摘要：在多層磚房中設(shè)置鋼筋砼構(gòu)造柱，其顯著的效果是加強(qiáng)房屋的整體性，增大墻體的延性。為了發(fā)揮墻內(nèi)設(shè)置構(gòu)造柱的受壓和受剪作用，新規(guī)范提出了磚砌體和鋼筋砼構(gòu)造柱組合墻的承載力計(jì)算方法。
1 組合磚墻軸心受壓承載力
1.1 試驗(yàn)與有限元分析結(jié)果 磚砌體和鋼筋砼構(gòu)造柱組合墻，在豎向荷載作用下，由于砼柱、砌體的剛度不同和內(nèi)力重分布的結(jié)果，砼柱分擔(dān)墻體上的荷載。不僅如此，砼柱和圈梁形成一種“弱框架”，其約束作用使墻體橫向變形減小，同時(shí)該框內(nèi)的砌體處于雙向受壓狀態(tài)。此外，砼柱對(duì)提高墻體的受壓穩(wěn)定性也是有利的。
有限元分析結(jié)果表明[1]，在荷載q作用下，墻體內(nèi)豎向壓應(yīng)力明顯向構(gòu)造柱擴(kuò)散；兩柱之間的砌體，豎向壓應(yīng)力在中間大，兩端小，其應(yīng)力峰值隨構(gòu)造柱間距的減小而減��；當(dāng)層高由2.8m增加到3.6m時(shí)，構(gòu)造柱內(nèi)應(yīng)力的增加和砌體內(nèi)應(yīng)力的減小幅度均在5%以內(nèi)。因而可知，影響這種墻體受壓性能的主要因素是構(gòu)造柱的間距，房屋屋高的影響甚微。此外，從多層墻體與單層墻體的受力狀態(tài)來比較，上層墻體對(duì)下層墻體的整體工作有利。因此選取單層墻進(jìn)行試驗(yàn)，將得到構(gòu)造柱對(duì)墻體承載力提高的最小值，以此作為設(shè)計(jì)依據(jù)是偏于安全的。
墻體有限元非線性全過程分析的墻體裂縫的出現(xiàn)、分布和發(fā)展與試驗(yàn)結(jié)果基本相符；對(duì)開裂荷載，有限元分析的計(jì)算值與試驗(yàn)值很接近；對(duì)極限荷載，試驗(yàn)值較計(jì)算值平均高20.4%（見表1）。
表1 試驗(yàn)值與有限元分析的計(jì)算值
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試件編號(hào)
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№.1
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№.2
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№.3
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№.4
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№.5
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柱 間 距（mm）
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900
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1000
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1250
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1600
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中間1根柱兩端無柱
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磚 強(qiáng) 度（MPa）
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7.35
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6.55
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7.35
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7.35
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7.35
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砂 漿 強(qiáng) 度（MPa）
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2.79
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5.96
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2.79
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2.95
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2.49
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砼立方體強(qiáng)度（Mpa）
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19.76
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20.30
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19.76
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22.16
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19.93
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鋼筋屈服強(qiáng)度（Mpa）
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290
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290
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290
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290
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290
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開裂荷載
（N/mm2）
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試 驗(yàn) 值
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2.30
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2.83
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2.11
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1.92
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1.55
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計(jì) 算 值
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2.45
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2.65
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2.13
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1.96
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1.64
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極限荷載
（N/mm2）
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試 驗(yàn) 值
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3.75
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3.90
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3.20
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2.88
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1.99
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計(jì) 算 值
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3.11
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3.15
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2.62
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2.28
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1.79
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根據(jù)有限元非線性分析結(jié)果，組合墻與無筋墻體的軸心受壓承載力之比，即強(qiáng)度提高系數(shù)可按下式確定：
γi=1+2e-0.65s&nb（1）
式中s為沿墻長方向砼構(gòu)造柱的間距。
按式（1）的計(jì)算值與試驗(yàn)值（γ0i）的比較見表2，γi/γ0I的平均比值為0.844，在試驗(yàn)數(shù)據(jù)有限的情況下，這樣取值是穩(wěn)妥的。
