單層廠房結(jié)構(gòu)課程設計實例

單層廠房結(jié)構(gòu)課程設計實例1.結(jié)構(gòu)構(gòu)件選型及柱截面尺寸確定因該廠房跨度在15~36m之間，且柱頂標高大于8m，故采用鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)。為了使屋蓋具有較大剛度，選用預應力混凝土折線型屋架及預應力混凝土屋面板。選用鋼筋混凝土吊車梁及基礎梁。由圖2-54可知柱頂標高為9.6m，牛腿頂面標高為6m；設室內(nèi)地面至基礎頂面的距離為0.5m，則計算簡圖中柱的總高度H，下柱高度Hl，和上柱高度Hu分別為：圖2-54廠房剖面圖

根據(jù)柱的高度、吊車起重量及工作級別等條件，可確定柱的截面尺寸，見表2-22。表2-22柱截面尺寸及相應的計算參數(shù)計算參數(shù)

柱號截面尺寸/面積/慣性矩/自重/A，C上柱矩40040001.6105521.310084.0下柱I400900010001501.8751105195.3881084.69B上柱矩40060002.41055721086.0下柱I40010000100015001.9751105256.3441084.94本設計僅取一榀排架進行計算，計算單元和計算簡圖如圖2-55所示。圖2-55計算單元和計算簡圖

2.荷載計算1.恒載⑴屋蓋恒載20厚水泥砂漿找平層280厚泡沫混凝土保溫層預應力混凝土大型屋面板（包括灌縫）屋蓋鋼支撐總計屋架重力荷載為60.5kN/榀，則作用于柱頂?shù)奈萆w結(jié)構(gòu)的重力荷載設計值為：(2)吊車梁及軌道重力荷載設計值：(3)柱自重重力荷載設計值A、C柱:上柱：下柱:B柱:上柱:下柱:各項恒載作用位置如圖2-56所示。圖2-56荷載作用位置圖（單位：kN）

2.屋面活荷載屋面活荷載標準值為，雪荷載標準值為，后者小于前者，故僅按前者計算。作用于柱頂?shù)奈菝婊詈奢d設計值為：的作用位置與作用位置相同，如圖2-56所示。3.風荷載風荷載的標準值按計算，其中,,根據(jù)廠房各部分標高(圖2-54)及B類地面粗糙度確定如下：柱頂(標高)檐口(標高)屋頂(標高)如圖2-57所示，則由上式可得排架迎風面及背風面的風荷載標準值分別為：

圖2-57風荷載體型系數(shù)及計算簡圖

則作用于排架計算簡圖(圖2-57)上的風荷載設計值為:4.吊車荷載由表2-16可得吊車的參數(shù)為：，，，，,,根據(jù)及可算得吊車梁支座反力影響線中各輪壓對應點的豎向坐標值如圖2-58所示。(1)吊車豎向荷載吊車豎向荷載設計值為：(2)吊車橫向水平荷載作用于每一個輪子上的吊車橫向水平制動力為：作用于排架柱上的吊車橫向水平荷載設計值為：

圖2-58吊車荷載作用下支座反力影響線3.排架內(nèi)力分析該廠房為兩跨等高排架，可用剪力分配法進行排架內(nèi)力分析。其中柱的剪力分配系數(shù)計算，見表2-23。表2-23柱剪力分配系數(shù)柱別A、C柱B柱;;;由于圖2-59a所示排架為對稱結(jié)構(gòu)且作用對稱荷載，排架結(jié)構(gòu)無側(cè)移，故各柱可按柱頂為不動鉸支座計算內(nèi)力。柱頂不動鉸支座反力可根據(jù)相應公式計算。對于A，C柱，則：本例中。求得后，可用平衡條件求出柱各截面的彎矩和剪力。柱各截面的軸力為該截面以上重力荷載之和，恒載作用下排架結(jié)構(gòu)的彎矩圖和軸力圖分別見圖2-59、。圖2-59d為排架柱的彎矩、剪力和軸力的正負號規(guī)定，下同。圖2-59恒載作用下排架內(nèi)力圖

2．屋面活荷載作用下排架內(nèi)力分析(1)AB跨作用屋面活荷載排架計算簡圖如圖2-60所示，其中，它在柱頂及變階處引引起的力矩為：對于A柱，，,則對于B柱,，則將R反作用于柱頂，計算相應的柱頂剪力，并與相應的柱頂不動鉸支座反力疊加，可得屋面活荷載作用于AB跨時的柱頂剪力，即排架各柱的彎矩圖、軸力圖及柱底剪力如圖2-60b，c所示。圖2-60AB跨作用屋面活荷載時排架內(nèi)力圖

