砌体女儿墙最大悬臂高度及其构造柱间距的讨论

砌体女儿墙最大悬臂高度及其构造柱间距的讨论在工程设计中，屋面女儿墙使用得较多的形式有两种：砌体和钢筋混凝土女儿墙。在一般情况下，后者的高度取值要比前者灵活，且不必设置构造柱。现仅将砌体女儿墙的设计思路和方法作简单介绍，以供同行商榷，希望能起到抛砖引玉的作用。现行规范《GB-50011-2001》第3.7.1条规定，非结构构件自身及其与结构主体的连接需进行抗震设计。屋面女儿墙作为围护墙体，属于非结构构件范畴。通常情况下，上人屋面的女儿墙需要设计成立面悬臂式的，以免占据屋顶空间。这就提出了两个问题：砌体女儿墙的最大悬臂高度和为了保证女儿墙的整体性所需的构造柱间距是多少？实际上，女儿墙的最大悬臂高度和构造柱的间距不仅由墙体自身的材料及其截面特性决定，还取决于抗震设防烈度和当地风荷载的大小。除60米以上的高层建筑外，地震作用和风荷载作用可不同时考虑，因此笔者在本文中对二者共同作用不再赘述，只考虑地震单独作用时墙体受力机理。当风荷载起主导作用时，两种作用应分别计算，取其安全值。为了计算方便，水平地震作用采用底部剪力法计算。下面以7度设防区、使用M5混合沙浆砌筑的240mm厚实心粘土砖女儿墙为例，计算屋面女儿墙最大悬臂高度及其构造柱间距。1．屋面女儿墙最大悬臂高度的计算一般情况下女儿墙根部设有混凝土梁、板或圈梁，可视其为墙体的固接支座；墙体顶部为自由端，不存在支承点之间的相对位移所产生的影响，从而可将女儿墙简化为一静定悬臂构件。在地震力FEh的作用下，女儿墙的受力机理等效于：集中力作用于自由端处的悬臂构件。构件破坏面出现在A-A处，呈通缝状，属弯曲抗拉破坏。地震力FEh取值仅考虑墙体自身重量，忽略自振周期、特征周期和阻力调整系数的影响。在此处计算女儿墙的水平地震力时，未沿用底部剪力法中常规的G乘以3的放大系数的算法；而是采用等效侧力法中的状态系数、位置系数取代此值，故，用等效侧力法计算水平地震作用的标准值为计算参数：墙体自重g=5.36KN/m2砌体抗拉强度ftm=0.11MPa水平地震影响系数最大值（考虑各种基本地震加速度的地区）非结构构件类别系数（按丙类建筑考虑）非结构构件功能系数状态系数（不设置构造柱的取值）（设置构造柱的取值）位置系数（建筑屋顶点取值规定）组合分项系数承载力抗震调整系数(非承重墙体)取单位长度1m为计算单元A)不设置构造柱的情况有墙体截面抵抗矩墙体底部压应力有H=0.93m女儿墙不设置构造柱时最大悬臂高度为0.93m。B)设置构造柱的情况有有H=1.33m女儿墙设置构造柱时最大悬臂高度为1.33m。2．屋面女儿墙构造柱间距的确定设构造柱间距为L.由于摩擦力不作为抵抗地震作用的抗力，则假设底部断面破坏后，我们可将构造柱间的墙体视为水平简支梁或连续梁，构造柱视为墙体的支座进行计算。此时，墙体破坏属砌体沿齿缝弯曲抗拉破坏，ftm=0.23MPa。取单位高度1m为计算单元墙体自重为5.36KN/m,有有L=3.75m构造柱最大间距为3.75m。3．构造柱的计算根据上述方法，把墙体的水平地震力传递到构造柱上，可按一般的悬臂构件计算方法计算构造柱配筋（注意：状态系数应取）。4．结束语在实际工程中，女儿墙的材料形式多种多样，可根据当地的实际情况选择。从上面的计算过程可见，选择自重轻及抗拉强度高的墙体材料对提高女儿墙抵抗水平地震作用是十分有效的。但必须强调一点的是：在设计中出现较高的砌体女儿墙时，为了安全起见，在墙体的一定高度处设置细石混凝土带，阻止施工人员按一步到位的方法砌筑墙体，以免在短时间内因墙体较高而下部砂浆强度不足，导致墙体坍塌、坠落伤人。砖混结构中砌体女儿墙的安全性设计在建筑工程设计中，由于建筑立面造型的变化，女儿墙高度不仅仅要满足使用功能的要求，而且要满足立面造型的要求，因此为了保证女儿墙的安全，女儿墙的安全性计算及女儿墙的加强措施，在整个工程结构设计中愈来愈重要。屋面女儿墙使用得较多的形式有两种：砌体和钢筋混凝土女儿墙。