构造柱在砖混结构结构设计中的作用

尤素甫江·苏来曼

[摘要]砖混结构一般均要求设置构造柱，特别在抗震设防地区构造柱的设置更显得重要。下面就分析砖混结构中构造柱的作用，PKPM建模过程设置构造柱的注意事项，列举了构造柱的计算公式，以进一步了解构造柱参与砖混结构的抗震作用。

[关键司]砖混结构 ,抗震设防 ,构造柱 , PKPM 软件

我国房屋建筑相当一部分为砖混结构，尤其是住宅工程，但由于砖混结构中所使用的材料是砌体材料，因而决定了它的抗震性能较差。为了增强砌体的整体性 ,提高抗震设防能力，通过大量的试验研究和多年的工程实践证明，在砖混结构中设置构造柱是一种很有效的抗震措施。在砖混结构中，构造柱不但能够提高墙体的抗震能力，而且构造柱与圈梁联结在一起，形成对砌体的约束，这对于限制墙体裂缝，维持竖向承载力，提高结构的抗震性能有着重要的作用。

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。

一、构造柱的作用

1、构造柱可以大大提高砌体的变形能力和结构延性，使结构在强震时，裂而不倒。

2、带构造柱砌体的特征基本与素墙类似，即首先在墙体上产生因主拉应力不足的剪切破坏，开裂呈交叉阶梯形缝，高宽比较小时，墙中段出现水平剪切裂缝。

3、构造柱的作用主要在墙体开裂以后，特别是墙体破裂分成四大块后，能够约束破碎的三角形块体脱落坍塌。即使在构造柱自身上下节点出现塑性较后，也能阻止破碎墙体的倒塌。地震荷载的反复作用，对带构造柱墙体产生滑移和摩萨，因其位移是有限度的，因此不致滑脱。

4、构造柱可加强结构的整体性，构造柱增强了内外墙交接的连接，使砖结构形成一个有钢筋砼圈梁和构造柱组成的钢筋砼边框体系。

5、构造柱的主要作用不是抗弯和抗倾覆，也不是主要为了提高抗剪强度，因为实验表明，设置构造柱墙体的抗剪能力提高不大于20%，所以，构造柱的主要作用在于使用墙体塑性变形后，以其摩萨来抵抗水平地震荷载，消耗地震能量。

6、多层砖混设置构造柱以后，并不改变其破坏性质，带构造柱砌体的开裂、破坏仍受主拉应力控制，其破坏形态仍为剪切型。同时带构造柱墙体承载能力的提高与墙宽比密切相关，并与柱截面大小和配筋量有关。

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建筑“大震不倒”的具体体现。

二、PKPM 中构造柱的布置

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GB 50011-2010（2016年版）》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GB 50011-2010（2016年版）》第7.3条的要求[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4.2m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和梯梁交接处均设置构造柱。

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。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）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8.2.8条的要求。

3）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。

三、构造柱的计算

普通砖、多孔砖墙体的截面抗震受剪承载力，应按下列规定验算：

1、一般情况下，应按下式验算：

V≤fvEA/γRE…………(公式-1)

式中：V——墙体剪力设计值；

      fvE——砖砌体沿阶梯形截面破坏的抗震抗剪强度设计值；

      A——墙体横截面面积，多孔砖取毛截面面积；

      γRE——承载力抗震调整系数，承重墙按《建筑抗震设计规范GB 50011-2010（2016年版）》规范表5.4.2采用，自承重墙按0.75采用。

2、采用水平配筋的墙体，应按下式验算：

V≤1/γRE（fvEA＋ζSfyhAsh）…………(公式-2)

式中：fyh——水平钢筋抗拉强度设计值；

      Ash——层间墙体竖向截面的总水平钢筋面积，其配筋率应不小于0.07%且不大于0.17%；

      ζS——钢筋参与工作系数，可按《钢筋参与工作系数表》采用。

钢筋参与工作系数表

墙体高厚比	0.4	0.6	0.8	1.0	1.2
ζS	0.10	0.12	0.14	0.15	0.12

3、当按(公式-1)、(公式-2)验算不满足要求时，可计入基本均匀设置于墙段中部、截面不小于240mm×240mm(墙厚190mm时为240mm×190mm)且间距不大于4m的构造柱对受剪承载力的提高作用，按下列简化方法验算：

V≤[ηcfvE(A-Ac)+ζcftAc+0.8fycAsc+ζsfyhAsh]…………(公式-3)

式中：Ac——中部构造柱的横截面总面积（对横墙和内纵墙，Ac＞0.15A时，取0.15A；对外纵墙，Ac＞0.25A时，取0.25A)；

      ft——中部构造柱的混凝土轴心抗拉强度设计值；

      Asc——中部构造柱的纵向钢筋截面总面积（配筋率不小于0.6%，大于1.4%时取1.4%）；

fyh、fyc——分别为墙体水平钢筋、构造柱钢筋抗拉强度设计值；

      ζc——中部构造柱参与工作系数；居中设一根时取0.5，多于一根时取0.4；

      ηc——墙体约束修正系数；一般情况取1.O，构造柱间距不大于3.Om时取1.1；

      Ash——层间墙体竖向截面的总水平钢筋面积，无水平钢筋时取0.O。

四、结语

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。

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。

参考文献 :

[1]建筑抗震设计规范应用与分析（第二版）/朱炳寅编著/中国建筑工业出版社,2017.1

[2]建筑抗震设计规范GB 50011-2010（2016年版）

[3]砌体结构设计规范 GB50003-2011

[4]砌体结构通用规范 GB55007-2021