（2）BC跨作用屋面活荷載由于結(jié)構(gòu)對稱，且BC跨與AB跨作用荷載相同，故只需將圖2-60中內(nèi)力圖的位置及方向調(diào)整一下即可，如圖2-61所示。圖2-61BC跨作用屋面活荷載時的排架內(nèi)力圖

3．風荷載作用下排架內(nèi)力分析(1）左吹風時計算簡圖如圖2-62a所示。對于A，C柱,，得各柱頂?shù)募袅Ψ謩e為排架內(nèi)力如圖2-62b所示(a)(b)圖2-62左吹風時排架內(nèi)力圖(2)右吹風時計算簡圖如圖2-63a所示。將圖2-62b所示A，C柱內(nèi)力圖對換且改變內(nèi)力符號后可得，如圖2-63b所示。圖2-63右吹風時排架內(nèi)力圖4.吊車荷載載作用下排排架內(nèi)力分分析(1)作用于于A柱計計算簡圖如如圖2-64a所示示。其中吊吊車豎向荷荷載，。在牛腿腿頂面處引引起的力矩矩為：對于A柱，，則則對于柱，，，得得排架各柱頂?shù)牡募袅Ψ謩e別為：排架各柱彎矩矩圖、軸力力圖及柱底底剪力值如如圖2－64b,,c所示。圖2-64作用在A柱時排架架內(nèi)力圖

(1)作用用于B柱左計算簡圖如圖圖2-65a所示示,計算如下下：柱頂不動鉸支支反力，及總反力力分別為：：各柱頂剪力分分別為：排架各柱的彎彎矩圖、軸軸力圖及柱柱底剪力值值如圖2-655b，c所示圖2-655作用于B柱左時排排架內(nèi)力圖圖（3）作用于于B柱右根據(jù)結(jié)構(gòu)對稱稱性及吊車車噸位相等等的條件，內(nèi)內(nèi)力計算與與作用于B柱左的情情況相同，只只需將A，C柱內(nèi)力對對換并改變變?nèi)繌澗鼐丶凹袅Ψ?，如圖圖2-66所示。圖2-66作用于B柱右時排排架內(nèi)力圖圖（4）作用于于C柱同理，將將作用于AA柱情況的的A，C柱內(nèi)力對對換，并注注意改變符符號，可求求得各柱的的內(nèi)力，如如圖2-67所示。圖2-67作用在C柱右時排排架內(nèi)力圖圖（5）作用于于AB跨柱當當AB跨作用吊吊車橫向水水平荷載時時，排架計計算簡圖如如圖2-68aa所示，對對于A柱，，，得，則同理，對于于B柱，，，,，則：排架柱頂總反反力R為：各柱頂剪力為為：排架各柱的彎彎矩圖及柱柱底剪力值值如圖2-688b所示。當當方向相反反時，彎矩矩圖和剪力力只改變符符號，方向向不變。圖2-68作用于AB跨時排架架內(nèi)力圖(6)作用用于BC跨柱由于結(jié)構(gòu)對對稱及吊車車噸位相等等，故排架架內(nèi)力計算算與作用AB跨情況相相同，僅需需將A柱與C柱的內(nèi)力力對換，如如圖2-69所示。圖2-69作用于BC跨時排架架內(nèi)力圖

5.內(nèi)力組合合以柱內(nèi)力組合合為例。表表2-24為各種荷荷載作用下下柱內(nèi)力標標準值匯總總表，表2-255～表2-32、表2-33為柱內(nèi)力力組合表，這這兩表中的的控制截面面及正號內(nèi)內(nèi)力方向如如表2-24中的例圖圖所示。對對柱進行裂裂縫寬度驗驗算時，內(nèi)內(nèi)力采用標標準值，同同時只需對對的柱進行行驗算。為為此，表2-33中亦給出出了和的組合值值，它們均均滿足的條條件，對設設計來說，這這些值均取取自及相應應的和一項。

