淺談結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中構(gòu)造柱的工程應(yīng)用

【摘要】針對唐山和汶川地震中房屋墻角處墻體的破壞最為嚴(yán)重等構(gòu)造問題，規(guī)范強(qiáng)調(diào)圈梁和構(gòu)造柱能在很大程度上緩解這種現(xiàn)象。其中構(gòu)造柱在住宅建筑設(shè)計(jì)中意義重大，不僅提高了房屋結(jié)構(gòu)的延性，而且具有在地震時抗震，非地震時承重的特點(diǎn)。筆者就在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中構(gòu)造柱的作用、布置原則、可能遇到的問題及應(yīng)對措施進(jìn)行了探討，以便對相似工程問題做出參考。

【關(guān)鍵詞】構(gòu)造問題；圈梁；構(gòu)造柱；延性

1、引言

經(jīng)過1976年唐山大地震和2008年汶川大地震及其他多次地震的考驗(yàn)證明，地震能量在房屋結(jié)構(gòu)上的反應(yīng)猶如尖端放電一樣，即在墻角處地震能量最大，直接導(dǎo)致墻角處墻體的破壞最為嚴(yán)重。假設(shè)能增設(shè)豎向鋼筋或者混凝土，能有效地提高磚房的抗側(cè)剛度，進(jìn)而抵抗地震力的破壞。倘能將墻角的豎向鋼筋、門窗旁的豎向鋼筋以及窗洞上方的圈梁的水平鋼筋連接在一起使用，則又比單純在墻角加豎向鋼筋更為有效。在磚混結(jié)構(gòu)的住宅工程中，為了提高地震區(qū)的抗震能力，增加整體剛度和延性，一般通過增設(shè)圈梁和構(gòu)造柱來提高抗拉與抗剪強(qiáng)度。構(gòu)造柱與圈梁能夠形成簡單的框架體系，即使在沒有圈梁的情況下也能增加整體結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，進(jìn)而更有效的抵抗地震力。

這種加約束墻體（含構(gòu)造柱）在遭遇強(qiáng)烈地震時，能提高整體結(jié)構(gòu)的延性。不僅具有較大的非彈性變形能力，而且在墻體開裂后仍能承擔(dān)豎向荷載和水平向地震作用，從而避免了強(qiáng)震對結(jié)構(gòu)物的損傷，保證室內(nèi)人員的安全和財(cái)產(chǎn)損失。由于經(jīng)濟(jì)合理，施工方便，經(jīng)濟(jì)和社會效益明顯越來越被人們接受。

2、構(gòu)造柱在結(jié)構(gòu)中的作用

構(gòu)造柱是主要用于設(shè)防烈度較高的砌體結(jié)構(gòu)中，旨在提高建筑物抗震能力，同時也能在非地震時承當(dāng)豎向荷載。在房屋結(jié)構(gòu)的適當(dāng)部位內(nèi)設(shè)置構(gòu)造柱（和圈梁共同作用），共同加強(qiáng)建筑物的穩(wěn)定性。與構(gòu)造柱的組合磚砌體柱，是當(dāng)砌體受壓構(gòu)件偏心距e較大的無筋砌體，承載能力不足而柱截面受限制，在砌體的外表面附上加強(qiáng)型混凝土或抹砂漿面層從而共同組成受壓構(gòu)件。這種組合砌體的一般要求在砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中有相應(yīng)的規(guī)定，而構(gòu)造柱做法是被包圍在砌體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的現(xiàn)澆混凝土柱。

在框架結(jié)構(gòu)填充墻中的構(gòu)造柱是主要是為了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，保證填充墻與混凝土結(jié)構(gòu)有著可靠連接。當(dāng)發(fā)生地震時，使填充墻和構(gòu)造柱整體結(jié)構(gòu)由脆性破壞向延性破壞轉(zhuǎn)變，構(gòu)造柱由彈性向彈塑性發(fā)展的同時吸收大部分地震能量，滿足“中震可修”的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，甚至同時達(dá)到“大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)。構(gòu)造柱對框架梁的作用同樣很重要。由于填充墻多采用輕質(zhì)高強(qiáng)塊材，不符合墻梁的要求，難以形成墻梁整體效應(yīng)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中多把墻體當(dāng)作荷載處理。在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常忽略構(gòu)造柱的受力作用，故設(shè)置構(gòu)造柱可能降低框架梁的受力以及配筋，同時也更能發(fā)揮與框架梁的整體性能。在規(guī)則框架結(jié)構(gòu)中，各層荷載大小大致相同，在重力荷載作用下未設(shè)置構(gòu)造柱時，框架梁的受力模式按荷載大小和框架梁柱的剛度分配彎矩和位移；增設(shè)構(gòu)造柱后，由于跨度相對減小，使得分配彎矩和位移減小。增加了抗側(cè)剛度，有助于避免重力二階效應(yīng)的發(fā)生，符合強(qiáng)度弱梁的概念設(shè)計(jì)。

