磚砌體和鋼筋砼構(gòu)造柱組合墻的計(jì)算
中國(guó)工程檢測(cè)網(wǎng)（
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施楚賢 梁建國(guó) 黃幼華
（湖南大學(xué)，長(zhǎng)沙，410082）
在多層磚房中設(shè)置鋼筋砼構(gòu)造柱，其顯著的效果是加強(qiáng)房屋的整體性，增大墻體的延性。為了發(fā)揮墻內(nèi)設(shè)置構(gòu)造柱的受壓和受剪作用，新規(guī)范提出了磚砌體和鋼筋砼構(gòu)造柱組合墻的承載力計(jì)算方法。
1 組合磚墻軸心受壓承載力
1.1 試驗(yàn)與有限元分析結(jié)果
磚砌體和鋼筋砼構(gòu)造柱組合墻（圖1），在豎向荷載作用下，由于砼柱、砌體的剛度不同和內(nèi)力重分布的結(jié)果，砼柱分擔(dān)墻體上的荷載。不僅如此，砼柱和圈梁形成一種“弱框架”，其約束作用使墻體橫向變形減小，同時(shí)該框內(nèi)的砌體處于雙向受壓狀態(tài)。此外，砼柱對(duì)提高墻體的受壓穩(wěn)定性也是有利的。
有限元分析結(jié)果表明[1]，在荷載q作用下，墻體內(nèi)豎向壓應(yīng)力明顯向構(gòu)造柱擴(kuò)散；兩柱之間的砌體，豎向壓應(yīng)力在中間大，兩端小，其應(yīng)力峰值隨構(gòu)造柱間距的減小而減??；當(dāng)層高由2.8m增加到3.6m時(shí)，構(gòu)造柱內(nèi)應(yīng)力的增加和砌體內(nèi)應(yīng)力的減小幅度均在5%以內(nèi)。因而可知，影響這種墻體受壓性能的主要因素是構(gòu)造柱的間距，房屋屋高的影響甚微。此外，從多層墻體與單層墻體的受力狀態(tài)來(lái)比較，上層墻體對(duì)下層墻體的整體工作有利。因此選取單層墻進(jìn)行試驗(yàn)，將得到構(gòu)造柱對(duì)墻體承載力提高的最小值，以此作為設(shè)計(jì)依據(jù)是偏于安全的。
湖南大學(xué)所作試驗(yàn)的墻體，如圖2所示。
墻體有限元非線性全過(guò)程分析的墻體裂縫的出現(xiàn)、分布和發(fā)展與試驗(yàn)結(jié)果基本相符；對(duì)開(kāi)裂荷載，有限元分析的計(jì)算值與試驗(yàn)值很接近；對(duì)極限荷載，試驗(yàn)值較計(jì)算值平均高20.4%（見(jiàn)表1）。
表1 試驗(yàn)值與有限元分析的計(jì)算值
試件編號(hào) №.1 №.2 №.3 №.4 №.5
柱 間 距（mm） 900 1000 1250 1600 中間1根柱兩端無(wú)柱
磚 強(qiáng) 度（MPa） 7.35 6.55 7.35 7.35 7.35
砂 漿 強(qiáng) 度（MPa） 2.79 5.96 2.79 2.95 2.49
砼立方體強(qiáng)度（Mpa） 19.76 20.30 19.76 22.16 19.93
鋼筋屈服強(qiáng)度（Mpa） 290 290 290 290 290
開(kāi)裂荷載（N/mm2） 試 驗(yàn) 值 2.30 2.83 2.11 1.92 1.55
計(jì) 算 值 2.45 2.65 2.13 1.96 1.64
極限荷載（N/mm2） 試 驗(yàn) 值 3.75 3.90 3.20 2.88 1.99
計(jì) 算 值 3.11 3.15 2.62 2.28 1.79
1.2設(shè)計(jì)方法
根據(jù)有限元非線性分析結(jié)果，組合墻與無(wú)筋墻體的軸心受壓承載力之比，即強(qiáng)度提高系數(shù)可按下式確定：
γi=1+2e-0.65s （1）
式中s為沿墻長(zhǎng)方向砼構(gòu)造柱的間距。
按式（1）的計(jì)算值與試驗(yàn)值（γ0i）的比較見(jiàn)表2，γi/γ0I的平均比值為0.844，在試驗(yàn)數(shù)據(jù)有限的情況下，這樣取值是穩(wěn)妥的。
表2γi與γ0i比較
柱間距（m） γ0I γI γi/γ0I
1.8 1.982 1.679 0.847
2.0 1.918 1.602 0.835
2.5 1.705 1.446 0.848
3.2 1.530 1.293 0.845
對(duì)于磚砌體和鋼筋砼構(gòu)造柱組合墻的受壓承載力，新規(guī)范采用了與組合磚砌體受壓構(gòu)件承載力相同的計(jì)算模式，但引入強(qiáng)度系數(shù)η來(lái)反映其差別。即
按式（2）和式（3）推算的強(qiáng)度提高系數(shù)γic與式（1）γi的比較見(jiàn)表3。
表3γic與γi比較
柱間距（m） γic γI γic/γi
1.0 3.139 2.098 1.496
1.5 1.998 1.813 1.102
2.0 1.632 1.602 1.019
2.5 1.453 1.446 1.005
3.0 1.349 1.331 1.104
3.5 1.281 1.245 1.029
4.0 1.234 1.181 1.045
由表3可知，除柱間距為1.0m的情況外，γic與γi的值十分接近。
