圈梁構造柱對砌體結構房屋的影響分析

■易 帆 ■西南石油大學土木工程與建筑學院，四川 成都 610500

1 引言

2008 年四川省汶川縣8 級特大地震中砌體結構造成了大量人員傷亡和財產損失，通過災后調査分析發現，結構體系不合理、圈梁構造柱等構造措施不足是造成這一嚴重后果的主要原因。因此，本文利用中國建筑科學研究院的PKPM 軟件對砌體結構房屋進行了建模分析，共建立四個模型:(1)有圈梁構造柱(模型1);(2)有圈梁無構造柱(模型2);(3)無圈梁有構造柱(模型3);(4)無圈梁構造柱(模型4)，在這四種情況下，對房屋的受壓計算、抗震計算及局部承壓計算結果進行了對比分析。

2 模型概況

以成都某六層砌體結構住宅為例，建立了四個模型:(1)有圈梁構造柱(模型1);(2)有圈梁無構造柱(模型2);(3)無圈梁有構造柱(模型3);(4)無圈梁構造柱(模型4)，以底部剪力法進行靜力計算并提取其計算結果進行對比分析，從而明了圈梁和構造柱在砌體結構房屋中的作用。

結構總長為31.2m，總寬為11.7m。采用實心磚砌筑，一至六層磚的強度等級均為MU10，砂漿強度等級均為M5，砌體施工質量控制等級為B 級。抗震設防烈度為7 度，設計基本地震加速度值為0.1g，場地類別為Ⅱ類，設計地震分組為第三組，基本風壓為0.3KN/M2，地面粗糙度類別為C 類。

圖1 平面圖

3 靜力計算結果

3.1 受壓計算結果

通過前面模型的建立及相關設計參數的設定，通過PKPM 軟件的砌體信息及計算，得到四個模型各層墻的受壓承載力計算圖(抗力與荷載效應之比，當小于1 時則表示計算不通過)，為了方便數據處理與分析，則在每個模型的每層均取六個墻肢進行對比分析。

通過對數據進行對比分析，可以發現:(1)四個模型隨著層數的增加，抗力與荷載效應之比均為增大的趨勢，這是因為隨著層數增加，其自重荷載減小的原因;(2)模型1(有圈梁構造柱)和模型3(無圈梁有構造柱)其抗力與荷載效應之比在所有樓層和所有墻肢的大小完全相同，模型2(有圈梁無構造柱)和模型4(無圈梁構造柱)其抗力與荷載效應之比在所有樓層和所有墻肢的大小完全相同，這表明圈梁對結構的受壓承載力無影響;(3)模型3(無圈梁有構造柱)其抗力和荷載效應之比在所有樓層均大于模型4(無圈梁構造柱)，這表明構造柱的設置對于結構的受壓承載力具有顯著的貢獻。(4)對于模型4(無圈梁構造柱)多處的受壓承載力不滿足規范要求，通過合理設置構造柱即模型3(無圈梁有構造柱)后，其受壓承載力得到了較多提高。

3.2 局部承壓計算結果

局部承壓是指在構件的表面上，僅有部分面積承受壓力的狀態。在砌體結構中，當梁直接放在磚墻上時，由于梁與磚墻是兩種完全不同的材料，往往需要進行局部承壓的驗算，以避免由于局部承壓不足，而導致構件的破壞。

通過前面模型的建立及相關設計參數的設定，通過PKPM 軟件的砌體信息及計算，得到四個模型的局部承壓計算結果，經過統計分析后得到各模型各樓層不滿足局部承壓的處數。

表1 局部承壓不滿足數目(單位:處)

通過表1 可以發現:(1)通過合理設置構造柱后(模型1 和模型3)，其局部承壓均滿足;(2)通過設置圈梁(模型2)雖然對于局部承壓有一定的改善，但在一層仍有二處不滿足局部承壓的驗算要求;(3)隨著樓層數的增加，其局部承壓不滿足的數目呈現減少的趨勢，這是因為隨著樓層數增加，其重力荷載代表值減小了。

3.3 抗震計算結果

通過對計算結果進行分析發現:(1)四個模型隨著層數的增加，抗力與荷載效應之比均為增大的趨勢，這是因為隨著層數增加，樓層所分配到的層間剪力逐漸減小;(2)模型1(有圈梁構造柱)和模型3(無圈梁有構造柱)其抗力與荷載效應之比在所有樓層和所有墻肢的大小完全相同，模型2(有圈梁無構造柱)和模型4(無圈梁構造柱)其抗力與荷載效應之比在所有樓層和所有墻肢的大小完全相同，這表明圈梁對結構的抗震驗算無影響，這主要是因為圈梁在其作用面內的剛度為0。

4 結論

通過對四個模型的試算，并對其計算結果進行對比分析，可以得到以下幾點:(1)在砌體結構房屋中，合理設置構造柱可以提高結構的受壓、局部承壓及抗震性能，可見構造柱在砌體結構中的重要性，故在進行砌體結構設計時，一定要按照規范要求在規定位置設置構造柱。(2)在砌體結構房屋中，僅設置圈梁而不設置構造柱的做法是不可取的，因為單獨設置圈梁不能將結構拉結成整體，對于結構的受壓、局部承壓及抗震性能幾乎沒有貢獻。(3)在砌體結構房屋進行設計時，如果某部位的局部承壓驗算不通過，可以在其下方通過增設構造柱，則可通過驗算，且與梁墊相比這樣更方便施工。(4)為了提高整體結構的性能，必須按照規范要求設置構造柱和圈梁，使二者結合成一個整體并共同工作，只有這樣才能起到其約束作用，從而提高砌體的抗剪、抗拉強度，從而保證房屋在地震作用下能夠正常工作。

［1］清華大學建工系震害調查小組.唐山市多層磚房震害調查［R］.1977.

［2］GB50003-2011 砌體結構設計規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2011.

［3］GB50011-2010 建筑抗震設計規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2010.

［4］中國建筑科學研究院PKPM CAD 工程部.PMCAD 結構平面CAD 軟件用戶手冊及技術條件［M］.2009(3).

［5］鐘志憲，常彥斌.PKPM 設計軟件參數定義叢書［M］.北京:人民交通出版社，2007(10).

［6］鄭妮娜.裝配式構造柱約束砌體結構抗震性能研究［D］.重慶大學，2010.

［7］夏敬謙，黃泉生.構造柱與配筋砌體房屋抗震能力的試驗研究［J］.地震工程與工程振動，1989(2):82-96.