外圍護(hù)砌體填充墻的設(shè)計(jì)

渠 育 香

(山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006)

外圍護(hù)砌體填充墻的設(shè)計(jì)

渠 育 香

(山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006)

通過(guò)一工程實(shí)例，依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，對(duì)外圍護(hù)砌體填充墻的設(shè)計(jì)，指出依據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，風(fēng)荷載較大的情況下存在安全隱患，來(lái)給出在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的事項(xiàng)，以供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員參考。

砌體，填充墻，設(shè)計(jì)

某工業(yè)構(gòu)筑物臨海而建，主體結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，高度約40 m，平面尺寸20 m×20 m，層高約4 m，墻長(zhǎng)8 m(典型墻)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用MU10燒結(jié)普通磚，兩側(cè)各有20 mm厚的抹灰，根據(jù)業(yè)主提供的資料基本風(fēng)壓為0.89 kN/m2，地面粗糙度A類(lèi)，砌筑砂漿等級(jí)為M10，墻體厚度240 mm，墻體兩側(cè)各有20 mm厚的抹灰砂漿，砌塊容重19.7 kN/m3，場(chǎng)地的抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)地震基本加速度為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅲ類(lèi)。此填充墻無(wú)開(kāi)洞。根據(jù)GB 50003—2011砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(后簡(jiǎn)稱(chēng)《砌規(guī)》)的6.3.1條，框架填充墻墻體除應(yīng)滿足穩(wěn)定要求外，尚應(yīng)考慮水平風(fēng)荷載及地震作用的影響。地震作用可按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(后簡(jiǎn)稱(chēng)《抗規(guī)》)中非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的規(guī)定計(jì)算。

1 穩(wěn)定性的計(jì)算

根據(jù)《砌規(guī)》6.1.1條以及6.1.2條，可知：

(1)

2 水平風(fēng)荷載作用的情況

根據(jù)《砌規(guī)》4.1.5條：

S=γ0·1.4γLSQ1k≤R

(2)

其中，γ0=1；γL=1。

2.1 受彎承載力的計(jì)算

風(fēng)荷載作用于單位長(zhǎng)度填充墻時(shí)引起的彎矩設(shè)計(jì)值：

(3)

根據(jù)GB 50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(后簡(jiǎn)稱(chēng)《荷規(guī)》)：

w=1.4wk=1.4βgzμs1μzw0

(4)

其中，βgz取值見(jiàn)表8.6.1；μs1迎風(fēng)面時(shí)取1.0，側(cè)面4 m范圍內(nèi)時(shí)取-1.4，其他側(cè)面-1.0，背風(fēng)面-0.6；μz取值見(jiàn)表8.2.1;w0=0.89 kN/m2。

(5)

單位長(zhǎng)度填充墻抗力為：

(6)

由式(2),式(5),式(6)得出墻體容許高度：

(7)

根據(jù)以上情況，計(jì)算出的受風(fēng)荷載控制時(shí)的根據(jù)填充墻受彎承載力計(jì)算出的容許墻高如表1所示。

表1 受風(fēng)荷載控制時(shí)的按受彎承載力計(jì)算得出的容許墻高

從表1可以看出，每層均需另設(shè)系梁才能滿足規(guī)范的計(jì)算要求。

2.2 受彎構(gòu)件的受剪承載力

(8)

其中單位寬度墻體受到的剪力：

V=1.4βgzμs1μzw0Hi

(9)

根據(jù)以上情況，計(jì)算出的受風(fēng)荷載控制時(shí)的根據(jù)填充墻受彎時(shí)的剪力和受剪承載力的結(jié)果如表2所示。

表2 受風(fēng)荷載控制時(shí)單位長(zhǎng)度填充墻受彎時(shí)的剪力和受剪承載力的計(jì)算結(jié)果

通過(guò)表2可以看出，填充墻受彎時(shí)的受剪承載力滿足要求。

3 地震作用的情況

根據(jù)《抗規(guī)》的13.2.2和13.2.3條：

F=γηζ1ζ2αmaxG

(10)

其中每延米：G=0.24×1×4×19.7+0.02×2×1×4×20=22.11 kN,αmax=0.08,ζ2=1(底部)～2(頂點(diǎn)處),ζ1=1.0(填充墻體滿足構(gòu)造要求),η=0.9，γ=1.0。

