導(dǎo)語(yǔ)：較大層高廠房的外圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

[摘要]建筑物常用的外圍護(hù)有砌體墻、板材、幕墻等。較大層高廠房的外圍護(hù)墻由于工藝等功能需要，常采用砌體圍護(hù)墻。砌體圍護(hù)墻既需要滿足建筑功能要求，還應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)要求。砌體外圍護(hù)墻，作為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，需要重視其設(shè)計(jì)，避免造成外傾、倒塌等破壞。文章從墻體自身穩(wěn)定性、平面外抗風(fēng)承載力、平面外抗震承載力等方面對(duì)一較大層高廠房的外圍護(hù)墻進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。

[關(guān)鍵詞]外圍護(hù)墻；非結(jié)構(gòu)構(gòu)件；抗風(fēng)承載力；抗震承載力

0引言

外圍護(hù)墻作為建筑中除承重骨架體系以外的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，在目前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一般得不到重視。由于主體結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)軟件多樣及高效，主要構(gòu)件計(jì)算均可由軟件完成。非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的分析計(jì)算一般需要大量的手算，較大層高廠房的外圍護(hù)墻若不經(jīng)過合理設(shè)計(jì)，容易造成外傾、倒塌等破壞。外圍護(hù)墻作為自承重砌體墻，作用的荷載主要包括自重、附加在墻體上的附著物重量以及風(fēng)荷載和地震作用。較大層高廠房的外圍護(hù)墻除了需要滿足穩(wěn)定和自承重外，尚應(yīng)考慮水平風(fēng)荷載和地震作用計(jì)算。文章從圍護(hù)墻自身穩(wěn)定性、平面外抗風(fēng)承載力、平面外抗震承載力等方面對(duì)一較大層高廠房的外圍護(hù)墻進(jìn)行了計(jì)算分析和設(shè)計(jì)。

1較大層高廠房的外圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1設(shè)計(jì)參數(shù)

蘇州園區(qū)某生產(chǎn)車間，主要功能為芯片封裝及測(cè)試，根據(jù)工藝要求，典型柱網(wǎng)間距9000mm，最大層高8400mm，周邊框架梁高1500mm，建筑剖面圖見圖1。基本風(fēng)壓0.45kN/m2（重現(xiàn)期50年），地面粗糙度為B類?？拐鹪O(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。圍護(hù)墻采用A5.0蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土砌塊，Ma5.0專用砂漿砌筑。

1.2高厚比驗(yàn)算

墻的高厚比過大，雖然強(qiáng)度計(jì)算滿足要求，也可能在施工砌筑階段因施工誤差過大造成鼓凸，或使用中由于外力等因素造成喪失穩(wěn)定?？梢哉J(rèn)為高厚比是保證墻正常使用極限狀態(tài)的構(gòu)造規(guī)定?！镀鲶w結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50003—2011）[1]規(guī)定：本項(xiàng)目自承重墻的計(jì)算高度暫不考慮圈梁及構(gòu)造柱作用，先按樓板處支承條件計(jì)算，扣除框架梁高度后，H0=8400-1500=6900mm，預(yù)估墻厚大于240mm，μ1=1.0，μ2=1.0，根據(jù)砌體類型及砂漿強(qiáng)度等級(jí)，查表[β]=24。由上式計(jì)算，取墻厚h=300mm，可滿足墻的高厚比構(gòu)造要求，滿足墻體自身穩(wěn)定。

