淺談結(jié)構(gòu)設(shè)計中構(gòu)造柱的工程應(yīng)用

【關(guān)鍵詞】構(gòu)造問題；圈梁；構(gòu)造柱；延性 

　　1、引言 

　　經(jīng)過1976年唐山大地震和2008年汶川大地震及其他多次地震的考驗證明，地震能量在房屋結(jié)構(gòu)上的反應(yīng)猶如尖端放電一樣，即在墻角處地震能量最大，直接導(dǎo)致墻角處墻體的破壞最為嚴重。假設(shè)能增設(shè)豎向鋼筋或者混凝土，能有效地提高磚房的抗側(cè)剛度，進而抵抗地震力的破壞。倘能將墻角的豎向鋼筋、門窗旁的豎向鋼筋以及窗洞上方的圈梁的水平鋼筋連接在一起使用，則又比單純在墻角加豎向鋼筋更為有效。在磚混結(jié)構(gòu)的住宅工程中，為了提高地震區(qū)的抗震能力，增加整體剛度和延性，一般通過增設(shè)圈梁和構(gòu)造柱來提高抗拉與抗剪強度。構(gòu)造柱與圈梁能夠形成簡單的框架體系，即使在沒有圈梁的情況下也能增加整體結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，進而更有效的抵抗地震力。 

　　這種加約束墻體（含構(gòu)造柱）在遭遇強烈地震時，能提高整體結(jié)構(gòu)的延性。不僅具有較大的非彈性變形能力，而且在墻體開裂后仍能承擔(dān)豎向荷載和水平向地震作用，從而避免了強震對結(jié)構(gòu)物的損傷，保證室內(nèi)人員的安全和財產(chǎn)損失。由于經(jīng)濟合理，施工方便，經(jīng)濟和社會效益明顯越來越被人們接受。 

　　2、構(gòu)造柱在結(jié)構(gòu)中的作用 

　　構(gòu)造柱是主要用于設(shè)防烈度較高的砌體結(jié)構(gòu)中，旨在提高建筑物抗震能力，同時也能在非地震時承當(dāng)豎向荷載。在房屋結(jié)構(gòu)的適當(dāng)部位內(nèi)設(shè)置構(gòu)造柱（和圈梁共同作用），共同加強建筑物的穩(wěn)定性。與構(gòu)造柱的組合磚砌體柱，是當(dāng)砌體受壓構(gòu)件偏心距e較大的無筋砌體，承載能力不足而柱截面受限制，在砌體的外表面附上加強型混凝土或抹砂漿面層從而共同組成受壓構(gòu)件。這種組合砌體的一般要求在砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中有相應(yīng)的規(guī)定，而構(gòu)造柱做法是被包圍在砌體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的現(xiàn)澆混凝土柱。 

　　在框架結(jié)構(gòu)填充墻中的構(gòu)造柱是主要是為了增強結(jié)構(gòu)的整體性，保證填充墻與混凝土結(jié)構(gòu)有著可靠連接。當(dāng)發(fā)生地震時，使填充墻和構(gòu)造柱整體結(jié)構(gòu)由脆性破壞向延性破壞轉(zhuǎn)變，構(gòu)造柱由彈性向彈塑性發(fā)展的同時吸收大部分地震能量，滿足“中震可修”的設(shè)防標準，甚至同時達到“大震不倒”的設(shè)防目標。構(gòu)造柱對框架梁的作用同樣很重要。由于填充墻多采用輕質(zhì)高強塊材，不符合墻梁的要求，難以形成墻梁整體效應(yīng)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中多把墻體當(dāng)作荷載處理。在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中，常忽略構(gòu)造柱的受力作用，故設(shè)置構(gòu)造柱可能降低框架梁的受力以及配筋，同時也更能發(fā)揮與框架梁的整體性能。在規(guī)則框架結(jié)構(gòu)中，各層荷載大小大致相同，在重力荷載作用下未設(shè)置構(gòu)造柱時，框架梁的受力模式按荷載大小和框架梁柱的剛度分配彎矩和位移；增設(shè)構(gòu)造柱后，由于跨度相對減小，使得分配彎矩和位移減小。增加了抗側(cè)剛度，有助于避免重力二階效應(yīng)的發(fā)生，符合強度弱梁的概念設(shè)計。 

　　在砌體結(jié)構(gòu)中的構(gòu)造柱作用不盡相同，旨在提高砌體結(jié)構(gòu)（或混合結(jié)構(gòu)）抵抗水平地震作用的能力。從建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)造上來說，砌體結(jié)構(gòu)中的鋼筋混凝土構(gòu)造柱在增強內(nèi)外墻的結(jié)構(gòu)整體性的同時還與圈梁共同作用從而增強了抵抗地震作用的能力。所以，對于地震地區(qū)及基礎(chǔ)薄弱的地區(qū)，確保房屋安全使用和降低災(zāi)害性損壞的程度，混凝土構(gòu)造柱是不可忽視的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。施工時先砌磚墻后澆筑混凝土柱（構(gòu)造柱），這樣能增加橫墻的有機結(jié)合，往往可以提高砌體的整體承載能力約25%，同時在水平剪力作用下能明顯約束墻體的開裂。再者，構(gòu)造柱與圈梁的共同工作時可以把墻體分割包圍，當(dāng)墻體開裂時能迫使裂縫在所包圍的范圍之內(nèi)，避免進一步擴展。即使墻體出現(xiàn)裂縫后也能限制它的錯位，使其保持承載能力的前提下吸收振動能量而不易較早倒塌。構(gòu)造柱作為豎向承載構(gòu)件，可以阻止或延緩倒塌時間給室內(nèi)人員有足夠時間逃生。構(gòu)造柱與圈梁連接又可以起到類似框架結(jié)構(gòu)的作用，其作用效果非常明顯。 

