自承重墙的稳定设计问题

上端为自由端的自承重墙，应综合考虑H0 = 2H及附加的修正系数1.30，其允许墙高参考值应为上述允许墙高参考值乘以修正系数0.65。

2. 考虑构造柱、壁柱及圈梁作用时的自承重墙

2.1. 构造柱的作用

构造柱可以增加墙的允许高度，但作用有限。

有构造柱时，墙的允许高厚比〔β〕可乘以提高系数μC：

μC = 1+γ。

式中 γ—系数。对烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖砌体，γ=1.5 ；对混凝土砌块砌体γ=1.0 ；

b c—构造柱沿墙方向的宽度；

l —构造柱的间距。

当b c = 500mm、l =3000mm且采用砖砌体时，μC = 1.25 。在常用范围内这已经是比较密的构造柱设置，一般来说采用比较密的构造柱也就能使墙高的允许值能提高25%。

当构造柱宽度为500mm，间距为3m，砂浆强度等级为M5时，允许墙高的参考值：

墙厚(mm) 200 240

μ2=0.7(洞口大)时，允许墙高参考值(m) 5.02 6.05

μ2=1.0(无洞口)时，允许墙高参考值(m) 7.17 8.64

注：墙厚200mm时，按混凝土砌块考虑，μC = 1.167；

墙厚 240mm时，按砖砌体考虑，μC = 1.25。

2.2. 壁柱的作用

壁柱对提高墙的允许高度可以有比较明显的作用，壁柱凸出墙面部分的尺寸愈大作用愈明显。

验算带壁柱墙的高厚比时，采用带壁柱墙截面的折算厚度hT：

hT = 。

式中 I—截面惯性矩；

A—截面面积。

例如：240mm厚的墙，每3m设一壁柱，壁柱宽490mm，凸出墙面250mm，其折算厚度为388mm 。相当于以240mm厚墙为基准时，提高系数为1.62 。与构造柱1.25的提高系数比较，有明显的提高作用。

hT的计算有点麻烦，但有些可以查表，见苑振芳主编《砌体结构设计手册》(第三版)表14—14。

2.3. 构造柱与壁柱的比较

构造柱与壁柱对提高墙的允许高度的作用是相似的，只是在规范中采用了不同的公式来表达。构造柱用的是提高系数，壁柱采用增大折算厚度的办法。其实，折算厚度与原始墙厚的比值也可理解为是提高系数。

构造柱的作用有限。按照规范的规定，构造柱的宽度达到500mm，构造柱的中距3m时，提高系数才能达到1.25 。在最极端的情况下提高系数也只能达到1.375 ，此时3m中距的构造柱就要做成750mm宽，采用1.375 的提高系数不应该是可取的方案。

壁柱可以明显提高墙的允许高度。如前所述，采用壁柱后墙的允许高度可以比不加壁柱提高1.62倍，如有必要，再加大壁柱的尺寸墙的允许高度可以提得更高。缺点是，工艺或建筑专业往往不喜欢出现壁柱。

2.4. 圈梁的作用

2.4.1. 圈梁没有作用的条件

自承重墙的两侧没有横向支承或仅一侧有横向支承时，圈梁对提高墙的允许高度没有任何作用。

2.4.2. 对规范条文可能引起的一点误会

在进一步讨论横向支承的问题前，有必要先澄清一些容易引起误会的概念。

《砌体结构设计规范》(GB 50003—2001)的第6.1.2条，叙述了3点。

前两点涉及到墙的整体稳定性，第3点谈的是墙的局部稳定性。

不应在整体稳定不满足规范要求的情况下讨论墙的局部稳定性，更不能因为仅仅是局部稳定满足规范要求就误认为整体墙的稳定性自动满足要求。请注意规范中上述3点中用词的区别：第1点是“验算带壁柱墙的高厚比”；第2点是“验算带构造柱墙的高厚比” ；第3点是“验算壁柱间墙或构造柱间墙的高厚比”。

2.4.3. 对规范条文更容易引起的一点误解

在实践中发现，规范条文中最容易引起误解的是这样一句话(见规范6.1.2-3)：“设有钢筋混凝土圈梁的带壁柱墙或带构造柱墙，当b/s≥1/30时，圈梁可视作壁柱间墙或构造柱间墙的不动铰支点(b为圈梁宽度)” 。注意，这里指的是“壁柱间墙”或“构造柱间墙” ，而不是“带壁柱墙”或“带构造柱墙”。