在一般情况下，后者的高度取值要比前者灵活，且不必设置构造柱。根据《建筑抗震设计规范》GB-50011-2001第3.7.1条规定，屋面女儿墙作为围护墙体，属于非结构构件范畴。非结构构件自身及其与结构主体的连接需进行抗震设计。非结构构件设防目标要与主体结构三水准的设防目标相协调。非结构构件和其所在的主体结构组成一个总的系统，这个总系统的地震反应状态，同二者连接状况，质量比和阻尼特征有关，通常情况下，上人屋面的女儿墙需要设计成立面悬臂式的，以免占据屋顶空间。这就提出了以下二个问题：砌体女儿墙的最大悬臂高度和为了保证女儿墙的整体性所需的构造柱间距是多少？实际上，女儿墙的最大悬臂高度和构造柱的间距不仅由墙体自身的材料及其截面特性决定，还取决于抗震设防烈度和当地风荷载的大小。除60m以上的高层建筑外，地震作用和风荷载作用可不同时考虑，因此笔者在本文中对二者共同作用不再赘述，只考虑地震单独作用时墙体受力机理。当风荷载起主导作用时，两种作用应分别计算，取其安全值。女儿墙的水平地震作用采用等效侧力法计算,以石河子地区为例,石河子地区抗震设防烈度为7度,女儿墙使用M5混合沙浆砌筑的240mm厚MU10实心粘土砖女儿墙，计算屋面女儿墙最大悬臂高度及其构造柱间距。1屋面女儿墙最大悬臂高度及构造柱间距的计算1．1屋面女儿墙最大悬臂高度的计算一般情况下女儿墙根部设有混凝土梁、板或圈梁，可视其为墙体的固接支座；墙体顶部为自由端，不存在支承点之间的相对位移所产生的影响，从而可将女儿墙简化为一静定悬臂构件。且女儿墙重力远小于顶层的重力,在地震力的作用下，女儿墙的受力机理等效于：集中力作用于自由端处的悬臂构件。构件破坏面出现在女儿墙根部，呈通缝状，属弯曲抗拉破坏。受弯构件承载力计算公式为：M=ftmW，砖混结构中女儿墙地震力FEh取值仅考虑墙体自身重量，忽略自振周期、特征周期和阻力调整系数的影响。在此处计算女儿墙的水平地震力时，未沿用底部剪力法中常规的G乘以3的放大系数的算法；而是采用等效侧力法即单质点非结构构件的抗震简化计算方法。等效侧力法计算水平地震作用的标准值为：F=γηζ1ζ2αmaxG,其中γ为非结构构件功能系数,η为非结构构件类别系数,ζ1状态系数,ζ2位置系数取2.0，G为非结构构件的重力，αmax为水平地震影响系数最大值。计算参数为：墙体自重g=5.36KN/m2；砌体抗拉强度ftm=0.11MPa；水平地震影响系数最大值αmax。考虑各种基本地震加速度的地区，非结构构件类别系数取（按丙类建筑考虑）：3.0；非结构构件功能系数取1.4；状态系数取（不设置构造柱的取值）1.0；（设置构造柱的取值）2.0；位置系数（建筑屋顶点取值规定）2.0；组合分项系数承载力抗震调整系数(非承重墙体)0.750。取单位长度1m为计算单元：1)不设置构造柱的情况时，墙体截面抵抗矩：w=1/6bh2；墙体底部压应力δ=M/W；有H=930mm；女儿墙不设置构造柱时最大悬臂高度为930mm。2)设置构造柱的情况时，有H=1330mm，女儿墙设置构造柱时最大悬臂高度为1330mm。1．2屋面女儿墙构造柱间距的确定设构造柱间距为L.由于摩擦力不作为抵抗地震作用的抗力，则假设底部断面破坏后，我们可将构造柱间的墙体视为水平简支梁或连续梁，构造柱视为墙体的支座进行计算。此时，墙体破坏属砌体沿齿缝弯曲抗拉破坏，ftm=0.23MPa。取单位高度1m为计算单元墙体自重为5.36KN/m,有VγRE≤fvbzz＝2/3h有L=3.75m构造柱最大间距为3.75m。2女儿墙几种构造加强措施通过上述计算分析可知，石河子地区（7度设防）女儿墙最大高度当不设置构造柱时最大悬臂高度为930mm，当女儿墙设置构造柱时最大悬臂高度为1330mm。但实际上某些沿街商服住宅女儿墙及一些公用建筑物女儿墙高度均超过前两种情况，为了保证建筑立面造型的实现，笔者认为只有加强女儿墙构造措施，才能解决女儿墙安全问题。