外圍護砌體填充墻的設計

渠 育 香

(山西省交通科學研究院，山西 太原 030006)

外圍護砌體填充墻的設計

渠 育 香

(山西省交通科學研究院，山西 太原 030006)

通過一工程實例，依據現行規范，對外圍護砌體填充墻的設計，指出依據經驗設計時，風荷載較大的情況下存在安全隱患，來給出在實際設計中應該注意的事項，以供結構設計人員參考。

砌體，填充墻，設計

某工業構筑物臨海而建，主體結構為框架結構，高度約40 m，平面尺寸20 m×20 m，層高約4 m，墻長8 m(典型墻)，圍護結構采用MU10燒結普通磚，兩側各有20 mm厚的抹灰，根據業主提供的資料基本風壓為0.89 kN/m2，地面粗糙度A類，砌筑砂漿等級為M10，墻體厚度240 mm，墻體兩側各有20 mm厚的抹灰砂漿，砌塊容重19.7 kN/m3，場地的抗震設防烈度為7度，設計地震基本加速度為0.10g，設計地震分組為第一組，建筑場地類別為Ⅲ類。此填充墻無開洞。根據GB 50003—2011砌體結構設計規范(后簡稱《砌規》)的6.3.1條，框架填充墻墻體除應滿足穩定要求外，尚應考慮水平風荷載及地震作用的影響。地震作用可按現行國家標準GB 50011—2010建筑抗震設計規范(后簡稱《抗規》)中非結構構件的規定計算。

1 穩定性的計算

根據《砌規》6.1.1條以及6.1.2條，可知：

(1)

2 水平風荷載作用的情況

根據《砌規》4.1.5條：

S=γ0·1.4γLSQ1k≤R

(2)

其中，γ0=1；γL=1。

2.1 受彎承載力的計算

風荷載作用于單位長度填充墻時引起的彎矩設計值：

(3)

根據GB 50009—2012建筑結構荷載規范(后簡稱《荷規》)：

w=1.4wk=1.4βgzμs1μzw0

(4)

其中，βgz取值見表8.6.1；μs1迎風面時取1.0，側面4 m范圍內時取-1.4，其他側面-1.0，背風面-0.6；μz取值見表8.2.1;w0=0.89 kN/m2。

(5)

單位長度填充墻抗力為：

(6)

由式(2),式(5),式(6)得出墻體容許高度：

(7)

根據以上情況，計算出的受風荷載控制時的根據填充墻受彎承載力計算出的容許墻高如表1所示。

表1 受風荷載控制時的按受彎承載力計算得出的容許墻高

從表1可以看出，每層均需另設系梁才能滿足規范的計算要求。

2.2 受彎構件的受剪承載力

(8)

其中單位寬度墻體受到的剪力：

V=1.4βgzμs1μzw0Hi

(9)

根據以上情況，計算出的受風荷載控制時的根據填充墻受彎時的剪力和受剪承載力的結果如表2所示。

表2 受風荷載控制時單位長度填充墻受彎時的剪力和受剪承載力的計算結果

通過表2可以看出，填充墻受彎時的受剪承載力滿足要求。

3 地震作用的情況

根據《抗規》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(頂點處),ζ1=1.0(填充墻體滿足構造要求),η=0.9，γ=1.0。

根據《砌規》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，通過線性插值ζN=0.98；γRE=1.0,V=1.3F。

其不同高度的地震剪力設計值與抗震承載力如表3所示。

表3 地震作用受力分析計算簡表

通過表3可看出計算結果滿足規范要求。

4 結論與建議

1)通過前文的分析與計算，可以看出在沿海地區風荷載比較大的情況下，采用砌體填充墻時，按規范滿足構造要求時，基本可滿足穩定性和地震作用下的承載力要求，但風荷載橫向作用下的承載力，在此項目中已經采用可以提供最大彎曲抗拉強度設計值和抗剪強度設計值對應的材料，即使是在這種情況下僅僅滿足規范的構造要求是不能滿足規范對風荷載承重力的計算要求的，尤其是建筑物四個角部的墻體。如果采用的圍護填充墻體更薄的話就更不安全。遇到此種情況要仔細計算并布置滿足設計要求的系梁。

2)假定此建筑物在其他風壓地區，依然采用240 mm的燒結普通磚，其抗壓強度為MU10，砌筑砂漿等級為M10，根據式(7)得到：

(12)

根據式(12)得出的在外圍護填充墻墻高4 m時，容許風壓計算結果見表4。通過表4 可以看出在進行實際設計時，若使用砌體填充墻，并已采用可以提供最大彎曲抗拉強度設計值的砌體材料，尤其是轉角E/5范圍內的墻體，應該注意橫向作用下風荷載的影響；地面粗糙度A類和B類地區，尤其是比較高的建筑，在使用砌體填充墻時應謹慎對待；對于C類和D類地區，對于中國內陸地區來說，大部分范圍內，高度不高的建筑物，滿足構造要求的前提下，這類填充墻一般是滿足風荷載要求的。

表4 墻高4 m時在各類地面粗糙度下的最大容許風壓(修正后) kN/m2

3)假定此建筑物在風壓0.50 kN/m2地區，地面粗糙度為B類時，采用不同的砌體時，假設墻厚200 mm(為了比較，燒結普通磚也為墻厚200 mm)，其抗壓強度為MU10，砌筑砂漿等級為M10，根據式(8)，計算出在不同砌體下的容許高度，見表5。根據表5可以看出，即使風壓不是很大的情況下，如果采用其他砌體，即使采用了抗壓強度為MU10的磚或砌塊，等級為M10的砌筑砂漿，滿足風荷載作用下的受彎承載力時，外圍護填充墻的墻高容許值也遠遠小于常規的4 m，在實際設計時，應引起結構工程師足夠的重視，避免造成嚴重的后果。

表5 受風荷載控制時的按受彎承載力計算得出的容許墻高 m

4)如果鋼筋混凝土房屋采用砌體填充墻，尤其是外圍護結構，在開闊地帶尤其是風壓比較大的地區和比較高的建筑，應該認真的分析設計，避免通過經驗設計帶來的嚴重后果。在選用材料的時候，應該優先選擇強度比較高的砂漿；滿足經濟性等的要求下，墻體不宜做的過薄。除此之外其構造要求還應滿足《砌規》6.3節的要求，抗震設計時還應該滿足《抗規》6.1.15條第三款的規定和13.3節的相關要求。

[1] GB 50003—2011,砌體結構設計規范[S].

[2] GB 50009—2012，建筑結構荷載規范[S].

[3] GB 50011—2010,建筑抗震設計規范[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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