在有限元非線性分析中，當(dāng)砼柱間距小于1m后，其計(jì)算得到的極限荷載與按組合磚砌體構(gòu)件公式得到的極限荷載很接近。因而按式（3）計(jì)算當(dāng)s/b<4時(shí)取s/b=4。這樣式（2）具有與規(guī)范中組合砌體受壓構(gòu)件承載力的計(jì)算公式的銜接的特點(diǎn)。
在影響這種組合墻受壓承載力的諸多因素中，柱間距的影響最為顯著。對(duì)于中間柱，它對(duì)柱每側(cè)砌體的影響長(zhǎng)度約為1.2m；對(duì)于邊柱，其影響長(zhǎng)度約為1m。構(gòu)造柱間距為2m左右時(shí)，柱的作用得到充分發(fā)揮。構(gòu)造柱間距大于4m時(shí)，它對(duì)墻體受壓承載力的影響很小。
2 組合磚墻的截面抗震承載力
2.1 對(duì)文獻(xiàn)[5]方法的討論
對(duì)于磚砌體和鋼筋砼構(gòu)造柱組合墻，截面抗震承載力的計(jì)算公式有多種，但計(jì)算結(jié)果的差別較大，，主要原因是這些方法所考慮的影響因素不同，且有的方法在概念上不盡合理。
《設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱多層磚房抗震技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T13-94）中規(guī)定，當(dāng)隔開(kāi)間或每開(kāi)間設(shè)置，且墻段中有2根及2根以上構(gòu)造柱時(shí)，可考慮構(gòu)造柱對(duì)截面抗震承載力的有利影響，按下式進(jìn)行驗(yàn)算：
分析表明，本方法存在以下問(wèn)題
(1) 隨著砌體彈性模量的提高，組合墻的截面抗震承載力反而下降；
(2) 構(gòu)造柱砼承擔(dān)的剪力偏大
(3) 構(gòu)造柱參與墻體的工作系數(shù)的取值未考慮構(gòu)造柱所處位置的影響；
(4) 設(shè)置構(gòu)造柱后，組合墻的截面抗震承載力的提高幅度過(guò)大。
2.2 新規(guī)范建議的方法
新規(guī)范采用的計(jì)算方法較之現(xiàn)有的計(jì)算方法作了較大的改進(jìn)，除考慮砌體受構(gòu)造柱的約束和作用于墻體上的垂直壓應(yīng)力的影響外，還考慮了構(gòu)造柱砼和縱向鋼筋參與受力，并針對(duì)端部構(gòu)造柱和中部構(gòu)造柱，引入不同的構(gòu)造柱砼參與抗剪的工作系數(shù)，較為全面，且公式形式合理、概念上也較清楚。
湖南大學(xué)等單位14片組合墻的抗側(cè)承載力試驗(yàn)值[3][7] 與新規(guī)范公式的計(jì)算值比較，其平均比值為1.333，變異系數(shù)為0.186，偏于安全。
對(duì)于有門(mén)窗洞口的墻體，洞口的大小、形狀及其位置對(duì)組合墻的抗剪承載力均有影響，由于試驗(yàn)資料少，難于給出一個(gè)有門(mén)窗洞口墻體內(nèi)應(yīng)力計(jì)算的較精確的公式，故采用了與組合墻受壓承載力相同的方法，即取用磚砌體的凈截面面積進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)較大洞口（如洞寬大于2m）的洞邊提出了應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱的要求。
參考文獻(xiàn)
[1] 施楚賢，設(shè)置砼構(gòu)造柱磚砌體結(jié)構(gòu)受壓承載力計(jì)算，建筑結(jié)構(gòu)，1996（3）
[2] 施楚賢，梁建國(guó)等，設(shè)有鋼筋砼構(gòu)造柱的網(wǎng)狀配筋磚墻結(jié)構(gòu)的靜力及抗震性能研究專題報(bào)告集，湖南大學(xué)科技處，1991
[3] 施楚賢，梁建國(guó)，設(shè)置砼構(gòu)造柱的網(wǎng)狀配筋磚墻的抗震性能，建筑結(jié)構(gòu)，1996（9）
[4] 周炳章，夏敬謙，水平配筋磚砌體抗震性能的試驗(yàn)研究，建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，1991（4）
[5] 設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱多層磚房抗震技術(shù)規(guī)程（JGJ/T13-94），中國(guó)計(jì)劃出版社，1994
[6] 黃幼華，施楚賢等，關(guān)于組合磚墻抗側(cè)承載力計(jì)算的討論，99全國(guó)砌體結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，1999
[7] 梁建國(guó)，張喜望，高強(qiáng)磚組合墻體抗側(cè)承載力試驗(yàn)，99全國(guó)砌體結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，1999
當(dāng)然,也可能同一個(gè)業(yè)主同時(shí)屬于幾類不同類型的業(yè)主，這時(shí)可以根據(jù)具體情況進(jìn)行分析。
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