根據(jù)《砌規(guī)》10.2.1和10.2.2條，可知：

V≤ζNfvA/γRE

(11)

fv=0.17 MPa；σ0/fv=0.46，查表10.2.1，通過(guò)線性插值ζN=0.98；γRE=1.0,V=1.3F。

其不同高度的地震剪力設(shè)計(jì)值與抗震承載力如表3所示。

表3 地震作用受力分析計(jì)算簡(jiǎn)表

通過(guò)表3可看出計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論與建議

1)通過(guò)前文的分析與計(jì)算，可以看出在沿海地區(qū)風(fēng)荷載比較大的情況下，采用砌體填充墻時(shí)，按規(guī)范滿足構(gòu)造要求時(shí)，基本可滿足穩(wěn)定性和地震作用下的承載力要求，但風(fēng)荷載橫向作用下的承載力，在此項(xiàng)目中已經(jīng)采用可以提供最大彎曲抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值對(duì)應(yīng)的材料，即使是在這種情況下僅僅滿足規(guī)范的構(gòu)造要求是不能滿足規(guī)范對(duì)風(fēng)荷載承重力的計(jì)算要求的，尤其是建筑物四個(gè)角部的墻體。如果采用的圍護(hù)填充墻體更薄的話就更不安全。遇到此種情況要仔細(xì)計(jì)算并布置滿足設(shè)計(jì)要求的系梁。

2)假定此建筑物在其他風(fēng)壓地區(qū)，依然采用240 mm的燒結(jié)普通磚，其抗壓強(qiáng)度為MU10，砌筑砂漿等級(jí)為M10，根據(jù)式(7)得到：

(12)

根據(jù)式(12)得出的在外圍護(hù)填充墻墻高4 m時(shí)，容許風(fēng)壓計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。通過(guò)表4 可以看出在進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，若使用砌體填充墻，并已采用可以提供最大彎曲抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的砌體材料，尤其是轉(zhuǎn)角E/5范圍內(nèi)的墻體，應(yīng)該注意橫向作用下風(fēng)荷載的影響；地面粗糙度A類(lèi)和B類(lèi)地區(qū)，尤其是比較高的建筑，在使用砌體填充墻時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎對(duì)待；對(duì)于C類(lèi)和D類(lèi)地區(qū)，對(duì)于中國(guó)內(nèi)陸地區(qū)來(lái)說(shuō)，大部分范圍內(nèi)，高度不高的建筑物，滿足構(gòu)造要求的前提下，這類(lèi)填充墻一般是滿足風(fēng)荷載要求的。

表4 墻高4 m時(shí)在各類(lèi)地面粗糙度下的最大容許風(fēng)壓(修正后) kN/m2

3)假定此建筑物在風(fēng)壓0.50 kN/m2地區(qū)，地面粗糙度為B類(lèi)時(shí)，采用不同的砌體時(shí)，假設(shè)墻厚200 mm(為了比較，燒結(jié)普通磚也為墻厚200 mm)，其抗壓強(qiáng)度為MU10，砌筑砂漿等級(jí)為M10，根據(jù)式(8)，計(jì)算出在不同砌體下的容許高度，見(jiàn)表5。根據(jù)表5可以看出，即使風(fēng)壓不是很大的情況下，如果采用其他砌體，即使采用了抗壓強(qiáng)度為MU10的磚或砌塊，等級(jí)為M10的砌筑砂漿，滿足風(fēng)荷載作用下的受彎承載力時(shí)，外圍護(hù)填充墻的墻高容許值也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常規(guī)的4 m，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)引起結(jié)構(gòu)工程師足夠的重視，避免造成嚴(yán)重的后果。

表5 受風(fēng)荷載控制時(shí)的按受彎承載力計(jì)算得出的容許墻高 m

4)如果鋼筋混凝土房屋采用砌體填充墻，尤其是外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，在開(kāi)闊地帶尤其是風(fēng)壓比較大的地區(qū)和比較高的建筑，應(yīng)該認(rèn)真的分析設(shè)計(jì)，避免通過(guò)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)帶來(lái)的嚴(yán)重后果。在選用材料的時(shí)候，應(yīng)該優(yōu)先選擇強(qiáng)度比較高的砂漿；滿足經(jīng)濟(jì)性等的要求下，墻體不宜做的過(guò)薄。除此之外其構(gòu)造要求還應(yīng)滿足《砌規(guī)》6.3節(jié)的要求，抗震設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)該滿足《抗規(guī)》6.1.15條第三款的規(guī)定和13.3節(jié)的相關(guān)要求。

[1] GB 50003—2011,砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50009—2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[3] GB 50011—2010,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Discussionaboutdesignofexteriorfilledmasonrywall

QuYuxiang

(ShanxiTransportationResearchInstitute,Taiyuan030006,China)

Through a project example, the design of the outer masonry filled wall, according to the current specification, it points out that design based on experience does not meet the specification, if wind load is high. At the last, the problems should be paid attention to in the actual exterior filled masonry wall design. And at the same time some useful advice is given for the reference of the civil engineer.

masonry, filled wall, design

1009-6825(2017)23-0046-02

2017-06-08

渠育香(1982- )，女，工程師

TU318

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