点支式结构性清水砖幕墙体系在现代建筑中的应用

王奇 周家伟 王宇轩 余祖国

摘 要：点支式结构性清水砖幕墙体系是传统清水砖幕墙体系的一种拓展，兼有普通砖幕墙和配筋砖砌块的受力特性。本文针对点支式结构性清水砖幕墙体系的构成、節点构造和计算方法进行了系统研究，给出了一套完整的简化计算方法。在大力发展绿色、节能及节材建筑的时代背景下，该研究成果可为此类砖幕墙体系的初步设计、优化设计和多方案比较提供参考。

关键词：点支式;结构性清水砖幕墙体系;结构体系;简化计算方法

1 结构体系

点支式结构性清水砖幕墙体系是一种由孔内局部配筋的清水砖砌块、空气腔、防水保温材料、支承墙体重力荷载的点式竖向支承构件、承受垂直墙面的侧向荷载的侧向连接件及其余辅助构件所组成的一种配筋砖砌块维护结构。在传统空心清水砖孔内部配置钢筋且灌注细石混凝土，从而形成了一种配筋砖砌块的组合结构。

2 简化计算方法

国外研究和工程实践表明，配筋砌块砌块的力学性能与钢筋混凝土结构的性能非常相似，特别在正截面承载力的设计中，配筋砖砌块采用了与钢筋混凝土结构完全相同的基本假定和计算模式^[1-3]。本文的简化计算方法以带状窗户体系的点支式结构性清水砖幕墙为例，推导砖幕墙在自身重力荷载和侧向荷载作用下的简化计算方法。

2.1 计算模型

模型中假定竖向伸缩缝位于柱子中心，截取点支式结构性清水砖幕墙体系的竖向膨胀缝的间距为L，放置墙体的竖向支承点距柱子距离为s，h₁为下部侧向支撑点到墙体下边缘的距离，h₂为竖向支承点到下部侧向支撑点的距离，h₃为竖向支承点到墙体上边缘的距离，清水砖墙厚度为t，高度为h=h₁+h₂+h₃。假定砖的容重为γ_bkN/m³，窗户的自重面荷载为ρ_wkN/m²，侧面风荷载为wkN/m²，侧向连接件下皮砖内放入钢筋的面积为A_s，设计强度为f_y，此钢筋的中心距墙体下边缘的距离为α_s;弹性模量为E_s，砌块抗压强度为f_b，弹性模量为E_b。简化模型中考虑引入平截面计算假定。

2.2 竖向荷载作用下的计算

清水砖幕墙存在两种极端状态，即钢筋达到屈服强度或清水砖强度达到极限抗压强度

2.2.1 钢筋达到屈服条件下的墙体弯矩

2.2.2 砌块达到极限抗压强度条件下的墙体弯矩

2.3 侧向荷载作用下的计算

墙体承受风荷载作用，会产生水平向弯矩和竖向弯矩两种情况，此处仅讨论水平向弯矩的情况。风荷载产生的墙体平面外弯矩假定由楼层处的点式竖向支承和距清水砖幕墙底部距离为h₁的侧向支撑承受，楼层处点式竖向支承点的水平向支承反力可通过以下部侧向支撑点为转动中心的合弯矩求得。

清水砖幕墙存在两种极端状态，即钢筋达到屈服强度或清水砖强度达到极限抗压强度：

2.3.1 钢筋达到屈服条件下的墙体弯矩

2.3.2 砌块达到极限抗压强度条件下的墙体弯矩

2.4 竖向支承角钢受力的计算

墙体除了承受风荷载产生的平面外弯矩，还存在重力偏心荷载作用下产生的附加弯矩。在竖向重力荷载和垂直墙面的风荷载作用下，竖向支承角钢的反力分别为

根据竖向加劲板的受力模型可知，竖向加劲钢板的反力中心为（1/3） l₃。因此得出，竖向荷载作用下的偏心距和偏心弯矩分别为

基于竖向支承节点的弯矩平衡，竖向力产生的偏心弯矩M_c-b需由竖向支承角钢竖肢（l₂）对砖墙的水平向反力F₁和竖向支承角钢水平肢（l₁）对砖墙的水平向摩擦力F₂所产生的反向弯矩来平衡。通过弯矩平衡，求得

竖向支承角钢水平肢承受的总水平向反力F，应由竖向荷载作用下的偏心弯矩产生的水平向反力F₁和垂直墙面风荷载用下的水平向反力Rf叠加组成，即

竖向支承角钢的水平肢承受上下砌块的压应力作用，因此竖向支承角钢承受水平向反力存在上下两个受剪面。假定砌块与支承角钢水平肢的受剪承载力限值为σ，可求得设计中所需要的竖向支承角钢的有效长度为

3 结语

3.1 点支式结构性清水砖幕墙体系是传统清水砖幕墙体系的一种拓展，兼有普通砖幕墙和配筋砖砌块的受力特性。它是由孔内局部配筋的清水砖砌块、空气层、防水保温材料、支承墙体重力荷载的竖向点式支承构件、承受垂直墙面侧向荷载的侧向连接件及其余辅助构件所组成的一种配筋砖砌块维护结构。

3.2 针对点支式结构性清水砖幕墙体系给出了完整的建筑构造做法。在保证清水砖砌块具有幕墙功能的前提下，通过弱化或隔离砖墙与主体结构的部分刚性连接，减小砖幕墙体系对主体结构刚度的影响。

3.3 在竖向重力荷载和水平向荷载作用下，针对点支式结构性清水砖幕墙体系给出了一套完整的力学简化计算方法。

参考文献：

[1]张文法，黄建. 美国烧结砖的生产与应用[J].砖瓦，2007，（2）：67-70.

[2]魏力.中美砌块规范的对比研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009.

[3]Narendra Taly[美】.现代砌块配筋结构[M].周克荣等翻译。上海：同济大学出版社，2004.