规范的条文应该按照下列顺序解读：

“带壁柱墙”或“带构造柱墙”要满足上述第1、2点的高厚比要求；

满足要求后，“壁柱”或“构造柱”已能视为“壁柱间墙”或“构造柱间墙”的侧向支点；

如果此时“壁柱间墙”或“构造柱间墙” 的局部稳定还不能满足规范要求，可以通过设圈梁来解决问题，“此时s应取相邻壁柱间或相邻构造柱间的距离” ，只要上下圈梁间的距离能满足“壁柱间墙”或“构造柱间墙” 的高厚比要求即可。

3. 几种常见的自承重墙稳定设计的思路

3.1. 框架或排架结构的砌体外围护墙

3.1.1. 讨论的范围 由彩钢板、钢龙骨等组成的外围护墙不在本文讨论范围。

常见的讨论范围内的外围护墙使用的材料主要有，烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖、混凝土砌块等。本文以240mm、200mm厚的砌体墙为例探讨其稳定设计思路。

3.1.2. 层高较低时

当层高较低，如果能满足本文1.2.2.3.中的允许高度要求时，可不做特别处理；如果略超过一些，200mm厚超过8 %左右，240mm厚超过12 %左右时，可用设构造柱的办法来解决，不必再做其他的特别处理。需注意本文1.2.2.2.中门窗洞口对μ2值的影响，当0.7＜μ2＜1.0时，可使用插值。

3.1.3. 层高不低时

当符合规范表5.1.3“带壁柱墙或周边拉结的墙”中的2H≥S＞H的要求时，可按表中的公式0.4S+0.2H确定计算高度。式中，S为框架柱的间距，H为层高。设计思路是，保证按公式确定的计算高度能满足规范要求。

3.1.4. 层高较高时

3.1.4.1. 横向能满足高厚比要求

在H≥S的条件下，如果规范表5.1.3中的计算高度0.6S能满足高厚比要求，也可不做特别处理。需注意，此时设构造柱并不能将允许高度乘以提高系数，因为计算高度的方向已经转了90度。下面分别情况讨论：

3.1.4.2. 横向不能满足高厚比要求可通过增设圈梁解决

在层高很高，例如是很高的单层厂房，0.6S又不能满足高厚比要求时，可以寻求圈梁的解决方案。按照规范中6.1.2-3的规定，只要b/S≥1/30时，所设的圈梁就可视为框架柱间外围护墙的不动铰支点。这样，即使H很高，例如20m高，都可以通过设若干道圈梁的办法来解决问题。只要任意两个相邻圈梁间的距离能满足允许高厚比的要求即可。

如果框架柱的间距为6m，200mm厚的墙上的圈梁宽度b=200mm，正好满足b/S=1/30的条件。

3.1.4.3. 横向不能满足高厚比要求但能通过增设“加高”的圈梁解决

同样的墙厚(200mm)，如果框架柱的间距为7.5m就不能满足规范的条件。对此，规范中还有一个补充条款：“如不允许增加圈梁宽度，可按墙体平面外等刚度原则增加圈梁高度，以满足……墙不动铰支点的要求”。

注：该补充条款规定得并不明确，因为一开始只定义了圈梁宽度b，并没有定义圈梁高度h 。在没有确定圈梁高度h的情况下，讨论按等刚度原则增加圈梁高度是没有意义的。为了能够合理的进行计算，参照规范中7.1.5-3关于圈梁高度不应小于120mm的规定，暂取基准圈梁的高度h为120mm。

对于框架柱的间距为7.5m时的墙上圈梁，按照规范要求作为不动铰支点的圈梁宽度不应小于250mm。当采用200mm厚的墙时，其计算原则如下：

基准圈梁的宽度b0 = 250mm，高度h0 = 120mm ；

平面外等刚度圈梁的宽度b = 200mm，求高度h。

计算条件为 ，按此条件可得。

按此计算，对于框架柱的间距为7.5m、墙厚200mm且墙高很高的外围护墙，可以在高度方向设若干道250mm高的圈梁，来保证其稳定性。

3.1.4.4. 横向不能满足高厚比要求且不能通过增设“加高”的圈梁来解决

例如，当外柱的间距为12m，墙厚仍为200mm厚时。单层建筑的山墙容易遇到这种状况。

此时，按照同样的计算方法，圈梁应高达960mm。将200mm×960mm截面的梁放在墙上仍称其为圈梁似乎有些牵强。

如果仍想保持“可视为框架柱间外围护墙的不动铰支点”的概念，宜将该梁构造成能承受侧向风荷载的梁。从稳定设计的要求来看，最好将梁做得比墙宽一些。注意，梁两侧的纵筋才是承受侧向风荷载的受力主筋。

在许多情况下，更合理的办法是采用抗风柱来保持外围护墙的稳定性。

3.2. 多层框架结构的砌体内隔墙

民用建筑层高一般较低，容易满足规范要求，这里侧重对工业建筑进行讨论。在工业建筑中，厚度小于200mm的墙多数集中在卫生间这类的横墙较多的场合，也比较容易满足规范要求，可不专门讨论。下面以墙厚200mm为例进行讨论，其他的墙厚可以用类似的思路去计算。

