鋼筋砼構(gòu)造柱計(jì)算管理論文

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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(qiáng)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(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：磚砌體構(gòu)造柱組合墻

1組合磚墻軸心受壓承載力

1.1試驗(yàn)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(shí)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(kuò)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小；當(dāng)層高由2.8m增加到3.6m時(shí)，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(jìn)行試驗(yàn)，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(jì)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(yàn)結(jié)果基本相符；對開裂荷載，有限元分析的計(jì)算值與試驗(yàn)值很接近；對極限荷載，試驗(yàn)值較計(jì)算值平均高20.4%（見表1）。

表1試驗(yàn)值與有限元分析的計(jì)算值

試件編號(hào)

№.1

№.2

№.3

№.4

№.5

柱間距（mm）

900

1000

1250

1600

中間1根柱兩端無柱

磚強(qiáng)度（MPa）

7.35

6.55

7.35

7.35

7.35

砂漿強(qiáng)度（MPa）

2.79

5.96

2.79

2.95

2.49

砼立方體強(qiáng)度（Mpa）

19.76

20.30

19.76

22.16

19.93

鋼筋屈服強(qiáng)度（Mpa）

290

290

290

290

290

開裂荷載

（N/mm2）

試驗(yàn)值

2.30

2.83

2.11

1.92

1.55

計(jì)算值

2.45

2.65

2.13

1.96

1.64

極限荷載

（N/mm2）

試驗(yàn)值

3.75

3.90

3.20

2.88

1.99

計(jì)算值

3.11

3.15

2.62

2.28

1.79

1.2設(shè)計(jì)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(qiáng)度提高系數(shù)可按下式確定：

γi=1+2e-0.65s（1）

式中s為沿墻長方向砼構(gòu)造柱的間距。

按式（1）的計(jì)算值與試驗(yàn)值（γ0i）的比較見表2，γi/γ0I的平均比值為0.844，在試驗(yàn)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(jì)算模式，但引入強(qiáng)度系數(shù)η來反映其差別。按式（2）和式（3）推算的強(qiáng)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(jì)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(jì)算當(dāng)s/b<4時(shí)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(jì)算公式的銜接的特點(diǎn)。

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(shí)，柱的作用得到充分發(fā)揮。構(gòu)造柱間距大于4m時(shí)，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(xiàn)[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(jì)算公式有多種，但計(jì)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(shí)，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。

2.2新規(guī)范建議的方法

新規(guī)范采用的計(jì)算方法較之現(xiàn)有的計(jì)算方法作了較大的改進(jìn)，除考慮砌體受構(gòu)造柱的約束和作用于墻體上的垂直壓應(yīng)力的影響外，還考慮了構(gòu)造柱砼和縱向鋼筋參與受力，并針對端部構(gòu)造柱和中部構(gòu)造柱，引入不同的構(gòu)造柱砼參與抗剪的工作系數(shù)，較為全面，且公式形式合理、概念上也較清楚。

湖南大學(xué)等單位14片組合墻的抗側(cè)承載力試驗(yàn)值[3][7]與新規(guī)范公式的計(jì)算值比較，其平均比值為1.333，變異系數(shù)為0.186，偏于安全。

對于有門窗洞口的墻體，洞口的大小、形狀及其位置對組合墻的抗剪承載力均有影響，由于試驗(yàn)資料少，難于給出一個(gè)有門窗洞口墻體內(nèi)應(yīng)力計(jì)算的較精確的公式，故采用了與組合墻受壓承載力相同的方法，即取用磚砌體的凈截面面積進(jìn)行計(jì)算，并對較大洞口（如洞寬大于2m）的洞邊提出了應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱的要求。