表2γi與γ0i比較
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柱間距（m）
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γ0I
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γI
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γi/γ0I
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1.8
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1.982
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1.679
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0.847
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2.0
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1.918
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1.602
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0.835
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2.5
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1.705
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1.446
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0.848
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3.2
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1.530
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1.293
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0.845
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對(duì)于磚砌體和鋼筋砼構(gòu)造柱組合墻的受壓承載力，新規(guī)范采用了與組合磚砌體受壓構(gòu)件承載力相同的計(jì)算模式，但引入強(qiáng)度系數(shù)η來反映其差別。 按式（2）和式（3）推算的強(qiáng)度提高系數(shù)γic與式（1）γi的比較見表3。
表3γic與γi比較
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柱間距（m）
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γic
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γI
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γic/γi
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1.0
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3.139
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2.098
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1.496
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1.5
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1.998
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1.813
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1.102
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2.0
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1.632
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1.602
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1.019
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2.5
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1.453
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1.446
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1.005
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3.0
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1.349
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1.331
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1.104
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3.5
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1.281
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1.245
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1.029
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4.0
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1.234
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1.181
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1.045
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由表3可知，除柱間距為1.0m的情況外，γic與γi的值十分接近。
在有限元非線性分析中，當(dāng)砼柱間距小于1m后，其計(jì)算得到的極限荷載與按組合磚砌體構(gòu)件公式得到的極限荷載很接近。因而按式（3）計(jì)算當(dāng)s/b<4時(shí)取s/b=4。這樣式（2）具有與規(guī)范中組合砌體受壓構(gòu)件承載力的計(jì)算公式的銜接的特點(diǎn)。
在影響這種組合墻受壓承載力的諸多因素中，柱間距的影響最為顯著。對(duì)于中間柱，它對(duì)柱每側(cè)砌體的影響長度約為1.2m；對(duì)于邊柱，其影響長度約為1m。構(gòu)造柱間距為2m左右時(shí)，柱的作用得到充分發(fā)揮。構(gòu)造柱間距大于4m時(shí)，它對(duì)墻體受壓承載力的影響很小。
2 組合磚墻的截面抗震承載力
2.1 對(duì)文獻(xiàn)[5]方法的討論
對(duì)于磚砌體和鋼筋砼構(gòu)造柱組合墻，截面抗震承載力的計(jì)算公式有多種，但計(jì)算結(jié)果的差別較大，，主要原因是這些方法所考慮的影響因素不同，且有的方法在概念上不盡合理。
《設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱多層磚房抗震技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T13-94）中規(guī)定，當(dāng)隔開間或每開間設(shè)置，且墻段中有2根及2根以上構(gòu)造柱時(shí)，可考慮構(gòu)造柱對(duì)截面抗震承載力的有利影響。 分析表明，本方法存在以下問題
(1) 隨著砌體彈性模量的提高，組合墻的截面抗震承載力反而下降；
(2) 構(gòu)造柱砼承擔(dān)的剪力偏大
(3) 構(gòu)造柱參與墻體的工作系數(shù)的取值未考慮構(gòu)造柱所處位置的影響；
(4) 設(shè)置構(gòu)造柱后，組合墻的截面抗震承載力的提高幅度過大。
2.2 新規(guī)范建議的方法
新規(guī)范采用的計(jì)算方法較之現(xiàn)有的計(jì)算方法作了較大的改進(jìn)，除考慮砌體受構(gòu)造柱的約束和作用于墻體上的垂直壓應(yīng)力的影響外，還考慮了構(gòu)造柱砼和縱向鋼筋參與受力，并針對(duì)端部構(gòu)造柱和中部構(gòu)造柱，引入不同的構(gòu)造柱砼參與抗剪的工作系數(shù)，較為全面，且公式形式合理、概念上也較清楚。
湖南大學(xué)等單位14片組合墻的抗側(cè)承載力試驗(yàn)值[3][7] 與新規(guī)范公式的計(jì)算值比較，其平均比值為1.333，變異系數(shù)為0.186，偏于安全。
對(duì)于有門窗洞口的墻體，洞口的大小、形狀及其位置對(duì)組合墻的抗剪承載力均有影響，由于試驗(yàn)資料少，難于給出一個(gè)有門窗洞口墻體內(nèi)應(yīng)力計(jì)算的較精確的公式，故采用了與組合墻受壓承載力相同的方法，即取用磚砌體的凈截面面積進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)較大洞口（如洞寬大于2m）的洞邊提出了應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱的要求。
