种本发明砌块母体1的叠合示意图，图中砌块母体1的叠合度为100％。

图4为一种本发明的一种砌块2的叠合示意图。图4a，是上、下层砌块2未砌筑在一起的情况，上层砌块2填充白色，下层砌块2填充黑色。图4b，是图4a所示的砌块2砌筑后的叠合情况，下层砌块2被上层砌块2覆盖后，下层砌块2被覆盖部分的黑色无法显示，但轮廓可以显示；上层砌块2不被下层砌块2及灰缝承托的部分，就是图中不叠合部分10(以阴影显示)；从图4b可见，上层砌块2不被叠合部分10的面积很小。按常见的壁、肋厚22mm计，规格(390×190×190)mm和(390×240×190)mm的砌块2的叠合度分别为97.7％和97.6％。

图5为砌块母体的叠合原理图。上、下层的砌块母体错开半砖紧密堆砌，将其中某个砌块母体A的第一至第四部分分别标记为A1、A2、A3、A4，砌块母体A跨骑下一层的两个砌块母体B和C，同理，它们的各部分分别标记为B1、B2、B3、B4,和C1、C2、C3、C4。这时，砌块母体上下层各部分的对正关系为：A1对正B3、A2对正B4、A3对正C1、A4对正C2。要使砌块母体100％叠合，则必须使：A1与B3完全叠合、A2与B4完全叠合、A3与C1完全叠合、A4与C2完全叠合。不同的两部分能完全叠合的充分必要条件是：该两部分相等；也就是：A1≡B3、A2≡B4、A3≡C1、A4≡C2。此处的砌块母体A、B、C是同样的，所以有：B3≡A3，B4≡A4，C1≡A1，C2≡A2。所以可得：A1≡A3、A2≡A4。

由此得结论：“砌块母体100％叠合的充分必要条件是：第一部分与第三部分相等，第二部分与第四部分相等”。

须知，结构均衡，将使体系运行更加平稳而高效。所以，为了最大限度地发挥砌块中混凝土的作用，本发明强调砌块母体的结构均衡，也就是说，最好能使砌块母体既在竖向中心线两侧对称，又在横向中心线两侧对称，或者说：最好能使砌块母体的左、右两部分互为镜像，前、后两部分互为镜像。但考虑到某些墙体对构造的特殊要求，本发明仅将“左、右两部分互为镜像”作为本发明砌块的必备条件。从砌块母体的左、右两部分互为镜像，可得：A1、A4互为镜像，A2、A3互为镜像。

结合上面的“A1≡A3、A2≡A4”，可得以下结论：A1与A2互为镜像，A2与A3互为镜像，A3与A4互为镜像。

按以上结论，可以把砌块母体A看作是由单体A1向右翻转180⁰(一翻，记作1F)得到A2,A2向右翻转180⁰(二翻，记作2F)得到A3,A3向右翻转180⁰(三翻，记作3F)得到A4，由A1、A2、A3、A4组成砌块母体A。本发明把这种将一个单体扩展为一个砌块母体的方法形象地称为“三翻法”。参见图6a、图6b。

图6为砌块母体生成原理图。图6a是“三翻”法生成砌块母体的示意图，按以上结论，将一个单体G1，1F后得到G2，2F后得到G3，3F后得到G4，G1、G2、G3、G4合而成为一个砌块母体G。如果将一个左右对称的图形，作为一个单元，那么可以将它看作是经1F后的中间体，或者说它就是砌块母体的左部分，这时，只需将此中间体整体“翻”一次即可得到砌块母体的右部分，合而成为一个砌块母体。如果将某个几何单体“三翻”后得到的母体不满意，不妨多翻一次，看看能否从中截取满意的母体。图6b是另一种“三翻”法生成砌块母体的示意图，单体H1经“三翻”后，由“H1+H2+H3+H4”得到母体Hn，但母体Hn的壁板的左、右两端没有支撑，不牢固，不是理想的构造形式；而“四翻”后得到H5，由“H2+H3+H4+H5”得到的Hy,其构造则比较合理。这里所用的仍然是“三翻”法，但它“一翻”的起点是H2。

