摘要:砌体结构是建筑中一种应用广泛的承重结构。构造柱作为砌体结构主要抗震措施之一,可以避免建筑物在地震中突然坍塌,所以在设计和施工中应当给予重视。关于构造柱的设置要求集中体现在《建筑抗震设计规范》第7.3节中。本文将结合作者对规范的理解来阐述如何设计构造柱。由于作者水平有限,文中错误之处,请读者批评指正,不胜感谢!
关键字:砌体结构 抗震 构造柱
一、构造柱的作用:
砌体结构中钢筋混凝土构造柱,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所形成的柱。通过对以往震害表明,在多层砌体结构房屋中设置钢筋混凝土构造柱,虽然对墙体产生裂缝前的抗剪能力并无明显提高,但有助于防止房屋在罕遇地震中发生突然倒塌。带构造柱的砌体建筑,其变形能力和延性得到较大的提高。在墙体开裂以后,以其塑性变形和滑移摩擦来消耗地震能量,特别是构造柱在限制破碎墙移方面具有突出的作用。使得砌体结构房屋能在大震中裂而不倒。
国内一些研究资料表明:构造柱的受力和变形可以分为三个阶段:(1)变形初期阶段:构造柱的变形及钢筋应力都较小。(2)墙体开裂阶段:当墙体出现交叉斜裂缝后,构造柱受力明显增加,此时构造柱的主要作用是约束开裂的三角形块体向外错动。(3)墙体破坏阶段:当墙体产生破坏时,构造柱产生很大的变形并进入受弯状态直至破坏。应当注意的是构造柱作为砌体结构的抗震构造措施,是不能作为房屋挑梁、挑板的着力点或生根柱,这点与普通柱不同。
二、构造柱设置的部位:
构造柱的主要作用在于约束墙体,使开裂后不致破碎倒塌。构造柱一般设置在墙体的端部和墙体的交接处、较大洞口、楼梯间四角。这里的“较大洞口”一般指宽度大于2.1m的洞口。在房屋接近规范限高和限层时,外纵墙构造柱间距不宜大于3.9m,内纵墙构造柱间距不宜大于4.2m。在设计外廊式、单面走廊式或横墙较少的房屋时应提高构造柱设置要求。规范中构造柱位置要求,详细情况参见《建筑抗震设计规范》(2010版)第7.3.1条。
三、构造柱的截面与配筋
1.普通砖、多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖多层砌体房屋,其截面和配筋应符合以下要求:
(1)混凝土强度等级不低于C20。
(2)最小截面尺寸不小于240mm×180mm,在四角处不小于240mm×240mm。
(3)在6、7度不超过六层、8度不超过五层时纵向钢筋易采用4φ12,箍筋间距不大于250mm。
(3)在7度七层、8度六层、9度时纵向钢筋易采用4φ14,箍筋间距不大于200mm。
(4)在房屋四角处适当纵向钢筋适当加大,在各层构造柱的上下端箍筋需做加密处理。
2.构造柱应沿房屋全高设置,沿高度方向可以变化截面和配筋,但构造柱沿高度方向不应中断。
3.构造柱的竖向钢筋末端应做成弯钩,接头可以采用绑扎,其搭接长度宜为35倍钢筋直径,在搭接接头长度范围内箍筋间距不应大于100mm,钢筋的搭接接头宜错开。
四、 构造柱的连接:
1.构造柱与墙体的连接:
震害调查表明:断面不大、配筋不多的构造柱,之所以能够发挥抗弯和抗剪作用,主要是因为构造柱与墙体之间有密切的连接,保证构造柱早期能与墙体共同工作,后期能阻止墙体的散落。保证墙柱的连接是设置构造柱效果好坏的关键,因此必须先砌墙后浇注。
构造柱与墙的连接处宜砌成马牙槎,每一马牙槎高度不宜超过300mm,并应沿墙高每隔500mm设2φ6拉结钢筋,每边伸入墙内不宜小于1m。
2.构造柱与圈梁的连接:
(1)构造柱应与圈梁连接,隔层设置圈梁的房屋,应在无圈梁的楼层增设配筋砖带,仅在外墙四角设置构造柱时,在外墙上应伸过一个开间,其他情况应在外纵墙和相应横墙上拉通,其截面高度不应小于四皮砖,砂浆强度等级不应低于M5。
(2)在构造柱与圈梁相交的节点处,应适当加密构造柱的箍筋,加密范围在圈梁上、下均不应小于450mm或H/6(H为层高),箍筋间距不宜大于100mm。
(3)圈梁钢筋应伸入构造柱内,并有可靠锚固。伸入顶层圈梁的构造柱钢筋长度不应小于35d。
3.构造柱与进深梁的连接
(1)与构造柱连接的进深梁跨度宜小于6.6m。对截面高度大于300mm的进深梁,在梁各1.5倍进深梁截面高度范围内宜加密箍筋。梁端进行局部抗压计算时,宜按砌体抗压强度考虑。当进深梁跨度大于6.6m时,应考虑构造柱处节点约束弯矩对墙体的不利影响。
(2)当预制进深梁的宽度大于构造柱的宽度时,构造柱的纵向钢筋可弯曲绕过进深梁,穿过梁后与上柱钢筋搭接。
4.构造柱与女儿墙的连接
当女儿墙较矮时,构造柱可不通到女儿墙顶;当女儿墙高度大于500mm时,下层构造柱必须通到女儿墙顶,并与女儿墙压顶圈梁相连接。
5.构造柱与基础的连接
(1)构造柱不需单独设置基础或扩大基础面积;
(2)构造柱应伸入室外地面以下500mm;
(3)构造柱底遇有浅于500mm的基础圈梁时,可将构造柱钢筋锚固在该圈梁内;
(4)当墙体附近有管沟时,构造柱埋置深度宜深于沟底深度;
(5)带半地下室房屋设置构造柱的埋置深度应深于半地下室地面。
五、 特殊情况下构造柱的设置:
1.大洞口两侧的构造柱
墙体中有较大洞口的两侧增设构造柱时,构造柱应与墙体连接,构造柱的上下端应锚固在圈梁上,钢筋的锚固长度不小于20d。当洞口有现浇过梁时,过梁钢筋应与洞口侧边构造柱钢筋相连,当洞口有预制过梁,预制过梁伸入洞口两侧构造柱内时,构造柱的主筋不应被切断。
2.斜交抗震墙交接处的构造柱
斜交抗震墙交接处应增设构造柱,构造柱有效截面面积不小于240mm×180mm,在斜交抗震墙段内设置的构造柱间距不宜大于抗震墙层间高度。
3.楼梯间墙体构造柱
楼梯间墙体的构造柱应与每层圈梁有可靠连接,在休息平台标高处墙体宜配置水平钢筋与构造柱相连。楼梯间顶层楼板标高处和屋面标高处应有封闭圈梁与构造柱相连接。8、9度时,应在高中部增设拉结钢筋或拉结圈梁。
4.纵墙中无横墙处的构造柱
对于纵墙承重的多层砌体房屋,当需要在无横墙处的纵墙中设置构造柱时,应在楼板处预留相应构造柱宽度的板缝,并与构造柱混凝土同时浇灌,作成现浇混凝土带。现浇混凝土带的纵向钢筋不少于4φ12,箍筋间距不宜大于200mm。当横墙间距较大,楼盖通过进深梁支撑在纵墙上时,纵墙上的梁下构造柱应按组合砖柱设计。
随着近年来震灾的增多,我国也在2010年再次修改了《建筑抗震设计规范》,对构造柱提出了更高的要求。尤其要指出构造柱的作用只有在罕遇地震中才能充分发挥,基本上可以说是砌体抗震的最后防线,所以在设计和施工构造柱时必须严格按规范执行。
参考资料:
《砌体结构设计规范》 中华人民共和国建设部 GB50003-2001
《混凝土结构设计规范》 中华人民共和国建设部 GB50010-2002
《建筑抗震设计规范》 中华人民共和国建设部 GB50011-2010
《砌体结构设计与计算》 中国建筑工业出版社2003年5月
《砌体结构设计手册》(第三版)中国建筑工业出版社2002年12月
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