單層空曠廠房墻體開洞后的高厚比驗(yàn)算及處理

鄭耀宗 （福建省宏實(shí)建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，福建 泉州 362122）

1 引言

近年來，隨著城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及人民群眾精神物質(zhì)文化的提高，許多工業(yè)廠房被改造成休閑文化場所。其中，單層空曠廠房由于室內(nèi)無隔墻能形成大空間，室內(nèi)布置靈活而受到投資經(jīng)營者和消費(fèi)者的青睞，這類廠房通常被改造成餐廳或會(huì)所。為增加門窗數(shù)量來滿足采光、通風(fēng)和景觀要求，砌體結(jié)構(gòu)單層空曠廠房的承重外墻在改造施工過程中被開鑿出新的洞口，其改造后的墻體高厚比往往不能滿足要求。本文結(jié)合工程實(shí)例，談?wù)勀称鲶w結(jié)構(gòu)單層空曠廠房墻體開洞改造后的高厚比驗(yàn)算分析及給出相應(yīng)的處理方法。

2 工程概況

某磚混結(jié)構(gòu)單層廠房建筑平面布置呈規(guī)則的矩形平面，如圖1所示。房屋四周布置承重外墻，內(nèi)部空曠無隔墻，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土屋面板。該廠房原為鍋爐房，僅在（1）軸和（5）軸各設(shè)置有兩個(gè)尺寸為2100mm×2100mm的窗戶，在（C）軸設(shè)置有一個(gè)尺寸為1500mm×2100mm的對(duì)開門。現(xiàn)已在（A）軸和（C）軸墻體通過切割剔鑿新增七個(gè)窗戶改造成咖啡廳，新增窗洞尺寸為1500mm×1800mm。

3 現(xiàn)場檢查、檢測

①經(jīng)檢查，承重外墻均厚240mm，墻高均為5.8m，采用混凝土空心磚砌筑。采用磁感墻體探測儀檢查出房屋四角、墻體內(nèi)部設(shè)置有鋼筋混凝土構(gòu)造柱，承重墻體在屋蓋標(biāo)高處及墻體半高處設(shè)置有鋼筋混凝土閉合圈梁。構(gòu)造柱在（1）軸和（5）軸墻體內(nèi)的截面尺寸為240mm×400mm，柱距為4.5m；在（A）軸和（C）軸墻體內(nèi)的截面尺寸為400mm×240mm，柱距均為3.3m。

圖1 房屋建筑平面布置圖

②現(xiàn)場在該房屋抽取4片墻體構(gòu)件，依據(jù)《貫入法檢測砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》[2]，采用貫入式砂漿強(qiáng)度檢測儀檢測其砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度，檢測結(jié)果見下表。

墻體單構(gòu)件砌筑砂漿強(qiáng)度檢測結(jié)果

表中：mdi——第j個(gè)構(gòu)件的砂漿貫入深度平均值。

上表計(jì)算結(jié)果表明，所檢墻體單構(gòu)件砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度推定值在5.3MPa～7.1MPa之間。

4 墻體高厚比驗(yàn)算

依據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]第6.1條驗(yàn)算墻體高厚比。

4.1 整片墻體高厚比驗(yàn)算

4.1.1 墻體計(jì)算高度H0

根據(jù)屋蓋類別及最大橫墻間距13.2m小于32m，按剛性方案對(duì)計(jì)算高度H0進(jìn)行取值。

（1）軸和（5）軸整片墻：相鄰兩墻間距s=9m，墻體高度H=5.8m，由2H=11.6m＞s=9m＞H=5.8m，取 H0=0.4s+0.2H=4.76m。

（A）軸和（C）軸整片墻：相鄰兩墻間距s=13.2m，墻體高度H=5.8m，由 s=13.2m＞2H=11.6m，取 H0=1.0H=5.8m。

4.1.2 有門窗洞口墻允許高厚比的修正系數(shù)μ2

（1）軸和（5）軸整片墻：相鄰兩墻間距s=9m，寬度s范圍內(nèi)門窗洞口總寬度bs=4.2m,μ2=1-0.4bs/s=0.81。

（A）軸和（C）軸整片墻：相鄰兩墻間距s=13.2m，寬度s范圍內(nèi)門窗洞口總寬度bs=6m,μ2=1-0.4bs/s=0.82。

4.1.3 有構(gòu)造柱墻允許高厚比的修正系數(shù)μc

（1）軸和（5）軸整片墻：構(gòu)造柱沿墻長方向的寬度bc=0.4m,構(gòu)造柱間距l(xiāng)=4.5m，系數(shù)γ由砌筑塊體的材料類型取值 1.0，μc=1+γbc/l=1.09。

（A）軸和（C）軸整片墻：構(gòu)造柱沿墻長方向的寬度bc=0.4m,構(gòu)造柱間距l(xiāng)=3.3m，系數(shù)γ由砌筑塊體的材料類型取值 1.0，μc=1+γbc/l=1.12。

