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磚砌體和鋼筋砼構(gòu)造柱組合墻的計算
發(fā)布時間：2025-05-11 18:48:59
摘要：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，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?。划?dāng)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。
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&nb（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。 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(dāng)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(dāng)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(dāng)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。 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(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大。
