鋼筋砼構造柱計算管理論文

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摘要：在多層磚房中設置鋼筋砼構造柱，其顯著的效果是加強房屋的整體性，增大墻體的延性。為了發揮墻內設置構造柱的受壓和受剪作用，新規范提出了磚砌體和鋼筋砼構造柱組合墻的承載力計算方法。

關鍵詞：磚砌體構造柱組合墻

1組合磚墻軸心受壓承載力

1.1試驗與有限元分析結果

磚砌體和鋼筋砼構造柱組合墻，在豎向荷載作用下，由于砼柱、砌體的剛度不同和內力重分布的結果，砼柱分擔墻體上的荷載。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，同時該框內的砌體處于雙向受壓狀態。此外，砼柱對提高墻體的受壓穩定性也是有利的。

有限元分析結果表明[1]，在荷載q作用下，墻體內豎向壓應力明顯向構造柱擴散；兩柱之間的砌體，豎向壓應力在中間大，兩端小，其應力峰值隨構造柱間距的減小而減小；當層高由2.8m增加到3.6m時，構造柱內應力的增加和砌體內應力的減小幅度均在5%以內。因而可知，影響這種墻體受壓性能的主要因素是構造柱的間距，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。因此選取單層墻進行試驗，將得到構造柱對墻體承載力提高的最小值，以此作為設計依據是偏于安全的。

墻體有限元非線性全過程分析的墻體裂縫的出現、分布和發展與試驗結果基本相符；對開裂荷載，有限元分析的計算值與試驗值很接近；對極限荷載，試驗值較計算值平均高20.4%（見表1）。

表1試驗值與有限元分析的計算值

試件編號

№.1

№.2

№.3

№.4

№.5

柱間距（mm）

900

1000

1250

1600

中間1根柱兩端無柱

磚強度（MPa）

7.35

6.55

7.35

7.35

7.35

砂漿強度（MPa）

2.79

5.96

2.79

2.95

2.49

砼立方體強度（Mpa）

19.76

20.30

19.76

22.16

19.93

鋼筋屈服強度（Mpa）

290

290

290

290

290

開裂荷載

（N/mm2）

試驗值

2.30

2.83

2.11

1.92

1.55

計算值

2.45

2.65

2.13

1.96

1.64

極限荷載

（N/mm2）

試驗值

3.75

3.90

3.20

2.88

1.99

計算值

3.11

3.15

2.62

2.28

1.79

1.2設計方法

根據有限元非線性分析結果，組合墻與無筋墻體的軸心受壓承載力之比，即強度提高系數可按下式確定：

γi=1+2e-0.65s（1）

式中s為沿墻長方向砼構造柱的間距。

按式（1）的計算值與試驗值（γ0i）的比較見表2，γi/γ0I的平均比值為0.844，在試驗數據有限的情況下，這樣取值是穩妥的。

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造柱組合墻的受壓承載力，新規范采用了與組合磚砌體受壓構件承載力相同的計算模式，但引入強度系數η來反映其差別。按式（2）和式（3）推算的強度提高系數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，當砼柱間距小于1m后，其計算得到的極限荷載與按組合磚砌體構件公式得到的極限荷載很接近。因而按式（3）計算當s/b<4時取s/b=4。這樣式（2）具有與規范中組合砌體受壓構件承載力的計算公式的銜接的特點。

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，它對柱每側砌體的影響長度約為1.2m；對于邊柱，其影響長度約為1m。構造柱間距為2m左右時，柱的作用得到充分發揮。構造柱間距大于4m時，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[5]方法的討論

對于磚砌體和鋼筋砼構造柱組合墻，截面抗震承載力的計算公式有多種，但計算結果的差別較大，，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。

《設置鋼筋混凝土構造柱多層磚房抗震技術規程》（JGJ/T13-94）中規定，當隔開間或每開間設置，且墻段中有2根及2根以上構造柱時，可考慮構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)構造柱砼承擔的剪力偏大

(3)構造柱參與墻體的工作系數的取值未考慮構造柱所處位置的影響；

(4)設置構造柱后，組合墻的截面抗震承載力的提高幅度過大。

2.2新規范建議的方法

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

湖南大學等單位14片組合墻的抗側承載力試驗值[3][7]與新規范公式的計算值比較，其平均比值為1.333，變異系數為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，由于試驗資料少，難于給出一個有門窗洞口墻體內應力計算的較精確的公式，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行計算，并對較大洞口（如洞寬大于2m）的洞邊提出了應設置構造柱的要求。