淺析多層磚混結構構造柱設置

宋煥金 楊國勇

磚混結構由于材料來源廣泛,施工工藝簡單、施工快,具有良好的耐火性、耐久性和隔聲等優(yōu)點,在我國仍被廣泛采用,特別是在中小城市的民用及公共建筑中占有相當大的比例。同時,磚混結構由于抗拉強度和抗剪強度低,自重大,抗震性能較差。為改善磚混結構的變形能力,提高房屋的整體性,通常采用在房屋中設置混凝土構造柱的方法,汶川大地震中合理布置構造柱的磚混結構房屋經(jīng)受住了考驗。因此在正確計算的同時,采用合理的構造措施,砌體結構是能在抗震設防地區(qū)使用的。那么,如何設置鋼筋混凝土構造柱,使之既合理又不至于過多,筆者認為構造柱應設置在震害較重、連接構造比較薄弱和易于應力集中的部位。

1 新抗震規(guī)范對構造柱設置增加的要求

抗震規(guī)范7.3.1條及7.3.2條對多層黏土磚房抗震構造措施提出了具體要求,其中,6度設防時樓梯間四角、不規(guī)則平面的外墻對應轉角(凸角)處及樓梯段上下端對應的墻體處設置構造柱是2008年新規(guī)范提出的要求,應該引起設計人員的注意。新規(guī)范執(zhí)行后樓梯周邊總共有8根構造柱,規(guī)范第7.3.8條規(guī)定樓層半高的鋼筋混凝土帶等可構成應急疏散安全島。對于樓梯間凸出平面處也必須設置構造柱,樓梯間的陰角部位也應設構造柱。砌體規(guī)范第6.2.5條規(guī)定對240 mm厚的磚墻,當梁跨度不小于6 m時,其支撐處宜加設壁柱或采取其他加強措施。2008版抗震規(guī)范7.3.6條新增類似的說法,并且為強制條文,也就是對于跨度不小于6 m的混凝土梁支承處不允許采用一般的磚柱和磚墻。

2 構造措施對構造柱的要求

《全國民用建筑工程設計技術措施/結構》6.5.3條要求較大洞口兩側設置構造柱。對于較大洞口有不同的說法?！侗本┦薪ㄖO計技術細則》中將寬度超過2.1 m,且高度超過層高2/3的洞口規(guī)定為大洞口。筆者建議內墻的大洞口可以按《北京市建筑設計技術細則》執(zhí)行;對于外墻,由于采光的需要,洞口比較大,大洞口可以放寬,按2.4 m寬執(zhí)行;當門洞口不小于3 m時宜設置鋼筋混凝土門框,門框立柱應與磚墻采用φ 6錨筋每隔500 mm拉結牢固,門框立柱縱向受力鋼筋不宜小于 4φ 12,且應埋入基礎長度不小于400 mm。抗震規(guī)范7.3.2條規(guī)定,對于房屋高度和層數(shù)接近抗震規(guī)范7.1.2條的橫墻構造柱間距不宜大于層高的2倍,建議構造柱間距不大于5 m。由墻體高厚比驗算推導過程可得,當240 mm磚墻構造柱間距大于4.8 m以后,構造柱對墻體高厚比提高系數(shù)幾乎沒有影響。筆者工程實踐中也發(fā)現(xiàn)當橫墻構造柱間距過大時,墻體對溫度的影響也比較敏感,容易產(chǎn)生溫度裂縫。

3 構造柱布置的一些建議

房屋四角的構造柱可適當加大截面及配筋。房屋四角是容易損壞的部位,在水平地震作用下,由于房屋的質量中心與剛度中心不重合,產(chǎn)生扭轉,房屋在這個扭轉荷載作用下,角部的應力往往最大。樓梯間的斜板和樓面板不在同一平面上,地震水平荷載作用下,砌體會受到不同高度的水平力作用,該墻也是容易破壞的墻,故其四角的構造柱也應該加強,按房屋四角構造柱配筋。建議抗震地區(qū)采用4φ 14,對橫墻較少的多層砌體房屋可采用4φ 16,箍筋也宜全高加密。

對于凸出屋面的樓梯間,水箱間均應考慮“鞭梢效應”,在其四角和內外墻交接處設置鋼筋混凝土構造柱,并將構造柱錨固在主體建筑物頂層的砌體內,頂層構造柱下無對應的構造柱時,應將其插入到下層的墻體內,同時在其高度范圍內箍筋宜沿全高加密。

在需要計算砌體結構抗震承載力時,構造柱間距不宜大于4 m。在線性荷載作用下,墻體內豎向應力明顯向構造柱擴散,兩柱之間的砌體,豎向應力在中間大、兩端小,其峰值隨構造柱間距減小而減小。對于構造柱,其對每側砌體的影響長度約為1.2 m,也就是構造柱間距2 m時,柱的作用得到充分發(fā)揮,構造柱間距大于4 m時,其對墻體承載力的影響很小。對于橫墻較少的砌體結構房屋,構造柱在橫墻內的間距不大于層高,在縱墻內的間距不大于4.2 m。

房屋中砌體墻段的局部尺寸不滿足抗震規(guī)范要求時可以適當加大墻段內的構造柱截面及配筋,但局部尺寸不足的程度不宜超限25%,構造柱截面不得大于300 mm×240 mm,縱筋可采用φ 14或者φ 16。由于開大洞口形成的局部尺寸不能滿足要求的門窗洞口兩側,可在洞口兩側設截面高度不小于120 mm的邊柱,配置 2φ 12 鋼筋 。

另外需要引起注意的是多排內框架房屋的構造柱截面不宜小于240 mm×240 mm,構造柱縱筋不宜小于 4φ 14,箍筋間距不宜大于200 mm。由于鋼筋混凝土構造柱與鋼筋混凝土圈梁共同組成一種“弱框架”式的圍合結構,能可靠地約束脆性的磚砌體,提高建筑物的整體性,從而增加了砌體結構的變形能力和延性,使建筑物在地震作用下可以有較大的非彈性變形,地震時墻體開裂也不致于倒塌,這就達到了地震時最基本的要求。合理的構造柱設置是磚混結構設計的一個要點,筆者對構造柱的設置闡述了自己的一些想法,文中不妥和錯誤之處請專家同行批評指正。

[1] 林 嘉.異形柱結構體系設計探討[J].山西建筑,2008,34(19)：77-78.