砖混结构中砌体女儿墙如何提高安全性？
简介：通过对砖混结构中砌体女儿墙非结构构件的分析,砌体女儿墙悬臂高度、女儿墙构造柱间距的的计算,针对不同高度砌体女儿墙应采取的几种构造加强措施，为女儿墙安全性设计提供了可靠依据，以便在工程设计中更广泛应用。
关键字：砌体，女儿墙，安全性，设计
在建筑工程设计中，由于建筑立面造型的变化，女儿墙高度不仅仅要满足使用功能的要求，而且要满足立面造型的要求，因此为了保证女儿墙的安全，女儿墙的安全性计算及女儿墙的加强措施，在整个工程结构设计中愈来愈重要。屋面女儿墙使用得较多的形式有两种：砌体和钢筋混凝土女儿墙。在一般情况下，后者的高度取值要比前者灵活，且不必设置构造柱。
根据《建筑抗震设计规范》GB-50011-2001第3.7.1条规定，屋面女儿墙作为围护墙体，属于非结构构件范畴。非结构构件自身及其与结构主体的连接需进行抗震设计。非结构构件设防目标要与主体结构三水准的设防目标相协调。非结构构件和其所在的主体结构组成一个总的系统，这个总系统的地震反应状态，同二者连接状况，质量比和阻尼特征有关，通常情况下，上人屋面的女儿墙需要设计成立面悬臂式的，以免占据屋顶空间。这就提出了以下二个问题：砌体女儿墙的最大悬臂高度和为了保证女儿墙的整体性所需的构造柱间距是多少？实际上，女儿墙的最大悬臂高度和构造柱的间距不仅由墙体自身的材料及其截面特性决定，还取决于抗震设防烈度和当地风荷载的大小。除60m以上的高层建筑外，地震作用和风荷载作用可不同时考虑，因此笔者在本文中对二者共同作用不再赘述，只考虑地震单独作用时墙体受力机理。当风荷载起主导作用时，两种作用应分别计算，取其安全值。女儿墙的水平地震作用采用等效侧力法计算,以石河子地区为例, 石河子地区抗震设防烈度为7度,女儿墙使用M5混合沙浆砌筑的240mm厚MU10实心粘土砖女儿墙，计算屋面女儿墙最大悬臂高度及其构造柱间距。
1 屋面女儿墙最大悬臂高度及构造柱间距的计算
1．1 屋面女儿墙最大悬臂高度的计算
一般情况下女儿墙根部设有混凝土梁、板或圈梁，可视其为墙体的固接支座；墙体顶部为自由端，不存在支承点之间的相对位移所产生的影响，从而可将女儿墙简化为一静定悬臂构件。且女儿墙重力远小于顶层的重力,在地震力的作用下，女儿墙的受力机理等效于：集中力作用于自由端处的悬臂构件。构件破坏面出现在女儿墙根部，呈通缝状，属弯曲抗拉破坏。受弯构件承载力计算公式为：M=ftmW，砖混结构中女儿墙地震力FEh取值仅考虑墙体自身重量，忽略自振周期、特征周期和阻力调整系数的影响。在此处计算女儿墙的水平地震力时，未沿用底部剪力法中常规的G乘以3的放大系数的算法；而是采用等效侧力法即单质点非结构构件的抗震简化计算方法。等效侧力法计算水平地震作用的标准值为：F=γηζ1ζ2αmaxG,其中γ为非结构构件功能系数,η为非结构构件类别系数,ζ1状态系数,ζ2位置系数取2.0，G为非结构构件的重力，αmax为水平地震影响系数最大值 。
计算参数为：墙体自重 g=5.36KN/m2；砌体抗拉强度 ftm=0.11MPa；水平地震影响系数最大值αmax。考虑各种基本地震加速度的地区，非结构构件类别系数取 （按丙类建筑考虑）：3.0；非结构构件功能系数取1.4；状态系数取（不设置构造柱的取值）1.0；（设置构造柱的取值）2.0；位置系数（建筑屋顶点取值规定）2.0；组合分项系数承载力抗震调整系数 (非承重墙体)0.750。
取单位长度1m为计算单元 ：
1) 不设置构造柱的情况时，墙体截面抵抗矩：w=1/6bh2；墙体底部压应力δ=M/W；有H=930mm；女儿墙不设置构造柱时最大悬臂高度为930mm。
2) 设置构造柱的情况时，有H=1330mm，女儿墙设置构造柱时最大悬臂高度为1330mm。
1．2 屋面女儿墙构造柱间距的确定
设构造柱间距为L.由于摩擦力不作为抵抗地震作用的抗力，则假设底部断面破坏后，我们可将构造柱间的墙体视为水平简支梁或连续梁，构造柱视为墙体的支座进行计算。此时，墙体破坏属砌体沿齿缝弯曲抗拉破坏，ftm=0.23MPa。
取单位高度1m为计算单元
墙体自重为5.36KN/m,有 VγRE≤fvbz z＝2/3h
有L=3.75m
构造柱最大间距为3.75m。
2 女儿墙几种构造加强措施
通过上述计算分析可知，石河子地区（7度设防）女儿墙最大高度当不设置构造柱时最大悬臂高度为930mm，当女儿墙设置构造柱时最大悬臂高度为1330mm。但实际上某些沿街商服住宅女儿墙及一些公用建筑物女儿墙高度均超过前两种情况，为了保证建筑立面造型的实现，笔者认为只有加强女儿墙构造措施，才能解决女儿墙安全问题。
1）对女儿墙最大悬臂高度大于1200mm，小于1500mm，可采用加密构造柱及在高度中部增设圈梁的办法来解决，通过构造柱的加密，可提高女儿墙的抗剪能力，中部增设圈梁，可降低女儿墙的计算高度。具体做法如图所示1。
2）对女儿墙最大悬臂高度大于1500mm，小于2100mm，可采用加密构造柱在高度中部增设圈梁及在女儿墙高度的2/3设斜撑办法来的办法来解决，斜撑可有效降低女儿墙相对高度，避免女儿墙平面外失稳，但斜撑必须与板可靠连结，钢筋锚固长度应满足《钢筋混凝土设计规范》的要求，斜撑设置间距应与女儿墙构造柱间距相同，具体做法如图2所示。
图1 女儿墙最大悬臂高度大于1200≤h≤1500 图2 女儿墙最大悬臂高度大于1500≤h≤2100
3）对女儿墙最大悬臂高度大于2100mm，小于3000mm，可采用女儿墙加密构造柱在高度中部增设圈梁及在女儿墙高度的2/3设置构架形式来解决，这就要求构架中的柱应有足够的刚度，柱不应构造柱配筋，应按计算确定。水平力应采用底部剪力法计算。顶层梁应满足简支梁的计算要求，且最好是下部构造柱位置以利上下柱钢筋搭接，若构架柱所处位置无柱，则应使构架柱伸至下层墙体内，且在构架柱所处位置设置圈梁，圈梁高度大于１８０mm，若构架柱生根梁上，则应加大梁的刚度，梁的刚度应为柱刚度的１．５倍。梁柱接头处钢筋锚固长度应满足《钢筋混凝土设计规范》对框架节点的要求。具体做法如图３所示
3 结语
在实际工程中，女儿墙的材料形式多种多样，可根据当地的实际情况及结构形式合理的选择。在女儿墙结构设计中，从上面的计算过程可见，选择自重轻及抗拉强度高的墙体材料对提高女儿墙抵抗水平地震作用是十分有效的。同时对女儿墙构造措施加强也可一定程度减轻楼板温度应力对女儿墙的破坏，从而更有效提高女儿墙的安全性。
