砌體女兒墻最大懸臂高度及其構造柱間距的討論

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在工程設計中，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，且不必設置構造柱?，F(xiàn)僅將砌體女兒墻的設計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，非結構構件自身及其與結構主體的連接需進行抗震設計。屋面女兒墻作為圍護墻體，屬于非結構構件范疇。
    通常情況下，上人屋面的女兒墻需要設計成立面懸臂式的，以免占據屋頂空間。這就提出了兩個問題：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造柱間距是多少？實際上，女兒墻的最大懸臂高度和構造柱的間距不僅由墻體自身的材料及其截面特性決定，還取決于抗震設防烈度和當?shù)仫L荷載的大小。除60米以上的高層建筑外，地震作用和風荷載作用可不同時考慮，因此筆者在本文中對二者共同作用不再贅述，只考慮地震單獨作用時墻體受力機理。當風荷載起主導作用時，兩種作用應分別計算，取其安全值。
    為了計算方便，水平地震作用采用底部剪力法計算。下面以7度設防區(qū)、使用M5混合沙漿砌筑的240mm厚實心粘土磚女兒墻為例，計算屋面女兒墻最大懸臂高度及其構造柱間距。
    1、屋面女兒墻最大懸臂高度的計算
    一般情況下女兒墻根部設有混凝土梁、板或圈梁，可視其為墻體的固接支座；墻體頂部為自由端，不存在支承點之間的相對位移所產生的影響，從而可將女兒墻簡化為一靜定懸臂構件。在地震力FEh的作用下，女兒墻的受力機理等效于：集中力作用于自由端處的懸臂構件。構件破壞面出現(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、特征周期和阻力調整系數(shù)的影響。
    在此處計算女兒墻的水平地震力時，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；而是采用等效側力法中的狀態(tài)系數(shù)、位置系數(shù)取代此值，故，用等效側力法計算水平地震作用的標準值為  
    計算參數(shù)：
    墻體自重 g=5.36KN/m2
    砌體抗拉強度 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)）
    非結構構件類別系數(shù)  （按丙類建筑考慮）
    非結構構件功能系數(shù)  
    狀態(tài)系數(shù)   （不設置構造柱的取值）
    （設置構造柱的取值）
    位置系數(shù)   （建筑屋頂點取值規(guī)定）
    組合分項系數(shù)
    承載力抗震調整系數(shù)   (非承重墻體)
    取單位長度1m為計算單元 
    A)不設置構造柱的情況有
    墻體截面抵抗矩
    墻體底部壓應力  
    有H=0.93m
    女兒墻不設置構造柱時最大懸臂高度為0.93m。
    B)設置構造柱的情況有  
    有H=1.33m
    女兒墻設置構造柱時最大懸臂高度為1.33m。
    2、屋面女兒墻構造柱間距的確定
    設構造柱間距為L.由于摩擦力不作為抵抗地震作用的抗力，則假設底部斷面破壞后，我們可將構造柱間的墻體視為水平簡支梁或連續(xù)梁，構造柱視為墻體的支座進行計算。此時，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為計算單元
    墻體自重為5.36KN/m,有  
    有L=3.75m
    構造柱最大間距為3.75m。
    3、構造柱的計算
    根據上述方法，把墻體的水平地震力傳遞到構造柱上，可按一般的懸臂構件計算方法計算構造柱配筋（注意：狀態(tài)系數(shù)應取 ）。
    4、結束語
    在實際工程中，女兒墻的材料形式多種多樣，可根據當?shù)氐膶嶋H情況選擇。從上面的計算過程可見，選擇自重輕及抗拉強度高的墻體材料對提高女兒墻抵抗水平地震作用是十分有效的。但必須強調一點的是：在設計中出現(xiàn)較高的砌體女兒墻時，為了安全起見，在墻體的一定高度處設置細石混凝土帶，阻止施工人員按一步到位的方法砌筑墻體，以免在短時間內因墻體較高而下部砂漿強度不足，導致墻體坍塌、墜落傷人。