地震区砌体房屋中构造柱和圈梁的设计研究

关键词：砌体房屋；抗震性能；构造柱；圈梁 

　　1 前言 

　　目前，抗震设防区不按规范要求设置构造柱和圈梁的现象十分普遍，此类房屋在汶川大地震中很多损坏或完全倒塌。由于砖混结构中的主要承重构件是砖墙，而砖砌体的抗拉强度很低以及极差的抗弯曲性能，建筑物在破坏力极强的地震力作用下，很容易破坏或者倒塌。图1和图2为汶川大地震中砌体结构破坏的照片，由图中可以看到砌体结构由于整体性不足，在地震下局部（图1）或整体出现垮塌（图2）而且极为脆性，房屋垮塌后都碎成了小块体。 

　　实震和试验表明，通过增加构造柱和圈梁，可以改善砌体结构的变形性能，提高房屋的整体性。在地震区砌体结构房屋设计应该特别重视构造柱和圈梁的有效设计。  

　　2构造柱  

　　钢筋混凝土构造柱，是指先砌筑墙体，然后在墙体两端或纵横墙交接处现浇钢筋混凝土形成的柱。在砌体墙中设置构造柱的重要目的是约束砌体、增强延性、提高房屋的变形能力。另外，根据实验研究表明，带构造柱的墙体的强度可以得到一定的提高。在唐山大地震中，构造柱被称之为救命柱。可以看出其对房屋抗震的重要作用。 

　　2.1构造柱位置的设置 

　　抗震区砌体房屋构造柱的设置应满足表1和表2的要求： 

　　2.1.1多层普通砖、多孔砖房屋应按表1规定的部位设置构造柱； 

　　2.1.2多层灰砂砖、粉煤灰砖房屋，由于块材表面光滑，砌体抗剪强度低，其构造柱的设置要求比普通砖多孔砖要更严格，砌体结构设计规范要求按表2规定的部位设置构造柱； 

　　这次地震教学楼和医院破坏比较严重，建议在设计时： 

　　1)外廊式和单面走廊式的多层房屋，按增加一层后的层数设置构造柱，且单面走廊两侧的纵墙均按外墙设置； 

　　2)教学楼、医院等横墙较少的房屋，按增加一层后的层数设置构造柱；当教学楼、医院等横墙较少的房屋为外廊式或单面走廊式时，按注1设置构造柱，但6度不超过四层、7度不超过三层和8度不超过两层时，按增加两层后的层数设置构造柱。 

　　另外，对局部小墙垛宜增设构造柱，这样可以防止墙体在地震时过早破坏，而不能与其它墙体共同工作，从而降低结构的整体抗震能力。 

　　2.2构造柱配筋设计 

　　2.2.1构造柱中的纵向钢筋属于构造配筋，规范只规定了最少根数和直径，一般选用延性较好的钢筋，纵向受力钢筋宜选用HRB335级，箍筋宜选用HRB235级。 

　　2.2.2构造柱最小截面尺寸采用240mm × 180mm，纵向钢筋宜不小于4 Φ12，箍筋间距不宜大于250mm，且在柱上下端宜适当加密；7度时超过六层、8度时超过五层和9度时，构造柱纵向钢筋宜采用4Φ14，箍筋间距不应大于200mm；房屋四角的构造柱尺寸宜适当加大截面及配筋。另外在挑梁下构造柱宜加大配筋，建议不小于4Φ14。 

　　2.2.3构造柱与墙连接处应砌成马牙槎，并应沿墙高每隔500mm设2Φ6拉结钢筋，每边伸入墙内不宜小于lm。 　 

　　3圈梁  

　　圈梁可以提高房屋的整体性，可在房屋中和构造柱一起共同约束砖砌体，限制墙体裂缝的开展和延伸，减轻地震时地基不均匀沉降对房屋的不利影响，抑制地震时裂缝的开展。 

　　3.1圈梁位置的设置 

　　圈梁如果设置不当将不能达到增强房屋抗震性能的预期目的。地震区砌体结构房屋圈梁设置要求： 

　　3.1.1对装配式混凝土楼、屋盖和木楼、屋盖的砖砌体房屋，横墙承重时圈梁的设置要求如表3 ；纵墙承重时每层均应设置圈梁，且抗震横墙上的圈梁间距比表内要求适当加密。 

　　3.1.2现浇钢筋混凝土楼、屋盖的砖房建议设置圈梁。为了使构造柱在楼盖标高处有牢固的支承点，规范要求现浇楼、屋盖在楼板内沿墙体周边加强配筋并与构造柱钢筋可靠连接。 