表2-24柱內(nèi)力設設計值匯總總表柱號及正向內(nèi)內(nèi)力荷載類別恒載屋面活載吊車豎向荷載載吊車水平荷載載風荷載作用在跨作用在跨作用在柱作用在B柱左作用在B柱右作用在柱作用在跨作用在BC跨左風右風序號123456789101111.980.522.30-51.199-56.77744.60-5.2910.50－18.555237.61137.8000000000-29.788-8.932.30114.411-21.08844.60-5.2910.50-18.555296.41137.80552118.97700000011.76-4.586.4621.98-123.559125.144-14.855139.766-107.220332.99937.80552118.9770000006.390.670.64-14.222-15.77712.39-1.4730.81－19.100彎矩圖注：單位())，單位，單位。表2-251.22恒載+1.4屋面活荷荷載截面組合項及相應的、組合項及相應的、組合項及相應的、組合項及相應的、12314.8111.9812314.81314.8275.411237.611275.411237.61113-27.48812-38.71112-38.7111-29.788296.411334.211334.211296.4111318.22127.1812313.641318.22332.999370.799370.799332.999

123相應應的相應的7.7`13.644370.799

注：單位())，單位，單位。

表2-261.22恒載+1.4吊車荷載載截面組合項及相應的、組合項及相應的、組合項及相應的、組合項及相應的、16973.40551579-58.95516973.405516973.4055237.611237.611237.611237.6111469118.71131579-72.16611469118.7113179-55.8226738.011391.5886738.011296.4111468237.0669158-207.00841468237.0669169184.111774.599440.0663774.599332.999

169相應的相應的23.4544184.111332.999

注：單位())，單位，單位。

表2-271.2恒載+1.4風荷載截面組合項及相應的、組合項及相應的、組合項及相應的、組合項及相應的、11022.48111-6.5711022.4811022.48237.611237.611237.611237.611110-19.288111-48.333111-48.333111-48.333296.411296.411296.411296.411110151.522111-95.444110151.522110151.522332.999332.999332.999332.999

110相應的相應的37.2151.522332.999

注：單位())，單位，單位。

表2-281.22恒載＋0.911.4（屋面活活荷載＋吊吊車荷載＋＋風載）截面組合項及相應的、組合項及相應的、組合項及相應的、組合項及相應的、1,23,69,1079.25111,57,99-68.55551,23,691079.25111,36,91078.7833271.633237.611271.633237.6111,34,69,10115.38841，25，79，11-92.65551,23,46,910107.34471,7911-69.9116693.855416.088727.877296.4111,34,68,10346.13361，25，811-285.88021,23,46,810342.10041,36,910298.4773730.433463.3776764.455332.999

1,23,69,10相應的相應的50.6566294.3551367.011

注：單位())，單位，單位

表2-291.22恒載＋0.911.4（屋面活活荷載＋吊吊車荷載）截面組合項及相應的、組合項及相應的、組合項及相應的、組合項及相應的、1,23,6969.80111579-51.86601,23,6969.8011136969.3333271.633237.611271.633237.6111,34,69105.93341，25，7975.96001,23,46,9

97.8977179-53.2221693.855426.0888727.877296.4111,34,68220.35521，25，8-189.33221，23，46，8216.2331369172.6889730.433463.3776764.455332.999

1，23，6

相應的相應的22.9277168.5667367.011

注：單位())，單位，單位。

表2-301.22恒載＋0.911.4（屋面活活荷載＋風風載）截面組合項及相應的、組合項及相應的、組合項及相應的、組合項及相應的、1231023.9688111-4.71551231023.9688131023.5271.633237.611271.633237.6111310-18.2661211-54.51121211-54.5112111-46.4775296.411330.433330.433296.4111310143.35581211-88.844212310139.23361310143.3558332.999367.011367.011332.999

1,23,10相應的相應的35.2988139.2336367.011

注：單位())，單位，單位。

表2-311.22恒載＋0.911.4（吊車荷荷載＋風載載）截面組合項及相應的、組合項及相應的、組合項及相應的、組合項及相應的、1，69，1076.71331,57,911-68.55551691076.71331691076.7133237.611237.611237.611237.6111，46，910113.31141,57,911-84.61181,46,910113.311417911-69.9116693.855382.0668693.855296.4111,46,810340.32221，58，11-281.66801,46,810340.32221，69，10292.6559730.433429.3556730.433332.999

1，69，10相應的相應的49.4777292.6559332.999

注：單位())，單位，單位。

表2-321.335恒載+0.771.4屋面活荷荷載+0.771.4吊車豎向向荷載截面組合項及相應的、組合項及相應的、組合項及相應的、組合項及相應的、1，23，643.550015-22.28881，23，643.550013643.1866293.7771267.3111293.7771267.31111，34，657.15331，25，754.52111，23，433.935517-36.8335642.5881426.5444707.6881333.46611，34，6100.1339125-67.83381，23，4696.933313696.5900683.7333476.0225710.1994374.6114

