宋煥金 楊國(guó)勇

磚混結(jié)構(gòu)由于材料來(lái)源廣泛,施工工藝簡(jiǎn)單、施工快,具有良好的耐火性、耐久性和隔聲等優(yōu)點(diǎn),在我國(guó)仍被廣泛采用,特別是在中小城市的民用及公共建筑中占有相當(dāng)大的比例。同時(shí),磚混結(jié)構(gòu)由于抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度低,自重大,抗震性能較差。為改善磚混結(jié)構(gòu)的變形能力,提高房屋的整體性,通常采用在房屋中設(shè)置混凝土構(gòu)造柱的方法,汶川大地震中合理布置構(gòu)造柱的磚混結(jié)構(gòu)房屋經(jīng)受住了考驗(yàn)。因此在正確計(jì)算的同時(shí),采用合理的構(gòu)造措施,砌體結(jié)構(gòu)是能在抗震設(shè)防地區(qū)使用的。那么,如何設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱,使之既合理又不至于過(guò)多,筆者認(rèn)為構(gòu)造柱應(yīng)設(shè)置在震害較重、連接構(gòu)造比較薄弱和易于應(yīng)力集中的部位。

1 新抗震規(guī)范對(duì)構(gòu)造柱設(shè)置增加的要求

抗震規(guī)范7.3.1條及7.3.2條對(duì)多層黏土磚房抗震構(gòu)造措施提出了具體要求,其中,6度設(shè)防時(shí)樓梯間四角、不規(guī)則平面的外墻對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角(凸角)處及樓梯段上下端對(duì)應(yīng)的墻體處設(shè)置構(gòu)造柱是2008年新規(guī)范提出的要求,應(yīng)該引起設(shè)計(jì)人員的注意。新規(guī)范執(zhí)行后樓梯周邊總共有8根構(gòu)造柱,規(guī)范第7.3.8條規(guī)定樓層半高的鋼筋混凝土帶等可構(gòu)成應(yīng)急疏散安全島。對(duì)于樓梯間凸出平面處也必須設(shè)置構(gòu)造柱,樓梯間的陰角部位也應(yīng)設(shè)構(gòu)造柱。砌體規(guī)范第6.2.5條規(guī)定對(duì)240 mm厚的磚墻,當(dāng)梁跨度不小于6 m時(shí),其支撐處宜加設(shè)壁柱或采取其他加強(qiáng)措施。2008版抗震規(guī)范7.3.6條新增類似的說(shuō)法,并且為強(qiáng)制條文,也就是對(duì)于跨度不小于6 m的混凝土梁支承處不允許采用一般的磚柱和磚墻。

2 構(gòu)造措施對(duì)構(gòu)造柱的要求

《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施/結(jié)構(gòu)》6.5.3條要求較大洞口兩側(cè)設(shè)置構(gòu)造柱。對(duì)于較大洞口有不同的說(shuō)法。《北京市建筑設(shè)計(jì)技術(shù)細(xì)則》中將寬度超過(guò)2.1 m,且高度超過(guò)層高2/3的洞口規(guī)定為大洞口。筆者建議內(nèi)墻的大洞口可以按《北京市建筑設(shè)計(jì)技術(shù)細(xì)則》執(zhí)行;對(duì)于外墻,由于采光的需要,洞口比較大,大洞口可以放寬,按2.4 m寬執(zhí)行;當(dāng)門洞口不小于3 m時(shí)宜設(shè)置鋼筋混凝土門框,門框立柱應(yīng)與磚墻采用φ 6錨筋每隔500 mm拉結(jié)牢固,門框立柱縱向受力鋼筋不宜小于 4φ 12,且應(yīng)埋入基礎(chǔ)長(zhǎng)度不小于400 mm?？拐鹨?guī)范7.3.2條規(guī)定,對(duì)于房屋高度和層數(shù)接近抗震規(guī)范7.1.2條的橫墻構(gòu)造柱間距不宜大于層高的2倍,建議構(gòu)造柱間距不大于5 m。由墻體高厚比驗(yàn)算推導(dǎo)過(guò)程可得,當(dāng)240 mm磚墻構(gòu)造柱間距大于4.8 m以后,構(gòu)造柱對(duì)墻體高厚比提高系數(shù)幾乎沒(méi)有影響。筆者工程實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)當(dāng)橫墻構(gòu)造柱間距過(guò)大時(shí),墻體對(duì)溫度的影響也比較敏感,容易產(chǎn)生溫度裂縫。

