钢筋混凝土构造柱在PKPM软件计算中的作用

 【摘 要】砌体材料的延性不好，又加上结构连接性能较差，故其抗震性能较弱。针对多层砖混结构抗震性能较差的特点，分析了多层砖混结构构造柱的作用，根据规范提出了 PKPM 建模过程设置构造柱的注意事项，举列构造柱的计算公式，以进一步了解构造柱参与结构的抗震作用，同时提高了结构的整体稳定性。

【关键词】砖混结构；整体稳定性；构造柱；PKPM软件　　

我地区房屋建筑相当一部分为多层砖混结构 ，尤其是住宅工程 ，但由于砌体材料的延性不好，又加上结构连接性能较差，因而决定了它的抗震性能较弱。为了增强砌体的整体性 ，提高其抗震能力 ，通过大量的试验研究和多年的工程实践证明 ，在多层砌体房屋中设置构造柱 ，是一种很有效的抗震措施。得到了比较一致的结论，即：　　
（1）构造柱能够提高砌体的受剪承载力10%～30%左右，提高幅度与墙体高宽比、竖向压力和开洞情况有关；　　
（2）构造柱主要是对砌体起约束作用，使之有较高的变形能力；　　
（3）构造柱应当设置在震害较重、连接构造比较薄弱和易于应力集中的部位。　　
PKPM软件是目前国内工程设计中常用的一种计算软件 ，它使得以往由人工完成的一些重复性工作转而由计算机更快更好地完成。在砖混结构设计过程中 ，一般均采用 PKPM 软件进行抗震计算。构造柱在 PKPM 软件的抗震计算中起着至关重要的作用 ，切不可因其为 “构造柱” 而忽视它。让它在地震时抗震 ，非地震时承重。因此在 PKPM建立砖混结构模型时应合理地布置构造柱。按《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第7.3.1条合理布置构造柱模型。　　

1.构造柱的作用　　

构造柱的主要作用是约束墙体错动[1]。从带构造柱墙片往复加载试验的全过程可以看出，在变形的最初阶段，构造柱只是协助砖墙抗剪，当墙体出现贯通的交叉裂缝后，构造柱约束裂开的三角形块体向外错动，即使构造柱自身上下端出现塑性铰，只要构造柱的主筋不全部断裂，仍然能将破碎墙体约束在其自身的平面内滑移，摩擦作用继续存在，墙体可以继续承担竖向压力和一定的水平地震力，达到裂而不倒的目的。因此，在地震作用下，构造柱和墙体发挥各自的特性，即构造柱对墙体起约束作用 ，墙体又为构造柱提供了可靠的支承，这样墙体极限承载能力有所提高，墙体脆性性质得到改善，延性提高 3倍～4倍，耗能明显增大。另外，构造柱增强了砖混结构房屋的整体性。构造柱不仅增强了内外墙连接的整体性，而且与圈梁一起形成砖墙的边框（即构成空间约束体系），箍住开裂的墙体，阻止裂缝进一步发展，限制开裂后块体错位，使墙体的竖向承载力不致大幅度下降，从而防止了墙体的倒塌，明显增强了房屋的整体性，可以避免地震情况下结构构件被逐个击破。综上所述，在砖混结构中，构造柱对墙体的约束作用，可以增大建筑物的延性，防止或延缓建筑物在地震时突然倒塌，提高建筑物的抗侧能力，因此合理地布置构造柱是保证砖混房 “大震不倒”的具体体现。　　