1.3平面外抗風(fēng)承載力

外圍護(hù)墻作為直接承受風(fēng)荷載的圍護(hù)構(gòu)件，在平面外風(fēng)荷載作用下，可近似看成四邊簡(jiǎn)支雙向板。板在兩個(gè)方向可能產(chǎn)生彎曲破壞，根據(jù)板的內(nèi)力分布和砌體在兩個(gè)材料主方向的抗彎強(qiáng)度特點(diǎn)，得出墻體可能的兩種破壞:當(dāng)墻高與墻長(zhǎng)比≤1.5時(shí)，可能產(chǎn)生沿水平方向通縫受彎破壞；當(dāng)墻高與墻長(zhǎng)比＞1.5時(shí)，可能產(chǎn)生沿豎向齒縫方向受彎破壞[2]。由于本項(xiàng)目為非嵌砌圍護(hù)墻，屬于墻高與墻長(zhǎng)比較小的情況，可簡(jiǎn)化為上下簡(jiǎn)支單向板，發(fā)生水平通縫受彎破壞，平面外抗風(fēng)承載力驗(yàn)算如下：《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009—2012）[3]規(guī)定，計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值wk應(yīng)按下式計(jì)算：wk=βgzμs1μzw0=1.70×（1.0+0.2）×1.0×0.45kN/m2=0.918kN/m2風(fēng)荷載產(chǎn)生的墻高中點(diǎn)處彎矩標(biāo)準(zhǔn)值：Mk=18wkH02=18×0.918×6.92=5.46kN?m取可變荷載分項(xiàng)系數(shù)γQ1=1.5,風(fēng)荷載產(chǎn)生的墻高中點(diǎn)處彎矩設(shè)計(jì)值M=1.5×5.46kN?m=8.19kN?m。砂漿強(qiáng)度為Ma5.0時(shí)，沿砌體灰縫截面破環(huán)時(shí)的彎曲抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ftm=0.08N/mm2，遠(yuǎn)小于計(jì)算彎曲拉應(yīng)力，說明不采取措施的情況下，圍護(hù)墻本身不能承受平面外的風(fēng)荷載作用。

1.4平面外抗震承載力

抗震設(shè)防區(qū)較大層高外圍護(hù)墻由于慣性及主體結(jié)構(gòu)引起的平面外側(cè)移，使得墻體承受平面外地震作用，因此外圍護(hù)墻除需滿足平面外抗風(fēng)承載力外，還應(yīng)滿足平面外抗震承載力要求。非結(jié)構(gòu)構(gòu)件地震作用計(jì)算，一般采用簡(jiǎn)化方法，即等效側(cè)力法計(jì)算，本工程可不考慮支座間的相對(duì)位移產(chǎn)生的附加內(nèi)力。等效側(cè)力法一般由設(shè)計(jì)加速度、構(gòu)件功能系數(shù)、構(gòu)件類別系數(shù)、狀態(tài)系數(shù)、位置系數(shù)、動(dòng)力放大系數(shù)和構(gòu)件重力等多個(gè)因素所決定?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011—2010）（2016年版）[4]規(guī)定，采用等效側(cè)力法時(shí)，水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值宜按下式計(jì)算：其中：非承重圍護(hù)外墻的功能系數(shù)γ取1.0，ξ1取1.0，位置系數(shù)ξ2取中部1.5，αmax=0.08，每延米墻重G=1.4×6×0.3×1×6.9kN=17.388kN。F=γηξ1ξ2αmaxG=1.5×0.08×17.388=2.09kN取水平地震作用分項(xiàng)系數(shù)γEh=1.3,考慮圍護(hù)墻的地震力施加于重心，方向?yàn)榇怪庇趬γ娴乃椒较颍瑒t水平地震作用產(chǎn)生的墻高中點(diǎn)處彎矩設(shè)計(jì)值：砂漿強(qiáng)度為Ma5.0時(shí)，沿砌體灰縫截面破環(huán)時(shí)的彎曲抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ftm=0.08N/mm2，考慮承載力抗震調(diào)整系數(shù)γRE=1.0后，遠(yuǎn)小于計(jì)算彎曲拉應(yīng)力，說明不采取措施的情況下，圍護(hù)墻本身不能承受平面外的地震作用。