1，23，6相應的相應的15.911193.3844401.0773

注：單位())，單位，單位。

表33柱柱內(nèi)力組合合表截面組合項及相應的、組合項及相應的、組合項及相應的、組合項及相應的、,備注1,2,36,910表1479.25111,5,79,11表14-68.55551,23,6表1843.55001,3,69,10表1478.783357.6999標準值取自及相應的,項項271.633237.611293.7771237.611198.00081,4,69表12118.71131,2,57,911表14-92.65551,46,9表12118.71131,79,11表14-69.9116

標準值取自及相應的,項項738.011416.0888738.011296.411

1,3,46,810表14346.13361,2,58,11表14-285.88021,46,8表12237.06691,3,69,10表14298.4773214.5995標準值取自及相應的,項項730.433463.3776774.599332.999277.499

1,2,36,910相應的相應的

50.6566294.3551367.011

注：單位())，單位，單位

6.柱截面面設計以柱為例?；旎炷翉姸榷鹊燃墳?,，；采用HRB4400級鋼筋，，。上、下下柱均采用用對稱配筋筋。1．上柱配筋筋計算。上柱柱截面共有有4組內(nèi)力。取取而截面的內(nèi)力力均小于，則則都屬于大大偏心受壓壓，所以選選取偏心距距較大的一一組內(nèi)力作作為最不利利內(nèi)力。即即取=78.7883,=2337.611；吊車廠房排架架方向上柱柱的計算長長度。附加偏心心矩?。ù蟠笥冢?，應考慮慮偏心距增增大系數(shù)。，取且選318，則則滿足足要求。而垂垂直于排架架方向柱的的計算長度度，則，（內(nèi)插）滿足彎矩矩作用平面面外的承載載力要求。2.下柱配筋筋計算取與上柱分析析方法類似似。而，截面面的內(nèi)力均均小于，則則都屬于大大偏心受壓壓。所以選選取偏心距距最大的一一組內(nèi)力作作為最不利利內(nèi)力。按，計算下柱計算長度度取，附加加偏心距（大大于20）。，，應考慮偏偏心距增大大系數(shù)且取取,,取先假定中中和軸位于于翼緣內(nèi)，則則即中和軸過翼翼緣且選用用418垂直直于彎矩作作用面的承承載力計算算：，3．柱箍筋配配置由內(nèi)力組合表表，相應的的，驗算截面尺寸寸是否滿足足要求。截面滿滿足要求。計算是否需要要配箍筋：：取可按構(gòu)造配箍箍筋，上下下柱均選用用箍筋。滿足彎矩作用用面的承載載力要求。

4．柱的裂縫縫寬度驗算算相應于控制上上、下柱配配筋的最不不利內(nèi)力組組合的荷載載效應標準準組合為：：表2-34柱的裂縫縫寬度驗算算表柱截面上柱下柱內(nèi)力標準值57.6999214.5995198.0008277.499291.3990.555773.3440.009550.011取0.011331.11.0480.52291183.33400.523288.955722.2172.066174.04450.3410.4360.12400.3滿足要求求0.14700.3滿足要求求上柱=7633，下柱=10118；構(gòu)件件受力特征征系數(shù)；混混凝土保護護層厚度取取30mm。驗算過過程見表2-34。5．牛腿設計計根據(jù)吊吊車梁支承承位置、截截面尺寸及及構(gòu)造要求求，初步擬擬定牛腿尺尺寸，如圖圖2-70所示。其其中牛腿截截面寬度=400mmm，牛腿腿截面高度度=600mmm,=565mmm。圖2-70牛腿尺寸寸簡圖