用“三翻法”得到的母体，再经合理化筛选，得到的才是本发明所需的母体，下文的母体均是本发明所需的母体。

图7，本发明砌块有效长度L的确定示意图。在确定L之前，赋予母体1合理的壁、肋厚度。砌块2的有效长度L，等于母体1的长度L₀减去竖向灰缝的厚度δ，即：L＝L₀－δ。具体是将母体1的两端面同时向内缩进0.5δ，并且保持母体1原有的壁、肋厚度。具体操作：将砌块母体1两端同时切去0.5δ，然后再将砌块母体1两端横向的混凝土实体的厚度往砌块母体1的中部加厚0.5δ使其恢复到切去前的厚度。这样操作的目的是：确保砌块母体1的内部最大限度保持原貌。此时母体1变成了本发明砌块的过渡体2g。母体1向砌块2的演化过程中，砌块过渡体2g具有或被赋予的特性在演化之后仍被保留的，则这些特性被看作是砌块2的特性,在过渡体2g的图中常以属于砌块2的标记来标记。

图8是本发明砌块增力构造设置的示意图。

图8a是砌块过渡体端部混凝土实体加宽示意图。在过渡体2g的基础上设置榫头、榫槽或者卡头-卡槽之前，先看过渡体2g端部的混凝土实体宽度是否满足设置的要求，若不满足则加宽这部分混凝土实体的宽度，图中，过渡体2g端部的混凝土实体宽度Bn，不满足要求，应将过渡体2g端部的混凝土实体向过渡体中部方向加宽至满足要求的宽度By。此处的过渡体2g由没有横向连系肋的母体演化而来，经过加宽端部混凝土实体后，过渡体2g相当于具有了左横向连系肋2.912和右横向连系肋2.913。

图8b1是一种砌块过渡体2g的榫头、榫槽设置示意图。过渡体2g端部的混凝土实体宽度By，满足设置榫头-榫槽的要求。在过渡体2g的端部设置二副榫头-榫槽，二个榫头8.1设置于砌块过渡体2g的一个端部，榫头8.1的宽部与其所在端面平齐而窄部凸出其所在端面，一个榫头8.1靠近前大面2.41，另一个榫头8.1靠近后大面2.42，二者前后对称布置；二个榫槽8.2设置于砌块过渡体2g的另一个端部，榫槽8.2的宽部与其所在端面平齐而窄部凹进其所在端面，一个榫槽8.2靠近前大面2.41，另一个榫槽8.2靠近后大面2.42，二者前后对称布置；的榫头8.1、榫槽8.2相互匹配；榫槽8.2处的端面混凝土实体的厚度因设置榫槽受到削减，此时应增大该端面混凝土实体的厚度，使榫槽处混凝土实体的厚度恢复到原厚度α。砌块过渡体2g设置榫头8.1、榫槽8.2之后(如有必要再设置倒角)，即成为砌块2的一种。

图8b2是另一种砌块过渡体2g的榫头、榫槽设置示意图。本图的砌块过渡体2g的母体就是图6a所示的母体，无横向连系肋，开放肋、封闭肋与壁板相交形成锐角，考虑到生产实际应将这些锐角倒成圆角。榫头、榫槽设置方法同图8b1，但需注意，此处的过渡体2g设置榫槽8.2后，榫槽8.2处的端面混凝土实体的厚度会变小，但又因设置倒角11得到补益，二者相抵后，若其厚度不等于原厚度α，则应调整榫槽8.2所在端面的混凝土实体的厚度，使榫槽处混凝土实体的厚度恢复到原厚度α，再根据生产的实际需要设置壁、肋的锥度，设定高度，还原为三维的实体，即得到砌块2。

图8c是卡头、卡槽设置示意图。在砌块过渡体2g的端部设置二副卡头-卡槽，砌块过渡体2g的前壁板2.11和后壁板2.12同时在长度方向上往同方向挪动(即前壁板2.11和后壁板2.12作为一个整体，砌块过渡体2g除去前壁板2.11和后壁板2.12后作为另一个整体，这两个整体沿长度方向产生相对的位移)相同的距离，一般为10mm～20mm。前壁板2.11和后壁板2.12伸出端面的部分各自形成一个外凸块，砌块过渡体2g另一端由于前壁板2.11和后壁板2.12的挪移形成凹槽。该凹槽使得其所在部位成为薄弱环节，为此，应增大该薄弱环节所在端面的混凝土实体厚度，使该薄弱环节的厚度恢复至原厚度α。外凸块的内侧经设置坡度θ后成为截面为直角梯形的卡头8.3，优选θ≤45°；将凹槽往其所在端面的中部适度扩展(常规砌筑优选3mm～10mm，干垒优选0mm～5mm)，扩展后的凹槽再经设置与卡头相同的坡度θ后即成为截面为直角梯形的卡槽8.4。卡头8.3与卡槽8.4相互匹配。砌块过渡体2g设置头卡8.3、卡槽8.4之后(如有必要再设置倒角)，再根据生产实际需要设置壁、肋的锥度，设定高度，还原为三维的实体，即成为砌块2的一种。

