砖砌体和钢筋砼构造柱组合墙的计算

 

关键词：砖砌体构造柱组合墙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）900100012501600中间1根柱两端无柱砖强度（MPa）7.356.557.357.357.35砂浆强度（MPa）2.795.962.792.952.49砼立方体强度（Mpa）19.7620.3019.7622.1619.93钢筋屈服强度（Mpa）290290290290290开裂荷载（N/mm2）试验值2.302.832.111.921.55计算值2.452.652.131.961.64极限荷载（N/mm2）试验值3.753.903.202.881.99计算值3.113.152.622.281.791.2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（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）γ0IγIγi/γ0I1.81.9821.6790.8472.01.9181.6020.8352.51.7051.4460.8483.21.5301.2930.845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）γicγIγic/γi1.03.1392.0981.4961.51.9981.8131.1022.01.6321.6021.0192.51.4531.4461.0053.01.3491.3311.1043.51.2811.2451.0294.01.2341.1811.045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/b4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新规范建议的方法新规范采用的计算方法较之现有的计算方法作了较大的改进，除考虑砌体受构造柱的约束和作用于墙体上的垂直压应力的影响外，还考虑了构造柱砼和纵向钢筋参与受力，并针对端部构造柱和中部构造柱，引入不同的构造柱砼参与抗剪的工作系数，较为全面，且公式形式合理、概念上也较清楚。湖南大学等单位14片组合墙的抗侧承载力试验值[3][7]与新规范公式的计算值比较，其平均比值为1.333，变异系数为0.186，偏于安全。对于有门窗洞口的墙体，洞口的大小、形状及其位置对组合墙的抗剪承载力均有影响，由于试验资料少，难于给出一个有门窗洞口墙体内应力计算的较精确的公式，故采用了与组合墙受压承载力相同的方法，即取用砖砌体的净截面面积进行计算，并对较大洞口（如洞宽大于2m）的洞边提出了应设置构造柱的要求。