(11)牛腿截面面高度驗算算=00.65,,，(牛腿頂面面無水平荷荷載),取。按下式式確定。故截面面高度滿足足要求。2)牛腿配筋筋計算。由于,因而而該牛腿可可按構(gòu)造要要求配筋。根根據(jù)構(gòu)造要要求，且縱筋不宜少少于4根，直徑徑不宜少于于12，所以以選用416。由于，則可以以不設置彎彎起鋼筋，箍箍筋按構(gòu)造造配置，牛牛腿上部范范圍內(nèi)水平平箍筋的總總截面面積積不應小于于承受的受受拉宗縱筋筋總面積的的，箍筋選選用。局部承壓面積積近似按柱柱寬乘以吊吊車梁斷承承壓板寬度度取用：滿足要求。6．柱的吊裝裝驗算。采用翻翻身起吊，吊吊點設在牛牛腿下部，混混凝土達到到設計強度度后起吊。柱柱插入杯口口深度為,,取,則柱吊裝裝時總長度度為,計算簡圖圖如圖2-71所示。圖2-711柱吊裝計計算簡圖柱吊裝階段的的荷載為柱柱自重重力力荷載(應考慮動動力系數(shù))，即：在上述荷載作作用下，柱柱各控制截截面的彎矩矩為：由得：：令，得，則下下柱段最大大彎矩為：柱截面受彎承承載力及裂裂縫寬度驗驗算過程見見表2-35。

表2-35柱吊裝階階段承載力力及裂縫寬寬度驗算表表柱截截面上柱下柱46.6566（38.888）65.4488(544.5400)87.89770.9446.6556=411.9900300.5110.9665.4448=588.9033162.699771.60660.297-0.51550.2,,取0.20.10200.2((滿足要求)0.02800.2((滿足要求)

自承重墻自承重墻的穩(wěn)穩(wěn)定設計問問題

在工業(yè)業(yè)與民用建建筑中，采采用自承重重墻是常見見的事，除除去彩鋼板板、石膏板板等用鋼龍龍骨做骨架架的輕質(zhì)隔隔墻外，還還大量采用用由砌體和和砂漿砌筑筑而成的自自承重墻，包包括外圍護護墻與內(nèi)隔隔墻?！镀銎鲶w結(jié)構(gòu)設設計規(guī)范》(GB500003—20011)的第6.1節(jié)通過允允許高厚比比的方式來來規(guī)范各類類墻的穩(wěn)定定設計問題題。這并不不是一個復復雜的技術(shù)術(shù)問題，只只是因為規(guī)規(guī)范的用詞詞比較簡潔潔，當設計計人不注意意時，會將將不同的詞詞義誤解為為詞義相同同，在錯誤誤引用規(guī)范范公式的情情況下，會會將不滿足足規(guī)范要求求的自承重重墻設計，誤誤認為是已已經(jīng)滿足了了規(guī)范的要要求。

在大大量的工程程實踐中，有有時能見到到一些自承承重墻設計計，要到快快出圖的階階段才發(fā)現(xiàn)現(xiàn)并不滿足足規(guī)范要求求。而且加加構(gòu)造柱、加加圈梁也不不能滿足要要求，最后后只有加壁壁柱才能解解決問題。最最終影響與與各專業(yè)間間的配合條條件，各專專業(yè)修改涉涉及的圖紙紙較多，造造成被動。

上述問題與結(jié)構(gòu)、建筑專業(yè)均有關(guān)系。從是否滿足規(guī)范要求來看，肯定屬于結(jié)構(gòu)專業(yè)的職責范圍。從能早期發(fā)現(xiàn)哪一部分自承重墻需要認真復核這個角度來看，建筑專業(yè)的機會更大一些。本文試圖從概念設計入手，探討在常見的設計中哪些比較容易處理，哪些比較難處理。然后再進一步探討解決方案。期望能夠減少最后階段修改時造成的被動。有些概念對結(jié)構(gòu)專業(yè)設計人員來說可能很簡單，但為了使建筑專業(yè)設計人員也能有輪廓的概念，還是適當?shù)奶崃艘幌隆?/p>

1.不考慮構(gòu)造柱、壁柱及圈梁作用時的自承重墻

1.1.高厚比計算中計算高度H0的取值

規(guī)范第6.1.1指出，計算高度H0的取值，應按第5.1.3條采用。

按規(guī)范第5.1.3條確定自承重墻的計算高度時，可表達成下面幾個基本規(guī)則。

1.1.1.自承重墻砌至樓蓋或屋頂

H0=H。式中H為自承重墻的高度。

1.1.2.自承重墻上端為自由端

H0=2H。

1.1.3.自承重墻兩側(cè)與主體結(jié)構(gòu)柱或橫隔墻聯(lián)系(自承重墻上端不是自由端)