图9是设有横向埋筋槽的本发明砌块的示意图。本发明砌块，有较强抗震要求和/或用于装配式墙体的，又或用于干垒墙体、剪力墙的，可设横向埋筋槽，为此还必须配套增设Y形凸起。图9a是设有横向埋筋槽的本发明砌块2的上砌面朝上的俯视图，图9b是图9a的A-A剖面图。从图可以看出，砌块2的前壁板2.11在上砌面2.61上沿长度方向通长设置有一条倾向砌块内部的凸起，该凸起与前壁板2.11构成前Y形凸起2.71；砌块2的后壁板2.12在上砌面2.61上沿长度方向通长设置有一条倾向砌块内部的凸起，该凸起与后壁板2.12构成后Y形凸起2.72；前Y形凸起2.71上通长设置有前水平埋筋槽2.81,后Y形凸起2.72上通长设置有后水平埋筋槽2.82。

图10是设有竖向穿筋孔的本发明砌块的示意图。如有较强抗震要求和/或用于装配式墙体的，又或用于干垒墙体、剪力墙的，可在叠合中心(或叠合中心线上)的混凝土实体上设置竖向穿筋孔。图10a为一种设有竖向穿筋孔的本发明砌块的立体示意图；图10b为图10a所示砌块的俯视图。图中，本发明砌块设有二个上下通透的竖向穿筋孔6，竖向穿筋孔6以叠合中心5.22为中心进行设置。竖向穿筋孔6的壁厚应满足砌块生产和实用要求。

设有横向埋筋槽、竖向穿筋孔和定位构造的本发明砌块，还适合用于干垒墙体。横筋、竖筋共同抽紧，可大大增强干垒墙体的整体性和坚固性。作此用途时，砌块设二套定位构造：“定位凸台-定位凹坑构造”和“定位凸块-定位缺口构造”，效果更好。干垒砌块，用于临时围墙、临时建筑等，方便拆除和多次重复使用。

图11是设有定位构造的本发明砌块的示意图。本发明砌块，精准砌筑才有良好效果，为此，可增设定位构造，比如：定位凸台-定位凹坑构造、定位凸块-定位缺口构造。

图11a是一种设有定位构造的本发明砌块的上砌面的俯视图，图11b是图11a的B-B剖面图。图中的定位构造是“凸台-凹坑”构造，砌块的叠合中心设置有竖向穿筋孔时，此类砌块适合设置定位凸台-定位凹坑构造。二个定位凸台7.1设置于本发明砌块的下砌面2.62，二个定位凹坑7.2设置于本发明砌块的上砌面2.61。定位凸台7.1的中心和定位凹坑7.2的中心与穿筋孔6的中心(即叠合中心)重合，定位凸台7.1和定位凹坑7.2分别处于穿筋孔6的两端。定位凸台7.1凸出本发明砌块的下砌面2.62，定位凹坑7.2凹入本发明砌块的上砌面2.61。定位凸台7.1和定位凹坑7.2相互匹配。

将定位凸台设置于下砌面、定位凹坑设置于上砌面，目的是便于生产。就图11a、11b所示的设置了定位构造的砌块，砌筑首层砌块时，座浆厚度应稍厚于定位凸台的高度。也可以生产一种用于砌体首层的辅助砌块，这种辅助砌块下砌面不设定位凸台，但上砌面设有定位凹坑，从砌体的第二层开始使用设置有“定位凸台-定位凹坑”构造的本发明砌块。

