圈梁構(gòu)造柱對砌體結(jié)構(gòu)房屋的影響分析

■易 帆 ■西南石油大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川 成都 610500

1 引言

2008 年四川省汶川縣8 級特大地震中砌體結(jié)構(gòu)造成了大量人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，通過災(zāi)后調(diào)査分析發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)體系不合理、圈梁構(gòu)造柱等構(gòu)造措施不足是造成這一嚴(yán)重后果的主要原因。因此，本文利用中國建筑科學(xué)研究院的PKPM 軟件對砌體結(jié)構(gòu)房屋進(jìn)行了建模分析，共建立四個(gè)模型:(1)有圈梁構(gòu)造柱(模型1);(2)有圈梁無構(gòu)造柱(模型2);(3)無圈梁有構(gòu)造柱(模型3);(4)無圈梁構(gòu)造柱(模型4)，在這四種情況下，對房屋的受壓計(jì)算、抗震計(jì)算及局部承壓計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對比分析。

2 模型概況

以成都某六層砌體結(jié)構(gòu)住宅為例，建立了四個(gè)模型:(1)有圈梁構(gòu)造柱(模型1);(2)有圈梁無構(gòu)造柱(模型2);(3)無圈梁有構(gòu)造柱(模型3);(4)無圈梁構(gòu)造柱(模型4)，以底部剪力法進(jìn)行靜力計(jì)算并提取其計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析，從而明了圈梁和構(gòu)造柱在砌體結(jié)構(gòu)房屋中的作用。

結(jié)構(gòu)總長為31.2m，總寬為11.7m。采用實(shí)心磚砌筑，一至六層磚的強(qiáng)度等級均為MU10，砂漿強(qiáng)度等級均為M5，砌體施工質(zhì)量控制等級為B 級。抗震設(shè)防烈度為7 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.1g，場地類別為Ⅱ類，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，基本風(fēng)壓為0.3KN/M2，地面粗糙度類別為C 類。

圖1 平面圖

3 靜力計(jì)算結(jié)果

3.1 受壓計(jì)算結(jié)果

通過前面模型的建立及相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的設(shè)定，通過PKPM 軟件的砌體信息及計(jì)算，得到四個(gè)模型各層墻的受壓承載力計(jì)算圖(抗力與荷載效應(yīng)之比，當(dāng)小于1 時(shí)則表示計(jì)算不通過)，為了方便數(shù)據(jù)處理與分析，則在每個(gè)模型的每層均取六個(gè)墻肢進(jìn)行對比分析。

通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，可以發(fā)現(xiàn):(1)四個(gè)模型隨著層數(shù)的增加，抗力與荷載效應(yīng)之比均為增大的趨勢，這是因?yàn)殡S著層數(shù)增加，其自重荷載減小的原因;(2)模型1(有圈梁構(gòu)造柱)和模型3(無圈梁有構(gòu)造柱)其抗力與荷載效應(yīng)之比在所有樓層和所有墻肢的大小完全相同，模型2(有圈梁無構(gòu)造柱)和模型4(無圈梁構(gòu)造柱)其抗力與荷載效應(yīng)之比在所有樓層和所有墻肢的大小完全相同，這表明圈梁對結(jié)構(gòu)的受壓承載力無影響;(3)模型3(無圈梁有構(gòu)造柱)其抗力和荷載效應(yīng)之比在所有樓層均大于模型4(無圈梁構(gòu)造柱)，這表明構(gòu)造柱的設(shè)置對于結(jié)構(gòu)的受壓承載力具有顯著的貢獻(xiàn)。(4)對于模型4(無圈梁構(gòu)造柱)多處的受壓承載力不滿足規(guī)范要求，通過合理設(shè)置構(gòu)造柱即模型3(無圈梁有構(gòu)造柱)后，其受壓承載力得到了較多提高。

3.2 局部承壓計(jì)算結(jié)果

局部承壓是指在構(gòu)件的表面上，僅有部分面積承受壓力的狀態(tài)。在砌體結(jié)構(gòu)中，當(dāng)梁直接放在磚墻上時(shí)，由于梁與磚墻是兩種完全不同的材料，往往需要進(jìn)行局部承壓的驗(yàn)算，以避免由于局部承壓不足，而導(dǎo)致構(gòu)件的破壞。