3 構(gòu)造柱布置的一些建議

房屋四角的構(gòu)造柱可適當(dāng)加大截面及配筋。房屋四角是容易損壞的部位,在水平地震作用下,由于房屋的質(zhì)量中心與剛度中心不重合,產(chǎn)生扭轉(zhuǎn),房屋在這個(gè)扭轉(zhuǎn)荷載作用下,角部的應(yīng)力往往最大。樓梯間的斜板和樓面板不在同一平面上,地震水平荷載作用下,砌體會(huì)受到不同高度的水平力作用,該墻也是容易破壞的墻,故其四角的構(gòu)造柱也應(yīng)該加強(qiáng),按房屋四角構(gòu)造柱配筋。建議抗震地區(qū)采用4φ 14,對(duì)橫墻較少的多層砌體房屋可采用4φ 16,箍筋也宜全高加密。

對(duì)于凸出屋面的樓梯間,水箱間均應(yīng)考慮“鞭梢效應(yīng)”,在其四角和內(nèi)外墻交接處設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱,并將構(gòu)造柱錨固在主體建筑物頂層的砌體內(nèi),頂層構(gòu)造柱下無(wú)對(duì)應(yīng)的構(gòu)造柱時(shí),應(yīng)將其插入到下層的墻體內(nèi),同時(shí)在其高度范圍內(nèi)箍筋宜沿全高加密。

在需要計(jì)算砌體結(jié)構(gòu)抗震承載力時(shí),構(gòu)造柱間距不宜大于4 m。在線性荷載作用下,墻體內(nèi)豎向應(yīng)力明顯向構(gòu)造柱擴(kuò)散,兩柱之間的砌體,豎向應(yīng)力在中間大、兩端小,其峰值隨構(gòu)造柱間距減小而減小。對(duì)于構(gòu)造柱,其對(duì)每側(cè)砌體的影響長(zhǎng)度約為1.2 m,也就是構(gòu)造柱間距2 m時(shí),柱的作用得到充分發(fā)揮,構(gòu)造柱間距大于4 m時(shí),其對(duì)墻體承載力的影響很小。對(duì)于橫墻較少的砌體結(jié)構(gòu)房屋,構(gòu)造柱在橫墻內(nèi)的間距不大于層高,在縱墻內(nèi)的間距不大于4.2 m。

房屋中砌體墻段的局部尺寸不滿足抗震規(guī)范要求時(shí)可以適當(dāng)加大墻段內(nèi)的構(gòu)造柱截面及配筋,但局部尺寸不足的程度不宜超限25%,構(gòu)造柱截面不得大于300 mm×240 mm,縱筋可采用φ 14或者φ 16。由于開(kāi)大洞口形成的局部尺寸不能滿足要求的門窗洞口兩側(cè),可在洞口兩側(cè)設(shè)截面高度不小于120 mm的邊柱,配置 2φ 12 鋼筋 。

另外需要引起注意的是多排內(nèi)框架房屋的構(gòu)造柱截面不宜小于240 mm×240 mm,構(gòu)造柱縱筋不宜小于 4φ 14,箍筋間距不宜大于200 mm。由于鋼筋混凝土構(gòu)造柱與鋼筋混凝土圈梁共同組成一種“弱框架”式的圍合結(jié)構(gòu),能可靠地約束脆性的磚砌體,提高建筑物的整體性,從而增加了砌體結(jié)構(gòu)的變形能力和延性,使建筑物在地震作用下可以有較大的非彈性變形,地震時(shí)墻體開(kāi)裂也不致于倒塌,這就達(dá)到了地震時(shí)最基本的要求。合理的構(gòu)造柱設(shè)置是磚混結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)要點(diǎn),筆者對(duì)構(gòu)造柱的設(shè)置闡述了自己的一些想法,文中不妥和錯(cuò)誤之處請(qǐng)專家同行批評(píng)指正。

[1] 林 嘉.異形柱結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)探討[J].山西建筑,2008,34(19)：77-78.