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        圈梁構(gòu)造柱對(duì)砌體結(jié)構(gòu)房屋的影響分析

        2015-12-02 01:45:04西南石油大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院四川成都610500
        江西建材 2015年20期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)模型

        ■易 帆 ■西南石油大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院,四川 成都 610500

        1 引言

        2008 年四川省汶川縣8 級(jí)特大地震中砌體結(jié)構(gòu)造成了大量人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失,通過(guò)災(zāi)后調(diào)査分析發(fā)現(xiàn),結(jié)構(gòu)體系不合理、圈梁構(gòu)造柱等構(gòu)造措施不足是造成這一嚴(yán)重后果的主要原因。因此,本文利用中國(guó)建筑科學(xué)研究院的PKPM 軟件對(duì)砌體結(jié)構(gòu)房屋進(jìn)行了建模分析,共建立四個(gè)模型:(1)有圈梁構(gòu)造柱(模型1);(2)有圈梁無(wú)構(gòu)造柱(模型2);(3)無(wú)圈梁有構(gòu)造柱(模型3);(4)無(wú)圈梁構(gòu)造柱(模型4),在這四種情況下,對(duì)房屋的受壓計(jì)算、抗震計(jì)算及局部承壓計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。

        2 模型概況

        以成都某六層砌體結(jié)構(gòu)住宅為例,建立了四個(gè)模型:(1)有圈梁構(gòu)造柱(模型1);(2)有圈梁無(wú)構(gòu)造柱(模型2);(3)無(wú)圈梁有構(gòu)造柱(模型3);(4)無(wú)圈梁構(gòu)造柱(模型4),以底部剪力法進(jìn)行靜力計(jì)算并提取其計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,從而明了圈梁和構(gòu)造柱在砌體結(jié)構(gòu)房屋中的作用。

        結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)為31.2m,總寬為11.7m。采用實(shí)心磚砌筑,一至六層磚的強(qiáng)度等級(jí)均為MU10,砂漿強(qiáng)度等級(jí)均為M5,砌體施工質(zhì)量控制等級(jí)為B 級(jí)??拐鹪O(shè)防烈度為7 度,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.1g,場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi),設(shè)計(jì)地震分組為第三組,基本風(fēng)壓為0.3KN/M2,地面粗糙度類(lèi)別為C 類(lèi)。

        圖1 平面圖

        3 靜力計(jì)算結(jié)果

        3.1 受壓計(jì)算結(jié)果

        通過(guò)前面模型的建立及相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的設(shè)定,通過(guò)PKPM 軟件的砌體信息及計(jì)算,得到四個(gè)模型各層墻的受壓承載力計(jì)算圖(抗力與荷載效應(yīng)之比,當(dāng)小于1 時(shí)則表示計(jì)算不通過(guò)),為了方便數(shù)據(jù)處理與分析,則在每個(gè)模型的每層均取六個(gè)墻肢進(jìn)行對(duì)比分析。

        通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,可以發(fā)現(xiàn):(1)四個(gè)模型隨著層數(shù)的增加,抗力與荷載效應(yīng)之比均為增大的趨勢(shì),這是因?yàn)殡S著層數(shù)增加,其自重荷載減小的原因;(2)模型1(有圈梁構(gòu)造柱)和模型3(無(wú)圈梁有構(gòu)造柱)其抗力與荷載效應(yīng)之比在所有樓層和所有墻肢的大小完全相同,模型2(有圈梁無(wú)構(gòu)造柱)和模型4(無(wú)圈梁構(gòu)造柱)其抗力與荷載效應(yīng)之比在所有樓層和所有墻肢的大小完全相同,這表明圈梁對(duì)結(jié)構(gòu)的受壓承載力無(wú)影響;(3)模型3(無(wú)圈梁有構(gòu)造柱)其抗力和荷載效應(yīng)之比在所有樓層均大于模型4(無(wú)圈梁構(gòu)造柱),這表明構(gòu)造柱的設(shè)置對(duì)于結(jié)構(gòu)的受壓承載力具有顯著的貢獻(xiàn)。(4)對(duì)于模型4(無(wú)圈梁構(gòu)造柱)多處的受壓承載力不滿(mǎn)足規(guī)范要求,通過(guò)合理設(shè)置構(gòu)造柱即模型3(無(wú)圈梁有構(gòu)造柱)后,其受壓承載力得到了較多提高。

        3.2 局部承壓計(jì)算結(jié)果

        局部承壓是指在構(gòu)件的表面上,僅有部分面積承受壓力的狀態(tài)。在砌體結(jié)構(gòu)中,當(dāng)梁直接放在磚墻上時(shí),由于梁與磚墻是兩種完全不同的材料,往往需要進(jìn)行局部承壓的驗(yàn)算,以避免由于局部承壓不足,而導(dǎo)致構(gòu)件的破壞。

