单层空旷厂房墙体开洞后的高厚比验算及处理

郑耀宗 （福建省宏实建设工程质量检测有限公司，福建 泉州 362122）

1 引言

近年来，随着城市产业结构的调整以及人民群众精神物质文化的提高，许多工业厂房被改造成休闲文化场所。其中，单层空旷厂房由于室内无隔墙能形成大空间，室内布置灵活而受到投资经营者和消费者的青睐，这类厂房通常被改造成餐厅或会所。为增加门窗数量来满足采光、通风和景观要求，砌体结构单层空旷厂房的承重外墙在改造施工过程中被开凿出新的洞口，其改造后的墙体高厚比往往不能满足要求。本文结合工程实例，谈谈某砌体结构单层空旷厂房墙体开洞改造后的高厚比验算分析及给出相应的处理方法。

2 工程概况

某砖混结构单层厂房建筑平面布置呈规则的矩形平面，如图1所示。房屋四周布置承重外墙，内部空旷无隔墙，采用现浇钢筋混凝土屋面板。该厂房原为锅炉房，仅在（1）轴和（5）轴各设置有两个尺寸为2100mm×2100mm的窗户，在（C）轴设置有一个尺寸为1500mm×2100mm的对开门。现已在（A）轴和（C）轴墙体通过切割剔凿新增七个窗户改造成咖啡厅，新增窗洞尺寸为1500mm×1800mm。

3 现场检查、检测

①经检查，承重外墙均厚240mm，墙高均为5.8m，采用混凝土空心砖砌筑。采用磁感墙体探测仪检查出房屋四角、墙体内部设置有钢筋混凝土构造柱，承重墙体在屋盖标高处及墙体半高处设置有钢筋混凝土闭合圈梁。构造柱在（1）轴和（5）轴墙体内的截面尺寸为240mm×400mm，柱距为4.5m；在（A）轴和（C）轴墙体内的截面尺寸为400mm×240mm，柱距均为3.3m。