　　3.2圈梁的构造要求 

　　圈梁在构造中应做到连续、连接可靠、便于施工，应符合下列构造要求： 

　　1）圈梁宜连续地设在同一水平面上，并形成封闭状；当圈梁被门窗洞口截断时，应在洞口上部增设相同截面的附加圈梁。附加圈梁与圈梁的搭接长度不应小于其中到中垂直间距的二倍，且不得小于1m； 

　　2）纵横墙交接处的圈梁应有可靠的连接。刚弹性和弹性方案房屋，圈梁应与屋架、大梁等构件可靠连接； 

　　3）钢筋混凝土圈梁的宽度宜与墙厚相同，当墙厚h≥240mm时，其宽度不宜小于2h/3。圈梁高度不应小于120mm。纵向钢筋6、7度时不应少于4Φ10，8度时不少于4Φ12，9度时不少于4Φ14，绑扎接头的搭接长度按受拉钢筋考虑，箍筋间距非抗震区房屋时不应大于300mm ，6、7度时不应大于250mm，8度时不应大于200mm，9度时不应大于150mm； 

　　4）圈梁兼作过梁时，过梁部分的钢筋应按计算用量另行增配。  

　　4弱框架  

　　在设计中如能合理设计构造柱和圈梁，使之在墙体中形成弱框架，将会较大地提高砌体结构的抗震性能。为了保证弱框架得以实现，作者根据实际设计经验，总结了以下设计意见，可供设计人员参考： 

　　4.1构造柱与圈梁连接处，构造柱的纵筋应穿过圈梁，保证构造柱纵筋上下贯通。 

　　4.2对与构造柱相连的梁或圈梁，梁两端1.5倍梁高范围内宜加密箍筋，间距100mm。 

　　4.3构造柱可不单独设置基础，但应伸入室外地面下500mm，或与埋深小于500mm的基础圈梁相连。 

　　4.4构造柱应沿整个建筑物高度对正贯通设置，构造柱在层与层之间不要错位。如遇局部突出屋顶的水箱间、楼梯间等，当构造柱不是自下部建筑物直通至顶时，则可将突出建筑物的四角构造柱插入到主建筑物顶层的砌体内，并应与相应的圈梁锚固。 

　　4.5从圈梁与楼板的相对位置看，圈梁可以分成板平圈梁、板下圈梁和高低圈梁，就所起的抗震能力讲，以板平圈梁最好，他不但直接将楼板箍住，形成一个封闭的受力体系，而且还可以通过楼板钢筋出头，与圈粱混凝土整浇一体。 

　　4.6房屋外墙四角是容易损坏的部位，其构造柱的配筋和断面要适度加强。 

　　4.7对由于地基土地耐力不大或土质不一致须增设基础圈梁，则不应小于l 80ram。凡内横墙与外纵墙的接头部位，未设贯通圈梁的，宜设圈粱拐角接头，拐角接头长度为Im，可从圈梁内甩出墙体拉结，也可按圈梁作法拐作lm。这样就保证了在房屋抗震时应力集中部位得到很好的拉结。 

　　4.8加强构造柱与预制构件和现浇构件的连接，凡遇构造柱的预制构件，为充分发挥构造柱的作用，可改预制构件为现浇构件，也可设置埋件将预制构件与构造柱焊接在一起。对现浇的钢筋混凝土楼板，由于其可以不再单独设置圈梁，故可直接与构造柱相连。此时，现浇钢筋混凝土楼板至少应有两根附加钢筋或一根附加钢筋和一根架立筋伸入构造柱内与之相连接。 

　　4.9对于现浇和装配式钢筋混凝土等钢性屋盖的砖房，裂度较高时易在屋盖的板底或圈梁底面下l～4皮砖范围出现周围水平裂缝。为此，可在顶层砖墙在灰缝中适当设置水平钢筋，提高其抗剪性能。 

　　汶川大地震已经过去一段时间了，与唐山大地震不同的是，这场地震发生在抗震设防区，对结构在这场地震中破坏的研究分析以及对以后结构设计改进的探讨显得尤为有意义，本文详细探讨了地震区砌体结构的圈梁和构造柱的设计，希望对工程设计人员提供有益参考。  

　　参考文献: 

　　[1] 施楚贤主编.砌体结构理论与设计（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2003. 

　　[2] 砌体结构设计规范（GB 50003-2001）.北京：中国建筑工业出版社，2002. 

　　[3] T.鲍雷，M.J.N.普里斯特利.钢筋混凝土和砌体结构的抗震设计.北京:中国建筑工业出版社，1999.