設自承重墻兩側(cè)與主體結(jié)構(gòu)柱或橫墻聯(lián)系的間距為S。

當S＞2H時，認為橫向的聯(lián)系不起作用，仍按上述1.1.1.的規(guī)則確定計算高度H0；

當S≤H時，可以認為是橫向聯(lián)系的距離起控制作用，規(guī)范規(guī)定H0=0.6S；

當2H≥S＞H時，高度方向與橫方向共同起作用，規(guī)范規(guī)定H0=0.4S+0.2H。

1.1.4.自承重墻兩側(cè)與主體結(jié)構(gòu)柱或橫隔墻聯(lián)系且自承重墻上端是自由端

規(guī)范對此未做明確規(guī)定，作為一個思路可考慮將H定義為墻高的2倍，再應用上面的規(guī)則確定自承重墻的計算高度。

1.2.自承重墻的高厚比驗算，不同厚度自承重墻的允許計算高度

1.2.1.自承重墻的允許高厚比的基準值〔β〕

自承重墻允許高厚比的基準值〔β〕與砌筑砂漿的強度等級有關(guān)，如下所示：

砂漿強度等級M2.5M5≥M7.5

〔β〕222426

為了建立基本的概念，下面的討論均取砂漿強度等級為M5。

1.2.2.自承重墻驗算時的最終允許高厚比值

自承重墻驗算時的最終允許高厚比值，還需乘以修正系數(shù)μ1與μ2。

1.2.2.1.μ1修正系數(shù)

與墻厚相關(guān)：墻厚h＞240mm時，μ1=1.0；h=240mm時，μ1=1.2；h=90mm時，μ1=1.5；240＞h＞90mm時，μ1可按插入法取值。

按此規(guī)定，可以列出幾個不同墻厚的μ1值：

墻厚(mm)100120200240

μ1值1.481.441.281.20

上端為自由端的自承重墻，除按上述規(guī)定提高外，尚可再乘以修正系數(shù)1.3。

1.2.2.2.μ2修正系數(shù)

μ2的值與門窗洞口相關(guān)，主要取決于墻寬范圍內(nèi)門窗洞口的總寬度。

設墻寬范圍內(nèi)門窗洞口的總寬度為bS，自承重墻兩側(cè)與主體結(jié)構(gòu)柱或橫墻聯(lián)系的間距為S。

μ2=1－0.4

按公式算得μ2的值小于0.7時，取0.7。

當洞口高度等于或小于墻高的1/5時，可取μ2等于1.0。

μ2的取值范圍為0.7~1.0?！?.75時μ2=0.7，無洞時μ2=1.0。

1.2.2.3.自承重墻不同墻厚時允許墻高的參考值(砌筑砂漿M5)

墻厚(mm)100120200240

μ2=0.7(洞口大)時，允許墻高參考值(m)2.492.904.304.84

μ2=1.0(無洞口)時，允許墻高參考值(m)3.554.156.146.91

上端為自由端的自承重墻，應綜合考慮H0=2H及附加的修正系數(shù)1.30，其允許墻高參考值應為上述允許墻高參考值乘以修正系數(shù)0.65。

2.考慮構(gòu)造柱、壁柱及圈梁作用時的自承重墻

2.1.構(gòu)造柱的作用

構(gòu)造柱可以增加墻的允許高度，但作用有限。

有構(gòu)造柱時，墻的允許高厚比〔β〕可乘以提高系數(shù)μC：

μC=1+γ。

式中γ—系數(shù)。對燒結(jié)普通磚、燒結(jié)多孔磚、蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰磚砌體，γ=1.5；對混凝土砌塊砌體γ=1.0；

bc—構(gòu)造柱沿墻方向的寬度；

l—構(gòu)造柱的間距。

當bc=500mm、l=3000mm且采用磚砌體時，μC=1.25。在常用范圍內(nèi)這已經(jīng)是比較密的構(gòu)造柱設置，一般來說采用比較密的構(gòu)造柱也就能使墻高的允許值能提高25%。

當構(gòu)造柱寬度為500mm，間距為3m，砂漿強度等級為M5時，允許墻高的參考值：

墻厚(mm)200240

μ2=0.7(洞口大)時，允許墻高參考值(m)5.026.05

μ2=1.0(無洞口)時，允許墻高參考值(m)7.178.64

注：墻厚200mm時，按混凝土砌塊考慮，μC=1.167；

墻厚240mm時，按磚砌體考慮，μC=1.25。

2.2.壁柱的作用

壁柱對提高墻的允許高度可以有比較明顯的作用，壁柱凸出墻面部分的尺寸愈大作用愈明顯。

驗算帶壁柱墻的高厚比時，采用帶壁柱墻截面的折算厚度hT：

hT=。

式中I—截面慣性矩；

A—截面面積。

例如：240mm厚的墻，每3m設一壁柱，壁柱寬490mm，凸出墻面250mm，其折算厚度為388mm。相當于以240mm厚墻為基準時，提高系數(shù)為1.62。與構(gòu)造柱1.25的提高系數(shù)比較，有明顯的提高作用。