图11c是设有另一种定位构造的本发明砌块的立体示意图。图11d是图11c的俯视图。图中的定位构造是“凸块-缺口”构造。四个定位凸块7.3，以叠合线为中轴线，凸出设置于砌块的下砌面2.62，二个与前壁板2.11连为一体，另二个与后壁板2.12连为一体，也可以把四个定位凸块看作是前、后壁板在叠合线处向外凸起形成的凸块；四个定位缺口7.4，以叠合线为中轴线，凹入设置于砌块的上砌面2.61，二个在前壁板2.11内，另二个在后壁板2.12内，可以看作是其所在砌面的前、后壁板在叠合线处向内凹陷形成的缺口。定位凸块7.3和定位缺口7.4相互匹配。

图12是设有管线槽和连通孔的本发明砌块的示意图。为便于在墙体中敷设管线，本发明砌块设有管线槽；为便于向墙体中的孔洞灌注保温材料浆体，本发明砌块可设连通孔。图12a：设有管线槽和连通孔的本发明砌块下砌面朝上的立体示意图；图12b：图12a的俯视图。图中，一条管线槽4设置于本发明砌块的下砌面2.62，紧贴一个壁板2.1的内侧，与长度方向平行；连通孔9设置于本发明砌块的下砌面2.62的封闭肋2.2和开放肋2.3上，呈半圆形。若本发明砌块的上砌面不设横向埋筋槽，则管线槽也可以在上砌面紧贴前壁板内侧或后壁板内侧设置。

图12c一种管线槽设置在上砌面的本发明砌块的立体示意图(上砌面朝上)，图12d为图12c的俯视图。如图所示，不设竖向竖向穿筋孔的本发明砌块，管线槽4可以在砌块的上砌面2.61沿砌块的横向中心线5.3设置。

墙体中的水平管线在管线槽内布置，垂直管线在砌块空腔内布置。墙体中只有少量区域需要敷设管线，因此设有管线槽的砌块用量很少，可看作辅助砌块，与主砌块配套使用。连通孔的作用是方便向墙体灌注保温材料浆体，但会减损砌体的力学性能，应酌情而设。

图13：设有装饰层和保温材料填充体的本发明砌块示意图。本发明砌块与保温材料复合成为复合保温砌块，具有良好的保温隔热性能。砌块壁板的外侧可以设装饰层，或者经过特殊处理作为清水墙砌块使用。用于装配式墙体时，可以在装配成墙体后在墙体的一侧或两侧做装饰层或者做特殊处理，使装修工作工厂化。装饰层可以设置于一个壁板的外侧，也可以设置于二个壁板的外侧；当二个壁板外侧均设装饰层时，各自的装饰层可以不相同；处于外墙外侧的装饰层应兼具防水功能，还可以兼具自洁功能、隔热功能、降噪功能、光伏发电功能等。装饰层13设置于本发明砌块的壁板2.1的外侧。保温材料填充体12填充于本发明砌块的空腔孔以及开放肋2.3与端面2.5界定的空间内；开放肋与端面界定的空间内的保温材料填充体，可以与砌块空腔孔内的保温材料填充体同时设置，也可以预先制作好在砌筑墙体时插入。

图14是设有附加壁板的本发明砌块示意图。本发明砌块可用于制作装配式墙体，还可用于剪力墙。当需要用于剪力墙并且还有节能保温要求时，可在本发明砌块的一个壁板的外侧再设一层附加壁板，其等同于壁板。增设附加壁板的本发明砌块，也适用于寒冷地区和严寒地区的建筑外墙。图14a，设有附加壁板的本发明砌块示意图。本发明砌块的前壁板2.11的外侧设有一层附加壁板14，附加壁板14通过横肋15与前壁板2.11连接为一个整体，横肋15设在砌块的端部和中部，附加壁板14与前壁板2.11之间形成方形附加空腔16.1。原砌块(未设附加壁板14的本发明砌块)空腔可以插(或不插)钢筋填充混凝土，方形附加空腔16.1可以设置保温材料；或者，原砌块空腔设置保温材料，方形附加空腔16.1插(或不插)钢筋填充混凝土；又或者，原砌块部分空腔插(或不插)钢筋填充混凝土、部分空腔设置保温材料，方形附加空腔16.1设置保温材料，合理选择设置保温材料的空腔、插(或不插)筋混凝土的空腔，可以阻断热桥，解决混凝土剪力墙节能保温的难题。