3.2.1. 框架柱间的内隔墙

3.2.1.1. 层高较低时

层高较低时，处理比较方便，不再赘述。

3.2.1.2. 层高较高且柱距不大时

层高较高且柱距不大时，例如柱距不大于7.5m时，可以采用增设圈梁或“加高”圈梁的办法，当墙厚为200mm时一般均可设法满足规范要求。

3.2.1.3. 层高较高且柱距大时 处理起来有一定难度。如果加构造柱能解决问题最好，但因为构造柱的效果有限，遇到需要洞口折减时，有可能无法满足规范要求。如果有吊顶，在吊顶的上部圈梁的宽度容许大于墙厚时，在吊顶上部偏下的位置增设较宽的圈梁是比较有利的办法。有利条件是，这里不需要考虑侧向风荷载。

3.2.2. 与框架柱不相连且长度很长的内隔墙

当层高较低时，处理仍很简单。当层高较高时，处理方案可能很复杂，需要认真讨论。其基本思路可能是，在墙的层高中间部位设圈梁，然后设法构造该圈梁的侧向支承。当该墙离柱不远时，可考虑设水平钢梁支承在框架柱上。

3.3. 单层排架轻钢屋盖厂房的砌体内隔墙

3.3.1. 防火墙

对于层高比较高的单层厂房来说，比较难处理的是防火墙。由于墙比较高，墙的上端设为自由端时，更难满足规范要求。一般可将墙的上端构造成铰接端，这样相对容易满足规范的要求。

铰接端的构造思路：

当墙正处于钢屋架或主钢梁的下方时，可以在钢屋架或主钢梁的下方，采用在墙的两侧用夹钢板的形式来约束墙顶端侧向位移的方式。需要注意两点，一是约束位置，二是约束方式。约束位置：钢屋架在下弦节点处，该节点处有垂直支撑或有与垂直支撑相连的水平系杆；主钢梁在设隅撑处。约束方式：限制墙的侧向位移，不限制钢屋架或主钢梁的竖向位移。

当墙不处于钢屋架或主钢梁的下方但相互平行时，可以在垂直于钢屋架或主钢梁的方向设置钢梁，在此钢梁的下方与墙相交处设置上述约束。需注意：当为钢屋架时，该钢梁应设置在有垂直支撑或有与垂直支撑相连水平系杆处的下弦节点处；当为主钢梁时，该钢梁应设置在设隅撑处。

当墙不处于钢屋架或主钢梁的下方且相互垂直时，可直接在钢屋架或主钢梁的下方设置上述约束。

对于采用钢屋架的单层厂房，防火墙在钢屋架的高度范围内不好砌筑，宜由建筑专业在消防规范容许的范围内采用外包防火板的办法解决。

墙的高厚比控制办法：

对防火墙来说，如果墙与排架柱相连，墙的高厚比控制思路与外围护墙的控制思路一致。如果与排架柱不相连，一般要看加了构造柱之后能否满足规范要求，如还不满足要求就只好加壁柱了，这是最后的也是有效的手段。

3.3.2. 普通内隔墙

设计时应特别注意那些不与排架柱相连又很长没有侧向支点的内隔墙。这里只讨论用加构造柱的办法还不能满足规范要求的那些墙。

如果能在不太长的距离(例如18m以下)处，墙的两侧均有横隔墙，或者能人为加上一小段横隔墙时，可以按本文3.1.4.2.来增设圈梁。在许多情况下，圈梁的宽度可以做得比墙更宽一些。如有必要也可采用“加高”圈梁的办法。当然，两圈梁间的距离应满足允许高厚比的要求。

隔墙上顶部圈梁施工时可能会遇到麻烦，不太好操作，也可采用变通的办法，将顶部圈梁设得稍低些，圈梁浇好后再砌几皮砖到顶。

如果前述办法行不通，就只好加壁柱了。注意，这只是最后的不得已的手段。

特别提示：

自承重墙的稳定设计问题，看起来是小问题，但很容易疏忽。在施工图设计的早期就应注意，对一些迟早会出现的问题，还是早一点确定一下思路为好。建筑专业与结构专业配合得好，可以避免出图阶段对各相关专业造成配合条件的影响，避免被动。

写这篇文章其中有一个目的，是想让建筑设计人员在设计构思的过程中，就能发现那些对结构专业来说可能是需要动一些脑筋才能解决的问题。当然对结构设计人员来说也需要尽可能减少判断方面的失误。

