磚砌體和鋼筋砼構(gòu)造柱組合墻的計算
    中國工程檢測網(wǎng)（http://www. ）
    施楚賢 梁建國 黃幼華
    （湖南大學，長沙，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算方法。
    1 組合磚墻軸心受壓承載力
    1.1 試驗與有限元分析結(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，同時該框內(nèi)的砌體處于雙向受壓狀態(tài)。此外，砼柱對提高墻體的受壓穩(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??；當層高由2.8m增加到3.6m時，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)來比較，上層墻體對下層墻體的整體工作有利。因此選取單層墻進行試驗，將得到構(gòu)造柱對墻體承載力提高的最小值，以此作為設(shè)計依據(jù)是偏于安全的。
    湖南大學所作試驗的墻體，如圖2所示。
    墻體有限元非線性全過程分析的墻體裂縫的出現(xiàn)、分布和發(fā)展與試驗結(jié)果基本相符；對開裂荷載，有限元分析的計算值與試驗值很接近；對極限荷載，試驗值較計算值平均高20.4%（見表1）。
    表1 試驗值與有限元分析的計算值
    試件編號 №.1 №.2 №.3 №.4 №.5
    柱  間  距（mm） 900 1000 1250 1600 中間1根柱兩端無柱
    磚  強  度（MPa） 7.35 6.55 7.35 7.35 7.35
    砂 漿 強 度（MPa） 2.79 5.96 2.79 2.95 2.49
    砼立方體強度（Mpa） 19.76 20.30 19.76 22.16 19.93
    鋼筋屈服強度（Mpa） 290 290 290 290 290
    開裂荷載（N/mm2） 試 驗 值 2.30 2.83 2.11 1.92 1.55
 計 算 值 2.45 2.65 2.13 1.96 1.64
    極限荷載（N/mm2） 試 驗 值 3.75 3.90 3.20 2.88 1.99
 計 算 值 3.11 3.15 2.62 2.28 1.79
    1.2設(shè)計方法
    根據(jù)有限元非線性分析結(jié)果，組合墻與無筋墻體的軸心受壓承載力之比，即強度提高系數(shù)可按下式確定：
    γi=1+2e-0.65s                                                                  （1）
    式中s為沿墻長方向砼構(gòu)造柱的間距。
    按式（1）的計算值與試驗值（γ0i）的比較見表2，γi/γ0I的平均比值為0.844，在試驗數(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)件承載力相同的計算模式，但引入強度系數(shù)η來反映其差別。即
    按式（2）和式（3）推算的強度提高系數(shù)γic與式（1）γi的比較見表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，當砼柱間距小于1m后，其計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）計算當s/b<4時取s/b=4。這樣式（2）具有與規(guī)范中組合砌體受壓構(gòu)件承載力的計算公式的銜接的特點。
    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。對于中間柱，它對柱每側(cè)砌體的影響長度約為1.2m；對于邊柱，其影響長度約為1m。構(gòu)造柱間距為2m左右時，柱的作用得到充分發(fā)揮。構(gòu)造柱間距大于4m時，它對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 對文獻[5]方法的討論
    對于磚砌體和鋼筋砼構(gòu)造柱組合墻，截面抗震承載力的計算公式有多種，但計算結(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，當隔開間或每開間設(shè)置，且墻段中有2根及2根以上構(gòu)造柱時，可考慮構(gòu)造柱對截面抗震承載力的有利影響，按下式進行驗算：
    分析表明，本方法存在以下問題
    (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大。
    2.2 新規(guī)范建議的方法
    新規(guī)范采用的計算方法較之現(xiàn)有的計算方法作了較大的改進，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。
    湖南大學等單位14片組合墻的抗側(cè)承載力試驗值[3][7] 與新規(guī)范公式的計算值比較，其平均比值為1.333，變異系數(shù)為0.186，偏于安全。
    對于有門窗洞口的墻體，洞口的大小、形狀及其位置對組合墻的抗剪承載力均有影響，由于試驗資料少，難于給出一個有門窗洞口墻體內(nèi)應(yīng)力計算的較精確的公式，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行計算，并對較大洞口（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
    [1] 施楚賢，設(shè)置砼構(gòu)造柱磚砌體結(jié)構(gòu)受壓承載力計算，建筑結(jié)構(gòu)，1996（3）
    [2] 施楚賢，梁建國等，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告集，湖南大學科技處，1991
    [3] 施楚賢，梁建國，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研究，建筑結(jié)構(gòu)學報，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），中國計劃出版社，1994
    [6] 黃幼華，施楚賢等，關(guān)于組合磚墻抗側(cè)承載力計算的討論，99全國砌體結(jié)構(gòu)學術(shù)會議論文集，1999
    [7] 梁建國，張喜望，高強磚組合墻體抗側(cè)承載力試驗，99全國砌體結(jié)構(gòu)學術(shù)會議論文集，1999
　　當然,也可能同一個業(yè)主同時屬于幾類不同類型的業(yè)主，這時可以根據(jù)具體情況進行分析。
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