1）对女儿墙最大悬臂高度大于1200mm，小于1500mm，可采用加密构造柱及在高度中部增设圈梁的办法来解决，通过构造柱的加密，可提高女儿墙的抗剪能力，中部增设圈梁，可降低女儿墙的计算高度。具体做法如图所示1。2）对女儿墙最大悬臂高度大于1500mm，小于2100mm，可采用加密构造柱在高度中部增设圈梁及在女儿墙高度的2/3设斜撑办法来的办法来解决，斜撑可有效降低女儿墙相对高度，避免女儿墙平面外失稳，但斜撑必须与板可靠连结，钢筋锚固长度应满足《钢筋混凝土设计规范》的要求，斜撑设置间距应与女儿墙构造柱间距相同，具体做法如图2所示。图1女儿墙最大悬臂高度大于1200≤h≤1500图2女儿墙最大悬臂高度大于1500≤h≤21003）对女儿墙最大悬臂高度大于2100mm，小于3000mm，可采用女儿墙加密构造柱在高度中部增设圈梁及在女儿墙高度的2/3设置构架形式来解决，这就要求构架中的柱应有足够的刚度，柱不应构造柱配筋，应按计算确定。水平力应采用底部剪力法计算。顶层梁应满足简支梁的计算要求，且最好是下部构造柱位置以利上下柱钢筋搭接，若构架柱所处位置无柱，则应使构架柱伸至下层墙体内，且在构架柱所处位置设置圈梁，圈梁高度大于１８０mm，若构架柱生根梁上，则应加大梁的刚度，梁的刚度应为柱刚度的１．５倍。梁柱接头处钢筋锚固长度应满足《钢筋混凝土设计规范》对框架节点的要求。具体做法如图３所示3结语在实际工程中，女儿墙的材料形式多种多样，可根据当地的实际情况及结构形式合理的选择。在女儿墙结构设计中，从上面的计算过程可见，选择自重轻及抗拉强度高的墙体材料对提高女儿墙抵抗水平地震作用是十分有效的。同时对女儿墙构造措施加强也可一定程度减轻楼板温度应力对女儿墙的破坏，从而更有效提高女儿墙的安全性。普通砖混结构设计技术措施指导1.结构设计说明主要是设计依据，抗震等级，人防等级，地基情况及承载力，防潮做法，活荷载值，材料等级，施工中的注意事项，选用详图，通用详图或节点，以及在施工图中未画出而通过说明来表达的信息。如：正负零以下应采用水泥砂浆，以上采用混合砂浆。等等。2.各层的结构布置图，包括：（1）、预制板的布置（板的选用、板缝尺寸及配筋）。标注预制板的块数和类型时，不要采用对角线的形式。因为此种方法易造成线的交叉，宜采用水平线或垂直线的方法，相同类型的房间直接标房间类型号。应全楼统一编号，可减少设计工作量，也方便施工人员看图。板缝尽量为40，此种板缝可不配筋或加一根筋。布板时从房间里面往外布板，尽量采用宽板，现浇板带留在靠窗处，现浇板带宽最好≥200（考虑水暖的立管穿板）。如果构造上要求有整浇层时，板缝应大于60.整浇层厚50，配双向φ6@250，混凝土C20.应采用横墙或横纵墙（横墙为主）混合承重方案，抗坍塌性能好。构造柱处不得布预制板。建议使用PMCAD的人工布板功能布预制板，自动布板可能不能满足用户的施工图要求，仅能满足定义荷载传递路线的要求。对楼层净高很敏感、跨度超过6.9米或不符合模数时可采用SP板，SP板120厚可做到7.2米跨。（2）、过梁布置。核算圈梁下的高度是否足够放预制过梁，如果不够，则应圈梁兼过梁或圈梁局部加高。尽量采用过梁与圈梁整浇方式。此法方便施工并对抗震有利。当过梁与柱或构造柱相接时，柱应甩筋，过梁现浇。过梁配筋不得过小，以考虑地震时过梁上墙体出现裂缝不能形成拱的作用。当有大梁压在过梁上时，过梁一般用较大截面，兼梁垫用。过梁支承长度改360，并应验算过梁下砌体的局部承压。360墙可用一120矩形过粱加一120带挑沿过粱。现浇过梁荷载取值参见《砌体结构设计规范GBJ3-88》（3）、楼梯布置。采用X型斜线表示楼梯间，并注明楼梯间另详。尽量用板式楼梯，方便设计及施工，也较美观。（4）、板顶标高。可在图名下说明大多数的板厚及板顶标高，厨厕及其它特殊处在其房间上另外标明。（5）、梁布置及其下的梁垫布置。也可在梁支座处将梁加宽至500来代替梁垫。（6）、板上开洞（厨、厕、电气及设备）洞口尺寸及其附加筋，附加筋不必一定锚入板支座，从洞边锚入La即可。板上开洞的附加筋，如