4.1.4 驗(yàn)算

墻厚h均取0.24m，墻體允許高厚比[β]按砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)M5均取24。

（1）軸和（5）軸整片墻：高厚比 β=H0/h=4.76/0.24=19.83＜μ2μc[β]=0.81×1.09×24=21.19，滿足要求。

（A）軸和（C）軸整片墻：高厚比 β=H0/h=5.8/0.24=24.17＞μ2μc[β]=0.82×1.12×24=22.04，不滿足要求。

4.2 構(gòu)造柱間墻高厚比驗(yàn)算

（1）軸和（5）軸構(gòu)造柱間墻：μ2=1-0.4bs/s=0.81，[β]=24，h=0.24m，相鄰構(gòu)造柱間距 s=4.5m＜μ2[β]h=0.81×24×0.24=4.6m。

（A）軸和（C）軸構(gòu)造柱間墻：μ2=1-0.4bs/s=0.82，[β]=24，h=0.24m，相鄰構(gòu)造柱間距 s=3.3m＜μ2[β]h=0.82×24×0.24=4.7m。

依據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]第1.1條注2，該房屋構(gòu)造柱間墻的高度不受高厚比限制。

5 分析處理

5.1 墻體開洞前后的高厚比對(duì)比分析

5.1.1 墻體開洞前的高厚比

（A） 軸整片墻高厚比:β=H0/h=5.8/0.24=24.17＜μ2μc[β]=1.0×1.12×24=26.88，滿足要求。

（C） 軸整片墻高厚比:β=H0/h=5.8/0.24=24.17＜μ2μc[β]=0.95×1.12×24=25.54，滿足要求。

5.1.2 對(duì)比分析

根據(jù)以上驗(yàn)算結(jié)果可以看出，單層空曠廠房由于墻體高度較高且橫墻間距較大，因而計(jì)算高厚比較大；即使墻體內(nèi)部設(shè)置構(gòu)造柱，允許高厚比也只是略高于計(jì)算高厚比，高厚比安全儲(chǔ)備不足。若對(duì)單層空曠廠房進(jìn)行較大較多墻體開洞改造，墻體的高厚比就會(huì)不滿足要求。

5.2 處理方法

5.2.1 方法選擇

為使高厚比滿足要求，不外乎減小計(jì)算高厚比和增大允許高厚比。對(duì)于該改造工程，在墻體開洞率不能改變的情況下，只有增設(shè)構(gòu)造柱才能增大允許高厚比；但（A）軸和（C）軸構(gòu)造柱的設(shè)置已經(jīng)較為密集，此法收效甚微。為滿足大空間的使用功能且考慮可操作性和經(jīng)濟(jì)性，選擇在（A）軸和（C）軸墻體原構(gòu)造柱處加壁柱的方法來減小其計(jì)算高厚比。

5.2.2 帶壁柱墻的高厚比驗(yàn)算

5.2.2.1 壁柱布置

按設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及施工可操作性，在（A）軸和（C）軸墻體原構(gòu)造柱處均選擇加設(shè)截面尺寸為240mm×250mm的鋼筋混凝土壁柱。新增壁柱突出部分位于室內(nèi)，平面布置見圖2。

圖2 新增壁柱平面布置圖

5.2.2.2 帶壁柱墻截面的折算厚度hT

帶壁柱墻的計(jì)算截面翼緣寬度bf按《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]第4.2.8條采用，bf=min｛0.24+2/3墻高=4.1m，窗間墻寬度=1.8m，相鄰壁柱間距=3.3m｝=1.8m。

按《混凝土結(jié)構(gòu)及砌體結(jié)構(gòu)（下冊）》[2]給出公式計(jì)算 hT，hT=3.5i=371.74mm。

A——T形截面面積，A=492000mm2

I——T形截面慣性矩，I=5.55×109mm4

5.2.2.3 驗(yàn)算

計(jì)算高度H0=5.8m，允許高厚比修正系數(shù)μ2=0.82，允許高厚比[β]=24。

加壁柱后，（A）軸和（C）軸整片墻的高厚比β=H0/hT=5.8/0.37174=15.60＜μ2[β]=0.82×24=19.68，滿足要求且有較大安全儲(chǔ)備。

為使（1）軸和（5）軸整片墻的高厚比有較大安全儲(chǔ)備，選擇同樣方法在其墻體原構(gòu)造柱處均加設(shè)截面尺寸為240mm×250mm的鋼筋混凝土壁柱。

6 結(jié)語

砌體結(jié)構(gòu)單層空曠廠房若進(jìn)行較大較多墻體開洞改造，墻體的高厚比就會(huì)不滿足要求。墻體加壁柱可以行之有效地使其高厚比滿足要求。