hT的計算有點麻煩，但有些可以查表，見苑振芳主編《砌體結(jié)構(gòu)設計手冊》(第三版)表14—14。

2.3.構(gòu)造柱與壁柱的比較

構(gòu)造柱與壁柱對提高墻的允許高度的作用是相似的，只是在規(guī)范中采用了不同的公式來表達。構(gòu)造柱用的是提高系數(shù)，壁柱采用增大折算厚度的辦法。其實，折算厚度與原始墻厚的比值也可理解為是提高系數(shù)。

構(gòu)造柱的作用有限。按照規(guī)范的規(guī)定，構(gòu)造柱的寬度達到500mm，構(gòu)造柱的中距3m時，提高系數(shù)才能達到1.25。在最極端的情況下提高系數(shù)也只能達到1.375，此時3m中距的構(gòu)造柱就要做成750mm寬，采用1.375的提高系數(shù)不應該是可取的方案。

壁柱可以明顯提高墻的允許高度。如前所述，采用壁柱后墻的允許高度可以比不加壁柱提高1.62倍，如有必要，再加大壁柱的尺寸墻的允許高度可以提得更高。缺點是，工藝或建筑專業(yè)往往不喜歡出現(xiàn)壁柱。

2.4.圈梁的作用

2.4.1.圈梁沒有作用的條件

自承重墻的兩側(cè)沒有橫向支承或僅一側(cè)有橫向支承時，圈梁對提高墻的允許高度沒有任何作用。

2.4.2.對規(guī)范條文可能引起的一點誤會

在進一步討論橫向支承的問題前，有必要先澄清一些容易引起誤會的概念。《砌體結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》(GB50003—2001)的第6.1.2條，敘述了3點。前兩點涉及到墻的整體穩(wěn)定性，第3點談的是墻的局部穩(wěn)定性。不應在整體穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求的情況下討論墻的局部穩(wěn)定性，更不能因為僅僅是局部穩(wěn)定滿足規(guī)范要求就誤認為整體墻的穩(wěn)定性自動滿足要求。請注意規(guī)范中上述3點中用詞的區(qū)別：第1點是“驗算帶壁柱墻的高厚比”；第2點是“驗算帶構(gòu)造柱墻的高厚比”；第3點是“驗算壁柱間墻或構(gòu)造柱間墻的高厚比”。

2.4.3.對規(guī)范條文更容易引起的一點誤解

在實踐中發(fā)現(xiàn)，規(guī)范條文中最容易引起誤解的是這樣一句話(見規(guī)范6.1.2-3)：“設有鋼筋混凝土圈梁的帶壁柱墻或帶構(gòu)造柱墻，當b/s≥1/30時，圈梁可視作壁柱間墻或構(gòu)造柱間墻的不動鉸支點(b為圈梁寬度)”。注意，這里指的是“壁柱間墻”或“構(gòu)造柱間墻”，而不是“帶壁柱墻”或“帶構(gòu)造柱墻”。

規(guī)范的條文應該按照下列順序解讀：

“帶壁柱墻”或“帶構(gòu)造柱墻”要滿足上述第1、2點的高厚比要求；

滿足要求后，“壁柱”或“構(gòu)造柱”已能視為“壁柱間墻”或“構(gòu)造柱間墻”的側(cè)向支點；

如果此時“壁柱間墻”或“構(gòu)造柱間墻”的局部穩(wěn)定還不能滿足規(guī)范要求，可以通過設圈梁來解決問題，“此時s應取相鄰壁柱間或相鄰構(gòu)造柱間的距離”，只要上下圈梁間的距離能滿足“壁柱間墻”或“構(gòu)造柱間墻”的高厚比要求即可。

3.幾種常見的自承重墻穩(wěn)定設計的思路

3.1.框架或排架結(jié)構(gòu)的砌體外圍護墻

3.1.1.討論的范圍

由彩鋼板、鋼龍骨等組成的外圍護墻不在本文討論范圍。

常見的討論范圍內(nèi)的外圍護墻使用的材料主要有，燒結(jié)普通磚、燒結(jié)多孔磚、蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰磚、混凝土砌塊等。本文以240mm、200mm厚的砌體墻為例探討其穩(wěn)定設計思路。