图1 房屋建筑平面布置图

②现场在该房屋抽取4片墙体构件，依据《贯入法检测砌筑砂浆抗压强度技术规程》[2]，采用贯入式砂浆强度检测仪检测其砌筑砂浆抗压强度，检测结果见下表。

墙体单构件砌筑砂浆强度检测结果

表中：mdi——第j个构件的砂浆贯入深度平均值。

上表计算结果表明，所检墙体单构件砌筑砂浆抗压强度推定值在5.3MPa～7.1MPa之间。

4 墙体高厚比验算

依据《砌体结构设计规范》[2]第6.1条验算墙体高厚比。

4.1 整片墙体高厚比验算

4.1.1 墙体计算高度H0

根据屋盖类别及最大横墙间距13.2m小于32m，按刚性方案对计算高度H0进行取值。

（1）轴和（5）轴整片墙：相邻两墙间距s=9m，墙体高度H=5.8m，由2H=11.6m＞s=9m＞H=5.8m，取 H0=0.4s+0.2H=4.76m。

（A）轴和（C）轴整片墙：相邻两墙间距s=13.2m，墙体高度H=5.8m，由 s=13.2m＞2H=11.6m，取 H0=1.0H=5.8m。

4.1.2 有门窗洞口墙允许高厚比的修正系数μ2

（1）轴和（5）轴整片墙：相邻两墙间距s=9m，宽度s范围内门窗洞口总宽度bs=4.2m,μ2=1-0.4bs/s=0.81。

（A）轴和（C）轴整片墙：相邻两墙间距s=13.2m，宽度s范围内门窗洞口总宽度bs=6m,μ2=1-0.4bs/s=0.82。

4.1.3 有构造柱墙允许高厚比的修正系数μc

（1）轴和（5）轴整片墙：构造柱沿墙长方向的宽度bc=0.4m,构造柱间距l=4.5m，系数γ由砌筑块体的材料类型取值 1.0，μc=1+γbc/l=1.09。

（A）轴和（C）轴整片墙：构造柱沿墙长方向的宽度bc=0.4m,构造柱间距l=3.3m，系数γ由砌筑块体的材料类型取值 1.0，μc=1+γbc/l=1.12。

4.1.4 验算

墙厚h均取0.24m，墙体允许高厚比[β]按砌筑砂浆强度等级M5均取24。

（1）轴和（5）轴整片墙：高厚比 β=H0/h=4.76/0.24=19.83＜μ2μc[β]=0.81×1.09×24=21.19，满足要求。

（A）轴和（C）轴整片墙：高厚比 β=H0/h=5.8/0.24=24.17＞μ2μc[β]=0.82×1.12×24=22.04，不满足要求。

4.2 构造柱间墙高厚比验算

（1）轴和（5）轴构造柱间墙：μ2=1-0.4bs/s=0.81，[β]=24，h=0.24m，相邻构造柱间距 s=4.5m＜μ2[β]h=0.81×24×0.24=4.6m。

（A）轴和（C）轴构造柱间墙：μ2=1-0.4bs/s=0.82，[β]=24，h=0.24m，相邻构造柱间距 s=3.3m＜μ2[β]h=0.82×24×0.24=4.7m。

依据《砌体结构设计规范》[2]第1.1条注2，该房屋构造柱间墙的高度不受高厚比限制。

5 分析处理

5.1 墙体开洞前后的高厚比对比分析

5.1.1 墙体开洞前的高厚比

（A） 轴整片墙高厚比:β=H0/h=5.8/0.24=24.17＜μ2μc[β]=1.0×1.12×24=26.88，满足要求。

（C） 轴整片墙高厚比:β=H0/h=5.8/0.24=24.17＜μ2μc[β]=0.95×1.12×24=25.54，满足要求。

5.1.2 对比分析

根据以上验算结果可以看出，单层空旷厂房由于墙体高度较高且横墙间距较大，因而计算高厚比较大；即使墙体内部设置构造柱，允许高厚比也只是略高于计算高厚比，高厚比安全储备不足。若对单层空旷厂房进行较大较多墙体开洞改造，墙体的高厚比就会不满足要求。

5.2 处理方法

5.2.1 方法选择

为使高厚比满足要求，不外乎减小计算高厚比和增大允许高厚比。对于该改造工程，在墙体开洞率不能改变的情况下，只有增设构造柱才能增大允许高厚比；但（A）轴和（C）轴构造柱的设置已经较为密集，此法收效甚微。为满足大空间的使用功能且考虑可操作性和经济性，选择在（A）轴和（C）轴墙体原构造柱处加壁柱的方法来减小其计算高厚比。

5.2.2 带壁柱墙的高厚比验算

5.2.2.1 壁柱布置

按设计经验及施工可操作性，在（A）轴和（C）轴墙体原构造柱处均选择加设截面尺寸为240mm×250mm的钢筋混凝土壁柱。新增壁柱突出部分位于室内，平面布置见图2。

图2 新增壁柱平面布置图

5.2.2.2 带壁柱墙截面的折算厚度hT

带壁柱墙的计算截面翼缘宽度bf按《砌体结构设计规范》[3]第4.2.8条采用，bf=min｛0.24+2/3墙高=4.1m，窗间墙宽度=1.8m，相邻壁柱间距=3.3m｝=1.8m。

按《混凝土结构及砌体结构（下册）》[2]给出公式计算 hT，hT=3.5i=371.74mm。

A——T形截面面积，A=492000mm2

I——T形截面惯性矩，I=5.55×109mm4

5.2.2.3 验算

计算高度H0=5.8m，允许高厚比修正系数μ2=0.82，允许高厚比[β]=24。

加壁柱后，（A）轴和（C）轴整片墙的高厚比β=H0/hT=5.8/0.37174=15.60＜μ2[β]=0.82×24=19.68，满足要求且有较大安全储备。

为使（1）轴和（5）轴整片墙的高厚比有较大安全储备，选择同样方法在其墙体原构造柱处均加设截面尺寸为240mm×250mm的钢筋混凝土壁柱。

6 结语

砌体结构单层空旷厂房若进行较大较多墙体开洞改造，墙体的高厚比就会不满足要求。墙体加壁柱可以行之有效地使其高厚比满足要求。