　　3、構(gòu)造柱的設(shè)置 

　　構(gòu)造柱的設(shè)置原則應(yīng)根據(jù)砌體結(jié)構(gòu)布置體系，砌體類型結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的受力模式、穩(wěn)定要求，以及使用功能等構(gòu)造要求，在墻體中的規(guī)定部位設(shè)置現(xiàn)澆混凝土構(gòu)造柱，筆者結(jié)合規(guī)范和設(shè)計經(jīng)驗對構(gòu)造柱的設(shè)置進行了總結(jié)。構(gòu)造柱的配筋應(yīng)滿足水平受力的要求。構(gòu)造柱是保證墻體的穩(wěn)定，和梁連接有密切有關(guān)系。主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 

　�。�1）為提高建筑砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能，規(guī)范要求應(yīng)在房屋砌體內(nèi)適宜部位設(shè)置鋼筋混凝土柱并與圈梁剛性連接，共同加強建筑物的穩(wěn)定性。 

　�。�2）在多層砌體結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)體系為底層框架及內(nèi)框架磚砌體時，它的作用一般為：加強縱墻間的連接，是由于構(gòu)造柱與其相鄰的縱橫墻同時以牙搓相連接并沿墻高每隔0.5m設(shè)置2φ6拉結(jié)筋并伸入墻內(nèi)不小于100mm。 

　�。�3）可以考慮在地震作用下易遭受破壞和受力相對復(fù)雜的位置設(shè)置構(gòu)造柱，如房屋轉(zhuǎn)角、樓梯間兩側(cè)墻體的端部、突出屋頂?shù)碾娞蓍g和水箱房的相應(yīng)位置、房屋轉(zhuǎn)角處受地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)影響最大處、樓梯間處樓蓋不連續(xù)處等穩(wěn)定性較差的地方都是設(shè)置構(gòu)造柱的控制位置。 

　�。�4）在能夠充分發(fā)揮構(gòu)造柱與墻體共同作用的部位設(shè)置構(gòu)造柱，要盡量做到構(gòu)造柱沿房屋高度貫通。對于錯層時要設(shè)置與之交錯的構(gòu)造柱，以達到墻體沿高度方向約束連續(xù)的要求。 

　　構(gòu)造柱的主要功能是房屋的抗震性能，作者就幾種質(zhì)量通病分析其產(chǎn)生原因，并提出有關(guān)的防治措施。 

　�。�1）構(gòu)造柱定位不夠精確。產(chǎn)生構(gòu)造柱軸線位移或上部箍筋松動，主筋錯位的主要原因體現(xiàn)在砌筑磚墻時，馬牙槎退進尺寸控制不到位，導(dǎo)致構(gòu)造柱鋼筋骨架傾斜。在灌注構(gòu)造柱前，應(yīng)先校正鋼筋骨架位置，牢固安裝模板后方可進行下一步。構(gòu)造柱軸線的定位應(yīng)在混凝土灌注前糾正，可用剔除部分進槎的辦法來糾正偏差。 

　�。�2）磚墻鼓肚和灰縫開裂。其主要發(fā)生在外墻，特別是外墻轉(zhuǎn)角留槎處，主要是因為其接搓質(zhì)量難以保證。由于磚墻砌筑后不久便灌注構(gòu)造混凝土，此時磚墻強度較低，甚至沒有達到初凝，不能抵抗新灌注混凝土由于重力產(chǎn)生的側(cè)向壓力，構(gòu)造柱外磚墻按規(guī)范要求砌出馬牙槎，方法尚不統(tǒng)一同時砌搓方法不盡相同合理；其次，不按規(guī)范規(guī)定設(shè)置拉結(jié)筋，拉結(jié)筋位置不正確等原因造成。建議砌搓方法盡量統(tǒng)一，且砌墻后待砂漿達到一定強度后方可進行灌注混凝土注構(gòu)造柱可以避免產(chǎn)生鼓脹和灰縫開裂的現(xiàn)象。 

　　5、結(jié)語 

　　綜上所述，構(gòu)造柱在砌體工程中尤為重要。多用于多層磚房的抗震措施，已被廣泛采用。筆者介紹了構(gòu)造柱的作用、布置原則、和施工質(zhì)量中主要控制措施。作為土木工程技術(shù)人員，要明確框架結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)中構(gòu)造柱的工作機理和施工方法，做到概念清晰，設(shè)計理念明確以及施工方法正確合理，才能更好的達到預(yù)期效果。 

　　參考文獻 

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