3.1.2.層高較低時

當層高較低，如果能滿足本文1.2.2.3.中的允許高度要求時，可不做特別處理；如果略超過一些，200mm厚超過8%左右，240mm厚超過12%左右時，可用設構(gòu)造柱的辦法來解決，不必再做其他的特別處理。需注意本文1.2.2.2.中門窗洞口對μ2值的影響，當0.7＜μ2＜1.0時，可使用插值。

3.1.3.層高不低時

當符合規(guī)范表5.1.3“帶壁柱墻或周邊拉結(jié)的墻”中的2H≥S＞H的要求時，可按表中的公式0.4S+0.2H確定計算高度。式中，S為框架柱的間距，H為層高。設計思路是，保證按公式確定的計算高度能滿足規(guī)范要求。

3.1.4.層高較高時

3.1.4.1.橫向能滿足高厚比要求

在H≥S的條件下，如果規(guī)范表5.1.3中的計算高度0.6S能滿足高厚比要求，也可不做特別處理。需注意，此時設構(gòu)造柱并不能將允許高度乘以提高系數(shù)，因為計算高度的方向已經(jīng)轉(zhuǎn)了90度。下面分別情況討論：

3.1.4.2.橫向不能滿足高厚比要求可通過增設圈梁解決

在層高很高，例如是很高的單層廠房，0.6S又不能滿足高厚比要求時，可以尋求圈梁的解決方案。按照規(guī)范中6.1.2-3的規(guī)定，只要b/S≥1/30時，所設的圈梁就可視為框架柱間外圍護墻的不動鉸支點。這樣，即使H很高，例如20m高，都可以通過設若干道圈梁的辦法來解決問題。只要任意兩個相鄰圈梁間的距離能滿足允許高厚比的要求即可。

如果框架柱的間距為6m，200mm厚的墻上的圈梁寬度b=200mm，正好滿足b/S=1/30的條件。

3.1.4.3.橫向不能滿足高厚比要求但能通過增設“加高”的圈梁解決

同樣的墻厚(200mm)，如果框架柱的間距為7.5m就不能滿足規(guī)范的條件。對此，規(guī)范中還有一個補充條款：“如不允許增加圈梁寬度，可按墻體平面外等剛度原則增加圈梁高度，以滿足……墻不動鉸支點的要求”。

注：該補充條款規(guī)定得并不明確，因為一開始只定義了圈梁寬度b，并沒有定義圈梁高度h。在沒有確定圈梁高度h的情況下，討論按等剛度原則增加圈梁高度是沒有意義的。為了能夠合理的進行計算，參照規(guī)范中7.1.5-3關(guān)于圈梁高度不應小于120mm的規(guī)定，暫取基準圈梁的高度h為120mm。

對于框架柱的間距為7.5m時的墻上圈梁，按照規(guī)范要求作為不動鉸支點的圈梁寬度不應小于250mm。當采用200mm厚的墻時，其計算原則如下：

基準圈梁的寬度b0=250mm，高度h0=120mm；

平面外等剛度圈梁的寬度b=200mm，求高度h。

計算條件為，按此條件可得

。

按此計算，對于框架柱的間距為7.5m、墻厚200mm且墻高很高的外圍護墻，可以在高度方向設若干道250mm高的圈梁，來保證其穩(wěn)定性。

3.1.4.4.橫向不能滿足高厚比要求且不能通過增設“加高”的圈梁來解決

例如，當外柱的間距為12m，墻厚仍為200mm厚時。單層建筑的山墻容易遇到這種狀況。

此時，按照同樣的計算方法，圈梁應高達960mm。將200mm×960mm截面的梁放在墻上仍稱其為圈梁似乎有些牽強。

如果仍想保持“可視為框架柱間外圍護墻的不動鉸支點”的概念，宜將該梁構(gòu)造成能承受側(cè)向風荷載的梁。從穩(wěn)定設計的要求來看，最好將梁做得比墻寬一些。注意，梁兩側(cè)的縱筋才是承受側(cè)向風荷載的受力主筋。

在許多情況下，更合理的辦法是采用抗風柱來保持外圍護墻的穩(wěn)定性。

3.2.多層框架結(jié)構(gòu)的砌體內(nèi)隔墻

民用建筑層高一般較低，容易滿足規(guī)范要求，這里側(cè)重對工業(yè)建筑進行討論。在工業(yè)建筑中，厚度小于200mm的墻多數(shù)集中在衛(wèi)生間這類的橫墻較多的