點支式結構性清水磚幕墻體系在現代建筑中的應用

王奇 周家偉 王宇軒 余祖國

摘?要：點支式結構性清水磚幕墻體系是傳統清水磚幕墻體系的一種拓展，兼有普通磚幕墻和配筋磚砌塊的受力特性。本文針對點支式結構性清水磚幕墻體系的構成、節點構造和計算方法進行了系統研究，給出了一套完整的簡化計算方法。在大力發展綠色、節能及節材建筑的時代背景下，該研究成果可為此類磚幕墻體系的初步設計、優化設計和多方案比較提供參考。

關鍵詞：點支式;結構性清水磚幕墻體系;結構體系;簡化計算方法

1?結構體系

點支式結構性清水磚幕墻體系是一種由孔內局部配筋的清水磚砌塊、空氣腔、防水保溫材料、支承墻體重力荷載的點式豎向支承構件、承受垂直墻面的側向荷載的側向連接件及其余輔助構件所組成的一種配筋磚砌塊維護結構。在傳統空心清水磚孔內部配置鋼筋且灌注細石混凝土，從而形成了一種配筋磚砌塊的組合結構。

2?簡化計算方法

國外研究和工程實踐表明，配筋砌塊砌塊的力學性能與鋼筋混凝土結構的性能非常相似，特別在正截面承載力的設計中，配筋磚砌塊采用了與鋼筋混凝土結構完全相同的基本假定和計算模式^[1-3]。本文的簡化計算方法以帶狀窗戶體系的點支式結構性清水磚幕墻為例，推導磚幕墻在自身重力荷載和側向荷載作用下的簡化計算方法。

2.1?計算模型

模型中假定豎向伸縮縫位于柱子中心，截取點支式結構性清水磚幕墻體系的豎向膨脹縫的間距為L，放置墻體的豎向支承點距柱子距離為s，h₁為下部側向支撐點到墻體下邊緣的距離，h₂為豎向支承點到下部側向支撐點的距離，h₃為豎向支承點到墻體上邊緣的距離，清水磚墻厚度為t，高度為h=h₁+h₂+h₃。假定磚的容重為γ_bkN/m³，窗戶的自重面荷載為ρ_wkN/m²，側面風荷載為wkN/m²，側向連接件下皮磚內放入鋼筋的面積為A_s，設計強度為f_y，此鋼筋的中心距墻體下邊緣的距離為α_s;彈性模量為E_s，砌塊抗壓強度為f_b，彈性模量為E_b。簡化模型中考慮引入平截面計算假定。

2.2?豎向荷載作用下的計算

清水磚幕墻存在兩種極端狀態，即鋼筋達到屈服強度或清水磚強度達到極限抗壓強度

2.2.1 鋼筋達到屈服條件下的墻體彎矩

2.2.2 砌塊達到極限抗壓強度條件下的墻體彎矩

2.3?側向荷載作用下的計算

墻體承受風荷載作用，會產生水平向彎矩和豎向彎矩兩種情況，此處僅討論水平向彎矩的情況。風荷載產生的墻體平面外彎矩假定由樓層處的點式豎向支承和距清水磚幕墻底部距離為h₁的側向支撐承受，樓層處點式豎向支承點的水平向支承反力可通過以下部側向支撐點為轉動中心的合彎矩求得。

清水磚幕墻存在兩種極端狀態，即鋼筋達到屈服強度或清水磚強度達到極限抗壓強度：

2.3.1 鋼筋達到屈服條件下的墻體彎矩

2.3.2 砌塊達到極限抗壓強度條件下的墻體彎矩

2.4 豎向支承角鋼受力的計算

墻體除了承受風荷載產生的平面外彎矩，還存在重力偏心荷載作用下產生的附加彎矩。在豎向重力荷載和垂直墻面的風荷載作用下，豎向支承角鋼的反力分別為

根據豎向加勁板的受力模型可知，豎向加勁鋼板的反力中心為（1/3） l₃。因此得出，豎向荷載作用下的偏心距和偏心彎矩分別為

基于豎向支承節點的彎矩平衡，豎向力產生的偏心彎矩M_c-b需由豎向支承角鋼豎肢（l₂）對磚墻的水平向反力F₁和豎向支承角鋼水平肢（l₁）對磚墻的水平向摩擦力F₂所產生的反向彎矩來平衡。通過彎矩平衡，求得

豎向支承角鋼水平肢承受的總水平向反力F，應由豎向荷載作用下的偏心彎矩產生的水平向反力F₁和垂直墻面風荷載用下的水平向反力Rf疊加組成，即

豎向支承角鋼的水平肢承受上下砌塊的壓應力作用，因此豎向支承角鋼承受水平向反力存在上下兩個受剪面。假定砌塊與支承角鋼水平肢的受剪承載力限值為σ，可求得設計中所需要的豎向支承角鋼的有效長度為

3?結語

3.1 點支式結構性清水磚幕墻體系是傳統清水磚幕墻體系的一種拓展，兼有普通磚幕墻和配筋磚砌塊的受力特性。它是由孔內局部配筋的清水磚砌塊、空氣層、防水保溫材料、支承墻體重力荷載的豎向點式支承構件、承受垂直墻面側向荷載的側向連接件及其余輔助構件所組成的一種配筋磚砌塊維護結構。

3.2 針對點支式結構性清水磚幕墻體系給出了完整的建筑構造做法。在保證清水磚砌塊具有幕墻功能的前提下，通過弱化或隔離磚墻與主體結構的部分剛性連接，減小磚幕墻體系對主體結構剛度的影響。

3.3 在豎向重力荷載和水平向荷載作用下，針對點支式結構性清水磚幕墻體系給出了一套完整的力學簡化計算方法。

參考文獻：

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[3]Narendra Taly[美】.現代砌塊配筋結構[M].周克榮等翻譯。上海：同濟大學出版社，2004.