        通過(guò)前面模型的建立及相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的設(shè)定,通過(guò)PKPM 軟件的砌體信息及計(jì)算,得到四個(gè)模型的局部承壓計(jì)算結(jié)果,經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析后得到各模型各樓層不滿(mǎn)足局部承壓的處數(shù)。

        表1 局部承壓不滿(mǎn)足數(shù)目(單位:處)

        通過(guò)表1 可以發(fā)現(xiàn):(1)通過(guò)合理設(shè)置構(gòu)造柱后(模型1 和模型3),其局部承壓均滿(mǎn)足;(2)通過(guò)設(shè)置圈梁(模型2)雖然對(duì)于局部承壓有一定的改善,但在一層仍有二處不滿(mǎn)足局部承壓的驗(yàn)算要求;(3)隨著樓層數(shù)的增加,其局部承壓不滿(mǎn)足的數(shù)目呈現(xiàn)減少的趨勢(shì),這是因?yàn)殡S著樓層數(shù)增加,其重力荷載代表值減小了。

        3.3 抗震計(jì)算結(jié)果

        通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn):(1)四個(gè)模型隨著層數(shù)的增加,抗力與荷載效應(yīng)之比均為增大的趨勢(shì),這是因?yàn)殡S著層數(shù)增加,樓層所分配到的層間剪力逐漸減小;(2)模型1(有圈梁構(gòu)造柱)和模型3(無(wú)圈梁有構(gòu)造柱)其抗力與荷載效應(yīng)之比在所有樓層和所有墻肢的大小完全相同,模型2(有圈梁無(wú)構(gòu)造柱)和模型4(無(wú)圈梁構(gòu)造柱)其抗力與荷載效應(yīng)之比在所有樓層和所有墻肢的大小完全相同,這表明圈梁對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震驗(yàn)算無(wú)影響,這主要是因?yàn)槿α涸谄渥饔妹鎯?nèi)的剛度為0。

        4 結(jié)論

        通過(guò)對(duì)四個(gè)模型的試算,并對(duì)其計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,可以得到以下幾點(diǎn):(1)在砌體結(jié)構(gòu)房屋中,合理設(shè)置構(gòu)造柱可以提高結(jié)構(gòu)的受壓、局部承壓及抗震性能,可見(jiàn)構(gòu)造柱在砌體結(jié)構(gòu)中的重要性,故在進(jìn)行砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),一定要按照規(guī)范要求在規(guī)定位置設(shè)置構(gòu)造柱。(2)在砌體結(jié)構(gòu)房屋中,僅設(shè)置圈梁而不設(shè)置構(gòu)造柱的做法是不可取的,因?yàn)閱为?dú)設(shè)置圈梁不能將結(jié)構(gòu)拉結(jié)成整體,對(duì)于結(jié)構(gòu)的受壓、局部承壓及抗震性能幾乎沒(méi)有貢獻(xiàn)。(3)在砌體結(jié)構(gòu)房屋進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),如果某部位的局部承壓驗(yàn)算不通過(guò),可以在其下方通過(guò)增設(shè)構(gòu)造柱,則可通過(guò)驗(yàn)算,且與梁墊相比這樣更方便施工。(4)為了提高整體結(jié)構(gòu)的性能,必須按照規(guī)范要求設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁,使二者結(jié)合成一個(gè)整體并共同工作,只有這樣才能起到其約束作用,從而提高砌體的抗剪、抗拉強(qiáng)度,從而保證房屋在地震作用下能夠正常工作。

        [1]清華大學(xué)建工系震害調(diào)查小組.唐山市多層磚房震害調(diào)查[R].1977.

        [2]GB50003-2011 砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2011.

        [3]GB50011-2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010.

        [4]中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM CAD 工程部.PMCAD 結(jié)構(gòu)平面CAD 軟件用戶(hù)手冊(cè)及技術(shù)條件[M].2009(3).

        [5]鐘志憲,常彥斌.PKPM 設(shè)計(jì)軟件參數(shù)定義叢書(shū)[M].北京:人民交通出版社,2007(10).

        [6]鄭妮娜.裝配式構(gòu)造柱約束砌體結(jié)構(gòu)抗震性能研究[D].重慶大學(xué),2010.

        [7]夏敬謙,黃泉生.構(gòu)造柱與配筋砌體房屋抗震能力的試驗(yàn)研究[J].地震工程與工程振動(dòng),1989(2):82-96.

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