在工业与民用建筑中，采用自承重墙是常见的事，除去彩钢板、石膏板等用钢龙骨做骨架的轻质隔墙外，还大量采用由砌体和砂浆砌筑而成的自承重墙，包括外围护墙与内隔墙。《砌体结构设计规范》(GB 50003—2001)的第6.1节通过允许高厚比的方式来规范各类墙的稳定设计问题。

这并不是一个复杂的技术问题，只是因为规范的用词比较简洁，当设计人不注意时，会将不同的词义误解为词义相同，在错误引用规范公式的情况下，会将不满足规范要求的自承重墙设计，误认为是已经满足了规范的要求。

在大量的工程实践中，有时能见到一些自承重墙设计，要到快出图的阶段才发现并不满足规范要求。而且加构造柱、加圈梁也不能满足要求，最后只有加壁柱才能解决问题。最终影响与各专业间的配合条件，各专业修改涉及的图纸较多，造成被动。

上述问题与结构、建筑专业均有关系。从是否满足规范要求来看，肯定属于结构专业的职责范围。从能早期发现哪一部分自承重墙需要认真复核这个角度来看，建筑专业的机会更大一些。本文试图从概念设计入手，探讨在常见的设计中哪些比较容易处理，哪些比较难处理。

然后再进一步探讨解决方案。期望能够减少最后阶段修改时造成的被动。有些概念对结构专业设计人员来说可能很简单，但为了使建筑专业设计人员也能有轮廓的概念，还是适当的提了一下。

1. 不考虑构造柱、壁柱及圈梁作用时的自承重墙

1.1. 高厚比计算中计算高度H0的取值

规范第6.1.1指出，计算高度H0的取值，应按第5.1.3条采用。

按规范第5.1.3条确定自承重墙的计算高度时，可表达成下面几个基本规则。

1.1.1. 自承重墙砌至楼盖或屋顶

H0 = H 。式中H为自承重墙的高度。

1.1.2. 自承重墙上端为自由端

H0 = 2H 。

1.1.3. 自承重墙两侧与主体结构柱或横隔墙联系(自承重墙上端不是自由端)

设自承重墙两侧与主体结构柱或横墙联系的间距为S 。

当S＞2H时，认为横向的联系不起作用，仍按上述1.1.1.的规则确定计算高度H0 ；

当S≤H时，可以认为是横向联系的距离起控制作用，规范规定H0 = 0.6S ；

当2H≥S＞H时，高度方向与横方向共同起作用，规范规定H0 = 0.4S+0.2H 。

1.1.4. 自承重墙两侧与主体结构柱或横隔墙联系且自承重墙上端是自由端

规范对此未做明确规定，作为一个思路可考虑将H定义为墙高的2倍，再应用上面的规则确定自承重墙的计算高度。

1.2. 自承重墙的高厚比验算，不同厚度自承重墙的允许计算高度

1.2.1. 自承重墙的允许高厚比的基准值〔β〕

自承重墙允许高厚比的基准值〔β〕与砌筑砂浆的强度等级有关，如下所示：

砂浆强度等级 M2.5 M5 ≥M7.5

〔β〕 22 24 26

为了建立基本的概念，下面的讨论均取砂浆强度等级为M5。

1.2.2. 自承重墙验算时的最终允许高厚比值

自承重墙验算时的最终允许高厚比值，还需乘以修正系数μ1与μ2。

1.2.2.1. μ1修正系数

与墙厚相关：墙厚 h ＞ 240mm时，μ1 = 1.0 ；h = 240mm时，μ1 = 1.2 ；h = 90mm时，μ1 = 1.5 ；240 ＞ h ＞ 90mm时，μ1可按插入法取值。

按此规定，可以列出几个不同墙厚的μ1值：

墙厚(mm) 100 120 200 240

μ1值 1.48 1.44 1.28 1.20

上端为自由端的自承重墙，除按上述规定提高外，尚可再乘以修正系数1.3。

1.2.2.2. μ2修正系数

μ2的值与门窗洞口相关，主要取决于墙宽范围内门窗洞口的总宽度。

设墙宽范围内门窗洞口的总宽度为b S ，自承重墙两侧与主体结构柱或横墙联系的间距为S。

μ2 = 1－0.4

按公式算得μ2的值小于0.7时，取0.7。

当洞口高度等于或小于墙高的1/5时，可取μ2等于1.0。

μ2的取值范围为0.7~1.0。≥0.75时μ2=0.7，无洞时μ2=1.0。

1.2.2.3. 自承重墙不同墙厚时允许墙高的参考值(砌筑砂浆M5)

墙厚(mm) 100 120 200 240

μ2=0.7(洞口大)时，允许墙高参考值(m) 2.49 2.90 4.30 4.84

μ2=1.0(无洞口)时，允许墙高参考值(m) 3.55 4.15 6.14 6.91