图14b，另一种设有附加壁板的本发明砌块示意图。本发明砌块的前壁板2.11的外侧设有一层附加壁板14，附加壁板14通过横肋15与前壁板2.11连接为一个整体，二条横肋15分别设在二条叠合线5.21上，附加壁板14与前壁板2.11之间形成方形附加空腔16.1和C形附加空腔16.2，原砌块空腔可以插(或不插)钢筋填充混凝土，方形附加空腔16.1和C形附加空腔16.2可以设置保温材料；或者，原砌块空腔设置保温材料，方形附加空腔16.1和C形附加空腔16.2插(或不插)钢筋填充混凝土；又或者，原砌块部分空腔插(或不插)钢筋填充混凝土、部分空腔设置保温材料，方形附加空腔16.1和C形附加空腔16.2设置保温材料，合理选择原砌块的空腔设置保温材料，与附加空腔设置的保温材料相互配合，可以阻断热桥，解决混凝土剪力墙节能保温的难题。

图15：本发明砌块共性显示图。图15a中，本发明砌块的左叠合线5.211与中心线5.11之间的区域为本发明砌块的第二部分18.2，以黑色填充；本发明砌块的中心线5.11与右叠合线5.212之间的区域为本发明砌块的第三部分18.3，以细斜线填充。其中，本发明砌块的第二部分18.2与第三部分18.3在中心线5.11两侧对称。图15b中，第一对称边界线5.41与左叠合线5.211之间的区域为本发明砌块的第一对称体17.1，以黑色填充；左叠合线5.211与第二对称边界线5.42之间的区域为本发明砌块的第二对称体17.2，以细斜线填充；第三对称边界线5.43与右叠合线5.212之间的区域为本发明砌块的第三对称体17.3，以黑色填充；右叠合线5.212与第四对称边界线5.44之间的区域为本发明砌块的第四对称体17.4，以细斜线填充。其中，第一对称体17.1和第二对称体17.2在左叠合线5.211两侧对称；第三对称体17.3和第四对称体17.4在右叠合线5.212两侧对称；第一对称体17.1和第四对称体17.4在中心线5.11两侧对称；第二对称体17.2和第三对称体17.3在中心线5.11两侧对称；第一对称体17.1和第三对称体17.3相等；第二对称体17.2和第四对称体17.4相等。

图16：本发明砌块的叠加设计示例图。图16a为二个待叠加的本发明砌块。图16b，为图16a所示的二个本发明砌块叠加在一起，将重叠的壁板厚度变为原厚度后的样子。图16c,将图16b所示砌块去掉中部横肋后的样子。图16d，图16c所示砌块简化端部后的样子。图16e，将图16d所示砌块腹部的混凝土实体去掉后的样子。图16f，图16e所示砌块简化后的样子。图16g，将图16f所示砌块进行结构优化后的样子。图16h，图16g所示砌块在叠合线5.21上设置有四个竖向穿筋孔6后的样子。图16i，图16g所示砌块在叠合中心5.2上设置有二个竖向穿筋孔6后的样子。图16b～图16i所示的各个砌块都有其可取之处，可根据实际情况选用。图16b～图16i所示的各个砌块，并非图16a所示砌块进行叠加设计所得的全部，根据“叠加设计原则”不断演化还可以得到更多实用的本发明砌块。

综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下突出优点：

一、能设计出具有如下优点的高叠合砌块：

1、无需增加成本和材料用量，也不增加生产能耗，仅通过改变砌块的结构，增大叠合度，墙体的抗压能力、抗拉能力、抗剪能力、抗裂能力即可提高20％～30％，抗震能力和结构安全性得到明显增强。

2、本发明砌块无直通热桥，与保温材料复合后具有良好的热工性能；砌成墙体后再灌注保温材料，可形成无热桥墙体。容易满足建筑节能要求。

3、本发明砌块既适用于填充墙体，也适用于多层和低层承重墙体，特别适用于县城及新农村建设。

4、本发明的砌块，在能满足城市建筑节能的同时，还将使县城及以下区域建筑节能工作难以落实的问题得到根本性解决。

5、便于制作装配式墙板和装配式墙体，并且解决了常规装配式构件的建筑节能问题，大大降低装配式建筑的成本。

6、本发明的砌块结构简单，制作方便，既适合工厂化大规模生产，也适合老少边穷地区小规模生产。

7、本发明的砌块，其墙体孔洞完全对正，方便浇注保温材料。

8、本发明的砌块，其孔洞方便插放竖向钢筋浇注混凝土，便于建造构造柱。

9、本发明的砌块，其墙体竖向钢筋可以施加预应力，成为预应力墙体。

10、本发明的砌块，可用于建造剪力墙，并且能解决混凝土剪力墙节能保温的难题。

11、大大拓宽了混凝土砌块的应用范围。

二、设计原理清晰、科学。

三、设计方法简单，容易操作，能设计出满足多种需求的砌块。

四、避免了砌块设计的盲目性，节约了资源和能源，对国家节能减排和实现“双碳”目标有积极意义。

Claims (9)

