砌體結(jié)構(gòu)墻體側(cè)向剛度計(jì)算方法的比較

秦 東 張志遠(yuǎn)

(中國(guó)建筑科學(xué)研究院，北京 100013)

1 前言

砌體房屋結(jié)構(gòu)中，剛性樓屋蓋被廣泛使用。在抗震設(shè)計(jì)中，這種樓屋蓋結(jié)構(gòu)的樓層水平地震剪力，宜按各墻抗側(cè)向等效剛度的比例分配。因此，砌體結(jié)構(gòu)中砌體墻的抗側(cè)向等效剛度計(jì)算，決定了地震剪力在樓層各墻之間分配的正確性。本文對(duì)目前常用的側(cè)向剛度計(jì)算方法進(jìn)行了比較，并分析了各方法的特點(diǎn)。

2 常用墻體剛度計(jì)算方法

2.1 墻的水平凈面積法

目前最常用的方法是按墻的水平凈面積計(jì)算墻的相對(duì)側(cè)向剛度(以下簡(jiǎn)稱“墻凈面積法”)，在同一樓層中，各墻根據(jù)墻的水平凈面積比例分配剪力，這種方法簡(jiǎn)單實(shí)用，并可方便用于手算，目前被廣泛使用。如參考文獻(xiàn)[1]的例11－1。國(guó)內(nèi)廣泛使用的PKPM05、08版系列軟件。

這種方法存在的缺點(diǎn)也是明顯的:僅僅簡(jiǎn)單考慮了洞口的水平面積大小影響，無(wú)法反映洞口高度位置變化的影響，只考慮了墻的剪切變形，未考慮墻肢的彎曲變形。如圖1所示兩片墻，雖然兩墻的水平凈面積相等，但是圖1(a)的剛度明顯小于圖1(b)。而用這種方法計(jì)算出來(lái)的剛度是一樣的。

2.2 規(guī)范方法

圖1 墻的水平凈面積法

《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》也給出了一種墻段的剛度k0的計(jì)算方法(以下簡(jiǎn)稱“規(guī)范方法”)。見(jiàn)該規(guī)程式(4.2.7－1):

當(dāng)H/B＜1時(shí)，λw=

當(dāng)1≤H/B≤4時(shí)，

當(dāng)H/B≥4時(shí)，墻段在剛度計(jì)算時(shí)可不考慮。

式中，H、B——墻段的高、寬;

φ0——開(kāi)孔影響系數(shù);

λw——墻段考慮開(kāi)孔和彎曲作用影響的剛度修正系數(shù);

A1——墻段折算水平截面面積;

Ag——墻段水平截面毛面積;

其它各參數(shù)的意義詳見(jiàn)該規(guī)程。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)修正系數(shù)λw、φ0，不僅考慮了墻段開(kāi)孔，而且考慮了1≤H/B≤4時(shí)彎曲作用的影響。特別是在該規(guī)程中還規(guī)定當(dāng)門(mén)洞高度大于層高80%時(shí)，取門(mén)洞兩側(cè)的墻體各自為一墻段分別計(jì)算剛度。避免了單純考慮洞口寬度，而不考慮洞口高度影響的缺陷。由于這種方法的優(yōu)點(diǎn)，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50011－2010)》也推薦此法，PKPM系列軟件從2010版起，也采用這種方法計(jì)算砌體墻的剛度，并進(jìn)行地震剪力分配。

3 實(shí)際計(jì)算對(duì)比

兩種方法在實(shí)際計(jì)算中的效果如何?下面通過(guò)兩個(gè)計(jì)算實(shí)例來(lái)進(jìn)行兩種方法的對(duì)比。

例1:某一層建筑，層高3 300mm，平面見(jiàn)圖2(a)，圖2(b)為三維透視圖。A軸門(mén)洞大小3 000×2 700，B軸窗洞大小3 000×1 000。地震設(shè)防烈度7度。現(xiàn)分別用兩種剛度計(jì)算方法計(jì)算A、B兩道縱墻分配的地震剪力。

表1為剪力計(jì)算結(jié)果對(duì)比。從表1可看出采用“墻凈面積法”無(wú)法反映大洞口高度對(duì)剛度的影響，A、B兩道縱墻分配的地震剪力相等。而“規(guī)范方法”可反映大洞口高度對(duì)剛度的影響，A軸縱墻剛度小于B軸，A軸縱墻分配的地震剪力小于B軸。

表1 實(shí)例1剪力計(jì)算結(jié)果對(duì)比 (單位:kN)

例2:某7層住宅，層高3 000mm，標(biāo)準(zhǔn)層平面透視圖見(jiàn)圖3(a)，全樓三維透視圖見(jiàn)圖3(b)。地震設(shè)防烈度7度。此樓的B軸陽(yáng)臺(tái)全部設(shè)有落地高窗，B軸縱墻在結(jié)構(gòu)上被嚴(yán)重削弱，由于C、F軸縱墻也未能拉通，在體系布置上存在一定缺陷。現(xiàn)分別用兩種剛度計(jì)算方法進(jìn)行抗震計(jì)算。

圖4為“墻凈面積法”計(jì)算的結(jié)果，(a)為墻剪力分配圖，(b)為承載力與荷載效應(yīng)比及水平配筋圖。圖5為“規(guī)范方法”計(jì)算的結(jié)果，(a)為墻剪力分配圖，(b)為承載力與荷載效應(yīng)比及水平配筋圖。從圖4與圖5的對(duì)比來(lái)看，改用“規(guī)范方法”后，B軸縱墻由于開(kāi)洞大，計(jì)算剛度相對(duì)降低，總剪力從524.3kn，下降到305.3kn。F 軸縱墻由于洞口小，計(jì)算剛度相對(duì)提高，總剪力從 165.5kn，提高到236.7kn，相應(yīng)的F軸縱墻由不需要配筋，到需要配1 431mm2水平鋼筋(HPB235)。通過(guò)對(duì)比可看出，“墻凈面積法”不能正確反映大洞口對(duì)墻體剛度的削弱，盡管縱墻布置不合理，在計(jì)算中也無(wú)法發(fā)現(xiàn)。而“規(guī)范方法”的計(jì)算更好地反映出了結(jié)構(gòu)的布置方案缺陷，暴露出不安全的墻體。

4 結(jié)論

用《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》的公式計(jì)算砌體墻剛度，并進(jìn)行地震剪力分配，比“墻凈面積法”，更能夠全面考慮洞口高度影響、彎曲作用對(duì)剛度的影響。避免工程抗震計(jì)算中出現(xiàn)不安全的計(jì)算結(jié)果。

[1]唐岱新，龔紹熙，周炳章.砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范理解與應(yīng)用[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002

[2]建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S](GB50011－2010).

[3]設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱多層磚房抗震技術(shù)規(guī)程[S](JGJ/T13－94).