砖砌体和钢筋砼构造柱组合墙的计算

文章作者 100test 发表时间 2007:10:08 10:44:37
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摘要：在多层砖房中设置钢筋砼构造柱，其显著的效果是加强房屋的整体性，增大墙体的延性。为了发挥墙内设置构造柱的受压和受剪作用，新规范提出了砖砌体和钢筋砼构造柱组合墙的承载力计算方法。

1 组合砖墙轴心受压承载力

1.1 试验与有限元分析结果 砖砌体和钢筋砼构造柱组合墙，在竖向荷载作用下，由于砼柱、砌体的刚度不同和内力重分布的结果，砼柱分担墙体上的荷载。不仅如此，砼柱和圈梁形成一种“弱框架”，其约束作用使墙体横向变形减小，同时该框内的砌体处于双向受压状态。此外，砼柱对提高墙体的受压稳定性也是有利的。

有限元分析结果表明[1]，在荷载q作用下，墙体内竖向压应力明显向构造柱扩散；两柱之间的砌体，竖向压应力在中间大，两端小，其应力峰值随构造柱间距的减小而减小；当层高由2.8m增加到3.6m时，构造柱内应力的增加和砌体内应力的减小幅度均在5%以内。因而可知，影响这种墙体受压性能的主要因素是构造柱的间距，房屋屋高的影响甚微。此外，从多层墙体与单层墙体的受力状态来比较，上层墙体对下层墙体的整体工作有利。因此选取单层墙进行试验，将得到构造柱对墙体承载力提高的最小值，以此作为设计依据是偏于安全的。

墙体有限元非线性全过程分析的墙体裂缝的出现、分布和发展与试验结果基本相符；对开裂荷载，有限元分析的计算值与试验值很接近；对极限荷载，试验值较计算值平均高20.4%（见表1）。

表1 试验值与有限元分析的计算值

试件编号		№.1	№.2	№.3	№.4	№.5
柱 间 距（mm）		900	1000	1250	1600	中间1根柱两端无柱
砖 强 度（MPa）		7.35	6.55	7.35	7.35	7.35
砂 浆 强 度（MPa）		2.79	5.96	2.79	2.95	2.49
砼立方体强度（Mpa）		19.76	20.30	19.76	22.16	19.93
钢筋屈服强度（Mpa）		290	290	290	290	290
开裂荷载 （N/mm2）	试 验 值	2.30	2.83	2.11	1.92	1.55
	计 算 值	2.45	2.65	2.13	1.96	1.64
极限荷载 （N/mm2）	试 验 值	3.75	3.90	3.20	2.88	1.99
	计 算 值	3.11	3.15	2.62	2.28	1.79

1.2设计方法

根据有限元非线性分析结果，组合墙与无筋墙体的轴心受压承载力之比，即强度提高系数可按下式确定：

γi=1 2e-0.65s&.nb（1）

式中s为沿墙长方向砼构造柱的间距。

按式（1）的计算值与试验值（γ0i）的比较见表2，γi/γ0I的平均比值为0.844，在试验数据有限的情况下，这样取值是稳妥的。

表2γi与γ0i比较

柱间距（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

对于砖砌体和钢筋砼构造柱组合墙的受压承载力，新规范采用了与组合砖砌体受压构件承载力相同的计算模式，但引入强度系数η来反映其差别。 按式（2）和式（3）推算的强度提高系数γic与式（1）γi的比较见表3。

表3γic与γi比较

柱间距（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，除柱间距为1.0m的情况外，γic与γi的值十分接近。

在有限元非线性分析中，当砼柱间距小于1m后，其计算得到的极限荷载与按组合砖砌体构件公式得到的极限荷载很接近。因而按式（3）计算当s/b<4时取s/b=4。这样式（2）具有与规范中组合砌体受压构件承载力的计算公式的衔接的特点。

在影响这种组合墙受压承载力的诸多因素中，柱间距的影响最为显著。对于中间柱，它对柱每侧砌体的影响长度约为1.2m；对于边柱，其影响长度约为1m。构造柱间距为2m左右时，柱的作用得到充分发挥。构造柱间距大于4m时，它对墙体受压承载力的影响很小。

2 组合砖墙的截面抗震承载力

2.1 对文献[5]方法的讨论

对于砖砌体和钢筋砼构造柱组合墙，截面抗震承载力的计算公式有多种，但计算结果的差别较大，，主要原因是这些方法所考虑的影响因素不同，且有的方法在概念上不尽合理。

《设置钢筋混凝土构造柱多层砖房抗震技术规程》（JGJ/T13-94）中规定，当隔开间或每开间设置，且墙段中有2根及2根以上构造柱时，可考虑构造柱对截面抗震承载力的有利影响。 分析表明，本方法存在以下问题

(1) 随着砌体弹性模量的提高，组合墙的截面抗震承载力反而下降；

(2) 构造柱砼承担的剪力偏大

(3) 构造柱参与墙体的工作系数的取值未考虑构造柱所处位置的影响；

(4) 设置构造柱后，组合墙的截面抗震承载力的提高幅度过大。

2.2 新规范建议的方法