2考慮鋼筋混凝土帶和構(gòu)造柱的分析方法

2.1計(jì)算簡(jiǎn)圖

根據(jù)上述計(jì)算，滿足穩(wěn)定性要求的高厚比控制的墻厚不能通過平面外抗風(fēng)承載力驗(yàn)算和平面外抗震承載力驗(yàn)算。為滿足構(gòu)件設(shè)計(jì)需要，常用方法有兩種，提高抗力和降低荷載效應(yīng)。提高抗力即需要提高砌體沿通縫的彎曲抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。從砌體材料的特性來看提高砂漿強(qiáng)度等級(jí)對(duì)彎曲抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值提高不明顯。降低荷載效應(yīng)，需要降低受彎構(gòu)件的彎曲拉應(yīng)力，即需要增加截面抵抗矩，這樣就會(huì)大大增加墻厚，不利于減輕結(jié)構(gòu)自重，與主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念相違背。另外圍護(hù)結(jié)構(gòu)自重加大，地震力加大，需要加強(qiáng)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)。在不增加墻厚的情況下，設(shè)計(jì)可考慮采取砌體中設(shè)置鋼筋混凝土帶和構(gòu)造柱的整體分析方法。根據(jù)構(gòu)造要求，構(gòu)造柱的水平間距不大于4m，混凝土帶的寬度300mm，滿足不小于相鄰構(gòu)造柱間距的1/30要求，因此混凝土帶和構(gòu)造柱可以作為構(gòu)造柱間墻的不動(dòng)鉸支點(diǎn)。構(gòu)造柱間墻的計(jì)算高度和計(jì)算長(zhǎng)度較小，一般可滿足平面外抗風(fēng)及抗震承載力的要求。考慮混凝土帶和構(gòu)造柱的整體作用，立面桿系布置圖見圖2。

2.2設(shè)計(jì)分析

根據(jù)上述布置圖，建立平面桿系模型?？癸L(fēng)承載力驗(yàn)算較抗震承載力驗(yàn)算不利，取風(fēng)荷載作用作為活荷載，并不考慮墻體自重的有利作用，按平面外純彎計(jì)算?；炷恋燃?jí)C25,鋼筋HRB400。構(gòu)件配筋簡(jiǎn)圖及撓度簡(jiǎn)圖見圖3、圖4。由圖3可知，混凝土帶的構(gòu)造配筋即可滿足計(jì)算要求，由于混凝土帶兼作平面外受力要求，需要在施工圖中注明縱筋的連接，并與構(gòu)造柱進(jìn)行可靠錨固。構(gòu)造柱配筋適當(dāng)加強(qiáng)即可滿足受力要求，由于構(gòu)造柱兼作平面外受力要求，需要在施工圖中注明縱筋的連接，并與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠錨固。由圖4可知，混凝土帶的平面外最大撓度較小。構(gòu)造柱平面外最大撓度d=12.1mm，計(jì)算跨度L0=6900mm，L0/d=571，滿足限值要求。綜上計(jì)算分析，采用混凝土帶和構(gòu)造柱的整體分析方法，適當(dāng)加強(qiáng)構(gòu)造柱的配筋即可滿足承載力及正常使用極限狀態(tài)的要求，滿足安全、適用、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)原則。

3結(jié)論

（1）較大層高廠房的外圍護(hù)墻在常規(guī)墻厚條件下，一般能滿足墻體自身穩(wěn)定的要求，但不能通過平面外抗風(fēng)承載力和抗震承載力驗(yàn)算。（2）較大層高廠房的外圍護(hù)墻平面外抗風(fēng)承載力和抗震承載力驗(yàn)算可考慮采用混凝土帶和構(gòu)造柱作用的整體分析法，該體系具有清晰的傳力路徑：圍護(hù)墻→混凝土帶→構(gòu)造柱→主體結(jié)構(gòu)。（3）較大層高廠房的外圍護(hù)墻僅需要在常規(guī)構(gòu)造柱配筋的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加縱向配筋，并采取一定合理的構(gòu)造，即可滿足承載力和正常使用極限狀態(tài)要求，具有一定的經(jīng)濟(jì)性。

作者：朱宏程 單位：?jiǎn)⒌显O(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司