砌体结构中抗震构造柱作用.pdf

砌体结构中抗震构造柱的作用张蓉伟(同济大学上海 200092 ) 1 概述目前,住宅的结构形式,砖混结构最为广泛,这类结构在相当长的时期内还会继续普遍采用。由于砖砌体材料的脆性性质,其抗拉、抗弯、抗剪强度很低,结构的变形耗能较差,所以砖砌体房屋的抗震能力也相当差,在国内外历次地震中,砌体结构的破坏率相当高,为了解决此类结构形式在工程中抗御地震等水平力作用和防止房屋倒塌的问题,在多层房屋墙体中设置钢筋砼构造柱,加强房屋整体刚度,增大结构的延性,提高墙体的抗震能力,是砖砌体房屋抗震设计的重要内容。国内外有关设置钢筋砼构造柱的砌体结构的抗震设计,有许多种计算方法,本文运用有限元的平面问题进行分析讨论,根据许多有关具体工程设计经验,提出了强度提高系数和综合影响系数的计算公式。 2 抗震构造柱的作用与分析 2. 1 构造柱和圈梁合成“弱框架”运用线弹性有限元法,分析设置砼构造柱的墙体受力性能(见图 1 ),图中的砼柱和圈梁形成一种“弱框架”,柱与墙体无相对滑移,砼与砖砌体皆为各向正交同性体。墙体内的横向应力大部分受拉,靠近中间柱附近则为压应力,边柱受到侧向推力,这反映出墙体受压后的横向变形受到柱的约束。墙体内垂直应力皆为压应力,呈单峰分布,其峰值随柱间距的减小而降低,应力分布曲线峰值随柱间距的增大而趋于平缓,位于靠近中柱每侧约 1. 2m,边柱约 1. 0m的范围内,垂直应力小于平均值,这说明柱间距对垂直应力的分布影响最大,而房屋层高在通常范围内变化时(2. 8~ 3. 6m ),随墙体增高构造柱内压应力增加而墙体内的压应力减少,它们的幅度(约 5 % )和分布影响均不大。图 1 组合墙体 2. 2 组合墙体的承载力有限元分析多层砌体结构的各层荷载直接传递和扩散到墙体柱内,墙体内的承载力随着层数增多而有所增加,通过单层墙体的模型加载试验,所得的墙体承载力试验结果是偏于安全的。用线性有限元进行组合墙体(柱与砌体) 从加载到破坏的全过程分析,假定砖砌体和柱之间为刚接,砼柱和砖砌体分为矩形单元, 钢筋分为线单元,国内外大量试验表明:有限元分析的开裂荷载与试验结果基本上一致, 我们得到的墙体承载力强度系数为: γ a= 1 + 1. 89e - 0. 61 s (1 ) 式中的 s为砼柱的间距,范围在 1~ 4m之间, 根据试验结果和(1 )式,说明墙体受压性能的主要因素是与砼构造柱的间距有关,与房屋的层高影响甚小。 71 《住宅科技》 2000. 5 规划·设计? 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 表 1 γ m、γ a、φ m值柱间距 S (m ) 1. 0 1. 5 2. 1 2. 4 2. 7 3. 0 3. 3 3. 6 4. 0 γ m 1. 2741. 2031. 1421. 1181. 0991. 0831. 0691. 0581. 045 γ a 2. 3272. 0161. 7091. 5921. 4951. 4131. 3451. 2881. 222 φ m 0. 5370. 5970. 6680. 7020. 7350. 7660. 7950. 8210. 852 砼构造柱的作用就在于它和砼圈梁形成一种“弱框架”,对墙体起了