在砌體結(jié)構(gòu)中的構(gòu)造柱作用不盡相同，旨在提高砌體結(jié)構(gòu)（或混合結(jié)構(gòu)）抵抗水平地震作用的能力。從建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)造上來說，砌體結(jié)構(gòu)中的鋼筋混凝土構(gòu)造柱在增強(qiáng)內(nèi)外墻的結(jié)構(gòu)整體性的同時還與圈梁共同作用從而增強(qiáng)了抵抗地震作用的能力。所以，對于地震地區(qū)及基礎(chǔ)薄弱的地區(qū)，確保房屋安全使用和降低災(zāi)害性損壞的程度，混凝土構(gòu)造柱是不可忽視的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。施工時先砌磚墻后澆筑混凝土柱（構(gòu)造柱），這樣能增加橫墻的有機(jī)結(jié)合，往往可以提高砌體的整體承載能力約25%，同時在水平剪力作用下能明顯約束墻體的開裂。再者，構(gòu)造柱與圈梁的共同工作時可以把墻體分割包圍，當(dāng)墻體開裂時能迫使裂縫在所包圍的范圍之內(nèi)，避免進(jìn)一步擴(kuò)展。即使墻體出現(xiàn)裂縫后也能限制它的錯位，使其保持承載能力的前提下吸收振動能量而不易較早倒塌。構(gòu)造柱作為豎向承載構(gòu)件，可以阻止或延緩倒塌時間給室內(nèi)人員有足夠時間逃生。構(gòu)造柱與圈梁連接又可以起到類似框架結(jié)構(gòu)的作用，其作用效果非常明顯。

3、構(gòu)造柱的設(shè)置

構(gòu)造柱的設(shè)置原則應(yīng)根據(jù)砌體結(jié)構(gòu)布置體系，砌體類型結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的受力模式、穩(wěn)定要求，以及使用功能等構(gòu)造要求，在墻體中的規(guī)定部位設(shè)置現(xiàn)澆混凝土構(gòu)造柱，筆者結(jié)合規(guī)范和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對構(gòu)造柱的設(shè)置進(jìn)行了總結(jié)。構(gòu)造柱的配筋應(yīng)滿足水平受力的要求。構(gòu)造柱是保證墻體的穩(wěn)定，和梁連接有密切有關(guān)系。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）為提高建筑砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能，規(guī)范要求應(yīng)在房屋砌體內(nèi)適宜部位設(shè)置鋼筋混凝土柱并與圈梁剛性連接，共同加強(qiáng)建筑物的穩(wěn)定性。

（2）在多層砌體結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)體系為底層框架及內(nèi)框架磚砌體時，它的作用一般為：加強(qiáng)縱墻間的連接，是由于構(gòu)造柱與其相鄰的縱橫墻同時以牙搓相連接并沿墻高每隔0.5m設(shè)置2φ6拉結(jié)筋并伸入墻內(nèi)不小于100mm。

（3）可以考慮在地震作用下易遭受破壞和受力相對復(fù)雜的位置設(shè)置構(gòu)造柱，如房屋轉(zhuǎn)角、樓梯間兩側(cè)墻體的端部、突出屋頂?shù)碾娞蓍g和水箱房的相應(yīng)位置、房屋轉(zhuǎn)角處受地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)影響最大處、樓梯間處樓蓋不連續(xù)處等穩(wěn)定性較差的地方都是設(shè)置構(gòu)造柱的控制位置。

（4）在能夠充分發(fā)揮構(gòu)造柱與墻體共同作用的部位設(shè)置構(gòu)造柱，要盡量做到構(gòu)造柱沿房屋高度貫通。對于錯層時要設(shè)置與之交錯的構(gòu)造柱，以達(dá)到墻體沿高度方向約束連續(xù)的要求。

4、構(gòu)造柱施工質(zhì)量主要控制措施

構(gòu)造柱的主要功能是房屋的抗震性能，作者就幾種質(zhì)量通病分析其產(chǎn)生原因，并提出有關(guān)的防治措施。

（1）構(gòu)造柱定位不夠精確。產(chǎn)生構(gòu)造柱軸線位移或上部箍筋松動，主筋錯位的主要原因體現(xiàn)在砌筑磚墻時，馬牙槎退進(jìn)尺寸控制不到位，導(dǎo)致構(gòu)造柱鋼筋骨架傾斜。在灌注構(gòu)造柱前，應(yīng)先校正鋼筋骨架位置，牢固安裝模板后方可進(jìn)行下一步。構(gòu)造柱軸線的定位應(yīng)在混凝土灌注前糾正，可用剔除部分進(jìn)槎的辦法來糾正偏差。

（2）磚墻鼓肚和灰縫開裂。其主要發(fā)生在外墻，特別是外墻轉(zhuǎn)角留槎處，主要是因?yàn)槠浣哟曩|(zhì)量難以保證。由于磚墻砌筑后不久便灌注構(gòu)造混凝土，此時磚墻強(qiáng)度較低，甚至沒有達(dá)到初凝，不能抵抗新灌注混凝土由于重力產(chǎn)生的側(cè)向壓力，構(gòu)造柱外磚墻按規(guī)范要求砌出馬牙槎，方法尚不統(tǒng)一同時砌搓方法不盡相同合理；其次，不按規(guī)范規(guī)定設(shè)置拉結(jié)筋，拉結(jié)筋位置不正確等原因造成。建議砌搓方法盡量統(tǒng)一，且砌墻后待砂漿達(dá)到一定強(qiáng)度后方可進(jìn)行灌注混凝土注構(gòu)造柱可以避免產(chǎn)生鼓脹和灰縫開裂的現(xiàn)象。

5、結(jié)語

綜上所述，構(gòu)造柱在砌體工程中尤為重要。多用于多層磚房的抗震措施，已被廣泛采用。筆者介紹了構(gòu)造柱的作用、布置原則、和施工質(zhì)量中主要控制措施。作為土木工程技術(shù)人員，要明確框架結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)中構(gòu)造柱的工作機(jī)理和施工方法，做到概念清晰，設(shè)計(jì)理念明確以及施工方法正確合理，才能更好的達(dá)到預(yù)期效果。

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