1.一种高叠合砌块的设计方法，其特征在于：所述高叠合砌块，由前壁板、后壁板、封闭肋、左开放肋、右开放肋、连系肋组成，内有多个上下通透的空腔，水平砌筑后砌块的左开放肋与相邻砌块的右开放肋组成闭合的上下通透空腔，其六个面分别为前大面、后大面、左端面、右端面、上砌面、下砌面，所述六个面围成的空间为直角六面体；所述砌块不设直通的横肋，其端部设有增力构造；所述砌块中：第二部分和第三部分在中心线两侧对称；第一对称体和第二对称体在左叠合线两侧对称；第三对称体和第四对称体在右叠合线两侧对称；第一对称体和第四对称体在中心线两侧对称；第二对称体和第三对称体在中心线两侧对称；第一对称体和第三对称体相等，第二对称体和第四对称体相等；将砌块沿长度方向四等分，从左至右分别为第一部分、第二部分、第三部分、第四部分；第一部分与第二部分合称为左部分，第三部分与第四部分合称为右部分；所述第一部分和第二部分分界线为左叠合线，第三部分和第四部分分界线为右叠合线；第一对称边界线与左叠合线之间的区域为第一对称体，左叠合线与第二对称边界线之间的区域为第二对称体；第三对称边界线与右叠合线之间的区域为第三对称体；右叠合线与第四对称边界线之间的区域为第四对称体；所述相等是指第一对称体和第三对称体、第二对称体和第四对称体在平行于砌面的同一截面上的几何形状全等；该方法按以下步骤进行操作：

S1.选择几何图形单体，用“三翻法”扩展成准母体：将所选的单体1从左至右翻转180°得到单体2，将单体2从左至右翻转180°得到单体3，将单体3从左至右翻转180°得到单体4，单体1、单体2、单体3、单体4合并得到砌块准母体；

S2.从准母体中选择没有直通横肋的，作为砌块母体；

S3.赋予砌块母体合适的尺寸：砌块母体的长度L₀应满足建筑模数要求，对于常规砌筑砌块L₀＝400mm，用于工厂化制作的装配式墙体砌块可取L₀＝600mm；以实际砌块所需的宽度作为砌块母体的宽度，以实际砌块合理的壁、肋厚度作为砌块母体的壁、肋厚度，同时要保证砌块母体端面所涉及的混凝土实体有合理的厚度；

S4.确定砌块的长度L：等于母体的长度L₀减去竖向灰缝的厚度δ，将砌块母体两端同时切去0.5δ，然后再将砌块母体两端横向的混凝土实体的厚度往砌块母体的中部加厚0.5δ使其恢复到切去前的厚度；经过这一演变的母体成为砌块过渡体；

S5.设置增力构造：检查经上述步骤所得的砌块过渡体的端面横向的混凝土实体的宽度是否满足设置增力构造的要求，窄则加宽，宽则缩窄；“榫头-榫槽构造”的设置：对于宽度不大于240mm的过渡体，在所述过渡体的端部设置二副榫头-榫槽，所述的二个榫头设置于所述过渡体的一个端部，一个靠近前大面另一个靠近后大面；所述二个榫槽设置于所述过渡体的另一个端部，一个靠近前大面另一个靠近后大面；所述榫头的宽部与其所在端面平齐而窄部凸出其所在端面，所述榫槽的宽部与其所在端面平齐而窄部凹进其所在端面；所述榫头、榫槽相互匹配；调整端部榫槽处混凝土实体厚度至原有厚度；对于宽度大于240mm的过渡体，榫头-榫槽的数量可根据实际需要确定；“卡头-卡槽构造”的设置：对于宽度不大于240mm的过渡体，所述过渡体的端部设置二副卡头-卡槽，所述过渡体的前壁板和后壁板同时在长度方向上同向挪动相同的距离；前壁板和后壁板伸出端面的部分各自形成一个外凸块，砌块过渡体另一端因壁板的挪移形成凹槽；该凹槽使其所在部位成为薄弱环节，为此，应把该薄弱环节的厚度补足至原有的厚度；外凸块的内侧经设置坡度后成为截面为直角梯形的卡头；将所述凹槽往其所在端面的中部适度扩展，扩展后的凹槽再经设置与卡头相同的坡度后即成为截面为直角梯形的卡槽；所述卡头与卡槽相互匹配；对于宽度大于240mm的过渡体，卡头-卡槽的数量可根据实际需要确定；