通過前面模型的建立及相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的設(shè)定，通過PKPM 軟件的砌體信息及計(jì)算，得到四個(gè)模型的局部承壓計(jì)算結(jié)果，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析后得到各模型各樓層不滿足局部承壓的處數(shù)。

表1 局部承壓不滿足數(shù)目(單位:處)

通過表1 可以發(fā)現(xiàn):(1)通過合理設(shè)置構(gòu)造柱后(模型1 和模型3)，其局部承壓均滿足;(2)通過設(shè)置圈梁(模型2)雖然對于局部承壓有一定的改善，但在一層仍有二處不滿足局部承壓的驗(yàn)算要求;(3)隨著樓層數(shù)的增加，其局部承壓不滿足的數(shù)目呈現(xiàn)減少的趨勢，這是因?yàn)殡S著樓層數(shù)增加，其重力荷載代表值減小了。

3.3 抗震計(jì)算結(jié)果

通過對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn):(1)四個(gè)模型隨著層數(shù)的增加，抗力與荷載效應(yīng)之比均為增大的趨勢，這是因?yàn)殡S著層數(shù)增加，樓層所分配到的層間剪力逐漸減小;(2)模型1(有圈梁構(gòu)造柱)和模型3(無圈梁有構(gòu)造柱)其抗力與荷載效應(yīng)之比在所有樓層和所有墻肢的大小完全相同，模型2(有圈梁無構(gòu)造柱)和模型4(無圈梁構(gòu)造柱)其抗力與荷載效應(yīng)之比在所有樓層和所有墻肢的大小完全相同，這表明圈梁對結(jié)構(gòu)的抗震驗(yàn)算無影響，這主要是因?yàn)槿α涸谄渥饔妹鎯?nèi)的剛度為0。

4 結(jié)論

通過對四個(gè)模型的試算，并對其計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析，可以得到以下幾點(diǎn):(1)在砌體結(jié)構(gòu)房屋中，合理設(shè)置構(gòu)造柱可以提高結(jié)構(gòu)的受壓、局部承壓及抗震性能，可見構(gòu)造柱在砌體結(jié)構(gòu)中的重要性，故在進(jìn)行砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要按照規(guī)范要求在規(guī)定位置設(shè)置構(gòu)造柱。(2)在砌體結(jié)構(gòu)房屋中，僅設(shè)置圈梁而不設(shè)置構(gòu)造柱的做法是不可取的，因?yàn)閱为?dú)設(shè)置圈梁不能將結(jié)構(gòu)拉結(jié)成整體，對于結(jié)構(gòu)的受壓、局部承壓及抗震性能幾乎沒有貢獻(xiàn)。(3)在砌體結(jié)構(gòu)房屋進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，如果某部位的局部承壓驗(yàn)算不通過，可以在其下方通過增設(shè)構(gòu)造柱，則可通過驗(yàn)算，且與梁墊相比這樣更方便施工。(4)為了提高整體結(jié)構(gòu)的性能，必須按照規(guī)范要求設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁，使二者結(jié)合成一個(gè)整體并共同工作，只有這樣才能起到其約束作用，從而提高砌體的抗剪、抗拉強(qiáng)度，從而保證房屋在地震作用下能夠正常工作。

［1］清華大學(xué)建工系震害調(diào)查小組.唐山市多層磚房震害調(diào)查［R］.1977.

［2］GB50003-2011 砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011.

［3］GB50011-2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［4］中國建筑科學(xué)研究院PKPM CAD 工程部.PMCAD 結(jié)構(gòu)平面CAD 軟件用戶手冊及技術(shù)條件［M］.2009(3).

［5］鐘志憲，常彥斌.PKPM 設(shè)計(jì)軟件參數(shù)定義叢書［M］.北京:人民交通出版社，2007(10).

［6］鄭妮娜.裝配式構(gòu)造柱約束砌體結(jié)構(gòu)抗震性能研究［D］.重慶大學(xué)，2010.

［7］夏敬謙，黃泉生.構(gòu)造柱與配筋砌體房屋抗震能力的試驗(yàn)研究［J］.地震工程與工程振動，1989(2):82-96.