砌體女兒墻最大懸臂高度及其構(gòu)造柱間距的討論

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在工程設(shè)計(jì)中，屋面女兒墻使用得較多的形式有兩種：砌體和鋼筋混凝土女兒墻。在一般情況下，后者的高度取值要比前者靈活，且不必設(shè)置構(gòu)造柱。現(xiàn)僅將砌體女兒墻的設(shè)計(jì)思路和方法作簡單介紹，以供同行商榷，希望能起到拋磚引玉的作用。
    現(xiàn)行規(guī)范《GB-50011-2001》第3.7.1條規(guī)定，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件自身及其與結(jié)構(gòu)主體的連接需進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。屋面女兒墻作為圍護(hù)墻體，屬于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件范疇。
    通常情況下，上人屋面的女兒墻需要設(shè)計(jì)成立面懸臂式的，以免占據(jù)屋頂空間。這就提出了兩個(gè)問題：砌體女兒墻的最大懸臂高度和為了保證女兒墻的整體性所需的構(gòu)造柱間距是多少？實(shí)際上，女兒墻的最大懸臂高度和構(gòu)造柱的間距不僅由墻體自身的材料及其截面特性決定，還取決于抗震設(shè)防烈度和當(dāng)?shù)仫L(fēng)荷載的大小。除60米以上的高層建筑外，地震作用和風(fēng)荷載作用可不同時(shí)考慮，因此筆者在本文中對(duì)二者共同作用不再贅述，只考慮地震單獨(dú)作用時(shí)墻體受力機(jī)理。當(dāng)風(fēng)荷載起主導(dǎo)作用時(shí)，兩種作用應(yīng)分別計(jì)算，取其安全值。
    為了計(jì)算方便，水平地震作用采用底部剪力法計(jì)算。下面以7度設(shè)防區(qū)、使用M5混合沙漿砌筑的240mm厚實(shí)心粘土磚女兒墻為例，計(jì)算屋面女兒墻最大懸臂高度及其構(gòu)造柱間距。
    1、屋面女兒墻最大懸臂高度的計(jì)算
    一般情況下女兒墻根部設(shè)有混凝土梁、板或圈梁，可視其為墻體的固接支座；墻體頂部為自由端，不存在支承點(diǎn)之間的相對(duì)位移所產(chǎn)生的影響，從而可將女兒墻簡化為一靜定懸臂構(gòu)件。在地震力FEh的作用下，女兒墻的受力機(jī)理等效于：集中力作用于自由端處的懸臂構(gòu)件。構(gòu)件破壞面出現(xiàn)在A-A處，呈通縫狀，屬彎曲抗拉破壞。
    地震力FEh取值僅考慮墻體自身重量，忽略自振周期、特征周期和阻力調(diào)整系數(shù)的影響。
    在此處計(jì)算女兒墻的水平地震力時(shí)，未沿用底部剪力法中常規(guī)的G乘以3的放大系數(shù)的算法；而是采用等效側(cè)力法中的狀態(tài)系數(shù)、位置系數(shù)取代此值，故，用等效側(cè)力法計(jì)算水平地震作用的標(biāo)準(zhǔn)值為  
    計(jì)算參數(shù)：
    墻體自重 g=5.36KN/m2
    砌體抗拉強(qiáng)度 ftm=0.11MPa
    水平地震影響系數(shù)最大值   
    （考慮各種基本地震加速度的地區(qū)）
    非結(jié)構(gòu)構(gòu)件類別系數(shù)  （按丙類建筑考慮）
    非結(jié)構(gòu)構(gòu)件功能系數(shù)  
    狀態(tài)系數(shù)   （不設(shè)置構(gòu)造柱的取值）
    （設(shè)置構(gòu)造柱的取值）
    位置系數(shù)   （建筑屋頂點(diǎn)取值規(guī)定）
    組合分項(xiàng)系數(shù)
    承載力抗震調(diào)整系數(shù)   (非承重墻體)
    取單位長度1m為計(jì)算單元 
    A)不設(shè)置構(gòu)造柱的情況有
    墻體截面抵抗矩
    墻體底部壓應(yīng)力  
    有H=0.93m
    女兒墻不設(shè)置構(gòu)造柱時(shí)最大懸臂高度為0.93m。
    B)設(shè)置構(gòu)造柱的情況有  
    有H=1.33m
    女兒墻設(shè)置構(gòu)造柱時(shí)最大懸臂高度為1.33m。
    2、屋面女兒墻構(gòu)造柱間距的確定
    設(shè)構(gòu)造柱間距為L.由于摩擦力不作為抵抗地震作用的抗力，則假設(shè)底部斷面破壞后，我們可將構(gòu)造柱間的墻體視為水平簡支梁或連續(xù)梁，構(gòu)造柱視為墻體的支座進(jìn)行計(jì)算。此時(shí)，墻體破壞屬砌體沿齒縫彎曲抗拉破壞，ftm=0.23MPa。
    取單位高度1m為計(jì)算單元
    墻體自重為5.36KN/m,有  
    有L=3.75m
    構(gòu)造柱最大間距為3.75m。
    3、構(gòu)造柱的計(jì)算
    根據(jù)上述方法，把墻體的水平地震力傳遞到構(gòu)造柱上，可按一般的懸臂構(gòu)件計(jì)算方法計(jì)算構(gòu)造柱配筋（注意：狀態(tài)系數(shù)應(yīng)取 ）。
    4、結(jié)束語
    在實(shí)際工程中，女兒墻的材料形式多種多樣，可根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況選擇。從上面的計(jì)算過程可見，選擇自重輕及抗拉強(qiáng)度高的墻體材料對(duì)提高女兒墻抵抗水平地震作用是十分有效的。但必須強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)的是：在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)較高的砌體女兒墻時(shí)，為了安全起見，在墻體的一定高度處設(shè)置細(xì)石混凝土帶，阻止施工人員按一步到位的方法砌筑墻體，以免在短時(shí)間內(nèi)因墻體較高而下部砂漿強(qiáng)度不足，導(dǎo)致墻體坍塌、墜落傷人。