2. PKPM中构造柱的布置　　

2.1构造柱布置　　
考虑到砌体的脆性性质，在地震中容易开裂并降低墙体承受垂直荷载的能力而倒塌。因此，《建筑抗震设计规范》GB50011-2010规定，对于多层砖房应按要求设置钢筋混凝土构造柱 ，其目的主要是为了加强墙体的整体性，增加墙体抗侧延性，在一定程度上利用抵抗侧向地震力的能力。在 PKPM建模过程时应满足 《建筑抗震设计规范》GB50011-2010 第 7. 3 节的要求[2]。建模时应注意几个方面：　　
（1）对于大房间两侧墙，由于大开间砌体墙体相对来说将受到较大的地震水平力作用，因此对于 4. 2 m或以上的开间两侧墙应设置构造柱加强，此时构造柱的截面和配筋均应加强。　　
（2）当建筑布置局部墙跺不能满足规范限定的局部尺寸时，可对局部墙跺增设构造柱，或加大原有构造柱截面，以避免在地震作用下局部墙跺破坏而引起连锁反应，导致房屋倒塌。但不可以将局部墙跺全改为钢筋混凝土柱，否则将带来在平面的同一轴线上形成部分砖墙、部分钢筋混凝土墙跺的局面，这是PKPM 建模过程中所不允许的。　　
（3）在楼梯间两侧墙体一般均为承重墙体，而楼梯间墙体又没有楼板作为墙的支承，只有斜向的楼梯。楼梯不允许嵌入墙内，因此对墙体不起支承作用。楼梯间墙高而空旷，顶层墙体更是形成半高的高墙而无侧向约束。在进行 PKPM抗震验算时，楼梯间的墙达不到抗震能力，为了能顺利通过 PKPM 抗震验算，建模时须在楼梯间的四角均设置构造柱。　　
2.2注意事项　　
（1）当房屋层数较多时 ，根据不同烈度区 ，在 PKPM 建模过程中适当地增加构造柱。　　
（2）构造柱应沿整个建筑物高度对正贯通设置 ，在 PKPM建模时构造柱在层与层之间严禁出现错位现象。　　
2.3砖混结构中还有一种构造柱。在 PKPM抗震验算时 ，有时会遇到砖墙竖向承载力不足又不愿意增大墙体厚度 ，往往在墙体中设钢筋混凝土柱予以加强 ，柱的厚度与墙厚一样 ，也可视为构造柱。该构造柱在墙体中的位置 ，可以在墙面的两端 ，也可以在墙体中部 ，或两者兼而有之 ，这种墙称为组合砖墙进行计算 ，满足承载力的要求 ，另外构造柱还应满足 《砌体结构设计规范》GB50003-2011 第8. 2. 9 条的要求。　　
2.4当梁直接搁置在构造柱上时 ，尚应在楼（屋）面梁支撑处设置圈梁 ，而且圈梁应满足垫梁的构造要求。如不设垫梁 ，集中荷载引起的裂缝很快会沿马牙槎开展 ，造成马牙槎处砖剪断或弯坏，使构造柱处于独立受压状态 ，构造柱墙承载力明显降低。所以在 PKPM建模时 ，认为设置构造柱后 ，可以省去垫梁的做法是不妥当的。　　

3.构造柱的计算　　

3.1在水平荷载作用下的计算　　
（1）假设横向水平地震剪力全部由横墙承担 ，纵向水平地震剪力全部由纵墙承担。多层砖房根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第5.1.1条、第5.1.3条、第5.1.4条、第5.2.1条、第5.2.3条和5.2.4条要求设置钢筋混凝土构造柱抗震设计进行验算。　　
（2）当在隔开间墙或每开间墙设置[且墙段中有 2 根以上（包括 2 根） ]构造柱时 ，可考虑构造柱对截面抗震承载力的有利影响 ，按《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第7.2.6条、第7.2.7条进行验算。　　
3.2在竖向荷载作用下的计算　　
把设置的受力柱的墙跺视为组合砌体，按《砌体结构设计规范》GB50003-2011规范组合砌体构件的计算方法进行计算。组合砖砌体轴心受压构件的承载力按第8.2.7条和8.2.8条进行验算。　　

4.结语　　

4.1通过分析砖混结构中构造柱的抗震作用 ，进一步了解构造柱 ，认识其重要性 ，并能够在今后的 PKPM 建模过程中认真结合实际 ，灵活地运用规范 ，合理地设置构造柱的位置。　　
4.2详细地列举了构造柱的计算公式 ，便于人们进一步了解构造柱参与结构的抗震作用 ，提高结构的整体稳定性。　　
4.3在 PKPM建模过程中 ，严格按照国家设计规范和规程要求，在设计过程中根据抗震规范要求合理地设置构造柱 ，才能提高建筑物的抗震能力 ，保证结构安全性。　　
震害调研和国内外大量试验研究也表明，砌体结构房屋只要进行抗震设计、合理布置构造柱与实际结合模型，采取合理的抗震构造措施、确保工程质量，仍能有效地应用于地震设防区。　　

参考文献：　　
[1]李启鑫. 设置构造柱混凝土砌块墙体受压承载力试验研究.　　
[2] GB50011-2010《建筑抗震设计规范》.　　
[3] GB50003-2011《砌体结构设计规范》.　　
[4] 建筑砌块与砌块建筑 ，2004 （6） ：14215.