S6.设倒角：检查设置增力构造后的砌块过渡体，如果混凝土实体之间存在的夹角不便于生产，则应将该夹角倒成圆角；若因倒圆角导致过渡体端部混凝土实体最薄弱处的厚度大于原定厚度，则重新调整使该最薄弱处的厚度恢复到原厚度；

砌块过渡体经过步骤S5和S6后，再根据生产的实际需要设置壁、肋的锥度，设定高度，还原为三维的实体，成为高叠合砌块。

2.根据权利要求1所述高叠合砌块的设计方法，其特征在于还包括以下步骤：

S7.设置水平埋筋槽：所述砌块的前壁板在上砌面上沿长度方向通长设置一条倾向砌块内部的凸起，该凸起与前壁板构成前Y形凸起；所述砌块的后壁板在上砌面上沿长度方向通长设置一条倾向砌块内部的凸起，该凸起与后壁板构成后Y形凸起；所述前Y形凸起上通长设置前水平埋筋槽,所述后Y形凸起上通长设置后水平埋筋槽。

3.根据权利要求1所述高叠合砌块的设计方法，其特征在于还包括以下步骤：

S8.设置竖向穿筋孔：针对叠合中心有混凝土实体的砌块，以该砌块的叠合中心为中心设置二个上下通透的竖向穿筋孔。

4.根据权利要求1所述高叠合砌块的设计方法，其特征在于还包括以下步骤：

S9.设置定位构造

凸台-凹坑构造：在砌块的一个砌面设置至少二个定位凹坑，另一砌面设置有与定位凹坑相同数量的定位凸台，定位凹坑和定位凸台分别处于穿筋孔的两端并且相互匹配；

凸块-缺口构造：定位凸块至少四个，凸出设置于砌块的同一砌面，其中二个与该砌面的前壁板连为一体，其中二个与该砌面的后壁板连为一体，所有定位凸块的横向中心线垂直投影于其所在砌面时，则它们的投影与该砌块的叠合线重合；所述缺口的数量和定位凸块的数量相同，处于砌块的另一砌面；所述定位凸块和缺口相互匹配。

5.根据权利要求1所述高叠合砌块的设计方法，其特征在于还包括以下步骤：

S10.设置连通孔：在砌块的下砌面，为封闭肋和开放肋设置连通孔。

6.根据权利要求1所述高叠合砌块的设计方法，其特征在于还包括以下步骤：

S11.设置管线槽：管线槽设置于砌块的下砌面，紧贴前壁板内侧或后壁板内侧，并与长度方向平行；若砌块的上砌面不设横向埋筋槽，则管线槽设置在上砌面紧贴前壁板内侧或后壁板内侧；若砌块不设竖向穿筋孔，则管线槽在砌块的上砌面或下砌面沿砌块的横向中心线设置。

7.根据权利要求1所述高叠合砌块的设计方法，其特征在于还包括以下步骤：

S12.设置装饰层：在砌块的壁板的外侧设置装饰层。

8.根据权利要求1所述高叠合砌块的设计方法，其特征在于还包括以下步骤：

S13.设置保温材料填充体：在砌块的空腔内以及开放肋与端面界定的空间内放置保温材料填充体，或者开放肋与端面界定的空间留空，砌筑时再放入保温材料填充体。

9.根据权利要求1所述高叠合砌块的设计方法，其特征在于还包括以下步骤：

S14.设置附加壁板：在砌块的一个壁板的外侧设一层附加壁板，附加壁板通过横肋与原砌块的壁板连接为一个整体，附加壁板与原砌块壁板之间形成附加空腔。

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